ABB Unitrol 6800勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)功上沖異常分析

尹興禮

（國(guó)投云南大朝山水電有限公司，云南 云縣 675811）

ABB Unitrol 6800勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)功上沖異常分析

尹興禮

（國(guó)投云南大朝山水電有限公司，云南 云縣 675811）

介紹了一次經(jīng)典的ABB Unitrol 6800勵(lì)磁系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)并網(wǎng)時(shí)無(wú)功上沖異常事件，對(duì)此次異常事件進(jìn)行深入的分析討論，查找出原因，最后修改了監(jiān)控系統(tǒng)與勵(lì)磁系統(tǒng)接口程序，杜絕了此類(lèi)事件的再次發(fā)生。通過(guò)對(duì)此次異常事件的完整的分析，找出解決辦法，積累經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)從事電力行業(yè)的人員提供一定的借鑒意義。

勵(lì)磁系統(tǒng)；A BB；無(wú)功上沖；總線控制；疊加控制

1 引言

某電廠勵(lì)磁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通信方式采用MODBUS RTU通信方式，無(wú)功閉環(huán)控制功能由勵(lì)磁系統(tǒng)完成，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)MODBUSRTU通信方式向勵(lì)磁系統(tǒng)下發(fā)無(wú)功設(shè)定值和設(shè)定值有效命令，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在某種特定條件下，發(fā)生了無(wú)功異常上沖現(xiàn)象。

在發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后，運(yùn)行人員在中控室首先將機(jī)組無(wú)功功率設(shè)為0，隨后開(kāi)始逐步增加機(jī)組有功功率，當(dāng)有功功率增加至90 MW時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制器動(dòng)作，發(fā)變組保護(hù)過(guò)激磁保護(hù)啟動(dòng)。運(yùn)行人員立即查看發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，發(fā)現(xiàn)機(jī)組無(wú)功功率已上升至80 MVar左右，機(jī)端電壓上升至16.6 kV左右（機(jī)組額定電壓為15.75 kV）。發(fā)現(xiàn)該異常情況后，運(yùn)行人員立即在監(jiān)控系統(tǒng)操作員站上設(shè)定無(wú)功功率，先后分別設(shè)定了25MVar、30MVar、40MVar、50 MVar，勵(lì)磁系統(tǒng)均未按照無(wú)功設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率沒(méi)有變化。于是運(yùn)行人員立即到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)盤(pán)柜ECT面板上將勵(lì)磁系統(tǒng)控制方式切至“現(xiàn)地”，在面板上按“減磁”后無(wú)功功率逐步下降至0。隨后運(yùn)行人員再將勵(lì)磁系統(tǒng)控制方式切至“遠(yuǎn)方”，重新在監(jiān)控系統(tǒng)操作員工作站上設(shè)定無(wú)功功率，機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)功恢復(fù)正常調(diào)節(jié)。

2 無(wú)功上沖過(guò)程原理分析

2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)總線控制、無(wú)功控制方式切換監(jiān)控系

統(tǒng)程序的邏輯設(shè)計(jì)

新勵(lì)磁系統(tǒng)ABB Unitrol 6800更新改造后，總線控制、無(wú)功控制方式切換與原Unitrol 5000的邏輯基本相同。正常情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)機(jī)并網(wǎng)前運(yùn)行于“遠(yuǎn)方/自動(dòng)”控制模式，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在遠(yuǎn)方可對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)停機(jī)、增磁、減磁等命令控制；當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)即GCB“合”后，監(jiān)控系統(tǒng)程序?qū)⒆詣?dòng)向勵(lì)磁系統(tǒng)下發(fā)請(qǐng)求“總線控制”的命令，即通信控制方式，只有在勵(lì)磁系統(tǒng)滿足“總線控制”且勵(lì)磁系統(tǒng)已切為“無(wú)功控制”方式時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)才能接受并執(zhí)行運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)下設(shè)的無(wú)功功率設(shè)定值。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)事件列表及無(wú)功功率曲線圖分析

（1）從歷史事件列表分析得出如下結(jié)論：

1）開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后，勵(lì)磁系統(tǒng)已切換至“總線控制”方式（即通信控制方式）；

2）當(dāng)運(yùn)行人員首次設(shè)定無(wú)功值“0”之后，勵(lì)磁系統(tǒng)已切換至“無(wú)功控制”方式，由此證明勵(lì)磁系統(tǒng)已經(jīng)收到了監(jiān)控系統(tǒng)“無(wú)功功率設(shè)定確認(rèn)位”命令，此命令通過(guò)通信方式下發(fā)。注：因?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)如果未收到監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)功功率確認(rèn)位，勵(lì)磁系統(tǒng)不會(huì)切換至無(wú)功控制方式，而監(jiān)控事件列表上顯示勵(lì)磁系統(tǒng)已切換至無(wú)功控制方式了，事件列表見(jiàn)表1。

表1 異常事件時(shí)監(jiān)控事件列表

（2）從監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)功功率設(shè)定反饋值及無(wú)功功率曲線圖上分析，得出如下結(jié)論：

1）機(jī)組并網(wǎng)后，無(wú)功功率設(shè)定反饋值為“0”，如圖1曲線6所示；當(dāng)運(yùn)行人員首次設(shè)定無(wú)功功率值“0”之后，反饋值為“0”無(wú)變化，但無(wú)功功率卻一直上沖最高至80 MVar，之后勵(lì)磁系統(tǒng)限制器動(dòng)作將無(wú)功降低至70 MVar左右，說(shuō)明勵(lì)磁系統(tǒng)未執(zhí)行“0”設(shè)定值，如圖1中曲線6所示。

2）運(yùn)行人員依次設(shè)定無(wú)功功率值“25 MVar”、“30 MVar”、“40 MVar”、“50 MVar”，但反饋值仍然為“0”，說(shuō)明勵(lì)磁系統(tǒng)并未接收和執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)后續(xù)下發(fā)的設(shè)定值。

圖1 異常時(shí)的監(jiān)控模擬量記錄

（3）原因分析

經(jīng)過(guò)以上分析，初步判斷機(jī)組無(wú)功上沖的異?，F(xiàn)象原因是由于勵(lì)磁系統(tǒng)滿足了某種特定條件，即由于監(jiān)控系統(tǒng)首次向勵(lì)磁系統(tǒng)下發(fā)無(wú)功功率設(shè)定值“0”時(shí)，由于勵(lì)磁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通信延時(shí)，導(dǎo)致“無(wú)功設(shè)定值確認(rèn)”命令先到達(dá)勵(lì)磁系統(tǒng)，而設(shè)定值“0”未到達(dá)或慢于“無(wú)功設(shè)定值有效”命令到達(dá)勵(lì)磁系統(tǒng),造成勵(lì)磁系統(tǒng)將原寄存器中保存的“電壓設(shè)定值”誤以為是“無(wú)功設(shè)定值”執(zhí)行，從而造成無(wú)功上沖現(xiàn)象。

由于這種異常事件是在某種特定條件下的偶然事件，但對(duì)發(fā)變組的安全運(yùn)行存在安全隱串。這種偶然事件的發(fā)生，與監(jiān)控系統(tǒng)程序?qū)ⅰ盁o(wú)功功率設(shè)定值”的遙調(diào)命令和勵(lì)磁系統(tǒng)切“無(wú)功控制”方式的遙控命令邏輯混在一起有一定的關(guān)系。

3 解決處理方案

3.1 優(yōu)化修改監(jiān)控系統(tǒng)程序“無(wú)功控制”方式投入命令

目前勵(lì)磁系統(tǒng)由“電壓控制方式”切為“無(wú)功功率控制方式”的監(jiān)控程序命令邏輯為：GCB合→投勵(lì)磁系統(tǒng)為“總線控制”方式→運(yùn)行人員首次設(shè)定無(wú)功功率設(shè)定值→勵(lì)磁系統(tǒng)切為“無(wú)功控制”方式同時(shí)執(zhí)行新設(shè)定值。

這種方式存在一些不確定因素，由于無(wú)功功率控制方式切換的“搖控命令”與無(wú)功功率設(shè)定值“遙調(diào)命令”同時(shí)到達(dá)勵(lì)磁系統(tǒng)程序，在勵(lì)磁系統(tǒng)程序還未切為“無(wú)功功率控制”方式之前，勵(lì)磁系統(tǒng)仍然處于“電壓控制方式”，此時(shí)如勵(lì)磁系統(tǒng)優(yōu)先執(zhí)行來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)功功率設(shè)定值遙調(diào)命令，則勵(lì)磁系統(tǒng)就會(huì)將“無(wú)功功率設(shè)定值”作為“電壓設(shè)定值”執(zhí)行，造成機(jī)端電壓異常波動(dòng)；另一種情況，就是勵(lì)磁系統(tǒng)已切為“無(wú)功功率控制”方式，在程序未接受來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)功功率設(shè)定值數(shù)值（模擬量）之前，就已執(zhí)行了“設(shè)定值確認(rèn)位”（開(kāi)關(guān)量），此時(shí)就會(huì)將保存在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器程序無(wú)功設(shè)定值寄存器中的數(shù)值作為無(wú)功功率設(shè)定值賦予程序執(zhí)行。正常情況下，在勵(lì)磁系統(tǒng)由“電壓控制”方式切為“無(wú)功控制”方式時(shí)，該寄存器預(yù)設(shè)值應(yīng)為“0”，勵(lì)磁系統(tǒng)正確執(zhí)行。但在某些極偶然的不正常情況下，該預(yù)設(shè)值不是“0”，而是不確定的任意數(shù)值，勵(lì)磁程序執(zhí)行該數(shù)據(jù)就會(huì)引起機(jī)端電壓異常波動(dòng)。經(jīng)攻關(guān)小組多方面分析和論證，4月11日2號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)后無(wú)功功率上沖就屬于這種極少見(jiàn)的異?，F(xiàn)象。

為解決上述問(wèn)題，多次分析和充分討論，確定勵(lì)磁系統(tǒng)切為“無(wú)功控制”方式的監(jiān)控系統(tǒng)程序邏輯可修改為由“GCB合”信號(hào)來(lái)自動(dòng)完成切換，而不依賴(lài)于運(yùn)行人員首次下發(fā)無(wú)功功率設(shè)定值。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，運(yùn)行人員首先查看事件列表，確認(rèn)勵(lì)磁系統(tǒng)已投入“無(wú)功控制”方式后，再下發(fā)無(wú)功功率設(shè)定值，勵(lì)磁系統(tǒng)就將按照運(yùn)行人員下發(fā)的設(shè)定值正確執(zhí)行。

監(jiān)控系統(tǒng)LCU程序中，由“GCB合”信號(hào)自動(dòng)將勵(lì)磁系統(tǒng)切為“無(wú)功控制”方式的切換邏輯將修改為：GCB合→投勵(lì)磁系統(tǒng)為“總線控制”方式→投勵(lì)磁系統(tǒng)為“無(wú)功控制”方式。切換邏輯修改后，勵(lì)磁系統(tǒng)只有在“無(wú)功控制”方式下，監(jiān)控系統(tǒng)才能下發(fā)無(wú)功功率設(shè)定值，保證了與勵(lì)磁系統(tǒng)程序的通信安全。

修改前、后監(jiān)控系統(tǒng)投“無(wú)功控制”方式及“無(wú)功功率設(shè)定”邏輯程序示意圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 修改前監(jiān)控與勵(lì)磁系統(tǒng)接口程序

圖3 修改后監(jiān)控與勵(lì)磁系統(tǒng)接口程序

3.2 優(yōu)化修改監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)功設(shè)定值程序邏輯

新勵(lì)磁系統(tǒng)Unitrol 6800改造完成后，操作員工作站“無(wú)功設(shè)定反饋”數(shù)據(jù)框不再像原Unitrol 5000一樣保持最近一次“無(wú)功功率設(shè)定值”，顯示的卻是“無(wú)功功率實(shí)際值”。當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)電壓異常波動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員不能明確最近一次下發(fā)的設(shè)定值是多少，難以判斷電壓波動(dòng)是否與設(shè)定值不合理有關(guān)系。

分析新勵(lì)磁系統(tǒng)程序，發(fā)現(xiàn)新勵(lì)磁系統(tǒng)接收了來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)功功率設(shè)定值后，首先將該設(shè)定值返回監(jiān)控系統(tǒng)。但在勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行該設(shè)定值過(guò)程中，反饋值便被實(shí)際無(wú)功值替換，因此操作員工作站看不到最近一次下發(fā)的無(wú)功功率設(shè)定值。對(duì)比原Unitrol 5000程序，也是同樣的邏輯，但在設(shè)定值反饋監(jiān)控系統(tǒng)之前，進(jìn)行了反饋值保持處理，使其不被實(shí)際無(wú)功值替換。為解決該問(wèn)題，在監(jiān)控系統(tǒng)程序中進(jìn)行優(yōu)化處理，以達(dá)到預(yù)期效果。處理方法如下：

監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)功設(shè)定程序頁(yè)中，程序邏輯沿用了原Unitrol 5000邏輯，即將勵(lì)磁系統(tǒng)返回的“無(wú)功設(shè)定反饋值”再次作為“設(shè)定值”下發(fā)至勵(lì)磁系統(tǒng)，直至“反饋值”與“設(shè)定值”相等，如兩者不相等則“設(shè)定值確認(rèn)位”保持70 s有效。由于Unitrol 5000向監(jiān)控系統(tǒng)返回的設(shè)定值即監(jiān)控系統(tǒng)最近一次下發(fā)的設(shè)定值，如監(jiān)控系統(tǒng)不再下發(fā)新設(shè)定值，則該值保持不變；但新Unitrol 6800向監(jiān)控系統(tǒng)返回的設(shè)定值即在第一次返回之后（確認(rèn)位消失），緊接著即返回?zé)o功功率實(shí)際值，該值不斷刷新無(wú)功功率設(shè)定值寄存器，只是無(wú)“確認(rèn)位”而不執(zhí)行。這種情況下，當(dāng)?shù)诙伪O(jiān)控系統(tǒng)再下發(fā)新的無(wú)功功率設(shè)定值，如勵(lì)磁系統(tǒng)先接受了確認(rèn)位，則將優(yōu)先執(zhí)行原保存的反饋值，緊接著再執(zhí)行新設(shè)定值。這種方式正常情況下也能滿足無(wú)功調(diào)節(jié)要求，但如因通信異常，新設(shè)定值未能到達(dá)勵(lì)磁系統(tǒng)，則勵(lì)磁系統(tǒng)就將錯(cuò)誤地執(zhí)行原來(lái)保存的反饋值，將無(wú)法滿足無(wú)功功率調(diào)節(jié)的要求。

為解決上述問(wèn)題，確定監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)功功率設(shè)定程序邏輯優(yōu)化為：監(jiān)控系統(tǒng)向勵(lì)磁系統(tǒng)下發(fā)無(wú)功功率設(shè)定值后，保持該設(shè)定值不變，并將該設(shè)定值送至上位機(jī)操作員工作站顯示。

4 結(jié)論

勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)程序邏輯優(yōu)化修改后，兩系統(tǒng)之間的通信連接更加合理，不存在沖突，將有效杜絕無(wú)功功率異常突變的安全隱患。

TM312

B

1672-5387（2017）06-0047-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.017

2016-08-01

尹興禮（1984-），男，助理工程師，從事水電站繼電保護(hù)技術(shù)管理工作。