ABB Unitrol 6800勵磁系統無功上沖異常分析

尹興禮

（國投云南大朝山水電有限公司，云南 云縣 675811）

ABB Unitrol 6800勵磁系統無功上沖異常分析

尹興禮

（國投云南大朝山水電有限公司，云南 云縣 675811）

介紹了一次經典的ABB Unitrol 6800勵磁系統在開機并網時無功上沖異常事件，對此次異常事件進行深入的分析討論，查找出原因，最后修改了監控系統與勵磁系統接口程序，杜絕了此類事件的再次發生。通過對此次異常事件的完整的分析，找出解決辦法，積累經驗，可對從事電力行業的人員提供一定的借鑒意義。

勵磁系統；A BB；無功上沖；總線控制；疊加控制

1 引言

某電廠勵磁系統與監控系統通信方式采用MODBUS RTU通信方式，無功閉環控制功能由勵磁系統完成，監控系統通過MODBUSRTU通信方式向勵磁系統下發無功設定值和設定值有效命令，在實際運行過程中，在某種特定條件下，發生了無功異常上沖現象。

在發電機開機并網后，運行人員在中控室首先將機組無功功率設為0，隨后開始逐步增加機組有功功率，當有功功率增加至90 MW時，發電機勵磁系統V/Hz限制器動作，發變組保護過激磁保護啟動。運行人員立即查看發電機無功功率，發現機組無功功率已上升至80 MVar左右，機端電壓上升至16.6 kV左右（機組額定電壓為15.75 kV）。發現該異常情況后，運行人員立即在監控系統操作員站上設定無功功率，先后分別設定了25MVar、30MVar、40MVar、50 MVar，勵磁系統均未按照無功設定值進行調節，發電機無功功率沒有變化。于是運行人員立即到發電機勵磁系統盤柜ECT面板上將勵磁系統控制方式切至“現地”，在面板上按“減磁”后無功功率逐步下降至0。隨后運行人員再將勵磁系統控制方式切至“遠方”，重新在監控系統操作員工作站上設定無功功率，機組勵磁系統無功恢復正常調節。

2 無功上沖過程原理分析

2.1 勵磁系統總線控制、無功控制方式切換監控系

統程序的邏輯設計

新勵磁系統ABB Unitrol 6800更新改造后，總線控制、無功控制方式切換與原Unitrol 5000的邏輯基本相同。正常情況下，勵磁系統開機并網前運行于“遠方/自動”控制模式，此時監控系統在遠方可對勵磁系統進行開停機、增磁、減磁等命令控制；當機組并網即GCB“合”后，監控系統程序將自動向勵磁系統下發請求“總線控制”的命令，即通信控制方式，只有在勵磁系統滿足“總線控制”且勵磁系統已切為“無功控制”方式時，勵磁系統才能接受并執行運行監控系統下設的無功功率設定值。

2.2 監控系統事件列表及無功功率曲線圖分析

（1）從歷史事件列表分析得出如下結論：

1）開機并網后，勵磁系統已切換至“總線控制”方式（即通信控制方式）；

2）當運行人員首次設定無功值“0”之后，勵磁系統已切換至“無功控制”方式，由此證明勵磁系統已經收到了監控系統“無功功率設定確認位”命令，此命令通過通信方式下發。注：因為勵磁系統如果未收到監控系統無功功率確認位，勵磁系統不會切換至無功控制方式，而監控事件列表上顯示勵磁系統已切換至無功控制方式了，事件列表見表1。

表1 異常事件時監控事件列表

（2）從監控系統無功功率設定反饋值及無功功率曲線圖上分析，得出如下結論：

1）機組并網后，無功功率設定反饋值為“0”，如圖1曲線6所示；當運行人員首次設定無功功率值“0”之后，反饋值為“0”無變化，但無功功率卻一直上沖最高至80 MVar，之后勵磁系統限制器動作將無功降低至70 MVar左右，說明勵磁系統未執行“0”設定值，如圖1中曲線6所示。

2）運行人員依次設定無功功率值“25 MVar”、“30 MVar”、“40 MVar”、“50 MVar”，但反饋值仍然為“0”，說明勵磁系統并未接收和執行監控系統后續下發的設定值。

圖1 異常時的監控模擬量記錄

（3）原因分析

經過以上分析，初步判斷機組無功上沖的異常現象原因是由于勵磁系統滿足了某種特定條件，即由于監控系統首次向勵磁系統下發無功功率設定值“0”時，由于勵磁系統與監控系統通信延時，導致“無功設定值確認”命令先到達勵磁系統，而設定值“0”未到達或慢于“無功設定值有效”命令到達勵磁系統,造成勵磁系統將原寄存器中保存的“電壓設定值”誤以為是“無功設定值”執行，從而造成無功上沖現象。

由于這種異常事件是在某種特定條件下的偶然事件，但對發變組的安全運行存在安全隱串。這種偶然事件的發生，與監控系統程序將“無功功率設定值”的遙調命令和勵磁系統切“無功控制”方式的遙控命令邏輯混在一起有一定的關系。

3 解決處理方案

3.1 優化修改監控系統程序“無功控制”方式投入命令

目前勵磁系統由“電壓控制方式”切為“無功功率控制方式”的監控程序命令邏輯為：GCB合→投勵磁系統為“總線控制”方式→運行人員首次設定無功功率設定值→勵磁系統切為“無功控制”方式同時執行新設定值。

這種方式存在一些不確定因素，由于無功功率控制方式切換的“搖控命令”與無功功率設定值“遙調命令”同時到達勵磁系統程序，在勵磁系統程序還未切為“無功功率控制”方式之前，勵磁系統仍然處于“電壓控制方式”，此時如勵磁系統優先執行來自監控系統的無功功率設定值遙調命令，則勵磁系統就會將“無功功率設定值”作為“電壓設定值”執行，造成機端電壓異常波動；另一種情況，就是勵磁系統已切為“無功功率控制”方式，在程序未接受來自監控系統的無功功率設定值數值（模擬量）之前，就已執行了“設定值確認位”（開關量），此時就會將保存在勵磁調節器程序無功設定值寄存器中的數值作為無功功率設定值賦予程序執行。正常情況下，在勵磁系統由“電壓控制”方式切為“無功控制”方式時，該寄存器預設值應為“0”，勵磁系統正確執行。但在某些極偶然的不正常情況下，該預設值不是“0”，而是不確定的任意數值，勵磁程序執行該數據就會引起機端電壓異常波動。經攻關小組多方面分析和論證，4月11日2號機開機后無功功率上沖就屬于這種極少見的異常現象。

為解決上述問題，多次分析和充分討論，確定勵磁系統切為“無功控制”方式的監控系統程序邏輯可修改為由“GCB合”信號來自動完成切換，而不依賴于運行人員首次下發無功功率設定值。當機組并網后，運行人員首先查看事件列表，確認勵磁系統已投入“無功控制”方式后，再下發無功功率設定值，勵磁系統就將按照運行人員下發的設定值正確執行。

監控系統LCU程序中，由“GCB合”信號自動將勵磁系統切為“無功控制”方式的切換邏輯將修改為：GCB合→投勵磁系統為“總線控制”方式→投勵磁系統為“無功控制”方式。切換邏輯修改后，勵磁系統只有在“無功控制”方式下，監控系統才能下發無功功率設定值，保證了與勵磁系統程序的通信安全。

修改前、后監控系統投“無功控制”方式及“無功功率設定”邏輯程序示意圖見圖2、圖3。

圖2 修改前監控與勵磁系統接口程序

圖3 修改后監控與勵磁系統接口程序

3.2 優化修改監控系統無功設定值程序邏輯

新勵磁系統Unitrol 6800改造完成后，操作員工作站“無功設定反饋”數據框不再像原Unitrol 5000一樣保持最近一次“無功功率設定值”，顯示的卻是“無功功率實際值”。當勵磁系統電壓異常波動時，運行人員不能明確最近一次下發的設定值是多少，難以判斷電壓波動是否與設定值不合理有關系。

分析新勵磁系統程序，發現新勵磁系統接收了來自監控系統的無功功率設定值后，首先將該設定值返回監控系統。但在勵磁系統執行該設定值過程中，反饋值便被實際無功值替換，因此操作員工作站看不到最近一次下發的無功功率設定值。對比原Unitrol 5000程序，也是同樣的邏輯，但在設定值反饋監控系統之前，進行了反饋值保持處理，使其不被實際無功值替換。為解決該問題，在監控系統程序中進行優化處理，以達到預期效果。處理方法如下：

監控系統無功設定程序頁中，程序邏輯沿用了原Unitrol 5000邏輯，即將勵磁系統返回的“無功設定反饋值”再次作為“設定值”下發至勵磁系統，直至“反饋值”與“設定值”相等，如兩者不相等則“設定值確認位”保持70 s有效。由于Unitrol 5000向監控系統返回的設定值即監控系統最近一次下發的設定值，如監控系統不再下發新設定值，則該值保持不變；但新Unitrol 6800向監控系統返回的設定值即在第一次返回之后（確認位消失），緊接著即返回無功功率實際值，該值不斷刷新無功功率設定值寄存器，只是無“確認位”而不執行。這種情況下，當第二次監控系統再下發新的無功功率設定值，如勵磁系統先接受了確認位，則將優先執行原保存的反饋值，緊接著再執行新設定值。這種方式正常情況下也能滿足無功調節要求，但如因通信異常，新設定值未能到達勵磁系統，則勵磁系統就將錯誤地執行原來保存的反饋值，將無法滿足無功功率調節的要求。

為解決上述問題，確定監控系統無功功率設定程序邏輯優化為：監控系統向勵磁系統下發無功功率設定值后，保持該設定值不變，并將該設定值送至上位機操作員工作站顯示。

4 結論

勵磁系統參數和監控系統程序邏輯優化修改后，兩系統之間的通信連接更加合理，不存在沖突，將有效杜絕無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技術管理工作。