發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、發變組保護和自動電壓控制（AVC）系統是發電廠電氣保護及自動化系統的重要組成部分，三者之間能否正確的協調配合，直接關系到發電機組運行的可靠性和穩定性。然而現場的發變組保護整定計算時，經常發現發變組保護與勵磁系統和AVC系統的參數配合不當、發變組出口壓板設置不合理。在發電機出口PT電壓異常或保護裝置采樣異常時，造成勵磁系統調節器自身被閉鎖，無法接收遠方的增、減調節指令，引起發電機組過電壓保護或過激磁保護動作作用于停機。為保證發電機組安全可靠運行，減少發電廠非正常停機事故的發生，在進行保護定值整定計算時，必須考慮發變組保護定值、壓板設置與勵磁調節器和AVC之間的配合關系。文章主要分析了發變組過激磁保護信號段動作與勵磁調節器和AVC系統之間的配合關系。

關鍵詞：發變組過激磁;勵磁調節器;整定計算;配合關系

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A

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

文章結合某發電廠現場過激磁保護動作，ABB UN5000勵磁調節器閉鎖無法進行機端電壓自動調節的情況，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節的原因，并據此提出了一些整改措施。

1 電廠基本情況

某電廠2013年投產，總裝機容量為2×660MW，2臺機組以發電機、變壓器單元接線接入廠內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開關站。廠內設置一臺啟動/備用變壓器，其電源由廠外330kV橫山變電站的110kV側引接，110kV采用變壓器線路組接線。

#1、#2發電機及其變壓器、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發電機勵磁調節器采用ABB公司生產的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

當發電機電壓升高或者頻率降低時，將會引起發電機出現過激磁，V/Hz限制和過激磁保護能有效地防止發電機因過勵磁而造成的損壞[1]。過激磁倍數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*分別為基準電壓、額定頻率;

*U、*f分別為電壓標么值、頻率標么值。

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，每段都對應不同的跳閘時間。

發電機過激磁保護的最小值，應按照躲過發電機長期允許的最大過激磁倍數進行整定。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，時間設定值可以為廠家提供的發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電機廠家提供的發電機允許過勵磁倍數值除以1.05，最小動作值應與定時限下限定值匹配。當發生過激磁時，勵磁調節器的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的磁通繼續增加，此時再由過激磁保護動作于跳閘停機。

V/Hz限制的參數設置應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

某發電廠RCS-985B發變組發電機過激磁保護分為兩段，其中第一段出口作用于發信;第二段出口動作于減勵磁，勵磁調節器采用ABB公司生產的UNITROL 5000型勵磁裝置，為防止外部繼電器接點故障，勵磁調節器內部設置有“防粘連”、“防抖動”邏輯。

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

4 勵磁調節器閉鎖調節原因分析

一般而言，發變組過激磁保護信號段動作后，首先會發減勵磁指令，且輸出為長指令/脈沖。這對勵磁調節器來說，可能會誤判為減磁指令節點粘連，導致勵磁調節器內部只執行一次減磁操作。相關信息整理如下：

AVC實時調整機組無功時，存在發電機機端電壓升高運行工況。

發變組保護過激磁保護采樣由于不同的PT采樣回路（如不同于勵磁調節器用的PT回路），及采樣板卡精度等影響，比實際值偏高。可能存在發變組過激磁保護的信號段先于勵磁調節器內的V/Hz限制器先動作。

發變組保護過激磁信號段動作后，一般發出減勵磁指令，且輸出為長指令/脈沖。

勵磁調節器對于接收的來自發變組保護的減磁長指令/脈沖，可能會誤判為減磁指令節點粘連，導致勵磁調節器內部只執行一次減磁操作。

常規設計中，勵磁調節器通過輸入/輸出接口板中的數字量輸入通道（即開關量輸入通道/DI點），接受來自于不同設備（如DCS、AVC、同期、發變組保護等）的增、減磁控制指令（干接點信號）。

某發電廠勵磁調節器通過接收DCS增、減磁脈沖控制指令，來進行發電機電壓的自動調整。在ABB勵磁調節器的標準設計中，接受的增、減磁控制指令都是按控制指令的脈寬/時長有效。常規設計中，增、減磁的速度內部設置為：0.33%額定機端電壓/S（國標中的要求：調壓速度不大于1%/S，不小于0.3%/S）。

另外，勵磁調節器內部一般設置有增、減磁操作的上下限，典型的設置為：上限值為：110%;下限值為：90%。當勵磁調節器操作增、減磁達到上下限動作時，軟件內部會閉鎖相關的增、減磁操作。

再者，勵磁調節器內部的過勵限制器和低勵限制器動作時，也會閉鎖對應的增磁和減磁操作，僅相反的減磁和增磁操作有效。

近年來，由于AVC裝置的應用，機組的電壓/無功功率存在實時地、頻繁地調節，為避免增、減磁回路中的中間繼電器的節點粘連，導致勵磁調節器增、減磁環節誤動作。因此，一般會在勵磁調節器軟件內部補充增加邏輯模塊，即增、減磁回路防粘連模塊，實現原按控制指令的脈寬/長度調節轉換為記錄調節次數。軟件內部再發出增、減磁脈沖，避免外部回路的誤動作影響內部正常運行。

5 對有關問題的改進措施

目前，發電機出口PT更換為勵磁特性偏差更小的PT。

將各個控制設備（保護/同期/AVC等）輸出信號接口匯總至DCS，由DCS處理實現防止回路節點粘連等功能后，再通過唯一的接口輸出至勵磁調節器，勵磁調節器按接受控制指令的脈寬/時長的標準設計執行。

利用勵磁調節器的硬件接口通道資源，獨立實現各個控制設備的控制指令的采樣。在軟件內部根據實際需要，可以增加增、減磁防粘連處理邏輯，再在軟件內部匯總后，連接至增、減磁模塊。

取消發電機過激磁保護減勵磁出口功能。目前，各電廠發變組過激磁保護功能設置不統一，部分電廠初期投產該功能就未設置，部分電廠雖配置了該功能，但該功能并未達到預期效果，為防止影響設備可靠性，后期也取消了該功能。

某發電廠ABB UN5000勵磁系統限制和保護功能完善且雙套配置，調節迅速、準確，完全可以滿足AVC自動調節和DCS手動調節電壓的需求，無需外部保護裝置對勵磁系統的干預。另外，保護裝置至勵磁系統的減勵磁信號沒有統一的標準要求，無法確認脈沖信號發送的長短，設置不合理很容易造成勵磁調節器誤動。目前，已咨詢設備廠家、電科院、熱工院和定值計算專業相關專家，取消了發電機過激磁保護減勵磁出口功能。

關于發變組保護過激磁保護信號段的定值設置與勵磁調節器內部的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上，保證勵磁調節器V/Hz限制器先于發變組保護先調節動作。

6 結語

文章通過介紹發電機過激磁保護的動作原因及勵磁調節器調節邏輯，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。最后通過論證和現場實踐，證明所提方法切實可行，對保證發電機組的安全可靠運行及對現場應用起到指導和改進的作用。

參考文獻

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