摘要:为了提高发电机端运行安全性,降低发生故障的概率,以QFSN-660-2三相同步汽轮发电机为例,讨论电压降低故障现象,阐述该故障的原理与原因,以及在运行过程中出现故障的表现,提出解决电压降低故障的处理方法与预防建议。电压降低故障对于发电机端运行的影响,需要在今后设备运行与管理中加强关注,重点预防与解决,才能够实现汽轮发电机的稳定运行。
1、发电机端电压降低故障现象
QFSN-660-2三相同步汽轮发电机在运行状态下,发生电压降低故障比较常见,故障现象是机组突然显示电压降低,或者系统在运行时突然出现异常报警[1]。例如观察发电机端运行过程,三相同步汽轮发电机除了DCS系统突然显示电压降低外,NCS系统也会出现“AVC发增磁闭锁”预警与DCS系统AVC装置异常运行预警。一旦发生电压降低故障,工作人员必须及时检查各个系统,包括DCS系统、NCS系统、AVC等,重点检测电压,一般比较常用就地检查的方法,确定高压调门摆动范围,如果发现有增加趋势,便可确定发电机端电压存在降低故障。
根据汽轮发电机运行过程,总结电压降低的原理与原因。发电机端电压降低,也就是线路内的电流过大,供电线路存在阻抗,如果过大电流经过阻抗,那么会直接形成电压降。电流增加,电压降也会随之提高,导致发电机端电压降低。电压降低原因,一般是短期内线路产生大于正常限值的电流,最终结果却远低于正常电压值。出现瞬间大电流与线路的短路故障有直接关系,如果线路局部发生短路故障,会使电流急剧增加,电压突然降低[2]。若故障电路保护装置快速开启运行,隔离故障点之后电压快速恢复到正常状态,从而产生短时间的电压降低故障。除此之外,如果汽轮发电机突然连接大功率负荷,也会产生电压降低故障。通常设备发生故障,或者气候条件、不合理操作等会导致电压降低故障,其中气候和地理因素也会使电压降低故障发生变化。
2、发电机端电压降低故障的原因
若发电机出口TV部位存在故障,那么会对机组的无功功率、有功功率、频率带来影响,甚至会出现无法正常显示的现象。DCS系统控制逻辑是不可忽略的影响因素,例如频率校正系数。如果机组频率发生波动,那么汽机主控将会受到影响,此时汽轮机的高压调门发生摆动,可以由此判断存在发电机出口TV故障[3]。
随即检测发电机出口TV二次侧负荷,工作人员需要观察机组设备图纸,如果有故障存在,对DCS系统显示画面的发电机端电压进行观察,发现会有NCS显示电压异常,或者直接NCS发“AVC发减磁闭锁”预警,而DCS系统的AVC装置显示异常,同时伴有机组频率摆动。所以,工作人员根据以上现象可以直接判断发电机组有故障存在。另外,如果TV一次侧1相的保险出现熔断现象,另外2相线圈则串联,分别承受1/2倍线电压。因为二次电压与一次电压的关联非常密切,即一次电压发生变化之后,二次电压也会随之出现改变[4]。所以,一次侧电压相应的二次侧非故障2相相电压出现位移,分别朝前、后两个方向位移,换言之相电压方向完全相反。如果观察发现TV一次侧1相保险全部熔断,而且开口三角形的电压经检测为0,没有发出任何接地信号。此时熔断相电压发生改变,检测之后确定为0,而且非熔断相与常规相电压相比,前者大于后者。一旦发生类似故障,检测发电机出口的所有相电压,其中相电压还会出现明显降低的现象,但是一般不会降至0,代表该相一次侧保险并没有完全熔断,然而保险阻值增加,致使对应相的TV绕组电压降低,二次侧相电压也随之下降。
分析常见的电压降低原因如下:(1)发电机端原动机转速过低,建议将原动机转速调整到额定值。(2)发电机个别整流二极管在运行中存在击穿现象,建议及时检查,而且发现被击穿的二极管要马上更换。(3)发电机端内部电刷接触面有限,导致压力小,而且存在接触不良的现象。若分析之后肯定故障原因是换向器表面不光滑,建议调整到低速运行状态,工作人员使用砂布磨光换向器表面,也可以直接调整弹簧压力[5]。(4)定子绕组、励磁绕组内部存在短路、接地故障,定期进行各个装置的故障检查,可以及时发现、清除短路与接地故障。(5)励磁机电刷存在位移现象,逐渐偏离中性线,或者检查发现弹簧压力不大。工作人员可以调整电刷位置,也可以直接替换新电刷、调整弹簧压力。(6)汽轮发电机励磁回路电阻超出额定值,需要将磁场变阻器电阻减小,可以起到增加励磁电流的作用,或是对附加绕组接头进行检查,判断是否有断线、接错等现象存在[6]。
所以,要想检测是否存在故障,重点在于一次侧保险是否有故障存在。除了检测与观察之外,还需要进行现场检查,由热工人员与继保专业人员负责,检查频率信号摆动情况和就地测量发电机出口的TV二次侧电压,根据最终得出的测量结果,可以判断电压降低故障的根本原因,多为发电机端的TV二次电压异常导致。
3、发电机端电压降低故障现象的处理办法
如果发电机端运行时出现电压降低故障,在还未确定故障原因之前,可以先将机组协调控制机制解除,切换到基本控制模式,此时可将频率摆动导致的高压调门摆动的故障解除。另外,工作人员做好机组运行参数的监督,在监督过程中尽量减少非必要性操作,按照发电机出口位置的非故障相TV显示参数,对机组无功功率与出口电压进行调试[7]。
如果已经确定电压降低故障的原因,可以分别采取如下方法进行处理:(1)确定故障之后,从发电机出口TV的C屏电压向量保护压板、AVC与AVR自动等。由于TV故障会导致发动机负荷显示值小于实际值,因此,解决该类型的故障可以人为调整无功负荷。(2)工作人员检查发电机出口TV一次侧高压保险,测量之后如果发现一次侧故障保险直阻小于原始值,需要初步判断发电V相出口是否有一次侧保险故障。若将一次侧保险更换之后,显示发电机出口TV的二次小空开各个系统发电机出口三相电压相同,其他参数也随之恢复到正常值,那么便可以将发电机保护预警信号及时消除。(3)发电机出口位置的TV二次小空开系统处理前需要将其断开,务必要使机组从功率负荷不平衡保护的状态下及时退出,以免机组突然停止运行导致保护误动[8]。
基于QFSN-660-2三相同步汽轮发电机的运行,总结发电机端电压降低故障的形成原因,如果机组的电压与频率突然降低,工作人员应该按照故障表现出来的现象分析TV携带负荷的实际情况,判断存在故障的位置,而且要在确定原因之后及时采取解决方案,利用汽轮发电机转速,剖析其运行频率,根据汽轮发电机的压力明确有功功率,其中包括调节级压力、流量与主汽压力[9]。汽轮发电机的三相电流可以作为三相电压不平衡判断的依据,随后再依次确定发电机端电压降低故障原因。
4、发电机端电压降低故障的防范建议
4.1技术性预防与解决
为了避免汽轮发电机端电压降低,在技术层面需要做好如下工作:(1)工作人员及时总结导致电压降低故障的原因,制定技术性的解决措施,全面提升工作人员技术能力,确保汽轮发电机运行质量,以免因技术问题发电机端电压降低故障。开始应用汽轮发电机之前,务必要按照国家有关部门出台规定,组织设备与相关装置的试验[10]。提前分析发电机运行期间可能引发故障的所有因素,形成系统性的运行与解决机制,一旦发生故障可以及时找到原因,并且将电压降低故障排除。(2)工作人员定期组织故障排查与检修,尽可能地减少发电机运行故障的发生概率。因为汽轮发电机长期处在运行状态,很容易受到周围环境、装置与零部件的影响,出现电压降低故障。为此,工作人员加强各项设备检查,发现设备、零部件老化与损坏需要更换,使用新型、性能高的装置。(3)所有运行状态下的汽轮发电机都要及时组织检修,而且要纠正工作人员的操作行为,以免因不正规操作导致的电压降低故障[11]。
4.2可靠性预防与解决
汽轮发电机在运行过程中,加强可靠性是规避电压降低故障的有效措施,需要做好以下几点:(1)汽轮发电机的操作、管理人员之间加强协调,彼此之间能够协调合作,确保发电机设备可以稳定运行。(2)需要用到汽轮发电机,前期需要制定合理的设备使用方案,例如提前预留出适当的空间,保证发电机系统不会因为设计不当导致故障[12]。(3)严格按照规章制度进行设备管理,而且要定期检查发电机运行状态,可以及时发现、排查汽轮发电机内部潜在电压降低故障隐患,从而突出可靠性的解决举措,以免电压降低故障带来严重影响。(4)如果汽轮发电机运行中出现电压降低故障,应该要及时组织各方人员进行检修,保证技术人员、管理人员等的协调性,故障检修工作要具有计划性,最大限度地减小电压降低故障带来影响,从而加强汽轮发电机运行与管理的可靠性。
4.3社会性预防与解决
汽轮发电机运行中的电压降低故障,为了体现出该故障解决与处理的社会性特点,应该要合理分析,加强发电机设备的管理、维修,而且管理人员要树立可靠性、社会性的工作理念,为汽轮发电机运行安全性、稳定性、可靠性等提供保障,降低电压降低故障发生概率。汽轮发电机质量管理也非常重要,为了加强汽轮发电机运行过程的安全性与稳定性,杜绝电压降低故障,在质量管理过程中进行技术与故障检修是非常有效的方法[13]。另外,应该合理调整汽轮发电机参数,针对汽轮发电机运行实际调整各项运行参数,以加强汽轮发电机稳定运行为前提,使发电机可以达到规定运行水平。若汽轮发电机处在运行的高峰期,建议在汽轮发电机停运后,电压调低进入闲置状态,如此一来可以使汽轮发电机能够始终维持稳定的运行状态。
为了使汽轮发电机故障解决管理满足社会性要求,加大汽轮发电机管理力度,如果发现违规操作行为必须给予处罚,促使所有管理人员形成汽轮发电机的规范操作观念。另外,汽轮发电机运行与使用,可以拓宽宣传范围,让管理人员、技术人员、维修人员都可以认识到汽轮发电机电压降低故障的重要意义,继而在设备运行与维修时加强重视。
5、结束语
综上所述,汽轮发电机在运行中出现电压降低故障十分常见,如果不及时解决会威胁到设备运行的安全性。为此,无论是技术人员还是管理人员,都必须做好检查与维修工作,观察汽轮发电机运行状态,当发现潜在故障隐患之后,可以及时解决,替换故障零件,最大限度地预防电压降低故障,降低该故障的发生概率。既能够保证汽轮发电机的稳定运行,又可以为今后电压降低故障解决、预防总结经验。
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文章来源:裴生文.浅析发电机端电压降低故障现象分析及处理[J].电气技术与经济,2021(04):66-68.
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