某大型水電站PT慢熔現象分析及防范措施

郭 超，祝家平，胡婉倩

(中國長江電力股份有限公司白鶴灘水力發電廠，四川 寧南 615400)

發電機出口電壓互感器(PT)高壓保險熔斷時,正常情況下其二次側電壓應該瞬時降至零電壓(快熔);實際運行中,因保險管老化、質量不良等原因,高壓保險熔斷時其二次側電壓會出現緩慢下降的現象(慢熔)[1],從而導致誤強勵、機端電壓上升、過激磁保護動作等連鎖反應，某水力發電廠機組為東方電機廠有限責任公司生產的SF770-48/15300型立軸半傘式密閉自循環全空氣冷卻三相凸極發電機，發電機額定容量855.6 MVA，發電機機端裝設四組相同型號的推拉式PT分別為1PT、2PT、3PT、4PT，其中1PT和3PT供勵磁裝置采集信號用，2PT和4PT通過調速系統采集信號后反饋給勵磁裝置，3PT和4PT供發變組保護裝置用。勵磁系統采用國電南瑞科技股份有限公司生產的NES 5100，勵磁調節器由兩套相同但完全獨立的數字式勵磁調節器組成，布置于勵磁調節器柜內。兩套調節器通道采用熱備用方式，當主用調節器故障時，備用調節器能自動投入調節，實現無擾切換。

當檢測到機端PT斷線時，主用通道會切換至備用通道運行，同時該套轉為“FCR”模式運行，勵磁調節器兩個通道“AVR”模式均故障時緊急切換至當前通道的FCR模式運行[2]。若PT熔斷器的慢熔情況出現在勵磁用PT回路中時，而下降值還未達到PT斷線判據條件，勵磁系統無法監測到，就不會切至備用通道運行，使得機組有因PT熔斷而產生誤強勵的可能。2017年7月24日，該電站18F機組3YH B相熔斷器出現慢熔情況而導致B相電壓相對A、C相電壓偏低，更換B相熔斷器后，三相電壓值平衡。由于發現及時，未出現惡劣事故。為避免上述現象發生在勵磁用PT回路中可能產生的不良影響，現對勵磁系統可能出現的情況進行分析，并提出建議。

1 勵磁系統PT斷線邏輯判定

NES5100勵磁裝置對PT斷線判斷采用三種方法：雙PT比較法、負序比較法和冗余判別法。圖1為PT斷線判據邏輯圖。

圖1 PT斷線判定邏輯圖

注釋：

邏輯中PT斷線的判斷有四個條件，這四個條件任意一個滿足就報PT斷線。

邏輯中PT斷線返回判斷有兩個，任意一個條件滿足PT斷線就可以返回。

PT1是輸入給調節器A套的PT電壓值；PT2是輸入給調節器B套的PT電壓值；∣PT2-PT1∣是兩組PT電壓差值的絕對值；△UF1是兩組PT電壓差值閥值，一般設為額定定子電壓的10%～50%；Td為PT斷線動作時間，一般為0.06 s；UFN為額定定子電壓；IL為轉子電流；IL0N為空載額定轉子電流；IFN為額定定子電流；IF為發電機定子電流；UF負為負序定子電壓；△UF2為負序定子電壓閥值，一般設為額定定子電壓的8%～15%；Tf為PT斷線動作后返回時間。

2 靜態試驗驗證

使用保護校驗儀對實驗柜調節器的PT采集回路加入額定電壓值，使其采集的機端電壓達到100%，電壓給定值也為100%。模擬PT回路A相熔斷器電阻增大，采集電壓緩慢下降的情況，查看調節器采集電壓是否下降。試驗結果發現，機端電壓緩慢下降，∣PT2-PT1∣電壓差值還未達到PT電壓差值閥值，PT斷線判據未動作，不會切至備用通道運行，根據調節器調節邏輯，此時勵磁調節器會增大勵磁電流來增大機端電壓。如表1。

表1 模擬PT熔斷器出現慢熔情況時機端電壓實際值的變化邏輯表(均采用標幺值)

由此可看出若PT熔斷器出現慢熔情況且下降值還未達到PT斷線判據條件，會產生增大勵磁電流而抬升機端電壓的情況。

3 PT保險緩慢熔斷監測技改方案

為了解決勵磁系統PT一次側保險緩慢熔斷導致無法監測到，引起勵磁系統誤強勵問題[3]，影響發電機的安全運行，考慮將勵磁系統軟件進行修改，在程序中新增PT緩慢斷線報警及通道切換功能：①當勵磁系統為自并勵系統時，采用的PT慢熔的判據為：當運行通道的發電機電壓的標幺值比發電機陽極電壓的標幺值小3%時，經過150 ms延時，報出PT慢熔報警，發出AutoFault故障，將通道切換到另一個通道的自動模式；②當勵磁系統為他勵系統時，采用的PT慢熔的判據為：當運行通道的發電機電壓的標幺值比備用通道發電機電壓的標幺值小3%時，經過150 ms延時，報出PT慢熔報警，發出AutoFault故障，將通道切換到另一個通道的自動模式。

PT緩慢斷線報警及通道切換功能程序修改圖：

1)程序修改后分別對CH1和CH2通道程序進行編譯(Compact Flash)生成AC 800 PEC能執行的機器碼(注：在完成每套程序編譯后，注意進行FLASH文件備份)，使用PEC-TOOL下的Flash Utility工具下載編譯后的CIT程序至雙套AC 800 PEC中。

2)將雙套調節器故障矩陣SystemFaults8中的Event8_08設置為Autofault，如圖2所示。

圖2 PT緩慢斷線報警及通道切換功能故障矩陣修改圖

3)在ECT中編輯PT慢熔的事件名，即在CT Setting中將Event ID為21232的name改為“PT Slow Melting”，Category改為“Alarm”。

為配合此修改方案，同時在監控系統數據庫中增加“勵磁系統A套PT電壓低和慢熔報警”、“勵磁系統B套PT電壓低和慢熔報警”信號。最終調整為：“勵磁調節柜A套機端電壓實際值”減去“勵磁調節柜B套機端電壓實際值”相差≥0.8%且保持7S，“勵磁系統B套PT電壓低和慢熔報警”信號動作；當機組為空載或發電態時，“勵磁調節柜B套機端電壓實際值”減去“勵磁調節柜A套機端電壓實際值”相差≥0.8%且保持7S，“勵磁系統A套PT電壓低和慢熔報警”信號動作。

程序修改完畢后，通過機組實際運行情況檢查勵磁系統PT一次側保險緩慢熔斷邏輯及功能，檢查確認勵磁設備工作正常，選取該電站三臺機作為考察對象，對該三臺機展開為期四個月的跟蹤觀察，通過趨勢分析系統將該三臺機組在此期間開機過程中監控系統報出的勵磁系統A套PT電壓低和慢熔報警，以及對該報警信號出現次數和A、B套機端電壓實際值差值做簡要統計分析見表2。

表2 報警信號出現次數和A、B套機端電壓實際值差值統計

4 勵磁系統A、B套機端電壓實際值差值統計

機組1、機組2、機組3勵磁系統A、B套機端電壓實際值均見表3。

表3 勵磁系統A、B套機端電壓實際值差值統計

通過上述統計分析可以發現，新增的PT慢熔報警邏輯正確，程序修改無誤，同時勵磁系統A套PT電壓低和慢熔報警都發生在開機過程中，開機過程中勵磁系統A、B套機端電壓實際值差值較大，并網后差值較小；PT高壓熔斷器慢熔多發生在機組并網運行過程中，由于長時間運行熱積累造成慢熔，建議機組空載狀態下不進行勵磁系統A、B套機端電壓實際值比對判斷，防止開機過程中誤報警[4]。

5 結 語

本文以水電站出現的PT慢熔現象，通過對勵磁系統程序的修改以及監控系統的改良，解決發電機機端PT出現慢熔現象不會報警的問題[5]，避免了因PT慢熔導致PT斷線的情況，就電廠的實際運行情況而言，此項方案不僅減輕了電廠運行人員的巡檢壓力，同時也可以作為運行分析人員的輔助參考，通過長時間的分析，可以總結PT慢熔的規律，為電力從業者在完善PT慢熔等問題的處理上提供較大的幫助，也為機組的穩定運行提供了保障。