楊 奇

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046021）

為確保國(guó)內(nèi)首條特高壓交流示范工程調(diào)試工作,特別是大負(fù)荷試驗(yàn)的順利進(jìn)行以及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，由中國(guó)電力科學(xué)研究院等單位對(duì)某特高壓供電電廠#3機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制及保護(hù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)校核。該機(jī)組容量為600MW，采用發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線。勵(lì)磁系統(tǒng)為美國(guó)GE公司EX2100自并勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器內(nèi)部具有轉(zhuǎn)子電流過(guò)負(fù)荷限制功能（OEL）及轉(zhuǎn)子電流過(guò)負(fù)荷保護(hù)功能（OPE）。發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)采用雙重化配置，分別由國(guó)電南京自動(dòng)化研究院DGT801和美國(guó)GE公司G60保護(hù)裝置構(gòu)成。試驗(yàn)過(guò)程中勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、機(jī)端電壓、機(jī)端電流大幅波動(dòng)，最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

1 EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介

EX2100是GE公司第三代數(shù)字式勵(lì)磁系統(tǒng)，具有較高的可靠性，而且設(shè)計(jì)靈活，操作方便。主要由調(diào)節(jié)屏（AVR）、可控硅整流屏（SCR），交流進(jìn)線屏和直流出線屏組成。其中交流進(jìn)線柜中包含交流濾波器，直流出線柜中包括滅磁開(kāi)關(guān)。

1.1 調(diào)節(jié)器原理

EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)采用三重冗余的控制器：M1、M2和C。三個(gè)控制器同時(shí)對(duì)輸入的信號(hào)計(jì)算比較，控制器中各板件通過(guò)底板高速通訊母線ISBUS相互連接進(jìn)行通信。M1、M2一個(gè)為主控制器通道，另一個(gè)跟蹤主控制器通道輸出。C控制器對(duì)M1和M2進(jìn)行監(jiān)控，來(lái)決定M1和M2中的一個(gè)作為主控制器工作以及M1/M2控制器通道切換。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主要有PSS、UEL、EXASP、FCR、FVR等模塊構(gòu)成。各模塊功能及邏輯關(guān)系如下：

1）PSS（Power System Stabilizer）：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。

2）UEL（Under Excitation Limiter）：低勵(lì)限制。

3）FVR（Field Voltage Regulators）：勵(lì)磁電壓環(huán)調(diào)節(jié)。

4）FCR（Field Current Regulators）：勵(lì)磁電流環(huán)調(diào)節(jié)。

5）AVR（Automatic Voltage Regulator）：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。

6）AUTO REF（Auto Reference）：根據(jù)用戶提供的參數(shù)和條件，結(jié)合輔助的穩(wěn)定和保護(hù)信號(hào)為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器生成一個(gè)自動(dòng)整定值。

7）MANUAL RER（Manual Reference）：根據(jù)用戶提供的參數(shù)和條件，為 FVR提供的手動(dòng)整定值。

圖1 EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器原理

8）EXASP：綜合PSS、AUTO REF、UEL、無(wú)功電流補(bǔ)償、機(jī)端電壓輸入等計(jì)算出的 AVR整定值。

9）AVR：整定值為EXASP功能模塊輸出，反饋為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，采用比例積分調(diào)節(jié)器輸出以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定。

10）FVR：運(yùn)行于手動(dòng)調(diào)節(jié)方式時(shí)，使用勵(lì)磁電壓作為反饋，采用比例積分形式輸出。運(yùn)行于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)方式時(shí)，AVR的輸出不帶任何條件，直接送到FVR輸出。無(wú)論手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，F(xiàn)VR輸出始終有效。

11）FCR：是一種使用勵(lì)磁電流作為反饋的特殊手動(dòng)調(diào)節(jié)器。其整定值在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行容量范圍之內(nèi)，通過(guò)高限、低限之間切換其整定值，以提供瞬時(shí)強(qiáng)勵(lì)能力。一般情況下其整定值要比實(shí)際的勵(lì)磁電流大一點(diǎn)。FCR的輸出保持在頂值，當(dāng)其使能值（Enable）變?yōu)樵试S（True），輸出可以跟隨FVR比例積分調(diào)節(jié)器輸出。

當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)，F(xiàn)VR輸出值大于FCR輸出值，而整流橋的觸發(fā)命令是FVR和 FCR輸出中較小的一個(gè)，因此自動(dòng)切換為FCR方式運(yùn)行，F(xiàn)CR方式作為限制環(huán)運(yùn)行。

1.2 過(guò)勵(lì)限制/保護(hù)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)熱容量一般用反時(shí)限特性函數(shù)表示，勵(lì)磁限制器要保證在磁場(chǎng)過(guò)電流時(shí)轉(zhuǎn)子不會(huì)過(guò)熱損壞，因此勵(lì)磁過(guò)電流限制也用反時(shí)限曲線表示。反時(shí)限曲線類型應(yīng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許過(guò)電流函數(shù)特性一致。并且過(guò)勵(lì)反時(shí)限特性與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)特性之間留有級(jí)差，確保在保護(hù)動(dòng)作之前限制動(dòng)作。

過(guò)勵(lì)反時(shí)限起動(dòng)值應(yīng)小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)的起動(dòng)值，大于Ifn（額定勵(lì)磁電流），一般為（105%～110%）Ifn。起動(dòng)值不影響反時(shí)限特性，當(dāng)磁場(chǎng)電流大于起動(dòng)值后進(jìn)入反時(shí)限計(jì)算。過(guò)勵(lì)反時(shí)限限制值一般比起動(dòng)值減少（5%～10%）Ifn，以釋放積累的熱量，也可限制到起動(dòng)值，再由操作人員根據(jù)過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作信號(hào)減少磁場(chǎng)電流。

EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制器為比較式限制器，由三段反時(shí)限曲線構(gòu)成，如圖2所示。圖中上半部分三條曲線自上而下分別是負(fù)載狀態(tài)勵(lì)磁電流跳閘曲線、通道切換曲線、磁場(chǎng)電流限制曲線；左下部分一段為空載狀態(tài)勵(lì)磁電流限制曲線。

圖2 EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制曲線

過(guò)勵(lì)限制曲線參數(shù)描述：

1）OETripLev：磁場(chǎng)電流反時(shí)限曲線（I*T）120s時(shí)跳閘電流（定值：4642.4A）。

2）OELimitLev：磁場(chǎng)電流限制曲線，為跳閘電流的百分?jǐn)?shù)（定值：70%）。

3）OE_Inf：磁場(chǎng)電流反時(shí)限曲線無(wú)限大時(shí)間終值（定值：4393.7A）。

4）OE_PU：磁場(chǎng)電流反時(shí)限起動(dòng)值（定值：4227.9A）。

5）FCRReLo：FCR方式過(guò)勵(lì)限制起動(dòng)值（定值：4145A）。

當(dāng)磁場(chǎng)電流超過(guò)限制設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入FCR方式運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到限制失敗，磁場(chǎng)電流大于切換曲線值、小于跳閘曲線值時(shí)，控制器發(fā)通道切換指令。當(dāng)勵(lì)磁電流大于磁場(chǎng)電流跳閘曲線值時(shí)，調(diào)節(jié)器發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)跳閘指令，以保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

2 過(guò)勵(lì)限制試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)退出勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVC控制，修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，降低過(guò)勵(lì)限制值，手動(dòng)增減磁操作至限制值，觀察勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)勵(lì)磁電流是否有過(guò)勵(lì)限制功能。在確認(rèn)過(guò)勵(lì)限制功能有效后分別進(jìn)行PSS投入與退出情況下的電壓階躍試驗(yàn)，同時(shí)起動(dòng)錄波，階躍量應(yīng)由小到大進(jìn)行，觀察勵(lì)磁電流是否被限制。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)當(dāng)日 02∶50分左右，#3機(jī)組準(zhǔn)備就緒，開(kāi)始勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制及保護(hù)動(dòng)態(tài)校核試驗(yàn)。機(jī)組工況：有功功率360MW，無(wú)功功率62MVar，轉(zhuǎn)子電流2345A。試驗(yàn)時(shí)將過(guò)勵(lì)限制器的OE_PU由原來(lái)的4227.9A改為2462.25A，OE_Inf由原來(lái)的4393.7A改為 2520.875A，OELimitLev由原來(lái)的 70%改為5%，F(xiàn)CRReLo由原來(lái)的4145A改為2403.625A。開(kāi)始勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過(guò)勵(lì)限制校核試驗(yàn)操作，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流升到2600A時(shí)，過(guò)勵(lì)限制器經(jīng)延時(shí)運(yùn)行通道（M1）切換到FCR方式，勵(lì)磁電流降為2403.625A，裝置發(fā) 94（勵(lì)磁過(guò)電流反時(shí)限報(bào)警）、104（勵(lì)磁電流OEL報(bào)警）信號(hào)，過(guò)勵(lì)限制器正常動(dòng)作。但隨后的操作造成勵(lì)磁電壓、電流大幅擺動(dòng)，引起#3機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)重故障聯(lián)跳發(fā)變組。

機(jī)組跳閘時(shí)機(jī)端電壓、機(jī)端電流、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓、滅磁開(kāi)關(guān)曲線如圖3所示，圖中機(jī)端電壓、機(jī)端電流、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓擺動(dòng)3次后滅磁開(kāi)關(guān)跳閘。

圖3 機(jī)端電壓電流，勵(lì)磁電壓電流曲線

2.3 原因分析

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作至機(jī)組跳閘過(guò)程如圖4，當(dāng)勵(lì)磁裝置過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作后，轉(zhuǎn)入 FCR調(diào)節(jié)器運(yùn)行方式，勵(lì)磁電流被限制在 2403A。此時(shí)若要退出FCR運(yùn)行方式，轉(zhuǎn)入AVR運(yùn)行方式，應(yīng)對(duì)勵(lì)磁裝置進(jìn)行“減磁”操作，直到勵(lì)磁電流小于限制值。但當(dāng)時(shí)進(jìn)行了“增磁”操作，導(dǎo)致AVR的給定值升高。轉(zhuǎn)子電流在 FCR運(yùn)行方式經(jīng)冷卻延時(shí)后轉(zhuǎn)入AVR運(yùn)行方式時(shí)，機(jī)端電壓為“增磁”操作后AVR的給定值。由于給定值已被升高，導(dǎo)致勵(lì)磁電流突然升高，重新進(jìn)入過(guò)勵(lì)限制狀態(tài)，過(guò)勵(lì)限制器第二次動(dòng)作，將勵(lì)磁電流限制在 2403A。由于給定值沒(méi)有減小，F(xiàn)CR經(jīng)冷卻延時(shí)轉(zhuǎn)入AVR方式時(shí)重復(fù)了上述過(guò)程。為防止勵(lì)磁電流大幅擺動(dòng)試驗(yàn)人員將控制器M1的FCRReLo改回4145A，過(guò)勵(lì)限制器第三次動(dòng)作將勵(lì)磁電流限制在 4145A，而控制器 M2的FCRRefLo為 2403.625A?？刂破?M1、M2參數(shù)不一致且限制器動(dòng)作引起勵(lì)磁調(diào)節(jié)器跳滅磁開(kāi)關(guān)。

圖4 勵(lì)磁電流與過(guò)勵(lì)限制曲線

3 結(jié)論

1）EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校核過(guò)程中過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)，錯(cuò)誤的進(jìn)行了增磁操作是造成此次機(jī)組跳閘事件的主要原因。

2）EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)在限制器動(dòng)作時(shí)會(huì)比較兩套控制器參數(shù)，用以互相切換，因此在其動(dòng)作時(shí)不能修改參數(shù)。限制器動(dòng)作時(shí)修改參數(shù)是造成機(jī)組跳閘事件的直接原因。

3）EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)限制雖能滿足限制要求，但動(dòng)態(tài)校核存在較大風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下先進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，再進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核。

4）勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校核試驗(yàn)前應(yīng)充分了解勵(lì)磁系統(tǒng)原理，試驗(yàn)前要做好安全交底工作，確保在調(diào)試中發(fā)生異常工況時(shí)能及時(shí)處理。

5）試驗(yàn)參數(shù)修改前要確定控制器無(wú)限制動(dòng)作，防止修改參數(shù)時(shí)恰好限制動(dòng)作引起機(jī)組跳閘。

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