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摘要：本文针对ABB励磁系统外部闭锁起励故障的过程、原因和事故处理进行分析总结。
关键词：励磁系统 外部闭锁起励 熔断器
广东粤电靖海发电有限公司（惠来电厂）位于广东省揭阳市惠来县东端靖海湾畔，总占地面积
2.124平方公里，规划建设2×60+6×100万千瓦共8台燃煤发电机组，总装机容量720万千瓦，总投资约300亿元。惠来电厂是迄今为止揭阳市最大的投资顶目，也是广东省粤电集团有限公司旗下特大型骨干企业之一。惠来电厂项目分两期建设，一期工程建设2×60+2×100万千瓦机组。1、2号2×60万千瓦超临界燃煤发电机组于2007年建成投产，一期工程3、4号2×100万千瓦超超临界燃煤发电机组于2012年12月31日获得国家发改委核准，已投入商业运行。
#1、2机组励磁系统采用ABB公司的UNITROL 5000系列，此系列是ABB公司第五代励磁调节器，用于同步发电机静止励磁系统。整个系统可分成四个主要的功能块：励磁变压器（-T02），两套相互独立的励磁调节器（-A10，-A20），可控硅整流器单元 –G31 … -G34，起励单元（-R03，-V03，-Q03）和灭磁单元（-Q02，-F02，-R02）。在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器 –T02、磁场断路器 –Q02 和可控硅整流器 G31…G34 供給。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压、在发电机端电压和场绕组之间提供电绝缘、与此同时起着可控硅整流器的整流阻抗的作用。可控硅整流器G1234将交流电流转换成受控的直流电流If。在起励过程开始时，充磁能量来源于发电机端残压。可控硅整流器的输入电压达10V～20V后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR 控制的 软起励过程。并网后，励磁系统可以在AVR 模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节、恒无功调节等。此外，它也可以接受电厂的成组调节指令。灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放掉。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻R02 和晶闸管跨接器F02（以及相关的触发元件）组成。根据系统的要求，励磁调节器可以采取单通道（-A10）的结构或者双通道（-A10 和-A20）的结构。一个通道主要由一个控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成，形成一个独立的处理系统。每个通道含有发电机端电压调节、磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件。在单通道结构中，利用一个被称为扩展的门极控制器（EGC）的分离单元作为备用通道，也就是一个手动通道。除励磁调节器外，一些接口电路如快速输入/输出（FIO）模块和功率信号接口模块（PSI）也被用来提供测量和控制信号的电隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套整流器接口电路包括整流器接口单元（CIN）、门极驱动接口单元（GDI）和整流器显示单元（CDP）。
一、事件经过：
#2机C级检修结束于2010年1月12日15：27并网，在12日23时50分左右，#2机励磁系统报“094 Start-up blkd extern 146”（外部闭锁起励）告警，经分析导致该告警的原因有三个：
1、机端供电电源熔断器-F15断开；
2、直流110V电源一-Q15空开断开；
3、转子接地保护继电器电源消失；
现场检查发现，熔断器-F15出线侧电源正常，-Q15空开在合闸位置，转子接地保护继电器电源正常，告警接点实际导通。初步判断可能是-Q15辅助接点或者是熔断器-F15告警接点异常，由于“外部闭锁起励”告警不影响设备并网以后的正常运行，从安全角度考虑暂时不做处理，等设备停运后再进一步处理。
13日19时40分左右，#2机励磁系统发出多项告警，检查发现励磁系统报出5条告警：
“089 Aux. AC fail 141”（交流电源故障）；
“094 Start-up blkd extern 146”（外部闭锁起励）；
“115 Cooling Alarm 189”（整流桥冷却系统报警）；
“122 Converter 2 162”（整流桥2）；
“145 FAN SHUNT SUPPLY FAILURE 211”（风机机端供电失效）。
同时检查：
1、稳压电源-G05不在工作状态；
2、风机电源切换继电器动作，供电方式由原来的机端电源供电（K16继电器动作）更改为#2机汽机段3MCC段供电（K15继电器动作）；
3、机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压；
4、调节柜内所有空开均在合闸位置；
5、风机机端电源电压监控继电器显示电压值为0V；
6、#2整流柜内风机由主风机切换至备用风机，该柜内两组风机电源开关-Q11与-Q12均在合闸位置；
7、#1、#3、#4、#5整流柜内风机均为主风机工作。
8、励磁系统工作电源供电方式由原来的机端电源供电切换至#2机直流系统供电。
二、原因分析：
如附图一所示，在正常状态下，励磁系统工作电源及整流柜风机工作电源均由机端供电，取自励磁变低压侧AB相（830V），经熔断器-F15（额定电流20A）后，分两路分别接机端电源变-T05（变比830/160）及机端风机变-T16（变比830/230），机端电源变-T05低压侧经Q05（额定电流10A）接至电源模块G05（输出24V）；机端风机变-T16低压侧经Q21（额定电流10A）接至#1～#5整流柜，柜内分别经Q11（额定电流4A）、Q12（额定电流4A）接至Ⅰ、Ⅱ组冷却风机接触器。 现在机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压，最大可能性为熔断器-F15熔断，导致机端供电方式失效。第二个可能性为-T05及-T16均有故障，由于两台变压器同时故障的可能性极小，同时目视检查变压器外观并无明显变化，可以基本排除此种可能性。
机端电源供电方式失效后，稳压电源-G05由于失去输入电源无法工作；冷却风机电源切换至#2机汽机段3MCC段供电；励磁系统工作电源切换至#2机直流系统供电。
熔断器-F15熔断的原因可能是由于熔芯本身质量老化或者回路短路导致。由于#2机组运行，励磁系统在工作状态无法进一步进行检查。
三、暂时采取的措施：
1、由于无法确定熔断器-F15熔断的原因，目前禁止操作励磁调节系统控制面板的故障复位按钮，防止由于操作导致#2机汽机段3MCC段励磁系统风机电源开关断开，造成整流柜冷却风机停运，从而导致发电机跳闸。
2、运行及电气点检加强巡检，密切关注#2机汽机段3MCC段励磁系统风机电源开关及#2机直流系统励磁电源开关的运行状态，同时尽量减少#2机汽机段3MCC段负荷的操作。
3、熔断器-F15工作电压为830V，属于高压设备，盲目更换可能由于故障点没有排除，在送保险的过程中发生事故。
4、由电气专业编写#2发电机励磁装置故障处理方案，并积极联系ABB厂家技术人员来现场指导处理。
四、处理过程及结果
经积极联系，上海ABB励磁厂家技术人员于2010年1月15日2：00来到现场，根据#2发电机励磁装置故障处理方案，随即展开检查工作。
1、滤波模块Z05、电源模块G05的电源输入回路直阻、对地绝缘电阻测量正常；
2、电源变压器T05、T16检查亦正常，结果如下：
电源变压器 变比 直 阻 对地绝缘电阻
高壓侧 低压侧 高压侧 低压侧
T16 830/230 V 2.1Ω 0.35Ω ∞ ∞
T05 830/170 V 2.2Ω 0.96Ω ∞ ∞
3、切换继电器K16检查：线圈直阻、绝缘电阻正常，底座完好，但接点接触电阻过大（十几Ω左右，正常为0.15Ω左右）。处理结果：更换该继电器。
4、熔断器-F15熔芯检查：熔断器-F15为两极，有一根熔芯熔断，如下图：
五、原因分析
经过对机端电源各元器件及其回路检查无异常后，更换熔断器-F15故障熔芯，联系运行对机端电源回路送上熔断器-F15，检测电源变压器T05、T16工作正常，然后再送上电源开关Q05、Q21，励磁装置报警消失（由于运行中无法检测，#2整流柜仍然为备用风机工作，故其风机报警仍在，待机处理），#2发电机励磁系统恢复正常工作。
熔断器-F15熔芯故障原因分析：比较上图两根熔芯，故障熔芯两端金属帽锈迹较为严重，造成接触不良，在运行中由于接触电阻过大，引起发热，最后导致熔断。
励磁系统供电方式示意图
六、预防措施
励磁小间在运行期间是恒温恒湿，工作条件良好。当机组检修时，小间空调会因MCC段停电而停运，再加上海边湿度大，长时间的停运会导致小间湿度增大，温度升高，增大金属设备氧化、锈化的可能性。在机组运行前，要做好设备的检查，对易生锈、氧化的部件要加大检查力度，降低设备故障率。
结束语
作为重要电力设备，发电机励磁系统故障触动着点检人员的神经，在处理励磁故障时最重要的是要安全问题。要在确保机组和人员安全的情况下进行消缺，避免扩大故障范围。本文针对外部闭锁起励一系列故障进行分析研究，并提出处理方案及预防措施，希望为使用同类设备的电厂提供借鉴，从而提高机组安全运行的可靠性。
关键词：励磁系统 外部闭锁起励 熔断器
广东粤电靖海发电有限公司（惠来电厂）位于广东省揭阳市惠来县东端靖海湾畔，总占地面积
2.124平方公里，规划建设2×60+6×100万千瓦共8台燃煤发电机组，总装机容量720万千瓦，总投资约300亿元。惠来电厂是迄今为止揭阳市最大的投资顶目，也是广东省粤电集团有限公司旗下特大型骨干企业之一。惠来电厂项目分两期建设，一期工程建设2×60+2×100万千瓦机组。1、2号2×60万千瓦超临界燃煤发电机组于2007年建成投产，一期工程3、4号2×100万千瓦超超临界燃煤发电机组于2012年12月31日获得国家发改委核准，已投入商业运行。
#1、2机组励磁系统采用ABB公司的UNITROL 5000系列，此系列是ABB公司第五代励磁调节器，用于同步发电机静止励磁系统。整个系统可分成四个主要的功能块：励磁变压器（-T02），两套相互独立的励磁调节器（-A10，-A20），可控硅整流器单元 –G31 … -G34，起励单元（-R03，-V03，-Q03）和灭磁单元（-Q02，-F02，-R02）。在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器 –T02、磁场断路器 –Q02 和可控硅整流器 G31…G34 供給。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压、在发电机端电压和场绕组之间提供电绝缘、与此同时起着可控硅整流器的整流阻抗的作用。可控硅整流器G1234将交流电流转换成受控的直流电流If。在起励过程开始时，充磁能量来源于发电机端残压。可控硅整流器的输入电压达10V～20V后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR 控制的 软起励过程。并网后，励磁系统可以在AVR 模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节、恒无功调节等。此外，它也可以接受电厂的成组调节指令。灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放掉。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻R02 和晶闸管跨接器F02（以及相关的触发元件）组成。根据系统的要求，励磁调节器可以采取单通道（-A10）的结构或者双通道（-A10 和-A20）的结构。一个通道主要由一个控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成，形成一个独立的处理系统。每个通道含有发电机端电压调节、磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件。在单通道结构中，利用一个被称为扩展的门极控制器（EGC）的分离单元作为备用通道，也就是一个手动通道。除励磁调节器外，一些接口电路如快速输入/输出（FIO）模块和功率信号接口模块（PSI）也被用来提供测量和控制信号的电隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套整流器接口电路包括整流器接口单元（CIN）、门极驱动接口单元（GDI）和整流器显示单元（CDP）。
一、事件经过：
#2机C级检修结束于2010年1月12日15：27并网，在12日23时50分左右，#2机励磁系统报“094 Start-up blkd extern 146”（外部闭锁起励）告警，经分析导致该告警的原因有三个：
1、机端供电电源熔断器-F15断开；
2、直流110V电源一-Q15空开断开；
3、转子接地保护继电器电源消失；
现场检查发现，熔断器-F15出线侧电源正常，-Q15空开在合闸位置，转子接地保护继电器电源正常，告警接点实际导通。初步判断可能是-Q15辅助接点或者是熔断器-F15告警接点异常，由于“外部闭锁起励”告警不影响设备并网以后的正常运行，从安全角度考虑暂时不做处理，等设备停运后再进一步处理。
13日19时40分左右，#2机励磁系统发出多项告警，检查发现励磁系统报出5条告警：
“089 Aux. AC fail 141”（交流电源故障）；
“094 Start-up blkd extern 146”（外部闭锁起励）；
“115 Cooling Alarm 189”（整流桥冷却系统报警）；
“122 Converter 2 162”（整流桥2）；
“145 FAN SHUNT SUPPLY FAILURE 211”（风机机端供电失效）。
同时检查：
1、稳压电源-G05不在工作状态；
2、风机电源切换继电器动作，供电方式由原来的机端电源供电（K16继电器动作）更改为#2机汽机段3MCC段供电（K15继电器动作）；
3、机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压；
4、调节柜内所有空开均在合闸位置；
5、风机机端电源电压监控继电器显示电压值为0V；
6、#2整流柜内风机由主风机切换至备用风机，该柜内两组风机电源开关-Q11与-Q12均在合闸位置；
7、#1、#3、#4、#5整流柜内风机均为主风机工作。
8、励磁系统工作电源供电方式由原来的机端电源供电切换至#2机直流系统供电。
二、原因分析：
如附图一所示，在正常状态下，励磁系统工作电源及整流柜风机工作电源均由机端供电，取自励磁变低压侧AB相（830V），经熔断器-F15（额定电流20A）后，分两路分别接机端电源变-T05（变比830/160）及机端风机变-T16（变比830/230），机端电源变-T05低压侧经Q05（额定电流10A）接至电源模块G05（输出24V）；机端风机变-T16低压侧经Q21（额定电流10A）接至#1～#5整流柜，柜内分别经Q11（额定电流4A）、Q12（额定电流4A）接至Ⅰ、Ⅱ组冷却风机接触器。 现在机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压，最大可能性为熔断器-F15熔断，导致机端供电方式失效。第二个可能性为-T05及-T16均有故障，由于两台变压器同时故障的可能性极小，同时目视检查变压器外观并无明显变化，可以基本排除此种可能性。
机端电源供电方式失效后，稳压电源-G05由于失去输入电源无法工作；冷却风机电源切换至#2机汽机段3MCC段供电；励磁系统工作电源切换至#2机直流系统供电。
熔断器-F15熔断的原因可能是由于熔芯本身质量老化或者回路短路导致。由于#2机组运行，励磁系统在工作状态无法进一步进行检查。
三、暂时采取的措施：
1、由于无法确定熔断器-F15熔断的原因，目前禁止操作励磁调节系统控制面板的故障复位按钮，防止由于操作导致#2机汽机段3MCC段励磁系统风机电源开关断开，造成整流柜冷却风机停运，从而导致发电机跳闸。
2、运行及电气点检加强巡检，密切关注#2机汽机段3MCC段励磁系统风机电源开关及#2机直流系统励磁电源开关的运行状态，同时尽量减少#2机汽机段3MCC段负荷的操作。
3、熔断器-F15工作电压为830V，属于高压设备，盲目更换可能由于故障点没有排除，在送保险的过程中发生事故。
4、由电气专业编写#2发电机励磁装置故障处理方案，并积极联系ABB厂家技术人员来现场指导处理。
四、处理过程及结果
经积极联系，上海ABB励磁厂家技术人员于2010年1月15日2：00来到现场，根据#2发电机励磁装置故障处理方案，随即展开检查工作。
1、滤波模块Z05、电源模块G05的电源输入回路直阻、对地绝缘电阻测量正常；
2、电源变压器T05、T16检查亦正常，结果如下：
电源变压器 变比 直 阻 对地绝缘电阻
高壓侧 低压侧 高压侧 低压侧
T16 830/230 V 2.1Ω 0.35Ω ∞ ∞
T05 830/170 V 2.2Ω 0.96Ω ∞ ∞
3、切换继电器K16检查：线圈直阻、绝缘电阻正常，底座完好，但接点接触电阻过大（十几Ω左右，正常为0.15Ω左右）。处理结果：更换该继电器。
4、熔断器-F15熔芯检查：熔断器-F15为两极，有一根熔芯熔断，如下图：
五、原因分析
经过对机端电源各元器件及其回路检查无异常后，更换熔断器-F15故障熔芯，联系运行对机端电源回路送上熔断器-F15，检测电源变压器T05、T16工作正常，然后再送上电源开关Q05、Q21，励磁装置报警消失（由于运行中无法检测，#2整流柜仍然为备用风机工作，故其风机报警仍在，待机处理），#2发电机励磁系统恢复正常工作。
熔断器-F15熔芯故障原因分析：比较上图两根熔芯，故障熔芯两端金属帽锈迹较为严重，造成接触不良，在运行中由于接触电阻过大，引起发热，最后导致熔断。
励磁系统供电方式示意图
六、预防措施
励磁小间在运行期间是恒温恒湿，工作条件良好。当机组检修时，小间空调会因MCC段停电而停运，再加上海边湿度大，长时间的停运会导致小间湿度增大，温度升高，增大金属设备氧化、锈化的可能性。在机组运行前，要做好设备的检查，对易生锈、氧化的部件要加大检查力度，降低设备故障率。
结束语
作为重要电力设备，发电机励磁系统故障触动着点检人员的神经，在处理励磁故障时最重要的是要安全问题。要在确保机组和人员安全的情况下进行消缺，避免扩大故障范围。本文针对外部闭锁起励一系列故障进行分析研究，并提出处理方案及预防措施，希望为使用同类设备的电厂提供借鉴，从而提高机组安全运行的可靠性。