余 偉

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000；2. 湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410000）

1 引言

三板溪電廠安裝4 臺單機250 MW 混流式發(fā)電機組，總裝機1 000 MW。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)選用瑞士ABB 公司生產(chǎn)的UNITROL5000 型靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。

2020 年6 月21 日，三板溪電廠進(jìn)行3 號機勵磁系統(tǒng)參數(shù)建模及PSS 試驗，在完成3 號機勵磁系統(tǒng)Ⅱ通道PSS“反調(diào)”試驗，手動退出PSS 功能后，進(jìn)行勵磁系統(tǒng)階躍試驗過程中，勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作，勵磁系統(tǒng)退出，滅磁開關(guān)跳閘，GCB 跳閘。本文根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，分析了UNITROL5000勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作原因。

2 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理

UNITROL5000 勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理：當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器檢測到跨接器導(dǎo)通電流值（P10929 霍爾元件檢測值）大于導(dǎo)通電流設(shè)定值（P925 廠家整定值120 A）持續(xù)20 ms 以上，則轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作[1]。

3 故障分析

3.1 GCB 跳閘原因檢查

事件發(fā)生后電廠立即根據(jù)勵磁系統(tǒng)、上位機告警及故障錄波圖檢查證實：事件發(fā)生時，3 號機機端電壓、機端電流、勵磁電壓、勵磁電流平穩(wěn)，無波動故障現(xiàn)象。3 號機機組發(fā)變組保護(hù)裝置、水機保護(hù)裝置無啟動記錄。由檢查可知滅磁開關(guān)、GCB 跳閘的原因系勵磁系統(tǒng)退出，跳滅磁開關(guān)，同時聯(lián)跳GCB。

3.2 勵磁系統(tǒng)退出原因檢查

檢查勵磁系統(tǒng)歷史報警記錄，在3 號機勵磁系統(tǒng)試驗過程中，只有一條報警記錄：FAULT 35“Field overvoltage”（轉(zhuǎn)子過電壓）。查閱勵磁系統(tǒng)軟件圖可知，當(dāng)FAULT 35“Field overvoltage”的報警開出時，直接退出勵磁系統(tǒng)，跳滅磁開關(guān)。

3.3 勵磁系統(tǒng)報警原因分析

查詢FAULT 35“Field overvoltage”的報警邏輯圖，其報警條件如下：

當(dāng)勵磁通道運行情況下，勵磁系統(tǒng)未退出，沒有閉鎖信號且跨接器出現(xiàn)過電流則會報出FAULT 35“Field overvoltage”信號。

而現(xiàn)場檢查情況如下：

（1）通道運行：事件發(fā)生時機組并網(wǎng)帶220 MW負(fù)荷，勵磁系統(tǒng)通道Ⅱ運行，該條件滿足；

（2）勵磁系統(tǒng)未退出：當(dāng)時勵磁系統(tǒng)投入，該條件滿足；

（3）無閉鎖信號：檢查勵磁系統(tǒng)報警記錄，無閉鎖，該條件滿足；

（4）跨接器過流：若要觸發(fā)FAULT 35“Field overvoltage”（轉(zhuǎn)子過電壓）告警，必須滿足跨接器電流采樣值大于動作定值（120 A）。

查閱故障錄波圖時發(fā)現(xiàn)事件發(fā)生時機端電壓、機端電流、勵磁電壓、勵磁電流波形平穩(wěn)，一次設(shè)備未出現(xiàn)異常，轉(zhuǎn)子未出現(xiàn)過電壓，排除跨接器實際電流大于120 A 的情況。理論上正常運行時，霍爾電流互感器（CUS）采樣值為0，而觀察4 臺機組實際運行時CUS 采樣值不為0。因CUS 安裝在滅磁開關(guān)柜內(nèi)，元件附近的勵磁直流輸出銅排裸露且不對稱，當(dāng)勵磁輸出銅排通過大電流（正常運行時實際勵磁電流為1 300 A）時，因為不對稱的磁場會使霍爾元件受到感應(yīng)，從而造成CUS 采樣回路電流不為0，因此確定為跨接器實際采樣電流值受到干擾或者采樣回路異常[2-3]。

3.4 跨接器電流采樣及轉(zhuǎn)子過電壓動作電流定值

轉(zhuǎn)子過電壓動作電流整定原則應(yīng)為躲過最大勵磁電流運行工況下且CUS 輸出端開路時干擾信號產(chǎn)生的虛假電流，計算公式如下：

式中Ir.set為跨接器電流動作值，Ien為強勵情況下的勵磁電流，Ie為某已正常運行工況下的勵磁電流，Ir為該運行工況下CUS 所檢測到的跨接器電流，Kd為裕度系數(shù)（一般取1.2），Kk為可靠系數(shù)（一般取1.5~1.6）。

現(xiàn)場實際觀察1 號機、2 號機、4 號機勵磁系統(tǒng)P10929（跨接器電流）值為50 A 左右，且隨勵磁電流變化而變化。

根據(jù)計算公式，在此情況下計算1、2、4 號機勵磁系統(tǒng)P925（轉(zhuǎn)子過電壓）電流定值應(yīng)為240 A，3號機勵磁系統(tǒng)P925 電流定值應(yīng)為380 A，而電廠目前設(shè)置定值為120 A，明顯偏小，跨接器電流采樣回路異?；蚴芨蓴_時，采樣電流瞬時大于120 A，轉(zhuǎn)子過電壓有誤動作的可能?；魻杺鞲衅靼惭b在滅磁開關(guān)柜內(nèi)，周圍布滿了直流母排，機組正常運行時，勵磁電流為上千安培，強勵時更大，對CUS 存在較大干擾，電廠4 臺機組實際運行采樣電流值均已證明；過電壓保護(hù)定值設(shè)置偏小，無法躲過機組正常運行時的疊加干擾，電廠3 號機實際采樣值在后續(xù)進(jìn)行4%階躍試驗時為93 A 即已證明（強勵時更大）。即3 號機在進(jìn)行階躍試驗時受到干擾，采樣值大于定值，引發(fā)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作退出勵磁系統(tǒng)。

4 處理措施

4.1 處理跨接器電流采樣回路的異常與干擾

電廠勵磁系統(tǒng)已運行14 年，因此更換3 號機勵磁系統(tǒng)跨接器電流采樣回路的元器件，電流檢測霍爾傳感器及FIO 板，消除元器件老化引起的誤輸出。

4.2 轉(zhuǎn)子過電壓電流定值修改

根據(jù)現(xiàn)場情況，母線的布置已不可能變動，故只能調(diào)整參數(shù)P925 的定值。更換3 號機勵磁系統(tǒng)跨接器電流檢測霍爾傳感器及FIO 板后，3 號機正常開機。并網(wǎng)后，記錄不同負(fù)荷下3 號機勵磁跨接器電流的采樣值，結(jié)果如表1 所示。

表1 3 號機勵磁跨接器電流采樣值

不同負(fù)荷下（勵磁電流），4 號機勵磁跨接器電流的采樣值如表2 所示。

表2 4 號機勵磁跨接器電流采樣值

CUS 采樣電流值隨勵磁電流增大而增大，且3號機運行時跨接器電流采樣值遠(yuǎn)高于1 號、2 號及4號機（機組工況不同），尤其是在進(jìn)行4%階躍試驗時達(dá)93 A。通過轉(zhuǎn)子過電壓電流整定計算公式，3號機定值應(yīng)設(shè)為380 A 左右，考慮適當(dāng)裕度，最終將3 號機定值設(shè)為400 A，以確保運行時不再發(fā)生同類故障。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)是對發(fā)電機設(shè)備的重要保護(hù)措施，關(guān)系到機組的安全穩(wěn)定運行。本文對三板溪電廠3 號機UNITROL5000 勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作進(jìn)行分析，描述了事件發(fā)生后排查到確定原因的過程，并給出相應(yīng)的解決方案，為同類型勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時提供參考。