為何推出第三方監(jiān)控保護(hù)裝置方案？
——國信靖江電廠增設(shè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技改項(xiàng)目可行性方案淺析

特約撰稿人：江蘇國信靖江發(fā)電有限公司 陳俊

為何推出第三方監(jiān)控保護(hù)裝置方案？
——國信靖江電廠增設(shè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技改項(xiàng)目可行性方案淺析

特約撰稿人：江蘇國信靖江發(fā)電有限公司 陳俊

江蘇國信靖江電廠1#、2#發(fā)電機(jī)組額定視在功率SN=733MVA，所選配勵(lì)磁系統(tǒng)為勵(lì)磁廠家組裝的瑞士ABB UN6800型號(hào)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，具體型號(hào)為：T6S-O/U251-S6000。即：獨(dú)立3通道控制系統(tǒng)，雙自動(dòng)及手動(dòng)控制通道，以及獨(dú)立的后備手動(dòng)控制通道；整流橋N-1冗余原則配置5個(gè)UNL13300型號(hào)整流橋；直流側(cè)配置額定電流為6000A的磁場(chǎng)斷路器及SiC非線性滅磁電阻（5MJ）。1#機(jī)組于2013年12月份， 2#機(jī)組于2014年1月份并網(wǎng)投運(yùn)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至今。

推出勵(lì)磁系統(tǒng)技改項(xiàng)目的意義

為完善勵(lì)磁系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、保護(hù)功能，基于對(duì)現(xiàn)有勵(lì)磁系統(tǒng)功能的充分分析的基礎(chǔ)上，國信靖江電廠提出技改項(xiàng)目意向，即增設(shè)勵(lì)磁系統(tǒng)第三方監(jiān)控保護(hù)裝置，主要實(shí)現(xiàn)功能包括以下4個(gè)方面：PT斷線保護(hù)（針對(duì)PT慢熔現(xiàn)象）、機(jī)端過電壓保護(hù)（在負(fù)載過電壓保護(hù)基礎(chǔ)上，補(bǔ)充空載過電壓保護(hù)）、轉(zhuǎn)子低電壓閉鎖過流保護(hù)（針對(duì)滑環(huán)短路和跨接器誤投等直流側(cè)短路故障現(xiàn)象）、發(fā)電機(jī)主開關(guān)位置信號(hào)異常告警。

通過前期信息收集、調(diào)研，考慮到勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電機(jī)組的重要性，國信靖江電廠對(duì)第3方公司生產(chǎn)的BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置在ABB UN6800勵(lì)磁系統(tǒng)上的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可行性進(jìn)行深入論證。

主要內(nèi)容包括：國信靖江電廠技改項(xiàng)目的意義、現(xiàn)階段初步方案可行性的討論及技術(shù)交流，以及關(guān)于ABB UN6800勵(lì)磁系統(tǒng)功能完善強(qiáng)化的后續(xù)工作開展初步意向。

現(xiàn)有PT斷線保護(hù)存在局限性，有必要進(jìn)行完善

設(shè)備現(xiàn)狀：ABB UN6800系統(tǒng)現(xiàn)有的PT斷線邏輯是在自動(dòng)方式下機(jī)端電壓的百分比和同步電壓的百分比進(jìn)行比較（自并勵(lì)條件下），如果機(jī)端電壓標(biāo)幺值低于同步電壓標(biāo)幺值的15%，則認(rèn)為PT斷線，然后進(jìn)行切換至備用通道運(yùn)行，如備用通道再判斷PT斷線，則切為手動(dòng)方式運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行過程中，若發(fā)電機(jī)PT一次保險(xiǎn)慢速熔斷，勵(lì)磁系統(tǒng)檢測(cè)到的機(jī)端電壓緩慢跌落，電壓跌落值可能小于15%，在此過程中現(xiàn)有的PT斷線邏輯并不能判別PT失效仍會(huì)正常運(yùn)行，可能造成勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)?？傮w而言，現(xiàn)階段勵(lì)磁系統(tǒng)的PT斷線監(jiān)測(cè)功能的判斷邏輯及定值設(shè)置，使得勵(lì)磁系統(tǒng)的PT斷線檢測(cè)功能的應(yīng)用有一定的局限性，存在完善的必要性。

初步方案：現(xiàn)階段有2種初步解決方案。

方案一

在軟件中增加PT斷線輔助檢測(cè)模塊。在不影響原PT斷線邏輯的前提下加上新的軟件模塊，幫助檢測(cè)判斷PT慢熔。現(xiàn)在ABB UN6800所加PT慢熔檢測(cè)邏輯如下圖所示：

即在自并勵(lì)方式起勵(lì)狀態(tài)下，若本通道機(jī)端電壓標(biāo)幺值比備用通道機(jī)端電壓標(biāo)幺值小，且差值大于參數(shù)設(shè)定的偏差值（默認(rèn)設(shè)置5%，可更改）或 當(dāng)本通道機(jī)端電壓標(biāo)幺值比本通道同步電壓標(biāo)幺值小，且差值大于參數(shù)設(shè)定的偏差值（默認(rèn)設(shè)置5%，可更改），輸出PT慢熔信號(hào)。信號(hào)動(dòng)作類型選擇AUTO FAULT，事件定義為自動(dòng)方式故障，會(huì)導(dǎo)致通道切換或切換至手動(dòng)方式，本事件動(dòng)作的延時(shí)設(shè)置為2s（可更改）。(注：此方案已通過內(nèi)部仿真機(jī)測(cè)試，但尚無工程項(xiàng)目應(yīng)用。)

方案二

增設(shè)南瑞、四方等保護(hù)廠家的的模塊，實(shí)現(xiàn)1套獨(dú)立的PT斷線檢測(cè)保護(hù)裝置，用于PT斷線的輔助檢測(cè)，其輸出信號(hào)發(fā)送至勵(lì)磁系統(tǒng)控制器，由勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的切換邏輯。

BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置以比較機(jī)端兩組PT的相間電壓基波幅值、正序電壓是否一致來判斷PT斷線，判斷邏輯如下圖所示：

Uset1為相間電壓差定值，定值范圍為0.1～10V，默認(rèn)值為1V；Uset2為相間電壓差定值，定值范圍為0.1～10V，默認(rèn)值為1V；nset為延時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)，范圍為0～1200，默認(rèn)值為2。滿足以上任何一個(gè)條件，即判斷為PT斷線，延時(shí)nset采樣點(diǎn)發(fā)出報(bào)警。

對(duì)比兩個(gè)方案，方案二中的PT斷線檢測(cè)邏輯可能更為完善，但是從方案實(shí)施的角度考慮，勵(lì)磁廠家人員一般建議使用方案一來進(jìn)行PT慢熔的輔助檢測(cè)，因?yàn)椴恍枰黾悠渌布O(shè)備，實(shí)施起來比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)改動(dòng)工作量較小，費(fèi)用較少，根據(jù)了解，目前國內(nèi)同類型勵(lì)磁系統(tǒng)機(jī)組中采用方案二的僅有浙江溫州電廠。

機(jī)端過電壓邏輯未區(qū)分空載和并網(wǎng)狀態(tài)

設(shè)備現(xiàn)狀：ABB UN6000系統(tǒng)現(xiàn)有的機(jī)端過電壓保護(hù)邏輯分為兩部分，一是通過軟件內(nèi)部V/Hz限制器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)頻率恒定，V/Hz限制器所設(shè)定值在此時(shí)僅針對(duì)于機(jī)端電壓的過壓，當(dāng)機(jī)端電壓超過V/Hz限制器設(shè)定值時(shí)，限制器啟動(dòng)將機(jī)端電壓拉回設(shè)定值并且閉鎖增磁。V/Hz限制器設(shè)定值和延時(shí)都可進(jìn)行更改，一般設(shè)為1.05倍，0s。二是通過軟件內(nèi)部發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓過壓保護(hù)功能，一般設(shè)定為1.3倍，延時(shí)0.5s跳閘，此設(shè)定值和延時(shí)皆可更改。在這兩個(gè)邏輯中并未區(qū)分空載和并網(wǎng)狀態(tài)。

初步方案：BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置機(jī)端過電壓保護(hù)的原理是取機(jī)端完好的一組PT中相間電壓的最小值，與整定值進(jìn)行比較，來判斷發(fā)電機(jī)機(jī)端是否過壓。在過壓保護(hù)中，裝置又通過判斷機(jī)組是否并網(wǎng)分為空載過電壓保護(hù)和負(fù)載過電壓保護(hù)，能夠設(shè)定不同的整定值并且分別具有2個(gè)時(shí)限?？蛰d過電壓判斷邏輯示意圖如下所示：

另外，在提供資料中所提到的空載誤強(qiáng)勵(lì)時(shí)滅磁開關(guān)和滅磁電阻無法滿足滅磁要求的問題，ABB在每個(gè)工程項(xiàng)目中針對(duì)滅磁開關(guān)和滅磁電阻容量選配時(shí)就已經(jīng)考慮了發(fā)生空載誤強(qiáng)勵(lì)的情況。

雙方經(jīng)過討論認(rèn)為，BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置機(jī)端過電壓保護(hù)邏輯有其合理性，但是其過電壓保護(hù)邏輯判據(jù)較為簡(jiǎn)單，僅參考了機(jī)端電壓，實(shí)際應(yīng)用中與ABB UN6000系統(tǒng)中過電壓的保護(hù)邏輯差異不大。

轉(zhuǎn)子低電壓閉鎖過流保護(hù)沒有考慮滑環(huán)短路和跨接器誤投等。

設(shè)備現(xiàn)狀：ABB UN6000系統(tǒng)現(xiàn)有軟件邏輯中并沒有獨(dú)立針對(duì)滑環(huán)短路和跨接器誤投等的保護(hù)，直流側(cè)短路僅能通過勵(lì)磁電流限制器和3倍額定勵(lì)磁電流的瞬時(shí)過流跳閘保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。且勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)于整流橋內(nèi)的過流判斷邏輯是完善的，但對(duì)于勵(lì)磁直流封閉母線、滑環(huán)處等區(qū)外的短路故障未進(jìn)行針對(duì)性區(qū)分。

另一方面，在實(shí)際運(yùn)行過程中，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)有的機(jī)組發(fā)變組保護(hù)中勵(lì)磁變過流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等可實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)直流側(cè)短路的部分保護(hù)功能。

初步方案：BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置中轉(zhuǎn)子過流保護(hù)經(jīng)轉(zhuǎn)子低電壓閉鎖，主要用于反映滑環(huán)短路和跨接器誤投等情況下的直流側(cè)短路。轉(zhuǎn)子電壓由4～20mA的變送器輸入，轉(zhuǎn)子電流可采用0～20mA變送器或者分流器輸入。轉(zhuǎn)子低電壓閉鎖過流保護(hù)邏輯如下圖所示：

與會(huì)雙方經(jīng)過討論認(rèn)為，BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置中的轉(zhuǎn)子低電壓閉鎖過流保護(hù)對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)直流側(cè)短路是一個(gè)很好的補(bǔ)充保護(hù)邏輯，但是判斷邏輯有待完善，存在以下一些疑問：

一是由于短路故障點(diǎn)的不同（如整流橋直流側(cè)/勵(lì)磁直流封閉母線/滑環(huán)/轉(zhuǎn)子匝間等），短路現(xiàn)象不同，因此，上述判斷邏輯中的參數(shù)Ir.set和Ur.set定值整定不易，且定值的適應(yīng)性會(huì)受限；

二是對(duì)于裝置中的部分控制量的采樣，如：勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁電流由變送器輸入裝置，可能存在采樣延時(shí)，變送器故障或者AO端口故障將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組非停。

開關(guān)位置異常告警

設(shè)備現(xiàn)狀：ABB UN6800系統(tǒng)現(xiàn)有軟件邏輯中已有發(fā)電機(jī)主開關(guān)位置異常報(bào)警，當(dāng)沒有并網(wǎng)信號(hào)但是檢測(cè)到有機(jī)端電流存在時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)報(bào)“21116 OnlineStatusFlt”信號(hào)。BPE6901這一功能與現(xiàn)有的軟件功能重復(fù)。

初步方案：BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置中當(dāng)機(jī)組未處于并網(wǎng)狀態(tài)，如果檢測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電流大于10% 2次額定電流，則判為開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)異常，延時(shí)10s發(fā)告警信號(hào)。判斷機(jī)組處于未并網(wǎng)狀態(tài)的判斷邏輯如下圖所示：

開關(guān)節(jié)點(diǎn)位置異常判別邏輯如下圖所示：

雙方就ABB UN6800勵(lì)磁設(shè)備的功能及潛在技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了充分的交流、討論。對(duì)于所提技改項(xiàng)目的意義及可行性有了更深一步的理解，為后續(xù)的具體實(shí)施方案的編制及執(zhí)行打下了良好的基礎(chǔ)。

針對(duì)BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置，進(jìn)行了初步技術(shù)分析及判斷，雙方一致建議會(huì)同生產(chǎn)廠家就其生產(chǎn)的BPE6901型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)綜保裝置進(jìn)行深入的技術(shù)交流，如：裝置報(bào)警出口、跳閘矩陣、裝置的采樣與測(cè)量等問題做進(jìn)一步的討論，來確定方案的可實(shí)施性和必要性。

此外，國信靖江電廠提出：希望勵(lì)磁廠家能積極根據(jù)ABB UN6800型勵(lì)磁系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)使用情況或電網(wǎng)技術(shù)等要求進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)功能的升級(jí)、完善和研發(fā)工作，妥善解決運(yùn)行過程中不斷提出的新要求或隱藏的缺陷，進(jìn)一步加強(qiáng)并完善ABB UN6800勵(lì)磁控制系統(tǒng)的功能。勵(lì)磁廠家表示根據(jù)此次交流國信靖江電廠所提要求，將積極配合、協(xié)助電廠做好技術(shù)交流及升級(jí)工作,共同提高ABB UN6800勵(lì)磁系統(tǒng)的安全可靠性，保障機(jī)組設(shè)備運(yùn)行安全、穩(wěn)定并適應(yīng)電網(wǎng)技術(shù)新的需要。