ALSTOM-V3勵磁系統過勵限制與保護參數配置改進與優化

中廣核工程有限公司調試中心 朱小霞 陳俊華 劉欣亮

1 引言

勵磁系統作為大型發電廠的核心控制設備之一，為發電機提供直流勵磁電流產生磁場，空載時可調節發電機的電壓，并網后維持機端電壓在恒定的給定值水平，當系統電壓突降到一定值，或者是系統電壓下降速率到一定值時，勵磁系統自動啟動強勵，最大限度增加勵磁電流以提高系統的無功水平，維持系統電壓穩定。為保護勵磁系統本身及發電機，大型發電機組勵磁系統需設計強勵限制及過勵限制功能，并配置相匹配的過勵保護。

本文基于某百萬千瓦級機組采用ALSTOMV3無刷勵磁系統，該電廠采用的兩機一變勵磁方式，勵磁機為ALSTOM制造的TKJ系列無刷勵磁機，勵磁調節器采用ALSTOM制造P320-V3控制器，包括兩個自動通道和一個手動通道，勵磁調節器及勵磁機均較原有V2版有所升級，過勵限制、強勵功能與過勵保護的設置的方式發生了變化，也引出了三者之間的配合問題。

2 過勵限制與強勵功能邏輯

該電廠二期工程采用的ASLTOM-V3型勵磁調節器，在勵磁調節器內部邏輯中，勵磁電流與過勵、強勵定值進行比較后，通過邏輯運算后輸出至主環邏輯函數中實現過勵與強勵功能。

當發電機勵磁處于自動電壓模式并網運行時，若機端電壓變化率＞MAXIE1（500%Un/s），或機端電壓＜MINE1（70%Un），觸發內部強勵請求，請求信號于TMPIE5（900s）內自動閉鎖強勵。

過勵反時限過勵限制的定值內部計算公式如公式（1），當實測勵磁電流IEXC到達時，過勵限制動作。

將設計參數代入公式（1），IFP=2.188pu，INF=1.1，DELTA_SP=1928.84%，TIE5=1.665，IER=1，取過勵動作時刻IFDINV=IEXC，可得理論臨界動作時間。

3 過勵（過勵磁）保護功能

3.1 AC側勵磁電流過流保護

AC側勵磁電流過流保護213XI裝置定值原始配置及聯動邏輯見表1，其中勵磁變二次側CT變比為200:1，勵磁調節柜輸入勵磁機的額定勵磁電流為119A，交直流側換算系數取0.816。

表1 213XI保護裝置配置及邏輯聯動表

反時限動作時間計算公式如下：

其中，t為運行時間，I為實測電流，IS為啟動值，T為時間倍數0.025to1.5，K=80，α=2，L=0。

3.2 DC側勵磁電流過流保護

DC側勵磁電流過流保護215XZ裝置定值原始配置及聯動邏輯如表2，其中直流電流采樣取自分流器電壓信號，分流器變比200A/100mV。

表2 215XZ保護裝置配置及邏輯聯動表

3.3 過勵保護動作邏輯

保護裝置內各段保護無論是定義為報警或者跳閘，其動作節點均進入勵磁調節器相應的開入點，經過邏輯后再出口相應的報警信號與跳閘[1]。

保護裝置213XI和215XZ的過流1段保護報警節點并聯后引入勵磁調節器的過流一段動作邏輯中，觸發過流1段報警信號，如故障持續，將經過TMPLB1（5.5s）切通道，經過TMPLB4（2s）切至手動（MANU）模式，經過TMPLB2（3s）觸發勵磁過流2段跳閘邏輯。故過流1段對雖然設置為報警，但是在勵磁調節器邏輯中，如果一直存在，最終觸發過流2段動作出口[2]。

213XI與215XZ裝置的過流2段保護動作節點并聯后，進入勵磁調節器的過流二段動作邏輯中，觸發過流2段報警及跳閘出口。

無論是過流1段還是過流2段，均將經過相應的延時動作于跳閘。

本文經過項目部項目經理、總工、技術員、安全監理等人，對安全風險因素進行了打分，共有50份打分表，然后對這些基礎數據進行離散化處理并形成基于粗糙集理論的決策表，然后將處理后的數據輸入ROSETTA軟件，最后利用Johnson’s algorithm算法對造價風險評價指標進行篩選與約簡，從而得到優化之后的指標，最終形成34組有效數據.本文以W6蓋梁施工作業單元的人員因素風險為例，運用粗糙集理論確定各風險因素的權重.

4 存在的問題及改進方案

4.1 存在問題

一是根據國標《GB-T7409.3-2007同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求》5.4節要求勵磁系統的頂值電流允許持續時間應不小于10s。現有9s的強勵持續時間不符合國標要求。

二是過勵保護與過勵限制、強勵配合問題。當反時限過勵限制功能在勵磁電流為1.977pu時延時11.16s動作，動作后再將勵磁電流限制在1.1倍；當反時限過勵限制在勵磁電流為1.195pu時延時79s動作，動作后再將勵磁電流限制在1.1倍。

此時：213XI勵磁電流過流保護定值0.539In（1.1pu）偏低，容易誤動；215XZ勵磁電流過流保護定值0.75Un（1.26pu）/10s，容易誤動。

三是過勵保護213XI裝置定值整定問題。過流1段定值與過流2段反時限的啟動值為0.539In，但裝置的最小步長為0.05In，定值無法整定；過流3段定值為2.08In，但裝置的最小步長為0.05In，定值無法整定。

4.2 改進方案

4.2.1 強勵及過勵限制參數優化實施

強勵倍數按2倍計算為：2×119=238A，換算至交流側為238×0.816/200=0.971In，考慮到213XI裝置整定步長為0.05In，故將二段反時限動作定值取1.0In，即對應勵磁電流1×200/0.816=245A,245/119=2.0596pu。

故修改勵磁強勵限制倍數IFP修改為2.06，時間10s，則反時限過勵限制參數為IFP=2.06，DELTA=32.436，IER=1，TIE5=1，INF=1.1（IF_THERRM=1.1）。帶入公式（1）可得過勵限制反時限延時時間為：

根據過勵限制反時限修改213XI裝置定值如表3。

表3 優化后213XI保護定值表

根據公式（2），參考IEC EI標準，換算過勵反時限動作時間：

T=0.339×/[（IEXC/0.55）2-1]

經現場調試，過勵限制反時限和過流反時限理論值及實測值如下，由此可知：過勵限制先于213XI過流反時限動作，限制與保護配合正確。

表4 優化后213XI反時限保護與過勵反時限配合實測表

213XI限時過流定值短路保護，由于最低步長為0.05In，無法設置為2.083In，設置為2.05In，IEX=2.05×200/0.816/119=4.22pu，該電流大于強勵限制電流，勵磁正常調節時勵磁電流不高于2.06倍，延時設置為0.05s保持不變；

213XI過流1段報警定值設置為1.0In，對應IEX=200/0.816/119=2.059pu，此電流下強勵限制及過勵限制反時限動作時間均為10s，該保護延時T1+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2需躲過10s，且T1+TMPLB1切通道邏輯建議再滿足強勵10s的基礎上較為合適。

4.2.3 過勵保護215XZ定值優化

圖1 優化后213XI反時限保護與過勵反時限配合示意圖

根據過勵限制，設置215XZ過流1段定值設置為1.2Un，對應勵磁電流1.2×200/119=2.017pu，此電流下過勵限制反時限動作值為10.6s左右，需保證該保護延時T2+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2躲過10.6s，且T1+ TMPLB1切通道邏輯建議再滿足強勵10s的基礎上較為合適。215XZU＞＞定值設置為最大值1.2Un，延時T3宜躲過過勵限制反時限10.6s。

表5 優化后215XZ保護定值

4.2.4 勵磁調節器內部過勵定值優化

考慮213XI和215XZ的過流1段延時觸發邏輯要求，修改勵磁調節器內部動作邏輯延時參數如下，可滿足過流1段故障經保護裝置定值延時后，發送信號至調節器內部邏輯，觸發切通道（t+2s）、切手動（t+2s+1s）、跳閘（t+2s+1s+1s）的動作時間滿足與過勵、強勵時間的配合要求。

表6 優化后勵磁調節器內部參數

5 結論

對于大型機組首次時使用升級后勵磁調節器，其重要限制功能及邏輯應在設計采購階段提前聯系廠家優化參數，核算出符合現場的限制及保護參數匹配度，提前發現并解決問題，避免在機組調試時才發現問題，減少對現場進度的影響。

本文通過對過勵限制、強勵功能以及過勵保護的配置分析，對該電廠首次升級使用ALSTOM-V3型勵磁調節器過程中出現的適用性問題進行了研究與改進，相關經驗反饋可落實推廣至后續ALSTOM-V3型調節器的項目，具有一定的參考借鑒價值。