武庭會(huì)(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司動(dòng)力廠，四川攀枝花　617063)

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發(fā)電機(jī)機(jī)組無(wú)功功率輸出波動(dòng)原因分析及對(duì)策

武庭會(huì)
(攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司動(dòng)力廠，四川攀枝花617063)

【摘要】針對(duì)攀鋼電廠12#機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)無(wú)功功率輸出頻繁反向波動(dòng)的問(wèn)題進(jìn)行了研究和分析，從勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)外查找原因，確認(rèn)是碳刷接觸電壓過(guò)高所致，采取措施解決了問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】無(wú)功波動(dòng)；碳刷；接觸電壓

1　前言

攀鋼電廠建廠3臺(tái)發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器均為北京重型電機(jī)廠配套的GLT-5型裝置，由于該型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用模擬控制信號(hào)，抗干擾性能差，勵(lì)磁控制不穩(wěn)定，無(wú)功波動(dòng)較大。1999年7月開始對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行改造，使用的是TDWLT-01型微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。2015年來(lái)，12#機(jī)組的勵(lì)磁波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致無(wú)功的波動(dòng)幅度有10~40 Mvar左右，嚴(yán)重影響機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為了控制無(wú)功波動(dòng)時(shí)可能引起機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行，造成失磁保護(hù)動(dòng)作從而引起機(jī)組跳閘，要求將12#機(jī)組無(wú)功功率輸出控制在30 Mvar運(yùn)行。由于攀枝花電網(wǎng)無(wú)功沖擊變化負(fù)荷大，在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用下，機(jī)組無(wú)功也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生調(diào)節(jié)變化，為了控制好12#機(jī)組無(wú)功，要求運(yùn)行人員隨時(shí)調(diào)整給定控制12#機(jī)組無(wú)功，勵(lì)磁波動(dòng)調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性增加了12#機(jī)下網(wǎng)的可能性，同時(shí)也大大增加了監(jiān)盤人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

12#機(jī)組勵(lì)磁波動(dòng)的問(wèn)題，廠里多次組織電氣專業(yè)組的人員進(jìn)行分析討論都沒(méi)找到具體原因，已經(jīng)成為嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行的一個(gè)生產(chǎn)難題。

2　勵(lì)磁波動(dòng)現(xiàn)象及故障排查

2.1無(wú)功功率波動(dòng)現(xiàn)象

12#機(jī)組無(wú)功反向調(diào)節(jié)的現(xiàn)象始于2012年10月，當(dāng)時(shí)間隔時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)半年才波動(dòng)一次，2014年2月份后無(wú)功反向調(diào)節(jié)波動(dòng)頻繁，最嚴(yán)重的一次3 月1日致機(jī)組下網(wǎng)。在系統(tǒng)電壓平穩(wěn)、運(yùn)行人員無(wú)任何操作情況下，A、B調(diào)節(jié)柜直流輸出電壓，主勵(lì)磁電壓驟升，12#機(jī)無(wú)功，主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子電流驟降。幾分鐘后勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所有參數(shù)恢復(fù)正常。

2.2勵(lì)磁波動(dòng)原因排查

2.2.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部排查

2014年3月1日12#機(jī)組事故下網(wǎng)發(fā)生后組織人員檢查了永磁機(jī)至調(diào)節(jié)柜電纜、調(diào)節(jié)柜至主勵(lì)磁機(jī)電纜的直流電阻，交流耐壓試驗(yàn)，對(duì)2#機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)A、B柜控制插件，整流橋進(jìn)行了檢查清掃，對(duì)插件接觸觸指使用橡皮擦進(jìn)行了清潔，接插線進(jìn)行重新插拔檢查，確保接觸良好。在發(fā)電機(jī)空載情況下，測(cè)量永磁機(jī)波形，三相波形完整，相位正確，測(cè)量調(diào)節(jié)柜輸出波形，整流橋輸出波形無(wú)缺失現(xiàn)象。3月4日請(qǐng)專家來(lái)廠對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)整流特性、觸發(fā)脈沖及中頻電源波形檢查，邏輯功能試驗(yàn)，跟蹤及切換試驗(yàn)檢查，空載及并網(wǎng)后動(dòng)態(tài)切換試驗(yàn)。僅發(fā)現(xiàn)B柜存在調(diào)節(jié)脈沖觸發(fā)干擾，可控硅阻容吸收電路中電容可能存在參數(shù)劣化情況，動(dòng)態(tài)情況下B柜跟蹤比A柜調(diào)節(jié)反應(yīng)速度慢的情況，其他特性均正常。阻容吸收電路中的電容參數(shù)劣化可能帶來(lái)的影響就是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可控硅誤觸發(fā)。5月6日更換了C相阻容吸收電路中的電容對(duì)觸發(fā)控制脈沖錄波發(fā)現(xiàn)仍有毛刺,排除了阻容吸收電容引起勵(lì)磁波動(dòng)的判斷。

同時(shí)對(duì)3月1日機(jī)組下網(wǎng)事故進(jìn)行了定性分析。B柜測(cè)量回路接觸不好，造成B柜檢測(cè)到機(jī)端電壓大幅下降，B柜可控硅控制角迅速減到最小，造成過(guò)勵(lì)和頂勵(lì)勵(lì)磁，自動(dòng)將勵(lì)磁電流限制在頂值勵(lì)磁限制的電流范圍內(nèi)，所以電氣運(yùn)行人員人為加減勵(lì)磁都不起作用。A調(diào)節(jié)柜電壓檢測(cè)回路完好，檢測(cè)到達(dá)到極端電壓大幅上升至11.9 kV，迅速將A柜可控硅控制角開大，機(jī)端電壓一直維持11.7 kV，持續(xù)了13 min，在這13 min A柜可能一直在執(zhí)行開大控制角的判斷，所以當(dāng)時(shí)A柜已經(jīng)處于關(guān)斷狀態(tài)，B柜處于開到最大狀態(tài)，當(dāng)人為地?cái)嚅_B柜DZB時(shí)就造成失磁保護(hù)切機(jī)。事故后對(duì)插件接觸觸指使用橡皮擦進(jìn)行了清潔，接插線進(jìn)行重新插拔檢查，確保接觸良好，3月4日開機(jī)時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)B柜勵(lì)磁特性進(jìn)行檢查，正常，找到了12#機(jī)組下網(wǎng)的原因：不是無(wú)功反向調(diào)節(jié)引起的，而是B柜測(cè)量回路接觸不好造成B柜失控故障。

3月31日12#機(jī)組勵(lì)磁又開始波動(dòng)。從無(wú)功波動(dòng)勵(lì)磁電流變化過(guò)程分析，調(diào)節(jié)柜能根據(jù)無(wú)功的驟升驟降做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，調(diào)節(jié)柜功能正常，仍屬于可控態(tài)。從ECS歷史曲線分析，按照負(fù)載特性，調(diào)節(jié)柜輸出電壓增大，勵(lì)磁電流相應(yīng)增加。而反常調(diào)節(jié)的現(xiàn)象調(diào)節(jié)柜的電壓突然升高后，勵(lì)磁電流處于下降狀態(tài)。故此，我們排除了勵(lì)磁波動(dòng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部問(wèn)題引起的。分析可能是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器外部存在不穩(wěn)定的負(fù)載增大狀態(tài)。

2.2.2勵(lì)磁調(diào)節(jié)器外部原因排查

通過(guò)分析認(rèn)為可能是12#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（永磁機(jī)至主勵(lì)機(jī)轉(zhuǎn)子之間的設(shè)備）異常造成。3月1日停機(jī)后對(duì)永磁機(jī)至調(diào)節(jié)柜，調(diào)節(jié)柜至交流勵(lì)磁機(jī)的電纜進(jìn)行了直流電阻、交流耐壓試驗(yàn)，合格，3月4日開機(jī)后檢查了永磁機(jī)的電壓波形及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出電壓波形完整，不存在掉波頭的情形。而唯一的收獲就是3月31日和4月20日無(wú)功反常波動(dòng)時(shí)副勵(lì)碳刷打火，由于時(shí)間持續(xù)短，幾分鐘后又勵(lì)磁調(diào)節(jié)自動(dòng)恢復(fù)正常。因此把查找故障的注意力集中到了副勵(lì)碳刷上，正常運(yùn)行時(shí)我們測(cè)得副勵(lì)E、F環(huán)碳刷電流分配良好，接觸電壓只有1 V，為了捕捉到勵(lì)磁波動(dòng)時(shí)副勵(lì)碳刷的接觸電壓，做了一個(gè)專用碳刷接好萬(wàn)用表筆，當(dāng)5月16日13#機(jī)無(wú)功波動(dòng)時(shí)成功測(cè)得副勵(lì)F環(huán)4個(gè)碳刷中有2個(gè)碳刷沒(méi)電流，一個(gè)有42 A，一個(gè)有18 A，副勵(lì)碳刷接觸電壓有4~6 V左右，通過(guò)ECS歷史曲線分析，勵(lì)磁波動(dòng)前調(diào)節(jié)柜的輸出電壓26 V左右，勵(lì)磁波動(dòng)后調(diào)節(jié)柜輸出電壓31 V左右，升高的電壓5 V與副勵(lì)碳刷的接觸電壓值4~6 V相同，經(jīng)過(guò)調(diào)整后電流分配正常，無(wú)功波動(dòng)消失。經(jīng)過(guò)4個(gè)月的追蹤，檢查分析終于找到了勵(lì)磁波動(dòng)引起無(wú)功反向調(diào)節(jié)的原因：副勵(lì)碳刷在運(yùn)行過(guò)程偶爾電流分配不均轉(zhuǎn)移到個(gè)別碳刷上接觸電阻增大造成接觸電壓增大引起的。

從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看造成碳刷接觸電壓增大的原因分析：（1）碳刷卡阻，運(yùn)行一段時(shí)間后，碳刷與滑環(huán)的接觸面因刷體逐漸磨損而逐漸分離，造成該碳刷所分擔(dān)的勵(lì)磁電流為零，致使其他碳刷工作電流增大，發(fā)熱嚴(yán)重。（2）碳刷跳動(dòng)，打火滑環(huán)螺旋溝內(nèi)積聚灰塵、碳刷末在碳刷與滑環(huán)之間形成接觸氣膜、滑環(huán)的圓度、同心度不佳，碳刷與滑環(huán)表面接觸不佳，滑環(huán)表面因電腐蝕出現(xiàn)凹坑，表面光潔度變差都會(huì)使碳刷與滑環(huán)接觸不良。（3）恒壓彈簧壓力過(guò)小，碳刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定，容易引起電弧、壓力過(guò)大，刷面的硬粒對(duì)滑環(huán)表面刮割嚴(yán)重。因此彈簧的壓力要適中。碳刷本身的電阻，不同批次的混合使用，其電阻系數(shù)不一樣，運(yùn)行中會(huì)造成碳刷溫升不同，導(dǎo)致碳刷電流分配不均。不僅個(gè)別電流超標(biāo)，而且磨損增大。刷架、刷握中心線不完全垂直于滑環(huán)圓周切面，傾斜造成碳刷接觸不良、彈簧壓力不一致。刷握與滑環(huán)表面距離不一致，碳刷有效接觸面有差別，刷架周邊有毛刺不光滑，易掛碳粉和粉塵，這都會(huì)造成碳刷電流偏差增大。

3　采取的對(duì)策

為了消除因碳刷接觸電壓高引起的無(wú)功反向調(diào)節(jié)，確保機(jī)組的安全運(yùn)行，采取以下措施確保碳刷穩(wěn)定運(yùn)行：

運(yùn)行檢查：加強(qiáng)定期與不定期的設(shè)備巡回檢查制度，正常情況下，每4個(gè)小時(shí)必須對(duì)發(fā)電機(jī)碳刷檢查一次，測(cè)量滑環(huán)和碳刷的溫度，其溫度不超過(guò)120℃，測(cè)量分流情況，主勵(lì)碳刷電流控制在10~100 A，副勵(lì)碳刷必須3個(gè)有電流,用提刷的方法檢查鑒定碳刷在刷握內(nèi)上下是否自由活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題必須檢查原因進(jìn)行處理；檢查碳刷辮是否完好，是否有脫辮現(xiàn)象，是否有氧化、過(guò)熱變色等情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題必須進(jìn)行更換。夏季高峰負(fù)荷期間以及無(wú)功和電壓波動(dòng)較大時(shí)應(yīng)縮短溫度測(cè)量時(shí)間間隔，對(duì)更換的新碳刷做重點(diǎn)檢查，并做好碳刷電流分布情況記錄。夏季氣溫超過(guò)38℃或滑環(huán)溫度超過(guò)90℃時(shí)，必須啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行輔助冷卻，溫度上升至110℃時(shí)，可以采用降低無(wú)功的措施進(jìn)行控制，并通知相關(guān)部門進(jìn)行處理。

更換碳刷：新購(gòu)進(jìn)的碳刷發(fā)電作業(yè)區(qū)和設(shè)備室、檢修作業(yè)區(qū)共同驗(yàn)收，對(duì)碳刷的電阻值進(jìn)行抽檢，比例必須高于20%，阻值要符合制造廠和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（電阻率7.8~18.2Ω·m，聯(lián)接電阻≤4 mΩ；每批碳刷需對(duì)比各參數(shù)與以前使用的碳刷參數(shù)一致，質(zhì)量外觀明顯差異時(shí)不能接收）。更換碳刷時(shí)必須使用同一廠家、同一型號(hào)的碳刷（主勵(lì)使用50 mm的碳刷，副勵(lì)使用65 mm的碳刷），并且碳刷接觸面應(yīng)大于碳刷截面的60%，一次集中更換碳刷的數(shù)量不得超過(guò)單極總數(shù)的10%；碳刷彈簧的壓力要統(tǒng)一（主勵(lì)彈簧使用1.45 kg，副勵(lì)彈簧使用1.75 kg），要使用統(tǒng)一廠家的產(chǎn)品（對(duì)于目前正在使用的不同參數(shù)碳刷混用應(yīng)逐步進(jìn)行更換）。碳刷頂端低于刷握頂端7 mm的碳刷應(yīng)更換，運(yùn)行中的碳刷總長(zhǎng)度不低于33 mm。

停機(jī)整修：利用每次小修停機(jī)機(jī)會(huì)，設(shè)備室安排檢查滑環(huán)，滑環(huán)應(yīng)表面光潔無(wú)變色、無(wú)凹凸、無(wú)電腐蝕斑痕、盤車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)彈刷無(wú)明顯伸縮跳動(dòng)、刷握與滑環(huán)間隙2~3 mm、電刷與刷握間隙0.1~0.2 mm，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；并對(duì)滑環(huán)通風(fēng)孔進(jìn)行清理。設(shè)備室制定滑環(huán)的橢圓度、平整度檢查標(biāo)準(zhǔn)，利用每次停機(jī)小修機(jī)會(huì)安排檢查滑環(huán)的橢圓度、平整度、同心度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；對(duì)發(fā)電機(jī)刷握和彈簧尺寸不匹配、刷握變形以及刷握的位置，在停機(jī)時(shí)安排處理。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行，檢修和技職人員的共同努力，嚴(yán)控碳刷進(jìn)貨質(zhì)量，規(guī)范調(diào)整維護(hù)碳刷流程，提高運(yùn)行人員調(diào)整更換碳刷的能力，消除了副勵(lì)碳刷接觸電壓增大引起勵(lì)磁波動(dòng)造成無(wú)功反向調(diào)節(jié)的隱患，確保了12#機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

4　結(jié)束語(yǔ)

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)電壓、控制電能指標(biāo)的重要控制設(shè)備，勵(lì)磁系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)都有重大影響，通過(guò)對(duì)12#機(jī)勵(lì)磁波動(dòng)引起無(wú)功反向調(diào)節(jié)的問(wèn)題進(jìn)行研究與分析，找到了副勵(lì)碳刷接觸電壓增大是導(dǎo)致勵(lì)磁波動(dòng)的根本原因，采取控制好恒壓彈簧和碳刷的進(jìn)貨質(zhì)量，小修時(shí)對(duì)刷握、滑環(huán)的同心度、光潔度、平整度的維護(hù)，提高運(yùn)行人員巡檢調(diào)整維護(hù)碳刷的能力等措施，消除了無(wú)功反向調(diào)節(jié)的安全隱患，確保機(jī)組和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊威，張金棟.電力電子技術(shù)（第2版）[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.

[2]張道綱，曹廣恩，朱松健.大功率汽輪發(fā)電機(jī)及其運(yùn)行（下冊(cè)）[M].北京：水利電力出版社，1986.

Analysis of Reactive Power Output Fluctuations of Power Generator Unit and Countermeasures

WU Tinghui
(Power Plant of the Mining Company of Pangang Group, Panzhihua, Sichuan 617063, China)

【Abstract】The problem of frequent reverse fluctuation in the reactive power output of the No.12 generator unit of Panzhihua Steel were studied and analyzed. Searching the causes from both inside and outside of the excitation regulating system, it was confirmed that excessive carbon brush contact voltage had caused the problem and effective measures were taken to solve the problem.

【Keywords】reactive power fluctuation; carbon brush; contact voltage

作者簡(jiǎn)介：武庭會(huì)（1970-），女，2000年畢業(yè)于攀鋼黨校經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事電氣專業(yè)技術(shù)工作。

收稿日期：2015－03－23

【中圖分類號(hào)】TM714

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)10-0010-03