夏熙杰，楊陳琦，許立長，李誠帥，羅海冰，許慶賀

(1.河南恩湃高科集團有限公司，河南 鄭州 450052;2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海 201100)

0 引言

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，勵磁系統(tǒng)控制是一種保障發(fā)電機和電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要手段。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)作為一種附加控制環(huán)節(jié)，在勵磁調(diào)節(jié)器中引入轉(zhuǎn)速(頻率)和發(fā)電機功率的合成信號作為PSS的工作信號，通過調(diào)整PSS相位補償，有效提供正阻尼力矩，抑制可能出現(xiàn)的電力系統(tǒng)低頻振蕩。電網(wǎng)要求新投運和改造后的發(fā)電機組必須進行PSS整定試驗，在電網(wǎng)和發(fā)電機正常運行時要求PSS有良好的相頻特性，以合理、正確補償勵磁系統(tǒng)的相位滯后；PSS的投入和退出不會影響發(fā)電機電壓正常穩(wěn)態(tài)水平，PSS工作過程中不會引起發(fā)電機電壓和功率過大的波動，防止發(fā)電機過電壓、無功過負荷、發(fā)電機失磁或勵磁不足；并且，對于原動機功率調(diào)整速度較快(如汽輪機甩負荷、水輪機快速升負荷)時，PSS不應(yīng)出現(xiàn)明顯的“反調(diào)”現(xiàn)象。

目前，部分發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)存在邏輯軟件設(shè)計風險控制能力弱，缺乏相應(yīng)的限制功能等問題，在發(fā)電機并網(wǎng)運行過程中進行PSS試驗會給機組的穩(wěn)定運行帶來較大風險，易造成發(fā)電機跳閘事故的發(fā)生。以下介紹某電廠一臺火電機組改造后進行PSS整定試驗過程中，在通道1的在線無補償勵磁系統(tǒng)相頻特性測試完成后，又進行通道2的勵磁系統(tǒng)頻率特性測試時，通過參數(shù)修改模擬量輸入對應(yīng)量程后，發(fā)電機發(fā)生異常跳閘的過程。通過對工作原理的分析，提出防范措施，以降低PSS整定試驗過程對機組穩(wěn)定運行可能造成的風險，防止機組異常跳閘。

1 機組PSS整定試驗簡介

某630 MW的火電機組，發(fā)電機額定電壓為20 kV，勵磁系統(tǒng)采用機端自并勵方式，勵磁調(diào)節(jié)器為瑞士ABB公司生產(chǎn)的Unitrol 5000型雙套微機勵磁調(diào)節(jié)器。機組改造完成后，根據(jù)要求必須進行PSS整定試驗。

要計算PSS的補償，需實測勵磁系統(tǒng)相頻特性，再根據(jù)實測的無補償相頻特性測試結(jié)果和DL/T 1231—2013《電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導則》的要求，對PSS頻率響應(yīng)特性進行仿真修正計算和PSS參數(shù)設(shè)計，將所測得的無補償相頻特性與PSS單元頻率響應(yīng)特性相加，得到有補償相頻特性。通過調(diào)整PSS的相位補償，使本機振蕩頻率的力矩向量滯后Δω軸0—30°；0．3—2．0 Hz頻率的力矩向量滯后Δω軸(-20°)—45°。當有低于0．2 Hz頻率要求時，最大超前角不應(yīng)大于40°。同時，PSS不應(yīng)引起同步力矩顯著削弱而導致振蕩頻率的降低和阻尼的減弱。

2 事故過程

2.1 試驗前的準備工作

當該電廠機組接近滿負荷時，開始做PSS整定試驗前的準備工作：將勵磁系統(tǒng)柜內(nèi)的發(fā)電機PT，CT采樣回路，勵磁電流、勵磁電壓采樣回路以及模擬量輸入口連接至試驗儀器，確認試驗線連接和機組運行參數(shù)均正確。

2.2 通道1的無補償相頻特性測試

準備工作完成后，首先對通道1(勵磁系統(tǒng)主通道)進行勵磁系統(tǒng)頻率特性測試，將調(diào)試軟件通過光纖連接至勵磁系統(tǒng)通道1，并切換為就地控制。選擇1個未連接至勵磁系統(tǒng)控制計算環(huán)節(jié)的備用測試信號輸入端口，并將此模擬量輸入口的輸入量程修改為1 V DC電壓量對應(yīng)1 %的模擬量，檢查輸入正確之后改為輸入白噪聲信號，顯示無誤后退出。然后，通過調(diào)試軟件將模擬量輸入對應(yīng)的參數(shù)連接至勵磁系統(tǒng)控制計算環(huán)節(jié)，此時通過模擬量輸入的任何信號都能對勵磁電壓產(chǎn)生影響。于是緩慢增加頻譜分析儀白噪聲信號的幅值至1．2 V，然后經(jīng)過勵磁系統(tǒng)頻率特性計算，得到通道1主控下勵磁系統(tǒng)無補償相頻特性數(shù)據(jù)。

2.3 通道2的無補償相頻特性測試

通道1的勵磁系統(tǒng)頻率特性測試完成后，進行通道2的勵磁系統(tǒng)頻率特性測試。將調(diào)試軟件通過光纖連接至通道2，觀察2個通道之間的跟蹤偏差，在偏差較小的時候，修改參數(shù)，將勵磁系統(tǒng)切換至通道2運行。隨后通過調(diào)試軟件開通測試信號輸入，將模擬量輸入對應(yīng)的參數(shù)連接至勵磁系統(tǒng)控制計算環(huán)節(jié)，緩慢增加動態(tài)信號分析儀測試信號的電壓，白噪聲幅值緩慢增加。通過錄波儀觀察勵磁系統(tǒng)輸出的動態(tài)行為，發(fā)現(xiàn)測試信號較小時勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)偏大，判定對應(yīng)的量程偏大。于是首先斷開了白噪聲信號，在確認測試信號輸入關(guān)閉后，通過參數(shù)修改模擬量輸入對應(yīng)量程，減小測試通道對信號的放大倍數(shù)，使得1 V DC電壓量對應(yīng)1 %的模擬量。在量程參數(shù)修改過程中，機組出現(xiàn)運行異常，發(fā)電機失步保護動作，滅磁開關(guān)跳閘，機組跳閘解列。

3 原因分析

在Unitrol 5000勵磁系統(tǒng)中，模擬量輸入信號通過參數(shù)整定，輸入電壓范圍固定在-10 V DC至+10 V DC，并且在其中成線性比例關(guān)系。初始默認低值為-100 %，高值為+100 %，備用模擬量輸入端口默認標定參數(shù)為：±10 V輸入電壓信號對應(yīng)±10 000標定參數(shù)，對應(yīng)軟件內(nèi)部±100 %。測試信號輸入如圖1所示。

圖1 測試信號輸入示意

做通道1和通道2的無補償相頻特性測試時，需先將默認標定參數(shù)從±10 000修改為±1 000，使得10 V DC電壓量對應(yīng)10 %的模擬量，即1 V DC電壓量對應(yīng)1 %的模擬量，再將模擬量輸入對應(yīng)的參數(shù)連接至勵磁系統(tǒng)控制計算環(huán)節(jié)。本次試驗進行通道2的無補償相頻特性測試時，在模擬量輸入對應(yīng)的參數(shù)已經(jīng)連接至勵磁系統(tǒng)控制計算環(huán)節(jié)的情況下修改此標定參數(shù)，這時通過模擬量輸入的任何信號都能對勵磁電壓產(chǎn)生影響。

在修改過程中首先修改了高值，將操作參數(shù)由+10 000修改為+1 000。此時，-10 V DC至+10 V DC對應(yīng)的量程從-100 %至+100 %變成了-100 %至+10 %，因而電壓輸入為0時，對應(yīng)的模擬量輸入信號為-45 %。其輸出有效值由0變化為-45 %，勵磁系統(tǒng)輸出減少45 %，導致因測試信號參數(shù)標定失誤，使勵磁系統(tǒng)輸出嚴重降低，磁場強度突然降低，功角變大。這導致發(fā)電機機端電壓進行了-45 %的階躍，發(fā)電機電壓從20 kV瞬間降至11 kV，發(fā)電機電流由14 kA升至45 kA，發(fā)電機從滿負荷正常運行快速進入失步狀態(tài)。隨即發(fā)變組保護發(fā)出發(fā)電機失步報警、發(fā)電機失步保護動作信號，發(fā)電機出口主開關(guān)斷開，機組跳閘。

4 防范措施及建議

勵磁系統(tǒng)是一種保障發(fā)電機和電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要設(shè)備，PSS整定試驗過程中機組異常跳機給發(fā)電企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟損失。為預(yù)防類似事故的發(fā)生，提出以下防范措施及建議。

(1) 該勵磁系統(tǒng)對AI轉(zhuǎn)化信號標定無信號異常識別及閉鎖功能，在進行PSS整定試驗時，模擬量輸入信號直接進入勵磁系統(tǒng)PID運算環(huán)節(jié)，運算環(huán)節(jié)的輸出直接影響整流橋脈沖觸發(fā)角度，不經(jīng)過任何過勵、低勵限制器，導致試驗時的技術(shù)風險控制機制較弱。因此，可以對軟件邏輯進行完善，增加對模擬量信號的限制環(huán)節(jié)，一旦信號超過幅值立即切除。

(2) 在進行PSS整定試驗時，在離線狀態(tài)下完成測試信號通道的標定參數(shù)調(diào)整，斷開測試信號在軟件內(nèi)部的軟開關(guān)，防止模擬量輸入信號直接進入勵磁系統(tǒng)PID運算環(huán)節(jié)。

(3) 由于PSS整定試驗在機組80 %以上負荷時進行，勵磁系統(tǒng)參數(shù)在修改定值后立即生效，存在很大的風險，因此應(yīng)對技術(shù)風險進行預(yù)評估，加強對風險點的控制，形成標準規(guī)范的作業(yè)流程，并加強人員監(jiān)督力度。

5 結(jié)論

在發(fā)電機組80 %以上負荷運行工況下進行PSS整定試驗對發(fā)電機組和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行存在較大的風險，因此，要高度重視發(fā)電機組PSS整定試驗，做好有效的事故防范措施。以上提出的防范措施及建議，可為同類型勵磁系統(tǒng)的PSS整定試驗提供參考。

1 王君亮．加速功率型PSS功率匹配系數(shù)的整定[J]．大電機技術(shù)，2009，39(6)：57-60．

2 向保錄，劉冠環(huán)．電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)整定試驗過程中機組跳閘的探討[J]．電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(11)：121-125．

3 國家能源局．DL/T 1231—2013 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導則[S]．北京：中國電力出版社，2013．

4 宋俊峰，張玉山，何 茜．EX2100勵磁調(diào)節(jié)器引起勵磁故障跳機分析[J]．電力安全技術(shù)，2013，15(8)：22-25．

5 范 琳．一起發(fā)電機勵磁系統(tǒng)誤強勵事故分析[J]．電力安全技術(shù)，2013，15(6)：25-27．