GE公司EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動(dòng)作原因分析

姜志慧， 史 揚(yáng)， 劉春梅

(1. 北京太陽宮燃?xì)鉄犭娪邢薰荆?北京 100028； 2. 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司， 北京 100045； 3. 北京京橋熱電有限責(zé)任公司， 北京 100067)

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GE公司EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動(dòng)作原因分析

姜志慧1， 史 揚(yáng)2， 劉春梅3

(1. 北京太陽宮燃?xì)鉄犭娪邢薰荆?北京 100028； 2. 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司， 北京 100045； 3. 北京京橋熱電有限責(zé)任公司， 北京 100067)

詳細(xì)分析了GE公司EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動(dòng)作原理，找到了國內(nèi)某電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)頻繁誤報(bào)過激磁限制的原因，確定了GE公司EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在設(shè)計(jì)方面的缺陷，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)策略。

發(fā)電機(jī)； 勵(lì)磁系統(tǒng)； V/Hz限制； 低頻振蕩； PSS調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的各限制環(huán)節(jié)是在發(fā)電機(jī)發(fā)生運(yùn)行工況改變時(shí)，控制發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、勵(lì)磁電流、無功功率在正常允許的范圍內(nèi)，保證發(fā)電機(jī)不因?yàn)橄到y(tǒng)的故障、振蕩或人為誤操作而跳機(jī)，造成非計(jì)劃停機(jī)。某燃?xì)廨啺l(fā)電廠機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，GE公司的EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器頻繁報(bào)“V/Hz limiter is Active”(過激磁限制)。報(bào)警發(fā)生后伴隨著發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流等參數(shù)的小幅度變化。整個(gè)動(dòng)作調(diào)節(jié)過程約70ms，隨后報(bào)警自動(dòng)復(fù)位，機(jī)組運(yùn)行各參數(shù)恢復(fù)正常。

筆者通過對過激磁限制(V/Hz限制)動(dòng)作原理、邏輯圖和錄波圖的分析，探討了勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制動(dòng)作的諸多條件，明確了EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在V/Hz限制邏輯上的缺陷，找出其動(dòng)作的原因所在，并通過修改定值和優(yōu)化邏輯等方法避免了報(bào)警的頻繁發(fā)生，提高穩(wěn)定性。

1 概述

國內(nèi)某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠采用S209FA機(jī)組，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)均采用GE公司的EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)，一主一備控制方式，M1、M2控制器可在任何運(yùn)行工況下實(shí)現(xiàn)無擾切換。系統(tǒng)中配有過勵(lì)限制、低勵(lì)限制、V/Hz限制三種限制器，V/Hz限制保護(hù)配置有定時(shí)限和反時(shí)限兩種保護(hù)。定時(shí)限作用于跳閘，反時(shí)限作用于限制。定值設(shè)置通常采用廠家默認(rèn)設(shè)置的控制參數(shù)，并經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，限制動(dòng)作后，工作穩(wěn)定即可。V/Hz限制的定值整定，一定要與保護(hù)的V/Hz定值相配合，保證V/Hz限制先于保護(hù)動(dòng)作[1]。

2 V/Hz限制報(bào)警過程及分析

2.1V/Hz限制的基本原理

V/Hz限制是發(fā)電機(jī)電壓和頻率的比值限制，防止同步發(fā)電機(jī)或與其相連的變壓器過磁通。應(yīng)在三種情況下動(dòng)作：(1)發(fā)電機(jī)電壓升高、頻率不變時(shí)，電壓和頻率的比值達(dá)到定值動(dòng)作；(2)發(fā)電機(jī)電壓不變、頻率降低時(shí)，電壓和頻率的比值達(dá)到定值動(dòng)作；(3)發(fā)電機(jī)電壓和頻率同時(shí)變化、電壓升高頻率降低時(shí)，電壓和頻率的比值達(dá)到定值動(dòng)作[2]。

2.2V/Hz限制的工作原理

圖1為GE公司EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中V/Hz限制邏輯圖。

由圖1可見：調(diào)節(jié)器中V/Hz限制采用“ASPINT”信號和發(fā)電機(jī)頻率進(jìn)行比較，與通常采用測量發(fā)電機(jī)電壓和頻率構(gòu)成的V/Hz限制原理有所不同。

EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制的動(dòng)作原理(見圖2)：

(1) 發(fā)電機(jī)的頻率“FREQ”，取絕對值后，乘以“V/Hz限制標(biāo)幺值”，形成“V/Hz限制輸出”信號。

(2) “ASPINT”信號主要由“RAMP OUTPUT”+“UEL OUTPUT”+“PSS OUTPUT”+“IREAC”ד調(diào)差系數(shù)”構(gòu)成。

(3) “V/Hz限制輸出”與“ASPINT”信號經(jīng)“MIN”比較門，最小值信號輸出，形成“AVRSP”輸出至調(diào)節(jié)器的PID控制環(huán)節(jié)中。

(4) 當(dāng)運(yùn)行中“ASPINT”<“V/Hz限制輸出”信號時(shí)，“ASPINT”信號形成“AVRSP”，輸出至調(diào)節(jié)器的PID環(huán)節(jié)中，此時(shí)為正常調(diào)節(jié)；當(dāng)運(yùn)行中“ASPINT”>“V/Hz限制輸出”信號時(shí)，“V/Hz限制輸出”信號形成“AVRSP”，輸出至調(diào)節(jié)器的PID環(huán)節(jié)中，同時(shí)發(fā)出“V/Hz報(bào)警”。

2.3原因分析

2.3.1V/Hz限制動(dòng)作前的運(yùn)行參數(shù)分析

實(shí)測發(fā)電機(jī)電壓為15.4527kV(額定15.75kV)，頻率標(biāo)幺值為1.00073，V/Hz標(biāo)幺值為0.9804，未達(dá)到V/Hz限制標(biāo)幺值的定值1.07。

2.3.2V/Hz限制動(dòng)作時(shí)的運(yùn)行參數(shù)分析

AUTOREF標(biāo)幺值為0.97813；PSS OUTPUT標(biāo)幺值為0.1。由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行在遲相狀態(tài)，故UEL OUTPUT標(biāo)幺值為0.0；發(fā)電機(jī)無功電流IREAC標(biāo)幺值為0.09886，無功電流環(huán)節(jié)輸出標(biāo)幺值為“IREAC”ד調(diào)差系數(shù)”=0.00296。

最終形成“ASPINT”信號標(biāo)幺值為1.08096，大于V/Hz限制標(biāo)幺值的定值1.07。V/Hz限制動(dòng)作，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)“V/Hz報(bào)警”。

2.3.3V/Hz限制動(dòng)作持續(xù)時(shí)間

根據(jù)錄波圖分析，V/Hz限制動(dòng)作持續(xù)約70ms。

2.3.4V/Hz限制返回時(shí)的運(yùn)行參數(shù)分析

AUTOREF標(biāo)幺值為0.97813；PSS OUTPUT標(biāo)幺值為0.08704。由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行在遲相狀態(tài)，故UEL OUTPUT標(biāo)幺值為0.0；發(fā)電機(jī)無功電流IREAC標(biāo)幺值為0.1300，無功電流環(huán)節(jié)輸出標(biāo)幺值為“IREAC”ד調(diào)差系數(shù)”=0.00390。

最終形成“ASPINT”信號標(biāo)幺值為1.06908，小于V/Hz限制標(biāo)幺值的定值1.07，此時(shí)V/Hz限制返回，報(bào)警信息消失。

2.3.5有功功率的變化情況分析

在V/Hz限制動(dòng)作前，有功功率由264.554MW變化到265.854MW，時(shí)間為0.1s。有功變化率約13MW/s。

在V/Hz限制動(dòng)作時(shí)，有功功率由265.854MW變化到273.284MW，時(shí)間為0.06687s。有功變化率約109.76MW/s。

V/Hz限制動(dòng)作后有功功率的振蕩幅度明顯加大。根據(jù)后續(xù)的有功功率振蕩波形，得到有功功率的振蕩頻率約為1.28Hz，屬于電網(wǎng)有功功率的低頻振蕩。

2.3.6V/Hz限制動(dòng)作的主要原因分析

通過對V/Hz限制動(dòng)作和返回過程中的各個(gè)參數(shù)變化的分析，可以發(fā)現(xiàn)“PSS OUTPUT”信號發(fā)生較大變化(由0.0變化到0.10)是造成V/Hz限制誤動(dòng)作的主要原因。

2.4V/Hz限制設(shè)計(jì)上存在的主要問題

(1) EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中V/Hz限制采用“ASPINT”信號和發(fā)電機(jī)頻率進(jìn)行比較，與通常的采用測量機(jī)端電壓和頻率構(gòu)成的V/Hz限制不同。在某些情況下，“ASPINT”值和實(shí)際的發(fā)電機(jī)電壓是不同的。

(2) 根據(jù)V/Hz限制誤動(dòng)作報(bào)警的錄波圖分析，當(dāng)電網(wǎng)中存在有功低頻振蕩是造成V/Hz限制誤動(dòng)作的主要原因。

(3) 當(dāng)“PSS OUTPUT”信號達(dá)到較大值(接近PSS輸出的限幅值±0.1)時(shí)，EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制部分的邏輯設(shè)計(jì)問題，造成V/Hz限制動(dòng)作時(shí)，“PSS OUTPUT”信號被屏蔽，對電網(wǎng)的低頻振蕩沒有抑制作用，引起了有功功率的大幅度振蕩。

2.5解決方案

根據(jù)以上分析可以證實(shí)是電網(wǎng)的低頻振蕩造成了V/Hz限制的誤動(dòng)作，且V/Hz限制誤動(dòng)作后又屏蔽了PSS輸出，減弱了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對電網(wǎng)低頻振蕩的抑制作用[3]。

(1) 為防止由于V/Hz限制誤動(dòng)作減弱調(diào)節(jié)器對電網(wǎng)低頻振蕩的抑制作用，可以將V/Hz限制標(biāo)幺值的定值修改為1.09以上，可以保證不頻繁出現(xiàn)V/Hz限制誤動(dòng)作。

(2) 要徹底解決V/Hz限制誤動(dòng)作報(bào)警問題，需要求GE公司進(jìn)行軟件邏輯結(jié)構(gòu)修改，即將“PSS OUTPUT”信號修改至“MIN”比較門之后，保證在V/Hz限制動(dòng)作時(shí)PSS作用不被屏蔽；或者采用常規(guī)的V/Hz限制的設(shè)計(jì)，采用實(shí)際測量的發(fā)電機(jī)電壓和頻率來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

筆者通過分析了EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制的動(dòng)作邏輯，探討了勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制動(dòng)作的諸多條件，明確了EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在V/Hz限制邏輯上的缺陷，為運(yùn)行和檢修方面出現(xiàn)類似問題的分析、查找和解決提供了參考。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、易發(fā)生低頻振蕩的地區(qū)，EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的V/Hz限制的設(shè)計(jì)缺陷應(yīng)引起重視，避免出現(xiàn)V/Hz限制的誤動(dòng)作，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 竺士章. 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2005.

[2] 李基成. 現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 2版. 北京: 中國電力出版社, 2009.

[3] 孟凡超, 吳龍. 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)問答及事故分析[M]. 北京: 中國電力出版社, 2008.

Cause Analysis of V/Hz Limiter Action for GE EX2100Excitation Regulators

Jiang Zhihui1, Shi Yang2, Liu Chunmei3

(1. Beijing Taiyanggong Gas-fired Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100028, China;2. North China Electric Power Research Institute Co., Ltd., Beijing 100045, China;3. Beijing Jingqiao Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100067, China)

Based on detailed analysis of the operating principle of V/Hz limiter for GE EX2100excitation regulator, the reason of frequently misstated excitation restriction occurring in the generator excitation system of a domestic power plant was found to be caused by design deficiency in the GE EX2100excitation regulator, for which corresponding improvement measures were suggested.

power generator; excitation system; V/Hz limiter; low frequency oscillation; PSS adjustment

2016-03-25

姜志慧(1984—)，男，工程師，主要從事燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠電氣專業(yè)設(shè)備技術(shù)管理工作。

E-mail: 285251377@qq.com

TM761.1

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1671-086X(2016)06-0432-03