武庭会(攀钢集团矿业公司动力厂，四川攀枝花　617063)



发电机机组无功功率输出波动原因分析及对策

武庭会
(攀钢集团矿业公司动力厂，四川攀枝花617063)

【摘要】针对攀钢电厂12#机组在运行中出现无功功率输出频繁反向波动的问题进行了研究和分析，从励磁调节系统内外查找原因，确认是碳刷接触电压过高所致，采取措施解决了问题。

【关键词】无功波动；碳刷；接触电压

1　前言

攀钢电厂建厂3台发电机的自动励磁调节器均为北京重型电机厂配套的GLT-5型装置，由于该型励磁调节器采用模拟控制信号，抗干扰性能差，励磁控制不稳定，无功波动较大。1999年7月开始对励磁调节器进行改造，使用的是TDWLT-01型微机励磁系统。2015年来，12#机组的励磁波动频繁，导致无功的波动幅度有10~40 Mvar左右，严重影响机组和电网的安全稳定运行。

为了控制无功波动时可能引起机组进相运行，造成失磁保护动作从而引起机组跳闸，要求将12#机组无功功率输出控制在30 Mvar运行。由于攀枝花电网无功冲击变化负荷大，在自动励磁调节器的作用下，机组无功也会相应地发生调节变化，为了控制好12#机组无功，要求运行人员随时调整给定控制12#机组无功，励磁波动调节的不稳定性增加了12#机下网的可能性，同时也大大增加了监盘人员的劳动强度。

12#机组励磁波动的问题，厂里多次组织电气专业组的人员进行分析讨论都没找到具体原因，已经成为严重影响机组安全运行的一个生产难题。

2　励磁波动现象及故障排查

2.1无功功率波动现象

12#机组无功反向调节的现象始于2012年10月，当时间隔时间长，有时半年才波动一次，2014年2月份后无功反向调节波动频繁，最严重的一次3 月1日致机组下网。在系统电压平稳、运行人员无任何操作情况下，A、B调节柜直流输出电压，主励磁电压骤升，12#机无功，主励磁机励磁电流，转子电流骤降。几分钟后励磁调节器所有参数恢复正常。

2.2励磁波动原因排查

2.2.1励磁调节器内部排查

2014年3月1日12#机组事故下网发生后组织人员检查了永磁机至调节柜电缆、调节柜至主励磁机电缆的直流电阻，交流耐压试验，对2#机励磁调节A、B柜控制插件，整流桥进行了检查清扫，对插件接触触指使用橡皮擦进行了清洁，接插线进行重新插拔检查，确保接触良好。在发电机空载情况下，测量永磁机波形，三相波形完整，相位正确，测量调节柜输出波形，整流桥输出波形无缺失现象。3月4日请专家来厂对励磁系统整流特性、触发脉冲及中频电源波形检查，逻辑功能试验，跟踪及切换试验检查，空载及并网后动态切换试验。仅发现B柜存在调节脉冲触发干扰，可控硅阻容吸收电路中电容可能存在参数劣化情况，动态情况下B柜跟踪比A柜调节反应速度慢的情况，其他特性均正常。阻容吸收电路中的电容参数劣化可能带来的影响就是励磁调节器可控硅误触发。5月6日更换了C相阻容吸收电路中的电容对触发控制脉冲录波发现仍有毛刺,排除了阻容吸收电容引起励磁波动的判断。

同时对3月1日机组下网事故进行了定性分析。B柜测量回路接触不好，造成B柜检测到机端电压大幅下降，B柜可控硅控制角迅速减到最小，造成过励和顶励励磁，自动将励磁电流限制在顶值励磁限制的电流范围内，所以电气运行人员人为加减励磁都不起作用。A调节柜电压检测回路完好，检测到达到极端电压大幅上升至11.9 kV，迅速将A柜可控硅控制角开大，机端电压一直维持11.7 kV，持续了13 min，在这13 min A柜可能一直在执行开大控制角的判断，所以当时A柜已经处于关断状态，B柜处于开到最大状态，当人为地断开B柜DZB时就造成失磁保护切机。事故后对插件接触触指使用橡皮擦进行了清洁，接插线进行重新插拔检查，确保接触良好，3月4日开机时对调节B柜励磁特性进行检查，正常，找到了12#机组下网的原因：不是无功反向调节引起的，而是B柜测量回路接触不好造成B柜失控故障。

3月31日12#机组励磁又开始波动。从无功波动励磁电流变化过程分析，调节柜能根据无功的骤升骤降做出相应的调节动作，调节柜功能正常，仍属于可控态。从ECS历史曲线分析，按照负载特性，调节柜输出电压增大，励磁电流相应增加。而反常调节的现象调节柜的电压突然升高后，励磁电流处于下降状态。故此，我们排除了励磁波动是由励磁调节器内部问题引起的。分析可能是励磁调节器外部存在不稳定的负载增大状态。

2.2.2励磁调节器外部原因排查

通过分析认为可能是12#发电机励磁系统（永磁机至主励机转子之间的设备）异常造成。3月1日停机后对永磁机至调节柜，调节柜至交流励磁机的电缆进行了直流电阻、交流耐压试验，合格，3月4日开机后检查了永磁机的电压波形及励磁调节器输出电压波形完整，不存在掉波头的情形。而唯一的收获就是3月31日和4月20日无功反常波动时副励碳刷打火，由于时间持续短，几分钟后又励磁调节自动恢复正常。因此把查找故障的注意力集中到了副励碳刷上，正常运行时我们测得副励E、F环碳刷电流分配良好，接触电压只有1 V，为了捕捉到励磁波动时副励碳刷的接触电压，做了一个专用碳刷接好万用表笔，当5月16日13#机无功波动时成功测得副励F环4个碳刷中有2个碳刷没电流，一个有42 A，一个有18 A，副励碳刷接触电压有4~6 V左右，通过ECS历史曲线分析，励磁波动前调节柜的输出电压26 V左右，励磁波动后调节柜输出电压31 V左右，升高的电压5 V与副励碳刷的接触电压值4~6 V相同，经过调整后电流分配正常，无功波动消失。经过4个月的追踪，检查分析终于找到了励磁波动引起无功反向调节的原因：副励碳刷在运行过程偶尔电流分配不均转移到个别碳刷上接触电阻增大造成接触电压增大引起的。

从现场运行经验看造成碳刷接触电压增大的原因分析：（1）碳刷卡阻，运行一段时间后，碳刷与滑环的接触面因刷体逐渐磨损而逐渐分离，造成该碳刷所分担的励磁电流为零，致使其他碳刷工作电流增大，发热严重。（2）碳刷跳动，打火滑环螺旋沟内积聚灰尘、碳刷末在碳刷与滑环之间形成接触气膜、滑环的圆度、同心度不佳，碳刷与滑环表面接触不佳，滑环表面因电腐蚀出现凹坑，表面光洁度变差都会使碳刷与滑环接触不良。（3）恒压弹簧压力过小，碳刷和滑环表面接触不稳定，容易引起电弧、压力过大，刷面的硬粒对滑环表面刮割严重。因此弹簧的压力要适中。碳刷本身的电阻，不同批次的混合使用，其电阻系数不一样，运行中会造成碳刷温升不同，导致碳刷电流分配不均。不仅个别电流超标，而且磨损增大。刷架、刷握中心线不完全垂直于滑环圆周切面，倾斜造成碳刷接触不良、弹簧压力不一致。刷握与滑环表面距离不一致，碳刷有效接触面有差别，刷架周边有毛刺不光滑，易挂碳粉和粉尘，这都会造成碳刷电流偏差增大。

3　采取的对策

为了消除因碳刷接触电压高引起的无功反向调节，确保机组的安全运行，采取以下措施确保碳刷稳定运行：

运行检查：加强定期与不定期的设备巡回检查制度，正常情况下，每4个小时必须对发电机碳刷检查一次，测量滑环和碳刷的温度，其温度不超过120℃，测量分流情况，主励碳刷电流控制在10~100 A，副励碳刷必须3个有电流,用提刷的方法检查鉴定碳刷在刷握内上下是否自由活动，发现问题必须检查原因进行处理；检查碳刷辫是否完好，是否有脱辫现象，是否有氧化、过热变色等情况，发现问题必须进行更换。夏季高峰负荷期间以及无功和电压波动较大时应缩短温度测量时间间隔，对更换的新碳刷做重点检查，并做好碳刷电流分布情况记录。夏季气温超过38℃或滑环温度超过90℃时，必须启动轴流风机进行辅助冷却，温度上升至110℃时，可以采用降低无功的措施进行控制，并通知相关部门进行处理。

更换碳刷：新购进的碳刷发电作业区和设备室、检修作业区共同验收，对碳刷的电阻值进行抽检，比例必须高于20%，阻值要符合制造厂和国家标准（电阻率7.8~18.2Ω·m，联接电阻≤4 mΩ；每批碳刷需对比各参数与以前使用的碳刷参数一致，质量外观明显差异时不能接收）。更换碳刷时必须使用同一厂家、同一型号的碳刷（主励使用50 mm的碳刷，副励使用65 mm的碳刷），并且碳刷接触面应大于碳刷截面的60%，一次集中更换碳刷的数量不得超过单极总数的10%；碳刷弹簧的压力要统一（主励弹簧使用1.45 kg，副励弹簧使用1.75 kg），要使用统一厂家的产品（对于目前正在使用的不同参数碳刷混用应逐步进行更换）。碳刷顶端低于刷握顶端7 mm的碳刷应更换，运行中的碳刷总长度不低于33 mm。

停机整修：利用每次小修停机机会，设备室安排检查滑环，滑环应表面光洁无变色、无凹凸、无电腐蚀斑痕、盘车转动时弹刷无明显伸缩跳动、刷握与滑环间隙2~3 mm、电刷与刷握间隙0.1~0.2 mm，发现问题及时处理；并对滑环通风孔进行清理。设备室制定滑环的椭圆度、平整度检查标准，利用每次停机小修机会安排检查滑环的椭圆度、平整度、同心度，发现问题及时处理；对发电机刷握和弹簧尺寸不匹配、刷握变形以及刷握的位置，在停机时安排处理。

经过运行，检修和技职人员的共同努力，严控碳刷进货质量，规范调整维护碳刷流程，提高运行人员调整更换碳刷的能力，消除了副励碳刷接触电压增大引起励磁波动造成无功反向调节的隐患，确保了12#机组励磁系统运行的稳定。

4　结束语

励磁系统是发电机调节电压、控制电能指标的重要控制设备，励磁系统安全稳定运行对发电机和电力系统都有重大影响，通过对12#机励磁波动引起无功反向调节的问题进行研究与分析，找到了副励碳刷接触电压增大是导致励磁波动的根本原因，采取控制好恒压弹簧和碳刷的进货质量，小修时对刷握、滑环的同心度、光洁度、平整度的维护，提高运行人员巡检调整维护碳刷的能力等措施，消除了无功反向调节的安全隐患，确保机组和电网的安全运行。

[参考文献]

[1]杨威，张金栋.电力电子技术（第2版）[M].重庆：重庆大学出版社，2003.

[2]张道纲，曹广恩，朱松健.大功率汽轮发电机及其运行（下册）[M].北京：水利电力出版社，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

作者简介：武庭会（1970-），女，2000年毕业于攀钢党校经济管理专业，助理工程师，现从事电气专业技术工作。

收稿日期：2015－03－23

【中图分类号】TM714

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0010-03