GE公司EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動作原因分析

姜志慧， 史 揚， 劉春梅

(1. 北京太陽宮燃氣熱電有限公司， 北京 100028； 2. 華北電力科學研究院有限責任公司， 北京 100045； 3. 北京京橋熱電有限責任公司， 北京 100067)

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GE公司EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動作原因分析

姜志慧1， 史 揚2， 劉春梅3

(1. 北京太陽宮燃氣熱電有限公司， 北京 100028； 2. 華北電力科學研究院有限責任公司， 北京 100045； 3. 北京京橋熱電有限責任公司， 北京 100067)

詳細分析了GE公司EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制動作原理，找到了國內(nèi)某電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)頻繁誤報過激磁限制的原因，確定了GE公司EX2100勵磁調(diào)節(jié)器在設(shè)計方面的缺陷，并提出了相應(yīng)的改進策略。

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

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的各限制環(huán)節(jié)是在發(fā)電機發(fā)生運行工況改變時，控制發(fā)電機的機端電壓、勵磁電流、無功功率在正常允許的范圍內(nèi)，保證發(fā)電機不因為系統(tǒng)的故障、振蕩或人為誤操作而跳機，造成非計劃停機。某燃氣輪發(fā)電廠機組在正常運行過程中，GE公司的EX2100勵磁調(diào)節(jié)器頻繁報“V/Hz limiter is Active”(過激磁限制)。報警發(fā)生后伴隨著發(fā)電機有功功率、無功功率、勵磁電壓、勵磁電流等參數(shù)的小幅度變化。整個動作調(diào)節(jié)過程約70ms，隨后報警自動復(fù)位，機組運行各參數(shù)恢復(fù)正常。

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

1 概述

國內(nèi)某燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠采用S209FA機組，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)均采用GE公司的EX2100勵磁系統(tǒng)，一主一備控制方式，M1、M2控制器可在任何運行工況下實現(xiàn)無擾切換。系統(tǒng)中配有過勵限制、低勵限制、V/Hz限制三種限制器，V/Hz限制保護配置有定時限和反時限兩種保護。定時限作用于跳閘，反時限作用于限制。定值設(shè)置通常采用廠家默認設(shè)置的控制參數(shù)，并經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證，限制動作后，工作穩(wěn)定即可。V/Hz限制的定值整定，一定要與保護的V/Hz定值相配合，保證V/Hz限制先于保護動作[1]。

2 V/Hz限制報警過程及分析

2.1V/Hz限制的基本原理

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

2.2V/Hz限制的工作原理

圖1為GE公司EX2100勵磁調(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)電機頻率進行比較，與通常采用測量發(fā)電機電壓和頻率構(gòu)成的V/Hz限制原理有所不同。

EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制的動作原理(見圖2)：

(1) 發(fā)電機的頻率“FREQ”，取絕對值后，乘以“V/Hz限制標幺值”，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) 當運行中“ASPINT”<“V/Hz限制輸出”信號時，“ASPINT”信號形成“AVRSP”，輸出至調(diào)節(jié)器的PID環(huán)節(jié)中，此時為正常調(diào)節(jié)；當運行中“ASPINT”>“V/Hz限制輸出”信號時，“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，同時發(fā)出“V/Hz報警”。

2.3原因分析

2.3.1V/Hz限制動作前的運行參數(shù)分析

實測發(fā)電機電壓為15.4527kV(額定15.75kV)，頻率標幺值為1.00073，V/Hz標幺值為0.9804，未達到V/Hz限制標幺值的定值1.07。

2.3.2V/Hz限制動作時的運行參數(shù)分析

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

最終形成“ASPINT”信號標幺值為1.08096，大于V/Hz限制標幺值的定值1.07。V/Hz限制動作，勵磁調(diào)節(jié)器報“V/Hz報警”。

2.3.3V/Hz限制動作持續(xù)時間

根據(jù)錄波圖分析，V/Hz限制動作持續(xù)約70ms。

2.3.4V/Hz限制返回時的運行參數(shù)分析

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

最終形成“ASPINT”信號標幺值為1.06908，小于V/Hz限制標幺值的定值1.07，此時V/Hz限制返回，報警信息消失。

2.3.5有功功率的變化情況分析

在V/Hz限制動作前，有功功率由264.554MW變化到265.854MW，時間為0.1s。有功變化率約13MW/s。

在V/Hz限制動作時，有功功率由265.854MW變化到273.284MW，時間為0.06687s。有功變化率約109.76MW/s。

V/Hz限制動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限制動作的主要原因分析

通過對V/Hz限制動作和返回過程中的各個參數(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限制誤動作的主要原因。

2.4V/Hz限制設(shè)計上存在的主要問題

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

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

(3) 當“PSS OUTPUT”信號達到較大值(接近PSS輸出的限幅值±0.1)時，EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制部分的邏輯設(shè)計問題，造成V/Hz限制動作時，“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)以上分析可以證實是電網(wǎng)的低頻振蕩造成了V/Hz限制的誤動作，且V/Hz限制誤動作后又屏蔽了PSS輸出，減弱了勵磁調(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限制誤動作。

(2) 要徹底解決V/Hz限制誤動作報警問題，需要求GE公司進行軟件邏輯結(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限制動作時PSS作用不被屏蔽；或者采用常規(guī)的V/Hz限制的設(shè)計，采用實際測量的發(fā)電機電壓和頻率來實現(xiàn)。

3 結(jié)語

筆者通過分析了EX2100勵磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制的動作邏輯，探討了勵磁系統(tǒng)V/Hz限制動作的諸多條件，明確了EX2100勵磁調(diào)節(jié)器在V/Hz限制邏輯上的缺陷，為運行和檢修方面出現(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勵磁調(diào)節(jié)器的V/Hz限制的設(shè)計缺陷應(yīng)引起重視，避免出現(xiàn)V/Hz限制的誤動作，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

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

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

[3] 孟凡超, 吳龍. 發(fā)電機勵磁技術(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，主要從事燃氣輪機發(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

A

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