為何推出第三方監控保護裝置方案？
——國信靖江電廠增設發電機勵磁系統技改項目可行性方案淺析

特約撰稿人：江蘇國信靖江發電有限公司 陳俊

為何推出第三方監控保護裝置方案？
——國信靖江電廠增設發電機勵磁系統技改項目可行性方案淺析

特約撰稿人：江蘇國信靖江發電有限公司 陳俊

江蘇國信靖江電廠1#、2#發電機組額定視在功率SN=733MVA，所選配勵磁系統為勵磁廠家組裝的瑞士ABB UN6800型號靜態勵磁系統，具體型號為：T6S-O/U251-S6000。即：獨立3通道控制系統，雙自動及手動控制通道，以及獨立的后備手動控制通道；整流橋N-1冗余原則配置5個UNL13300型號整流橋；直流側配置額定電流為6000A的磁場斷路器及SiC非線性滅磁電阻（5MJ）。1#機組于2013年12月份， 2#機組于2014年1月份并網投運，系統穩定運行至今。

推出勵磁系統技改項目的意義

為完善勵磁系統的監測、保護功能，基于對現有勵磁系統功能的充分分析的基礎上，國信靖江電廠提出技改項目意向，即增設勵磁系統第三方監控保護裝置，主要實現功能包括以下4個方面：PT斷線保護（針對PT慢熔現象）、機端過電壓保護（在負載過電壓保護基礎上，補充空載過電壓保護）、轉子低電壓閉鎖過流保護（針對滑環短路和跨接器誤投等直流側短路故障現象）、發電機主開關位置信號異常告警。

通過前期信息收集、調研，考慮到勵磁系統對于發電機組的重要性，國信靖江電廠對第3方公司生產的BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置在ABB UN6800勵磁系統上的現場應用可行性進行深入論證。

主要內容包括：國信靖江電廠技改項目的意義、現階段初步方案可行性的討論及技術交流，以及關于ABB UN6800勵磁系統功能完善強化的后續工作開展初步意向。

現有PT斷線保護存在局限性，有必要進行完善

設備現狀：ABB UN6800系統現有的PT斷線邏輯是在自動方式下機端電壓的百分比和同步電壓的百分比進行比較（自并勵條件下），如果機端電壓標幺值低于同步電壓標幺值的15%，則認為PT斷線，然后進行切換至備用通道運行，如備用通道再判斷PT斷線，則切為手動方式運行。實際運行過程中，若發電機PT一次保險慢速熔斷，勵磁系統檢測到的機端電壓緩慢跌落，電壓跌落值可能小于15%，在此過程中現有的PT斷線邏輯并不能判別PT失效仍會正常運行，可能造成勵磁系統強勵。總體而言，現階段勵磁系統的PT斷線監測功能的判斷邏輯及定值設置，使得勵磁系統的PT斷線檢測功能的應用有一定的局限性，存在完善的必要性。

初步方案：現階段有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，幫助檢測判斷PT慢熔。現在ABB UN6800所加PT慢熔檢測邏輯如下圖所示：

即在自并勵方式起勵狀態下，若本通道機端電壓標幺值比備用通道機端電壓標幺值小，且差值大于參數設定的偏差值（默認設置5%，可更改）或 當本通道機端電壓標幺值比本通道同步電壓標幺值小，且差值大于參數設定的偏差值（默認設置5%，可更改），輸出PT慢熔信號。信號動作類型選擇AUTO FAULT，事件定義為自動方式故障，會導致通道切換或切換至手動方式，本事件動作的延時設置為2s（可更改）。(注：此方案已通過內部仿真機測試，但尚無工程項目應用。)

方案二

增設南瑞、四方等保護廠家的的模塊，實現1套獨立的PT斷線檢測保護裝置，用于PT斷線的輔助檢測，其輸出信號發送至勵磁系統控制器，由勵磁系統執行相應的切換邏輯。

BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置以比較機端兩組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，默認值為1V；Uset2為相間電壓差定值，定值范圍為0.1～10V，默認值為1V；nset為延時采樣點數，范圍為0～1200，默認值為2。滿足以上任何一個條件，即判斷為PT斷線，延時nset采樣點發出報警。

對比兩個方案，方案二中的PT斷線檢測邏輯可能更為完善，但是從方案實施的角度考慮，勵磁廠家人員一般建議使用方案一來進行PT慢熔的輔助檢測，因為不需要增加其他硬件設備，實施起來比較簡單，現場改動工作量較小，費用較少，根據了解，目前國內同類型勵磁系統機組中采用方案二的僅有浙江溫州電廠。

機端過電壓邏輯未區分空載和并網狀態

設備現狀：ABB UN6000系統現有的機端過電壓保護邏輯分為兩部分，一是通過軟件內部V/Hz限制器進行實現，當發電機轉速恒定時頻率恒定，V/Hz限制器所設定值在此時僅針對于機端電壓的過壓，當機端電壓超過V/Hz限制器設定值時，限制器啟動將機端電壓拉回設定值并且閉鎖增磁。V/Hz限制器設定值和延時都可進行更改，一般設為1.05倍，0s。二是通過軟件內部發電機機端電壓過壓保護功能，一般設定為1.3倍，延時0.5s跳閘，此設定值和延時皆可更改。在這兩個邏輯中并未區分空載和并網狀態。

初步方案：BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置機端過電壓保護的原理是取機端完好的一組PT中相間電壓的最小值，與整定值進行比較，來判斷發電機機端是否過壓。在過壓保護中，裝置又通過判斷機組是否并網分為空載過電壓保護和負載過電壓保護，能夠設定不同的整定值并且分別具有2個時限。空載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勵時滅磁開關和滅磁電阻無法滿足滅磁要求的問題，ABB在每個工程項目中針對滅磁開關和滅磁電阻容量選配時就已經考慮了發生空載誤強勵的情況。

雙方經過討論認為，BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置機端過電壓保護邏輯有其合理性，但是其過電壓保護邏輯判據較為簡單，僅參考了機端電壓，實際應用中與ABB UN6000系統中過電壓的保護邏輯差異不大。

轉子低電壓閉鎖過流保護沒有考慮滑環短路和跨接器誤投等。

設備現狀：ABB UN6000系統現有軟件邏輯中并沒有獨立針對滑環短路和跨接器誤投等的保護，直流側短路僅能通過勵磁電流限制器和3倍額定勵磁電流的瞬時過流跳閘保護來實現。且勵磁系統內部對于整流橋內的過流判斷邏輯是完善的，但對于勵磁直流封閉母線、滑環處等區外的短路故障未進行針對性區分。

另一方面，在實際運行過程中，自并勵勵磁系統現有的機組發變組保護中勵磁變過流保護、差動保護等可實現對勵磁系統直流側短路的部分保護功能。

初步方案：BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置中轉子過流保護經轉子低電壓閉鎖，主要用于反映滑環短路和跨接器誤投等情況下的直流側短路。轉子電壓由4～20mA的變送器輸入，轉子電流可采用0～20mA變送器或者分流器輸入。轉子低電壓閉鎖過流保護邏輯如下圖所示：

與會雙方經過討論認為，BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置中的轉子低電壓閉鎖過流保護對于勵磁系統直流側短路是一個很好的補充保護邏輯，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的不同（如整流橋直流側/勵磁直流封閉母線/滑環/轉子匝間等），短路現象不同，因此，上述判斷邏輯中的參數Ir.set和Ur.set定值整定不易，且定值的適應性會受限；

二是對于裝置中的部分控制量的采樣，如：勵磁電壓，勵磁電流由變送器輸入裝置，可能存在采樣延時，變送器故障或者AO端口故障將會導致機組非停。

開關位置異常告警

設備現狀：ABB UN6800系統現有軟件邏輯中已有發電機主開關位置異常報警，當沒有并網信號但是檢測到有機端電流存在時，勵磁系統會報“21116 OnlineStatusFlt”信號。BPE6901這一功能與現有的軟件功能重復。

初步方案：BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置中當機組未處于并網狀態，如果檢測到發電機機端電流大于10% 2次額定電流，則判為開關位置節點異常，延時10s發告警信號。判斷機組處于未并網狀態的判斷邏輯如下圖所示：

開關節點位置異常判別邏輯如下圖所示：

雙方就ABB UN6800勵磁設備的功能及潛在技術細節進行了充分的交流、討論。對于所提技改項目的意義及可行性有了更深一步的理解，為后續的具體實施方案的編制及執行打下了良好的基礎。

針對BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置，進行了初步技術分析及判斷，雙方一致建議會同生產廠家就其生產的BPE6901型發電機勵磁系統綜保裝置進行深入的技術交流，如：裝置報警出口、跳閘矩陣、裝置的采樣與測量等問題做進一步的討論，來確定方案的可實施性和必要性。

此外，國信靖江電廠提出：希望勵磁廠家能積極根據ABB UN6800型勵磁系統的現場使用情況或電網技術等要求進行勵磁系統功能的升級、完善和研發工作，妥善解決運行過程中不斷提出的新要求或隱藏的缺陷，進一步加強并完善ABB UN6800勵磁控制系統的功能。勵磁廠家表示根據此次交流國信靖江電廠所提要求，將積極配合、協助電廠做好技術交流及升級工作,共同提高ABB UN6800勵磁系統的安全可靠性，保障機組設備運行安全、穩定并適應電網技術新的需要。