第４４卷第２０期 ２ ０ １ ３年１ ０月 人 民 长 江 Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｖｏ１．４４．ＮＯ．２０ ０ｃｔ．． ２０１３ 文章编号：１００１—４１７９（２０１３）２０—００６６—０２ 一起特殊的发电机起励失败原因分析与启示 吴登高 ，税利荣 （１．湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南长沙４１００１４； ２．澧水公司江垭水电站，湖南慈利４２７２２１） 摘要：水轮发电机组转速信号是其自动化控制的重要信号。针对一例因转速信号装置故障所引起的发电机起 励失败原因展开分析，经检测查明，起励失败是受较大轴向振动所引起的，由于ＬＣＵ检测机端未满足预设条 件，因此报警并退出自动开机流程。对此，更换柔韧性更好的齿盘测速度硬件，并增加一路机端频率信号作为 备用信号。可防止类似故障的发生。 关键词：励磁装置；起励故障；转速信号装置；原因分析；江垭水电站 文献标志码：Ａ 中图法分类号：ＴＶ７３４．２１ １ 工程概况 江垭水利枢纽工程是湖南澧水公司为开发治理澧 水流域而修建的第１座骨干工程，工程位于湖南慈利 制动闸已解除一进水口闸门全开一停机状态一冷却水 投入一主轴密封水投入一接力器锁锭拔出一空气围带 排气一导叶至空载一机组转速＞９０％一空载状态一 ＦＭＫ合闸一机端电压＞９０％一空载状态一发电机断 路器合一发电状态。 县江垭镇上游５ ｋｍ的澧水一级支流漤水河上，下距慈 利县城５７ ｋｍ。工程以防洪为主，兼有发电、航运、灌 溉、供水、旅游等功能。水库正常蓄水位为２３６ ｍ，总 库容为１８．５６亿ｍ ，防洪库容为７．４０亿ｍ’。电站装 机容量为３００ ＭＷ，年设计发电量为７．５６亿ｋＷ・ｈ， 当时，发出操作指令后，机组自动开机，合磁场断 路器ＦＭＫ后，监控系统显示器随后报“起励时间过 长，ＦＭＫ分闸，自动发电流程退出”信息。然而，现场 检查并未见异常，手动合ＦＭＫ，发电机升压正常。这 种情况在该机组曾连续出现几次，每次均为自动开机 到“并网”状态时失败，而随后手动合ＦＭＫ时发电机 升压正常（机组进入空转状态，ＦＭＫ合闸后励磁调节 器自动升压到额定电压）；如果先开机到“空转”状态， 再执行“空转”状态到“并网”状态操作指令，则不会出 现“起励时间过长”，流程也不会退出。 在湖南电网中担任调峰、调频任务，是湘西北电网的骨 干电源点。工程于１９９５年正式开工，１９９９年，３台机 组全部投产发电。 电站使用的是东方电机厂生产的ＳＦ１００—３２／ ８２５０型发电机组，在水轮发电机组大轴补气阀上方的 顶部，安装有１套ＺＸ一４Ａ型转速信号装置；励磁装置 系从瑞典ＡＢＢ原装引进的ＦＭＴＢ８２２型自并励装置； 计算机监控系统为南瑞自控公司生产的ＳＳＪ一３０００系 列全分布开放式系统。 ３故障查找与原因分析 ３．１ 故障查找 针对该发电机连续出现的不能自动升压情况，电 站检修人员对该机组的励磁系统作了详细的检查。然 ２机组起励失败故障 江垭水电站曾发生过一起特殊的起励失败故障， 导致自动发电操作失败。发电机组执行自动开机到 “并网”程序时，一般在操作指令发出后１ ｍｉｎ左右应 并入电网。发电机组自动开机流程为：机组无事故一 收稿日期：２０１２—１２—１３；修回日期：２０１３—０８—２３ 而，检查并未发现励磁系统存在故障。 在对自动升压失败的几次操作记录作仔细分析后 发现，升压失败时，ＦＭＫ的合闸时间点较以往正常操 作时提前了１５ ｓ左右。针对这一情况，检修人员进行 作者简介：吴登高，男，高级工程师，主要从事水电工程建设与电站管理工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｄｇｊｙ＠１２６．ｅｏｍ 第２Ｏ期 吴登高，等：一起特殊的发电机起励失败原因分析与启示 ６７ 了深入的检查，发现机组在开机时，当转速上升而导叶 开度由８０％关闭到１７％的过程中，机组的上机架伴有 较大震动，转速信号装置有９０％ｎ 信号输出但信号在 闪烁（正常转速情况下，该信号应平亮）。此时，经过 查看机组频率仪表，其显示为２０ Ｈｚ左右（相当于转速 ４０％ｎ ），即转速信号装置发出的转速信号与发电机频 率仪表测出的转速信号有很大的差异。经对频率显示 仪表和转速信号装置分别进行试验校对，最终确认了 转速信号装置有故障。 ３．２故障原因分析 江垭机组的转速信号装置为齿盘测速，测速脉冲 经ｓｚ一４型ＰＬＣ处理输出开关量转速信号。测速齿 盘经一传递小轴与发电机主轴保持同步，小轴上、下两 端分别有一片“Ｓ”形驱动片，以减缓水轮机的震动和 抬升作用，见图１中的转速信号装置内部实物。 图１ 转速信号装置内部买物 由于机组在电网长期担任调峰任务，启停频率较 高，大范围频繁地调节负荷且长期穿越震动区运行，导 致起软连接作用的“ｓ”形驱动片和连接螺栓发生疲 劳、松脱（解体检查发现，其中一片“ｓ”形驱动片已呈 半松脱状态）。机组转速上升过程中震动较大，齿盘 测速装置在与大轴半连接状态下受到轴向震动冲击 时，测速探头检测到的转速信号失真，致使转速信号装 置误发９０％ｎ 信号。 ３．３ 励磁装置Ｖ／Ｈｚ限制与起励失败关系 为防止转子在低转速情况下发生过激磁，在励磁 装置调节器内设置有“电压一频率”限制曲线，即图２ 所示的励磁调节器Ｖ／Ｈｚ限制曲线。处于自动运行方 式下的励磁调节器，以检测到的实时机频为基准，按 “电压一频率”曲线限制发电机端电压。另一方面，自 动运行方式下的励磁调节器，在ＦＭＫ合闸后５ Ｓ时间 内检测机端电压未升到５０％以上时，即认为起励失败 而令ＦＭＫ分闸，如图３所示的励磁调节器判断起励时 间过长逻辑框图。 图２励磁调节器Ｖ／Ｈｚ限制曲线 图３励磁调节器判断起励时间过长逻辑框图 ３．４ 小结 在水轮发电机组开机过程中，由于转速信号装置 受到较大的轴向震动冲击而出现故障，导致误发９０％ ｎ 信号。ＬＣＵ收到该信号即发出投励磁指令合ＦＭＫ， 而此时发电机的实际转速未达到９０％ｎ ；励磁调节器 内的“电压一频率”曲线限制了发电机电压的升高。 合ＦＭＫ后５ ｓ时，发电机机端电压仍小于５０％Ｕｅ，励 磁调节器认为起励失败，发出跳闸脉冲分ＦＭＫ，机端 电压降为零。由于ＬＣＵ检测到机端电压不满足预设 条件，因此报警并退出自动开机流程。 ４应对措施 发电机组转速信号是其自动化控制的重要信号。 机组转速信号装置担负着机组开机判断空转状态、停 机投制动以及机组一级、二级过速保护等信号输出任 务，其工作状态的正常与否，直接关系到机组能否正 常、安全运行。 由于ＺＸ一４Ａ型转速信号装置完全依靠“ｓ”形驱 动片来与发电机保持同步，“ｓ”形驱动片成为该型转 速信号装置能否正常工作的决定性条件，因此，必须提 高转速信号装置的可靠性。为此，采用了以下对应措 施： （下转第７１页） 第２０期 朱冠廷，等：湖北三里坪水电站电气二次设计 ７１ 光端机接入程控调度总机中继口，传送系统调度命令。 程控调度总机的中继线还可通过电信局的通信设备进 入市话网，作为对外联系通信，并兼作系统调度通信的 备用通道。 统、继电保护系统、励磁系统、直流电源以及通信系统 等运行状况良好。实践证明，电站二次系统的方案设 计和设备选择是合适的。三里坪水电站已成为十堰地 区的骨干电站，为当地经济和社会发展发挥着重要作 用。 （编辑：赵秋云） ６结论 工程于２０１２年全部建成投产，电站计算机监控系 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓａｎｌｉｐｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ＺＨＵ Ｇｕａｎｔｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｔｉａｎｄｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｊｉｘｉａｎｇ，Ｚ０Ｕ Ｌａｉｙｏｎｇ （Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙ，Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｗｕｈａｎ ４３００１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓａｎｌｉｐｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｄｉｓｐａｔｃｈｅｄ ｂｙ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ Ｓｈｉｙａｎ Ｃｉｔｙ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｉｓ ａ ｋｅｙ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｈｕｂｅｉ ｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｓ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｓｔａｂｌｙ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｗａｓ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ２０１２．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａ ｄｅ— ｔａｉｌ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｈａｒｄｗａｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｍａｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓ－ ｔｅｍ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＤＣ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｉｃ ｓｅｃｏｎｄａｒｒｙ ｄｅｓｉｇｎ；Ｓａｎｌｉｐｉｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ （上接第６７页） （１）使齿盘测速的硬件更可靠，如用柔韧性更好 的材料来改进转速信号装置与机组大轴的连接，以更 好地衰减轴向震动和冲击，并对连接处实施有效加固。 （２）增加一路发电机机端频率信号作为备用信号 源（如图４所示），这样，即使是在特殊情况下失去了 其中一路转速信号，仍有另一路信号可供处理，以保证 转速信号的可靠输出。 当然，在具体实施时，针对齿盘测速信号与机频转 速信号之间的不一致，以及转速信号输出方式等问题， 还应作进一步研究。 （编辑：赵秋云） 各测控点转速 信号开关量输出 图４双信号源的转速信号装置 Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｎｌｉｇｈｔｅｎｍｅｎｔ ｏｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ＷＵ Ｄｅｎｇｇａｏ ，ＳＨＵＩ Ｌｉｒｏｎｇ （１．Ｈｕｎａｎ Ｌｉｓｈｕｉ Ｈｙｄｒｏ＆Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇｙａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｈｕｎａｎ Ｌｉｓｈｕｉ Ｈｙｄｒｏ ＆Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｉｌｉ ４２７２２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎａｌ ｆｏｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｃａｕｓａｌ ａｎａｌｙ－ ｓｉｓ ｏｎ ａｎ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｉｎｇ ｄｕｅ ｔｏ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｄｅｖｉｃｅ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｄｕｅ ｔｏ ｓｔｒｏｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ＬＣＵ ｗａｓ ｎｏｔ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｕｓ ｉｔ ｇａｖｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｈａｔ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ａｃ— ｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ａ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｓｔａｎｄｂｙ ｓｉｇｎａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ＬＣＵ ｔｅｓｔｅｒ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｖｏｉｄ ｓｉｍｉｌａｒ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｅｘｃｉｔｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ；ｓｉｇｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ；ｃａｕｓａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｊｉａｎｇｙａ Ｈｙｄｒ叩０ｗｅｒ Ｓｔａ ｔｉｏｎ
