一起勵磁調(diào)節(jié)器磁場開關(guān)合閘故障原因分析

蔣建旭，張云斌，鄭祥云

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引言

勵磁調(diào)節(jié)器是控制發(fā)電機機端電壓及機組間無功功率分配的重要控制裝置，對電力系統(tǒng)運行起著至關(guān)重要的作用。磁場開關(guān)作為勵磁調(diào)節(jié)器的重要元件，用于接通和斷開磁場回路，其性能好壞直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行［1］。以一起磁場開關(guān)合閘故障為例，分析故障原因并提出了有效防范措施。

1 故障描述

某電廠機勵磁調(diào)節(jié)器自2007年投運至今共計12年，設(shè)備老化情況嚴重，設(shè)備故障頻發(fā)，對其進行升級改造。

調(diào)試過程中，調(diào)試人員通過勵磁系統(tǒng)就地操作面板ECT對磁場開關(guān)進行一次合閘、分閘操作，開關(guān)合閘、分閘正常，然而調(diào)試人員再次通過操作面板對磁場開關(guān)進行合閘時，出現(xiàn)磁場開關(guān)無法合閘的故障現(xiàn)象。

2 原因分析

2.1 合閘線圈燒損

磁場開關(guān)包含2個線圈，其中，第一線圈用于合閘和分閘，第二線圈用于分閘。磁場開關(guān)內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示［2］。

初步懷疑為磁場開關(guān)合閘線圈燒損導致磁場開關(guān)合閘故障，故對磁場開關(guān)線圈直流電阻進行測量，測量結(jié)果如表1所示。

經(jīng)測量，磁場開關(guān)合閘線圈直流電阻正常，排除磁場開關(guān)合閘線圈損壞導致滅磁開關(guān)合閘故障。

2.2 磁場開關(guān)合閘執(zhí)行機構(gòu)卡澀或破損

對磁場開關(guān)進行拆解，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)無破損，排除執(zhí)行機構(gòu)破損導致的機構(gòu)合閘故障。

圖1 磁場開關(guān)內(nèi)部構(gòu)造

表1 磁場開關(guān)線圈直流電阻實測值 Ω

人為拉動磁場開關(guān)動觸頭，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)帶動動觸頭與靜觸頭接觸，執(zhí)行機構(gòu)行程無卡澀，故排除執(zhí)行機構(gòu)卡澀導致的合閘異常。

圖2 磁場開關(guān)解體執(zhí)行機構(gòu)

2.3 磁場開關(guān)控制回路異常

排除磁場開關(guān)機構(gòu)問題后，從磁場開關(guān)分、合閘原理出發(fā)，進一步研究磁場開關(guān)合閘故障的原因。

2.3.1 磁場開關(guān)合、分閘原理

磁場開關(guān)合閘執(zhí)行機構(gòu)如圖3所示。由圖1與圖3所示，磁場開關(guān)合閘原理為：磁場開關(guān)第一線圈（合圈）通正向直流電，閉合裝置1通電后將移動執(zhí)行機構(gòu)，如圖3所示，執(zhí)行機構(gòu)帶動拔叉2（拔叉2與動觸頭3為一體）按照紅色箭頭方向移動，最終使動觸頭3與靜觸頭9接觸。由于故障設(shè)備采用的M型斷路器不需要電流維持接觸壓力，所以主觸頭（動觸頭3與靜觸頭9）閉合之后，接觸壓力由閉合裝置1來維持。

圖3 磁場開關(guān)合閘執(zhí)行機構(gòu)

圖4 磁場開關(guān)分閘執(zhí)行機構(gòu)

磁場開關(guān)分閘執(zhí)行機構(gòu)如圖4所示。由圖1與圖4所示，磁場開關(guān)分閘原理為：磁場開關(guān)第一線圈（分圈）通反向直流電，拔叉2帶動動觸頭3縮回；磁場開關(guān)第2線圈（分圈）通電，過電流釋放裝置15帶動連桿7向上移動，通過杠桿14將撥桿8上抬，撥桿8頂起拔叉2，使得原掛接在一起的拔叉2與執(zhí)行機構(gòu)脫離開，拔叉2與動觸頭3一起縮回，完成分閘。

當磁場開關(guān)通過第二線圈分閘時，拔叉2與動觸頭3縮回，但執(zhí)行機構(gòu)仍在合閘位置，所以下次合閘前，需要通過給第一線圈通反向直流電（即第一線圈分圈受電）的方法將執(zhí)行機構(gòu)復位。

結(jié)合上述分析磁場開關(guān)分、合閘原理可知，磁場開關(guān)合閘方式為第一線圈（合圈）通正向電，使得線圈纏繞的永磁鐵（閉合裝置1）在電場作用下產(chǎn)生一恒定磁場，在永磁鐵磁場力的作用下（利用磁鐵N級和S級同性相斥、異性相吸的原則），推動執(zhí)行機構(gòu)帶動拔叉2與動觸頭3進行合閘；磁場開關(guān)分閘方式為第一線圈（分圈）通反向電，抵消永磁鐵內(nèi)原磁場，使得執(zhí)行機構(gòu)失去原維持壓力，拔叉2與動觸頭3縮回。

據(jù)此，懷疑磁場開關(guān)線圈內(nèi)部磁場紊亂導致分閘后執(zhí)行機構(gòu)未復位，進而造成磁場開關(guān)合閘故障。

2.3.2 磁場開關(guān)控制回路檢查

磁場開關(guān)控制回路與合閘、分閘回路等效電路分別如圖5～7所示?？刂苹芈分须娮柽x型如表2所示。

圖5 磁場開關(guān)控制回路原理

圖6 磁場開關(guān)合閘回路等效電路

圖7 磁場開關(guān)跳閘回路等效電路

表2 電阻選型表 Ω

帶入表1、表2中電阻值，可得磁場開關(guān)第一線圈（合圈）理論動作電壓為

磁場開關(guān)第一線圈（跳圈）理論動作電壓為

現(xiàn)場將磁場開關(guān)前端航空觸頭拔下，閉合第一線圈（合閘）繼電器K10，測量R和S間電壓為231.6 V；閉合第一線圈（分閘）繼電器K12，測量S和R間電壓約為180V。故第一線圈（合閘）動作電壓正常，但第一線圈（分閘）動作電壓180V遠大于理論計算值35V，故懷疑串聯(lián)電阻R22與并聯(lián)電阻R21配置有誤。

經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)電阻R22與并聯(lián)電阻R21位置接反，且兩電阻分接頭位置接反，即接入的有效部分分別為R1-321和R1-322，現(xiàn)場實測值如表3所示。

表3 現(xiàn)場實測電阻值 Ω

圖8 磁場開關(guān)跳閘回路實際接線等效電路

因此最終確定，導致合閘故障的原因為磁場開關(guān)控制回路中并聯(lián)電阻R21、串聯(lián)電阻R22接線錯誤，導致第一線圈（分圈）動作電壓過高，進而導致本應抵消原永磁鐵磁場的反向磁場過大，致使第一線圈永磁鐵內(nèi)部磁場紊亂，最終磁場開關(guān)合閘故障。

經(jīng)過對磁場開關(guān)控制回路電阻更改，開關(guān)合閘成功，故障排除。

3 磁場開關(guān)合閘故障防范措施

為確保磁場開關(guān)工作正常，保障勵磁系統(tǒng)安全正常工作，磁場開關(guān)合閘故障防范措施總結(jié)如下［3］：

1）磁場開關(guān)運行環(huán)境。磁場開關(guān)應存放在干燥（40℃時最大相對濕度為50%）、清潔和封閉的位置，環(huán)境溫度為-25～+55℃。

2）磁場開關(guān)分、合閘線圈電阻選擇。定期測量第一線圈（合圈、跳圈），第二線圈（跳圈）直流電阻值，應與標稱值相符。

3）磁場開關(guān)分、合閘線圈的動作電壓選擇。定期進行分、合閘操作，檢查低電壓和最大動作電壓下的動作可靠性，輔助觸頭接觸是否良好；低電壓合閘操作在80%的額定操作電壓，分閘操作在65%的額定操作電壓，分、合閘操作均進行5次，電壓低于30%時不應動作；最大操作電壓在110%額定操作電壓時，分、合 5 次［4］。

4）磁場開關(guān)動、靜觸頭檢查。測量動、靜觸頭閉合后接觸電阻是否滿足標準；檢查動、靜觸頭有否燒損，接觸面是否光滑且無珠狀物質(zhì)；磁場開關(guān)處于閉合狀態(tài)，測量觸頭磨損尺寸W，當W=（7±1）mm時，觸頭已磨損［1］，磁場開關(guān)動、靜觸頭間隙W如圖9所示［5］。

圖9 磁場開關(guān)動、靜觸頭間隙

5）滅弧組件檢查。拆下滅弧組件，檢查電弧隔板，引弧條，火花消除器有否燒損、臟污。

4 結(jié)語

磁場開關(guān)作為勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞決定了勵磁系統(tǒng)能否正常運行，通過此次磁場開關(guān)合閘異常故障的分析研究，對磁場開關(guān)構(gòu)造以及分、合閘原理進行了深入了解，結(jié)合磁場開關(guān)的日常維護，確保了磁場開關(guān)動作的可靠性，提升了勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為機組安全運行提供技術(shù)支持。