励磁系统五极刀闸过热处理策略

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　　摘要：某电厂机组运行过程中励磁系统五极刀闸严重发热，通过合理的在线处理方法，未发生被迫停机，仅仅牺牲极少的有功出力，保障了机组长周期持续稳定运行;待停机后通过对刀闸解体处理，也取得了期望的效果。
　　本文主要从在线处理和停机处理两方面介绍五极刀闸严重发热的处理方法和注意事项。
　　关键词：五极刀闸;严重发热;处理方法;注意事项
　　Overheat treatment strategy for the isolation knife switches of excitation system
　　Wang Li    ZhouHeng
　　（China Power Sichuan Fuxi Power Development Company Ltd. Yibin 645152，China）
　　Abstract：During the operation of a power plant， The isolation knife switches of the excitation system is heated seriously，Through reasonable online processing，No forced downtime occurred，Active power sacrifice is minimal，Ensure the long period of continuous and stable operation of the unit;After the machine stops，disassemble the isolation knife switches，The desired effect was achieved.This paper mainly introduces the treatment method and matters needing attention of severe heating of the isolation knife switches from two aspects of online treatment and shutdown treatment.
　　Keywords：The isolation knife switches   High temperature   Processing method   Matters needing attention
　　0  引言
　　美国GE公司生产的EX2100型励磁系统发生多起五极刀闸运行中异常温升的问题，当发热非常严重时，往往都造成较大的减负荷甚至停机，通过对五极刀闸温升异常处理的方法展开介绍和探索，总结在线处理和停机解体的方法和经验，有效防止由于刀闸发热造成的大量减负荷或被迫停机事件。
　　1  事故概况
　　1.1  设备介绍
　　某2*600MW燃煤电厂2011年投运，发电机型号为QFSN-600-2N，励磁系统配置为美国GE公司EX2100型自并励磁系统，包括三个整流柜，每个整流柜通过五极刀闸与交直流母排相连，五极刀闸导体主要材料为黄铜板，发电机额定励磁电流4367A，任一整流柜退出运行仍可以保证机组满负荷运行。
　　1.2  异常情况介绍
　　2018年8月10日11时，1号机组从有功362MW、无功163MVar升至有功598MW、无功196MVar运行，励磁小室出现过热异味。经检查，励磁调节器无任何报警，励磁电流、电压无异常，機组DCS、发变组保护无告警，机组运行正常，各整流柜初步检查情况见表1。
　　2  初步分析
　　1号机投运8年来首次出现刀闸异常温升情况，温度最高点都出现在五极刀闸的直流正极或负极接触面附近，环境温度23℃，通过调节器查看各个整流柜内埋设的探头温度分别为，1号桥39℃、2号桥29℃、3号桥43℃，结合该批次五极刀闸在其他电厂的运行资料，确定五极刀闸运行中异常发热是由于设备质量或加工工艺欠缺造成，且随励磁电流越大发热越严重。
　　3  处理方法及注意事项
　　3.1处理策略
　　因为正值南方高温天气，电力需求较大，该厂通过采取临时措施保机组持续运行且做好应对机组跳闸的准备。
　　3.2在线处理思路
　　3.2.1大型发电机运行过程中因五极刀闸过热而减负荷或被迫停机是各个电厂都不愿遇到的情况，但实际生产过程中就可能遇到，如果仅仅是一个整流柜的五极刀闸过热，利用其他两个整流柜也可保证机组满负荷运行，但该厂的两个整流柜的五极刀闸同时发热严重，目前仅剩下一个整流柜的五极刀闸温度正常;况且，该型号的励磁系统在运行中退出一个整流柜时断开其五极刀闸导致跳机事故不是个例，正常的那一台五极刀闸属于同批次产品，也有同样的隐患。
　　3.2.2一般遇到过热，都会想到将环境温度降温，但环境温度不得设置过低，一般不低于20℃，应防止电子卡件凝露。
　　3.3单柜过热处理
　　3.2.1 将过热刀闸的整流柜前后门打开，在前门加装风机强制通风，可以将温度降至100℃以内，但需要做好防小动物和风机吹入杂物的措施。尽管在处理过程中采取了该方法也取得了降温效果，但风险太大不建议。 　　3.2.2将过热刀闸所在的整流柜退出运行，同时断开并联在励磁交直流母排上已过热的五极刀闸，让其自然降温或通风降温，再多次分合刀闸以防止动静触头接触不良。而EX2100型励磁系统在运行中退出一个整流柜时断开其五极刀闸导致跳机事故已多次发生，这就需要查阅励磁EHPA卡件是否为抗干扰版本（G1A后缀的型号脉冲放大板可能存在抗干扰能力差，G1B及以后的型号芯片程序修改了，隐患已消除，也有大部分G1A后缀的脉冲触发板卡已经更换了抗干扰芯片），因为运行中断开某一个整流柜五级刀闸时，会产生瞬时的电火花干扰脉冲，此干扰脉冲进入相邻整流柜EHPA板的温度检测输入回路，造成了正在运行的相邻整流柜的EHPA板误发高温报警，致使相邻整流柜也会退出运行，进而导致机组跳闸。
　　3.4两柜过热处理
　　3.4.1 两个整流柜的五极刀闸过热，不能退出两个整流柜，优先降低无功出力再降有功的办法;也可采用轮流停运整流柜，但必须按照3.2.2的方法查阅励磁EHPA卡件为抗干扰版本以防止断开其五极刀闸导致跳机事故，但不能将两个整流柜门都打开加风机强迫降温，会破坏风道，如2018年8月28日11时00分，1号机组从有功375MW、无功152MVar升至有功598MW、无功197MVar运行，为了提高降温效果，将1、2号整流柜前后柜门打开通过加装风机从前门强制降温，但一小时后DCS发“1号桥温高报警”、1、2、3号整流柜的五极刀闸温升迅速，温度见表2。1号柜五极刀闸
　　温度逼近200℃，励磁系统自测1号整流桥温度（整流桥风道埋设的测温元件）还在持续上升，机组到了即将跳闸的临界点，降有功至545MW、无功85MVar，温升停止了但温度没有下降。再关闭2号整流桥前后柜门，10min后
　　温度开始逐渐下降，DCS上“1号桥温高报警”消失;70min后， 励磁系统自测温度降至40℃以下，跳机风险解除。14点20分，满负荷运行未见异常温升（见表3）。说明降无功对五极刀闸的遏制温升有效果，而保持原有风道畅通对降温效果明显。
　　3.3停机处理
　　3.3.1 隔离开关材质
　　隔离开关导体主材料为黄铜板，触头材料为70%银+30%钨，波纹弹簧片材料为SUS304。发电机励磁电流4367A，额定工况下，每个整流柜隔离开关直流极通过电流为1454A。励磁柜隔离开关直流极设计额定电流为3450A，完全满足发电机满负荷运行。
　　3.3.2 隔离开关回路电阻检测
　　隔离开关交/直流极回路电阻超标，见表4（标准：≤20uΩ）
　　3.3.3解体目视检查及原因分析
　　3.3.3.1平面状触指变形（见图1），导致动触头触指与静触头接触不良，引发过热，是由于设计不合理或制造工艺欠缺造成。
　　3.3.3.2动静触头接触面磨损严重，导致刀闸接触面压力减小，致使接触电阻增大，重负载下引发过热（见图2），刀闸运行多年，动静触头接触面维护缺失。
　　
　　3.3.3.3波纹弹簧片未压接住平面状触指（见图3），只能靠平面状触指板自身弹性来压紧静触头，由于设计和加工精度不够，经过长期重负载运行，金属疲劳，压力减小，造成动触头触指与静触头接触不良，引发过热。
　　图3
　　3.3.4解体处理及效果
　　3.3.4.1对平面状触指变形的动触头进行校正，保证所有触指在一个平面。
　　3.3.4.2对于波纹弹簧片未压接住平面状触指的，减少弹性调整垫片，使波纹弹簧片完全压接平面状触指，保证波纹弹簧片起到相应的弹性作用。
　　3.3.4.3对隔离开关直流极触指过热的，进行打磨，除掉氧化层，并涂抹适量的导电膏。
　　3.3.4.4按前述方法处理后的刀闸回路电阻已合格，试验结果见表4。
　　3.3.4.5  1、2号机组停运后，将五极隔离开关按照3.3.4的方法进行处理并预试合格后，两台机组都持续满负荷运行超2个月，未出现温升现象（正常温升为：室温+70℃）。
　　3.3.5其他解体处理方法
　　3.3.5.1 REV1版本的五极隔离开关是发热较严重的一个批次;若触头发热未对触指造成损伤的话，可以按照3.3.4的处理方法方案进行检修，但是检修后，运行2到3年可能还会出现触头发热情况。若过热已造成触指损伤的话，建议更换为REV3版本的隔离开关。
　　3.3.5.2 根据设计值（交流极2.815 kA @ 1.3 kV連续运行，5K A @ 1.3 kV分断电流;直流极：3.45 kA @ 5.3 kV连续运行，5KA @ 5.3 kV分断电流）进行定制，委托开关厂家对动触头进行改造。
　　3.3.5.2 取消五极刀闸，将刀闸两侧母排焊接固定。
　　四、结论
　　通过介绍不同工况下的五极刀闸处理方法及效果，希望对同型号设备的运行有借鉴意义，国内同型五极刀闸运行最高温度短时到190℃，但这样的温度下不能长期运行，即使不考虑金属熔点，但绝缘耐受温度是有限的。因此，在励磁监督管理中应重视五极刀闸的定期保养，发现异常并及时处理，以提高励磁系统运行的可靠性。
　　参考文献
　　[1] 母线桥在线检修开关安装使用说明书. 上海华明电力设备制造有限公司，2012.
　　[2] EX2100维修，部件更换，和故障处理.GE Energy，2010.
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