完善自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線判別邏輯的措施探析

(神華國(guó)能集團(tuán)有限公司重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

完善自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線判別邏輯的措施探析

徐維利

(神華國(guó)能集團(tuán)有限公司重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

選用ABB公司UNITROL 5000型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的大型汽輪發(fā)電機(jī)組，TV斷線判別邏輯存在不完善問(wèn)題。通過(guò)對(duì)一起TV斷線引發(fā)誤強(qiáng)勵(lì)、造成停機(jī)事件的典型案例分析和探討，提出了完善TV斷線判別邏輯的建議措施和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，保證自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器安全可靠運(yùn)行。

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；TV斷線；誤強(qiáng)勵(lì)；判別邏輯

0 引 言

中國(guó)600 MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)組已廣泛采用機(jī)端自并激靜止勵(lì)磁，勵(lì)磁系統(tǒng)選用ABB公司的UNITROL 5000型微機(jī)數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，運(yùn)行可靠性較高。然而，大型汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)端TV斷線是自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器誤強(qiáng)勵(lì)發(fā)生的主要誘因之一。近年來(lái)部分600 MW級(jí)機(jī)組運(yùn)行中暴露出UNITROL 5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線判別邏輯不完善的問(wèn)題。在機(jī)端TV一次熔斷器發(fā)生慢速熔斷的異常情況下，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器不能正確檢測(cè)出TV斷線，而誤判斷為一次系統(tǒng)故障，發(fā)生誤強(qiáng)勵(lì)，造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘的非計(jì)劃停機(jī)事件發(fā)生。完善UNITROL 5000型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線判別邏輯，對(duì)于控制減少誤強(qiáng)勵(lì)導(dǎo)致的非計(jì)劃停機(jī)事件發(fā)生，提高大型汽輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器安全可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ABB UNITROL 5000型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)介

配置ABB公司UNITROL 5000型微機(jī)數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，主要分為4個(gè)部分：勵(lì)磁變壓器、可控硅整流器、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、起勵(lì)與滅磁單元。

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)采用數(shù)字微機(jī)型，由雙自動(dòng)通道組成，2個(gè)等同的自動(dòng)通道提供100%自動(dòng)冗余度，每個(gè)自動(dòng)通道含手動(dòng)后備控制。雙自動(dòng)通道一主一備用，性能可靠，具有微調(diào)節(jié)和提高發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定的特性。

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)有電壓給定和調(diào)節(jié)、過(guò)勵(lì)磁限制器(最大勵(lì)磁電流限制、過(guò)勵(lì)定子電流限制)、欠勵(lì)磁限制器(P/Q限制、欠勵(lì)定子電流限制、最小勵(lì)磁電流限制)、恒無(wú)功或恒功率因數(shù)疊加調(diào)節(jié)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS、自動(dòng)無(wú)功調(diào)節(jié)AVC、手動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)視和保護(hù)功能等單元。

可控硅整流器由5個(gè)功率整流裝置并聯(lián)運(yùn)行，其中1個(gè)功率整流柜退出運(yùn)行時(shí)，能滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)和1.1倍額定勵(lì)磁電流運(yùn)行的要求。當(dāng)有2個(gè)功率整流柜退出運(yùn)行時(shí)，能提供發(fā)電機(jī)額定工況所需要的勵(lì)磁電流。

在自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，起勵(lì)方式采用380 V AC電源，取自各機(jī)組400 V汽機(jī)MCCA段。滅磁單元設(shè)備的作用是將磁場(chǎng)回路斷開盡可能快地將磁場(chǎng)能量釋放，滅磁單元主要由磁場(chǎng)開關(guān)、滅磁電阻、晶閘管跨接器及其相關(guān)的觸發(fā)元件組成。機(jī)端自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 機(jī)端自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)原理框圖

2 自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線原有判別邏輯

如圖2所顯示，ABB UNITROL 5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原有TV斷線判別邏輯為：實(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)線電壓與勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)同步線電壓之間的允差(10%)，以標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表達(dá)，當(dāng)(Utb-Ujd)﹥Ujs，經(jīng)延時(shí)0.1 s，發(fā)電機(jī)線電壓故障報(bào)警，同時(shí)閉鎖發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)；當(dāng)(Ujd-Utb)﹥Ujs，經(jīng)延時(shí)1.5 s，發(fā)出同步線電壓故障報(bào)警。為避免復(fù)雜的整定值計(jì)算，在用戶沒(méi)有提出特別要求的前提下，ABB 公司設(shè)計(jì)組態(tài)的TV斷線判別邏輯一般按照?qǐng)D2方案實(shí)施，在發(fā)電機(jī)機(jī)端TV一次熔斷器快速熔斷、TV二次側(cè)空開跳閘、誤拉停TV柜等異常情況下，能夠正確檢測(cè)出TV斷線故障，防止誤強(qiáng)勵(lì)發(fā)生。然而，該方案存在TV斷線判別邏輯不完善的問(wèn)題。由于沒(méi)有采用電流突變量、負(fù)序電流和三相電壓位變化等判據(jù)，在機(jī)端TV一次熔斷器發(fā)生慢速熔斷的異常情況下，不能正確檢測(cè)出TV斷線，很可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)誤強(qiáng)勵(lì)發(fā)生。

圖2 ABB UNITROL 5000型原有TV斷線判別邏輯圖

3 典型案例

某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-66-2-22B，額定容量為733.3 MVA，額定功率為660 MW，定子額定電壓為22 kV,定子額定電流為19 245 A，額定功率因數(shù)為0.9(滯后)。發(fā)電機(jī)采用機(jī)端自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式，選用瑞士ABB公司的UNITROL 5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用雙通道一主一備用。

事前工況：發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中，有功功率為603 MW,無(wú)功功率為105 Mvar,轉(zhuǎn)子電壓為331 V，轉(zhuǎn)子電流為3 729 A，定子電壓為21.76 kV，定子電流為16 678 A，勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)方式A通道運(yùn)行，B通道自動(dòng)跟蹤備用，AGC、AVC投入。

事件經(jīng)過(guò)：DCS電氣畫面發(fā)電機(jī)參數(shù)報(bào)警，集控室“發(fā)變組一、二套后備保護(hù)動(dòng)作”光字牌報(bào)警，發(fā)電機(jī)無(wú)功突升至302 Mvar，運(yùn)行人員解除機(jī)組AVC手動(dòng)減勵(lì)磁無(wú)效，退出機(jī)組AGC開始減有功負(fù)荷，3 min 38 s后，發(fā)變組斷路器跳閘，機(jī)組大聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作正常，汽輪機(jī)跳機(jī)，鍋爐熄滅火，廠用電切換正常。

事件原因：1)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器TV斷線判別邏輯不完善，只簡(jiǎn)單計(jì)算發(fā)電機(jī)線電壓平均值與勵(lì)磁變低壓側(cè)同步線電壓平均值之間的允差，未采用電流突變量、負(fù)序電流和三相電壓位變化等判據(jù)；2)廠家設(shè)定機(jī)端線電壓允差定值為10%，整定值不合理。事件發(fā)電機(jī)機(jī)端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷, 造成自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A通道機(jī)端電壓測(cè)量值降低，調(diào)節(jié)器未能正確檢測(cè)出TV斷線，誤判為一次系統(tǒng)故障，3 min 38 s時(shí)間內(nèi)發(fā)生誤強(qiáng)勵(lì)2次，轉(zhuǎn)子過(guò)流保護(hù)二段動(dòng)作，滅磁斷路器及發(fā)變組斷路器跳閘，機(jī)組停機(jī)。

4 完善TV斷線判別邏輯的建議措施

為防止典型案例類似的不安全事件發(fā)生，某電廠先后利用停機(jī)備用的機(jī)會(huì)，對(duì)2臺(tái)機(jī)組原設(shè)計(jì)的TV斷線判別邏輯進(jìn)行技改升級(jí)。在保留原有TV斷線判別邏輯的基礎(chǔ)上，增加負(fù)序電流判據(jù)，以增強(qiáng)機(jī)端TV一次熔斷器慢熔斷的判別能力。技改升級(jí)后的TV斷線判別邏輯如圖3所示。

圖3 完善后的TV斷線判別邏輯圖

當(dāng)(Uby-Ubtd)﹥Ujs或者當(dāng)(Ubtb-UbJd)﹥Ujs，且沒(méi)有檢測(cè)出發(fā)電機(jī)定子負(fù)序電流(負(fù)序電流小于整定值)，經(jīng)過(guò)延時(shí)1.5 s，判定為機(jī)端TV一次熔斷器發(fā)生慢熔斷，本事件定義為自動(dòng)通道故障。勵(lì)磁方式由本通道切換為自動(dòng)備用通道，如果切換后，自動(dòng)備用通道檢測(cè)出機(jī)端電壓仍然有故障，則切換至手動(dòng)后備方式，避免誤強(qiáng)勵(lì)發(fā)生。

對(duì)于機(jī)端線電壓允差整定值，應(yīng)用疊加原理進(jìn)行理論計(jì)算，在機(jī)端TV一次熔斷器一相完全熔斷的穩(wěn)態(tài)情況下，TV二次線電壓降低幅度最大能夠達(dá)到標(biāo)稱電壓的20.48%，因此，原有TV斷線判別邏輯中廠家設(shè)定電壓允差定值為10%，一般情況下能夠正確動(dòng)作。但是，在機(jī)端TV一次熔斷器一相發(fā)生慢熔斷的特殊異常情況下，機(jī)端線電壓允差定值為10%不合理。理由是：典型案例中某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷，通過(guò)查閱DCS系統(tǒng)事故追憶報(bào)警清單及參數(shù)曲線，在機(jī)端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷的全過(guò)程中，A相二次電壓最低降低到46.4 V，線電壓平均值(允差)降低6.58%，顯然，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器不能正確檢測(cè)出TV斷線，應(yīng)將機(jī)端線電壓允差整定值修改為5%。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目及方案

試驗(yàn)條件:發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，按照運(yùn)行規(guī)程規(guī)定投入發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)。

5.1模擬TV一次側(cè)熔斷器任一相快速熔斷

5.1.1 雙自動(dòng)通道方式切換試驗(yàn)

在雙自動(dòng)通道一主一備用的方式下，人為模擬機(jī)端1 TV一次側(cè)熔斷器C相熔斷，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)由A通道切換為B通道并且發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出1 TV斷線故障及自動(dòng)通道切換信號(hào)；緊接著人為模擬機(jī)端2 TV一次側(cè)熔斷器A相熔斷，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)切換為B通道手動(dòng)后備方式并且發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出2 TV斷線故障及自動(dòng)通道切換信號(hào)。

5.1.2 單自動(dòng)通道方式切換試驗(yàn)

在自動(dòng)A通道運(yùn)行、B通道退出的方式下，人為模擬機(jī)端1 TV一次側(cè)熔斷器B相熔斷，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)切換為A通道手動(dòng)后備方式并且發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出1 TV斷線故障及自動(dòng)通道切換信號(hào)；在自動(dòng)B通道運(yùn)行、A通道退出的方式下，人為模擬機(jī)端2 TV一次側(cè)熔斷器B相熔斷。

5.2模擬TV一次側(cè)熔斷器一相慢速熔斷

試驗(yàn)原理接線：機(jī)端TV一次熔斷器一相發(fā)生慢熔斷的異常過(guò)程中，最終表現(xiàn)為TV二次側(cè)對(duì)應(yīng)相電壓緩慢下降并且下降值小于熔斷一相的現(xiàn)象。用一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法模擬TV一次側(cè)熔斷器A相慢速熔斷試驗(yàn)，試驗(yàn)接線如圖4所示。T為自耦調(diào)壓器，1～2 kVA/220 V；PV為電壓表，量程為25～100 V。

試驗(yàn)方法及步驟：檢查刀閘SQ在斷開位置，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器T輸出電壓，電壓表PV顯示57.74 V左右，保持T輸出電壓穩(wěn)定，人工拉開機(jī)端電壓TV二次側(cè)a相空開后立即合上刀閘SQ，發(fā)電機(jī)應(yīng)該保持穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器T降低輸出電壓，電壓表PV顯示電壓逐漸下降至52.90 V左右(對(duì)應(yīng)機(jī)端線電壓允差定值5%)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)由A通道切換為B通道并且發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出1 TV斷線故障及自動(dòng)通道切換信號(hào)。參照?qǐng)D4接線，可以分別進(jìn)行機(jī)端1 TV(2 TV) 一次側(cè)熔斷器B、C相慢速熔斷模擬試驗(yàn)。

圖4 模擬TV一次側(cè)熔斷器A相慢速熔斷試驗(yàn)接線圖

6 結(jié) 語(yǔ)

在保留原有TV斷線判別邏輯的基礎(chǔ)上，增加負(fù)序電流判據(jù)，修改機(jī)端線電壓允差整定值，完善TV斷線判別邏輯，并且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)，增強(qiáng)機(jī)端TV一次熔斷器慢熔斷的判別能力，對(duì)于提高大型汽輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器安全可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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The judgment logic of potential transformer breaking is not perfect for large steam turboset with ABB UNITROL5000 automatic excitation regulator. A typical accident of faulty forced excitation caused by potential transformer breaking which leads the generator to be out of service is analyzed and discussed. The measures and field test methods for improving the judgment logic of potential transformer breaking are proposed to ensure the safe and reliable operation of automatic excitation regulator.

automatic excitation regulator; potential transformer breaking; faulty forced excitation; judgment logic

TM761.11

：A

：1003-6954(2017)03-0079-03

2017-03-02)