發(fā)電機過激磁保護信號段動作與勵磁配合事宜的研究

連杰 李亭

摘 要：勵磁系統(tǒng)、發(fā)變組保護和自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)是發(fā)電廠電氣保護及自動化系統(tǒng)的重要組成部分，三者之間能否正確的協(xié)調(diào)配合，直接關(guān)系到發(fā)電機組運行的可靠性和穩(wěn)定性。然而現(xiàn)場的發(fā)變組保護整定計算時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)發(fā)變組保護與勵磁系統(tǒng)和AVC系統(tǒng)的參數(shù)配合不當(dāng)、發(fā)變組出口壓板設(shè)置不合理。在發(fā)電機出口PT電壓異?；虮Ｗo裝置采樣異常時，造成勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器自身被閉鎖，無法接收遠方的增、減調(diào)節(jié)指令，引起發(fā)電機組過電壓保護或過激磁保護動作作用于停機。為保證發(fā)電機組安全可靠運行，減少發(fā)電廠非正常停機事故的發(fā)生，在進行保護定值整定計算時，必須考慮發(fā)變組保護定值、壓板設(shè)置與勵磁調(diào)節(jié)器和AVC之間的配合關(guān)系。文章主要分析了發(fā)變組過激磁保護信號段動作與勵磁調(diào)節(jié)器和AVC系統(tǒng)之間的配合關(guān)系。

關(guān)鍵詞：發(fā)變組過激磁;勵磁調(diào)節(jié)器;整定計算;配合關(guān)系

中圖分類號：TM31 文獻標(biāo)識碼：A

發(fā)電機發(fā)生過激磁故障時，并非每次都會造成設(shè)備的明顯損壞，當(dāng)經(jīng)常反復(fù)過激磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命;另外，現(xiàn)代的大型汽輪發(fā)電機組都有完善的限制和保護功能，可以對發(fā)電機的各種不正常工況及時作出反應(yīng)并自動進行調(diào)節(jié)，從而確保發(fā)電機組的安全可靠運行。在發(fā)變組保護上都設(shè)置有過激磁保護，發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器上配有V/Hz限制功能，AVC系統(tǒng)也設(shè)置有有功、無功、電壓限制等功能，三者之間互相配合調(diào)節(jié)，可以為勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機提供完善可靠的限制和保護功能。

文章結(jié)合某發(fā)電廠現(xiàn)場過激磁保護動作，ABB UN5000勵磁調(diào)節(jié)器閉鎖無法進行機端電壓自動調(diào)節(jié)的情況，分析了電壓互感器二次電壓A相電壓偏高，引起過激磁保護頻繁動作閉鎖勵磁調(diào)節(jié)的原因，并據(jù)此提出了一些整改措施。

1 電廠基本情況

某電廠2013年投產(chǎn)，總裝機容量為2×660MW，2臺機組以發(fā)電機、變壓器單元接線接入廠內(nèi)750kV配電裝置，750kV采用擴大單元接線，一回出線接入25公里外的榆橫750kV開關(guān)站。廠內(nèi)設(shè)置一臺啟動/備用變壓器，其電源由廠外330kV橫山變電站的110kV側(cè)引接，110kV采用變壓器線路組接線。

#1、#2發(fā)電機及其變壓器、啟備變保護均采南瑞繼保公司RCS-985系列保護裝置，主、后備保護雙重化配置，非電量保護為獨立配置，#1、#2發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器采用ABB公司生產(chǎn)的UNITROL 5000型勵磁裝置。

2 過激磁保護與V/Hz限制的動作特性的配合

當(dāng)發(fā)電機電壓升高或者頻率降低時，將會引起發(fā)電機出現(xiàn)過激磁，V/Hz限制和過激磁保護能有效地防止發(fā)電機因過勵磁而造成的損壞[1]。過激磁倍數(shù)N定義如下：

式中：B、Be分別為磁通量、額定磁通量;

U、f分別為電壓、頻率;

Ue、fe*分別為基準(zhǔn)電壓、額定頻率;

*U、*f分別為電壓標(biāo)么值、頻率標(biāo)么值。

過激磁保護反時限動作特性如圖1所示：由反時限下限部分、反時限部分和反時限上限部分組成，每段都對應(yīng)不同的跳閘時間。

發(fā)電機過激磁保護的最小值，應(yīng)按照躲過發(fā)電機長期允許的最大過激磁倍數(shù)進行整定。反時限過激磁保護定值整定過程中，需考慮一定的裕量，分別從動作時間和動作定值上考慮：從保護動作時間考慮，時間設(shè)定值可以為廠家提供的發(fā)電機允許過勵磁能力允許時間的60%-80%;從保護動作定值來考慮，可以考慮整定定值為發(fā)電機廠家提供的發(fā)電機允許過勵磁倍數(shù)值除以1.05，最小動作值應(yīng)與定時限下限定值匹配。當(dāng)發(fā)生過激磁時，勵磁調(diào)節(jié)器的V/Hz限制功能要先于保護裝置的過激磁保護動作，V/Hz限制動作之后不能夠有效地限制鐵芯內(nèi)的磁通繼續(xù)增加，此時再由過激磁保護動作于跳閘停機。

V/Hz限制的參數(shù)設(shè)置應(yīng)與過激磁保護動作特性匹配，要求V/Hz限制的靈敏度要高于過激磁保護。

3 過激磁保護動作情況

某發(fā)電廠RCS-985B發(fā)變組發(fā)電機過激磁保護分為兩段，其中第一段出口作用于發(fā)信;第二段出口動作于減勵磁，勵磁調(diào)節(jié)器采用ABB公司生產(chǎn)的UNITROL 5000型勵磁裝置，為防止外部繼電器接點故障，勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部設(shè)置有“防粘連”、“防抖動”邏輯。

因某電廠位于雙橫線線路71313末端位置，再者因為發(fā)電機出口PT特性的差別，當(dāng)線路負荷較低的情況下，發(fā)電機出口電壓升高，#1發(fā)電機出口電壓互感器2TV的A相二次電壓，經(jīng)常會達到發(fā)變組過激磁保護II段1.06倍的定值。造成發(fā)變組過激磁保護頻繁動作報警，并發(fā)出長脈沖減勵磁信號至AVR，造成勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器自身閉鎖，無法進行增、減磁調(diào)節(jié)，給機組安全運行造成重大安全隱患。

4 勵磁調(diào)節(jié)器閉鎖調(diào)節(jié)原因分析

一般而言，發(fā)變組過激磁保護信號段動作后，首先會發(fā)減勵磁指令，且輸出為長指令/脈沖。這對勵磁調(diào)節(jié)器來說，可能會誤判為減磁指令節(jié)點粘連，導(dǎo)致勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部只執(zhí)行一次減磁操作。相關(guān)信息整理如下：

AVC實時調(diào)整機組無功時，存在發(fā)電機機端電壓升高運行工況。

發(fā)變組保護過激磁保護采樣由于不同的PT采樣回路（如不同于勵磁調(diào)節(jié)器用的PT回路），及采樣板卡精度等影響，比實際值偏高?？赡艽嬖诎l(fā)變組過激磁保護的信號段先于勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的V/Hz限制器先動作。

發(fā)變組保護過激磁信號段動作后，一般發(fā)出減勵磁指令，且輸出為長指令/脈沖。

勵磁調(diào)節(jié)器對于接收的來自發(fā)變組保護的減磁長指令/脈沖，可能會誤判為減磁指令節(jié)點粘連，導(dǎo)致勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部只執(zhí)行一次減磁操作。

常規(guī)設(shè)計中，勵磁調(diào)節(jié)器通過輸入/輸出接口板中的數(shù)字量輸入通道（即開關(guān)量輸入通道/DI點），接受來自于不同設(shè)備（如DCS、AVC、同期、發(fā)變組保護等）的增、減磁控制指令（干接點信號）。

某發(fā)電廠勵磁調(diào)節(jié)器通過接收DCS增、減磁脈沖控制指令，來進行發(fā)電機電壓的自動調(diào)整。在ABB勵磁調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中，接受的增、減磁控制指令都是按控制指令的脈寬/時長有效。常規(guī)設(shè)計中，增、減磁的速度內(nèi)部設(shè)置為：0.33%額定機端電壓/S（國標(biāo)中的要求：調(diào)壓速度不大于1%/S，不小于0.3%/S）。

另外，勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部一般設(shè)置有增、減磁操作的上下限，典型的設(shè)置為：上限值為：110%;下限值為：90%。當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器操作增、減磁達到上下限動作時，軟件內(nèi)部會閉鎖相關(guān)的增、減磁操作。

再者，勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部的過勵限制器和低勵限制器動作時，也會閉鎖對應(yīng)的增磁和減磁操作，僅相反的減磁和增磁操作有效。

近年來，由于AVC裝置的應(yīng)用，機組的電壓/無功功率存在實時地、頻繁地調(diào)節(jié)，為避免增、減磁回路中的中間繼電器的節(jié)點粘連，導(dǎo)致勵磁調(diào)節(jié)器增、減磁環(huán)節(jié)誤動作。因此，一般會在勵磁調(diào)節(jié)器軟件內(nèi)部補充增加邏輯模塊，即增、減磁回路防粘連模塊，實現(xiàn)原按控制指令的脈寬/長度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為記錄調(diào)節(jié)次數(shù)。軟件內(nèi)部再發(fā)出增、減磁脈沖，避免外部回路的誤動作影響內(nèi)部正常運行。

5 對有關(guān)問題的改進措施

目前，發(fā)電機出口PT更換為勵磁特性偏差更小的PT。

將各個控制設(shè)備（保護/同期/AVC等）輸出信號接口匯總至DCS，由DCS處理實現(xiàn)防止回路節(jié)點粘連等功能后，再通過唯一的接口輸出至勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器按接受控制指令的脈寬/時長的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計執(zhí)行。

利用勵磁調(diào)節(jié)器的硬件接口通道資源，獨立實現(xiàn)各個控制設(shè)備的控制指令的采樣。在軟件內(nèi)部根據(jù)實際需要，可以增加增、減磁防粘連處理邏輯，再在軟件內(nèi)部匯總后，連接至增、減磁模塊。

取消發(fā)電機過激磁保護減勵磁出口功能。目前，各電廠發(fā)變組過激磁保護功能設(shè)置不統(tǒng)一，部分電廠初期投產(chǎn)該功能就未設(shè)置，部分電廠雖配置了該功能，但該功能并未達到預(yù)期效果，為防止影響設(shè)備可靠性，后期也取消了該功能。

某發(fā)電廠ABB UN5000勵磁系統(tǒng)限制和保護功能完善且雙套配置，調(diào)節(jié)迅速、準(zhǔn)確，完全可以滿足AVC自動調(diào)節(jié)和DCS手動調(diào)節(jié)電壓的需求，無需外部保護裝置對勵磁系統(tǒng)的干預(yù)。另外，保護裝置至勵磁系統(tǒng)的減勵磁信號沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求，無法確認(rèn)脈沖信號發(fā)送的長短，設(shè)置不合理很容易造成勵磁調(diào)節(jié)器誤動。目前，已咨詢設(shè)備廠家、電科院、熱工院和定值計算專業(yè)相關(guān)專家，取消了發(fā)電機過激磁保護減勵磁出口功能。

關(guān)于發(fā)變組保護過激磁保護信號段的定值設(shè)置與勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部的V/Hz限制器的配合，需要考慮采樣點/采樣回路的不同，采樣板卡精度不同等因素。在考慮機組過壓能力及留有一定級差裕度的基礎(chǔ)上，保證勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制器先于發(fā)變組保護先調(diào)節(jié)動作。

6 結(jié)語

文章通過介紹發(fā)電機過激磁保護的動作原因及勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)邏輯，分析了由電壓互感器二次電壓引起的保護動作原因，并提出了解決辦法和改進措施。最后通過論證和現(xiàn)場實踐，證明所提方法切實可行，對保證發(fā)電機組的安全可靠運行及對現(xiàn)場應(yīng)用起到指導(dǎo)和改進的作用。

參考文獻

[1] 姜志慧，王耀坤.燃機發(fā)電機過激磁保護動作跳閘事故分析及處理[J].華電技術(shù)，2018，40（11）：24-26，78.