勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)必要性探討

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)必要性探討

鄭蕾

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

本文提出了一種針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)嚴(yán)重故障快速切除故障機(jī)組的有效措施，來解決目前發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定計(jì)算受到可靠性與選擇性限制，致使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障的特殊情況下，不能以最優(yōu)的時(shí)間將故障機(jī)組從電力系統(tǒng)中切除。最后通過具體實(shí)例分析驗(yàn)證勵(lì)磁系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)的必要性。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 低勵(lì)限制 失磁保護(hù) 故障跳閘 優(yōu)化運(yùn)行

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)，以及發(fā)電機(jī)本身的安全均有很大影響。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基本條件之一。在眾多改善同步發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中穩(wěn)定運(yùn)行的措施中，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性能是公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)有效的手段之一。

在勵(lì)磁控制系統(tǒng)發(fā)生故障后，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)突然失去勵(lì)磁電流，此時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗迅速進(jìn)入靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓內(nèi)，而發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)主判據(jù)多采用靜穩(wěn)極限阻抗圓或異步阻抗圓，所以發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)在發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗進(jìn)入靜穩(wěn)極限阻抗圓或異步阻抗圓后，動(dòng)作出口將故障發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中切除，而在這一系列過程中，失磁保護(hù)整定時(shí)為保證動(dòng)作正確性，整定經(jīng)延時(shí)t后出口跳機(jī)，這將導(dǎo)致在這延時(shí)t中發(fā)電機(jī)因失磁造成的損失與對(duì)電力系統(tǒng)的影響加大。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，探討由勵(lì)磁控制系統(tǒng)本身判斷并給出結(jié)果后，直接0延時(shí)出口將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中切除是非常必要的。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 失磁保護(hù)基本原理

從失磁保護(hù)原理及整個(gè)動(dòng)作過程進(jìn)行分析，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)主要有兩種原理：一是利用發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗邊界和異步阻抗邊界為主判據(jù)構(gòu)成的阻抗失磁保護(hù)；二是以發(fā)電機(jī)失磁是否從系統(tǒng)中吸收無功功率作為主判據(jù)的逆無功失磁保護(hù)。

1.2 現(xiàn)代發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)實(shí)例

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障使勵(lì)磁降低或全失磁，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間失步，對(duì)機(jī)組本身及電力系統(tǒng)的安全造成重大危害，因此，大、中型機(jī)組要裝設(shè)失磁保護(hù)?，F(xiàn)以許繼電氣的WFB-800A發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)為例，該保護(hù)裝置的失磁保護(hù)主要由靜穩(wěn)極限勵(lì)磁電壓判據(jù)和邊界阻抗判據(jù)構(gòu)成。靜穩(wěn)極限勵(lì)磁電壓判據(jù)，具有在導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步的失磁初始階段就能快速動(dòng)作，其動(dòng)作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動(dòng)作提前1s以上，有預(yù)測(cè)失磁功能。邊界阻抗分為靜穩(wěn)邊界阻抗和穩(wěn)態(tài)異步邊界阻抗。因?yàn)闊o論發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓采用的是靜穩(wěn)阻抗邊界或穩(wěn)態(tài)異步阻抗邊界作為判據(jù)，在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低勵(lì)或失磁時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)首先越過靜穩(wěn)阻抗邊界，才到穩(wěn)態(tài)異步阻抗邊界，也就是說靜穩(wěn)圓比異步圓靈敏度要高，所以本次論述以靜穩(wěn)阻抗邊界為準(zhǔn)。

從WFB-800A發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的出口邏輯圖(如圖1)可以看出：失磁保護(hù)Ⅰ段在靜穩(wěn)阻抗Z1滿足整定阻抗的條件下，經(jīng)延時(shí)t1出口發(fā)發(fā)電機(jī)失磁信號(hào)，t1整定至少1s～1.5s，原因是躲開系統(tǒng)震蕩；失磁保護(hù)Ⅱ段在靜穩(wěn)阻抗Z1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓及發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓同時(shí)滿定值的條件下，經(jīng)固有延時(shí)0.2s 后出口跳閘相關(guān)斷路器。在靜穩(wěn)阻抗的整定過程中，考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，計(jì)算所得靜穩(wěn)阻抗圓留有一定的儲(chǔ)備系數(shù)，一般取10%，即靜穩(wěn)阻抗圓圓心和半徑乘以系數(shù)0.9。并且為了滿足躲開發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機(jī)正常進(jìn)相運(yùn)行的要求，失磁保護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)靜穩(wěn)阻抗圓進(jìn)行了裁切，也就是在R-X坐標(biāo)系中以原點(diǎn)為切割線端點(diǎn)，與R軸夾角10°～15°在第三象限與第四象限延伸切割靜穩(wěn)阻抗圓，所得的動(dòng)作區(qū)如圖2。

圖1 WFB-800A發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的出口邏輯

圖2 失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)受到可靠性與選擇性的限制至少有200ms的延時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)出現(xiàn)失控導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，不能將發(fā)電機(jī)以最優(yōu)的時(shí)間從電力系統(tǒng)中切除。就此，提出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障直接切機(jī)的措施來作為失磁保護(hù)的補(bǔ)充措施。

2 補(bǔ)充措施

2.1 補(bǔ)充措施依據(jù)

補(bǔ)充措施的依據(jù)是：勵(lì)磁控制系統(tǒng)故障的主體是勵(lì)磁控制系統(tǒng)本身，勵(lì)磁控制系統(tǒng)自主判斷故障具有比失磁保護(hù)更加快速和準(zhǔn)確的判斷優(yōu)勢(shì)。以數(shù)字控制領(lǐng)域先進(jìn)的研究成果和工藝集合一身的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有完善且獨(dú)立的智能化故障檢測(cè)系統(tǒng)，利用這套故障檢測(cè)系統(tǒng)加以優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)失磁保護(hù)的補(bǔ)充措施。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

以中國電器科學(xué)研究院EXC9000系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為例，EXC9000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有獨(dú)立的數(shù)字/數(shù)字/模擬三通道、兩種不同的調(diào)節(jié)組態(tài)。每個(gè)調(diào)節(jié)通道配有一套獨(dú)立的智能化故障檢測(cè)系統(tǒng)，我們將合理利用調(diào)節(jié)器自帶的故障檢測(cè)系統(tǒng)，通過勵(lì)磁系統(tǒng)智能IO板件編寫勵(lì)磁控制系統(tǒng)故障輸出邏輯(如圖3)，10種邏輯條件覆蓋由勵(lì)磁控制系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁的全部故障類型，對(duì)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器智能I/O板軟件邏輯進(jìn)行修改，在機(jī)組并網(wǎng)狀態(tài)下，當(dāng)(A套調(diào)節(jié)器故障& B套調(diào)節(jié)器故障& C套故障)OR(A套調(diào)節(jié)器檢測(cè)故障& B套調(diào)節(jié)器檢測(cè)故障& C套故障)OR(A套調(diào)節(jié)器電源故障& B套調(diào)節(jié)器電源故障& C套故障)OR(A套調(diào)節(jié)器同步故障& B套調(diào)節(jié)器同步故障& C套故障)OR(A套調(diào)節(jié)器脈沖故障& B套調(diào)節(jié)器脈沖故障& C套故障)條件滿足時(shí)，由調(diào)節(jié)器內(nèi)部智能I/O板直接開出至發(fā)電機(jī)保護(hù)A柜、B柜，經(jīng)發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子低電壓輔助判據(jù)滿足后直接無延時(shí)啟動(dòng)機(jī)組跳閘停機(jī)回路。采用轉(zhuǎn)子低電壓輔助判據(jù)與失磁保護(hù)考慮方向一致，是防止勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障誤出口。

圖3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)故障輸出邏輯

2.3 結(jié)果驗(yàn)證

通過特殊方法驗(yàn)證補(bǔ)充措施，在勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)出口退出的情況下，模擬勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障，由于是全部失磁，所以發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)迅速動(dòng)作切除發(fā)電機(jī)，測(cè)得從失磁保護(hù)動(dòng)作到跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器歷經(jīng)時(shí)間266ms。在勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)出口投入的情況下，重復(fù)上述試驗(yàn)，從勵(lì)磁控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障開始到跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器歷經(jīng)時(shí)間77ms。從快速切除發(fā)電機(jī)的時(shí)間上對(duì)比，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障的特定情況下，勵(lì)磁控制系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)優(yōu)于失磁保護(hù)。

3 結(jié)語

本文通過發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)整定情況與現(xiàn)代化勵(lì)磁控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提出了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)嚴(yán)重故障跳機(jī)作為失磁保護(hù)補(bǔ)充措施的必要性，通過特殊檢驗(yàn)方法也證實(shí)了在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)嚴(yán)重故障的情況下，該補(bǔ)充措施出口切除發(fā)電機(jī)確實(shí)優(yōu)于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。該補(bǔ)充措施或許還有不足，但通過完善改進(jìn)后，以期能為發(fā)電機(jī)快速保護(hù)系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。

〔1〕郭春平.發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)的配合整定計(jì)算[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(28)：129-132.

〔2〕徐業(yè)榮.大型汽輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)定值整定探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44(20)：154-159.

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2095-1809(2017)06-0043-03

鄭 蕾(1986-)，男，本科，助理工程師，從事水電廠二次設(shè)備檢修維護(hù)工作.