中廣核工程有限公司調(diào)試中心 朱小霞 陳俊華 劉欣亮

1 引言

勵磁系統(tǒng)作為大型發(fā)電廠的核心控制設備之一，為發(fā)電機提供直流勵磁電流產(chǎn)生磁場，空載時可調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓，并網(wǎng)后維持機端電壓在恒定的給定值水平，當系統(tǒng)電壓突降到一定值，或者是系統(tǒng)電壓下降速率到一定值時，勵磁系統(tǒng)自動啟動強勵，最大限度增加勵磁電流以提高系統(tǒng)的無功水平，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。為保護勵磁系統(tǒng)本身及發(fā)電機，大型發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)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(tǒng)，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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(fā)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(diào)節(jié)器，在勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)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(huán)邏輯函數(shù)中實現(xiàn)過勵與強勵功能。

當發(fā)電機勵磁處于自動電壓模式并網(wǎng)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(fā)內(nèi)部強勵請求，請求信號于TMPIE5（900s）內(nèi)自動閉鎖強勵。

過勵反時限過勵限制的定值內(nèi)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(shù)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(cè)勵磁電流過流保護

AC側(cè)勵磁電流過流保護213XI裝置定值原始配置及聯(lián)動邏輯見表1，其中勵磁變二次側(cè)CT變比為200:1，勵磁調(diào)節(jié)柜輸入勵磁機的額定勵磁電流為119A，交直流側(cè)換算系數(shù)取0.816。

表1 213XI保護裝置配置及邏輯聯(lián)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(shù)0.025to1.5，K=80，α=2，L=0。

3.2 DC側(cè)勵磁電流過流保護

DC側(cè)勵磁電流過流保護215XZ裝置定值原始配置及聯(lián)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(lián)動表

3.3 過勵保護動作邏輯

保護裝置內(nèi)各段保護無論是定義為報警或者跳閘，其動作節(jié)點均進入勵磁調(diào)節(jié)器相應的開入點，經(jīng)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(jié)點并聯(lián)后引入勵磁調(diào)節(jié)器的過流一段動作邏輯中，觸發(fā)過流1段報警信號，如故障持續(xù)，將經(jīng)過TMPLB1（5.5s）切通道，經(jīng)過TMPLB4（2s）切至手動（MANU）模式，經(jīng)過TMPLB2（3s）觸發(fā)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(diào)節(jié)器邏輯中，如果一直存在，最終觸發(fā)過流2段動作出口[2]。

213XI與215XZ裝置的過流2段保護動作節(jié)點并聯(lián)后，進入勵磁調(diào)節(jié)器的過流二段動作邏輯中，觸發(fā)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(jīng)過相應的延時動作于跳閘。

本文經(jīng)過項目部項目經(jīng)理、總工、技術員、安全監(jiān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)化之后的指標，最終形成34組有效數(shù)據(jù).本文以W6蓋梁施工作業(yè)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(jù)國標《GB-T7409.3-2007同步電機勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術要求》5.4節(jié)要求勵磁系統(tǒng)的頂值電流允許持續(xù)時間應不小于10s。現(xiàn)有9s的強勵持續(xù)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(shù)優(yōu)化實施

強勵倍數(shù)按2倍計算為：2×119=238A，換算至交流側(cè)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(shù)IFP修改為2.06，時間10s，則反時限過勵限制參數(shù)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(jù)過勵限制反時限修改213XI裝置定值如表3。

表3 優(yōu)化后213XI保護定值表

根據(jù)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(jīng)現(xiàn)場調(diào)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(yōu)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(diào)節(jié)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(yōu)化

圖1 優(yōu)化后213XI反時限保護與過勵反時限配合示意圖

根據(jù)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(yōu)化后215XZ保護定值

4.2.4 勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部過勵定值優(yōu)化

考慮213XI和215XZ的過流1段延時觸發(fā)邏輯要求，修改勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部動作邏輯延時參數(shù)如下，可滿足過流1段故障經(jīng)保護裝置定值延時后，發(fā)送信號至調(diào)節(jié)器內(nèi)部邏輯，觸發(fā)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(yōu)化后勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)

5 結(jié)論

對于大型機組首次時使用升級后勵磁調(diào)節(jié)器，其重要限制功能及邏輯應在設計采購階段提前聯(lián)系廠家優(yōu)化參數(shù)，核算出符合現(xiàn)場的限制及保護參數(shù)匹配度，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免在機組調(diào)試時才發(fā)現(xiàn)問題，減少對現(xiàn)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(diào)節(jié)器過程中出現(xiàn)的適用性問題進行了研究與改進，相關經(jīng)驗反饋可落實推廣至后續(xù)ALSTOM-V3型調(diào)節(jié)器的項目，具有一定的參考借鑒價值。