三板溪電廠UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵故障分析及處理

魯秉宸，黃期淵

（五凌電力有限公司三板溪電廠，貴州 錦屏556700）

0 引言

三板溪水電廠安裝4臺255 WM混流式機組，總裝機容量1 020 WM，機組勵磁系統(tǒng)采用ABB生產(chǎn)的UNITROL 5000型勵磁系統(tǒng)。自電廠2006年投產(chǎn)以來，每臺機組勵磁系統(tǒng)均出現(xiàn)過，當勵磁系統(tǒng)投入 12 s后，“過勵側限制器（ON_OE_LIMITER）”和“勵磁電流限制器（ON_IE_LIMITER）”動作，期間機端電壓、勵磁電流采樣值均為零，但勵磁系統(tǒng)并未報“起勵失敗”故障信號，勵磁系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，導致機組開機不成功，影響電廠機組開機成功率。

本文對該故障原因進行了詳細分析，并根據(jù)故障發(fā)生時的相關狀態(tài)，研究、設計了UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯，通過現(xiàn)場模擬試驗及運行論證，徹底解決了該故障。

1 故障原因分析

1.1 故障時，UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵邏輯

UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵時，通過測量“發(fā)電機機端電壓 10201（U_MACH_REL）”和“勵磁同步電壓10503（U_SYN_REL）”作為起勵條件，如圖1所示。

圖1 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵邏輯1

通過分析和現(xiàn)場故障模擬證實，當勵磁系統(tǒng)投入勵磁的瞬間，用繼電保護測試儀在“發(fā)電機機端電壓 10201（U_MACH_REL）”和“勵磁同步電壓10503（U_SYN_REL）”任意一個測量回路里加入瞬時的干擾電壓，并使該干擾電壓值超過“起勵切除電壓值 304（FLASH_OFF_LEVEL）”，勵磁系統(tǒng)就會判定初始起勵成功，從而退出起勵（FLASH OFF），如圖2所示。

圖2 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵邏輯2

隨后勵磁系統(tǒng)開始進入軟起勵（SOFTSTART）爬坡模式，如圖3所示。

圖3 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)起勵邏輯3

1.2 故障時，UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)過勵側限制器動作原因

1.2.1 過勵側限制器動作邏輯

當勵磁系統(tǒng)完成軟起勵邏輯之后，ON_SOFTSTART軟起勵信號復歸，勵磁系統(tǒng)限制器閉鎖條件復歸，限制器投入運行。勵磁系統(tǒng)程序將“過勵側限制器動作12002（ON_OE_LIMITER）”定義為A>2時信號輸出，“勵磁電流限制器動作12004（ON_IE_LIMITER）”定義為A=3時信號輸出，所以勵磁系統(tǒng)報“勵磁電流限制器動作12004”的同時也會報“過勵側限制器動作12002”，如圖4所示。

圖4 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)限制器邏輯1

1.2.2 故障時，“勵磁電流限制器 12004（ON_IE_LIMITER）”動作原因

（1）如圖4所示，故障發(fā)生時，勵磁系統(tǒng)從勵磁投入至軟起勵結束期間，機端電壓值為0，故“AVR給定輸入 7001（REF_INPUT_AVR）”值為 1，“機端電壓相對值 10201（U_MACH_RELATIVE）”為 0，“AVR附加輸入 7002（ADD_INPUT_AVR）”值為 0，“AVR跟蹤反饋輸入 7003（FB_IN_FOLLOW_AVR）”值為 0，得出：

7001-10201+7002+7003=1-0+0+0=1 （1）

（2）圖4中“最大勵磁電流限制器偏差輸入7004（IN_IELIM_ERR_A）”=“勵磁電流限制器輸出11301（OUT_IE_LIMITER）”。

（3）如圖 5所示，“頂值勵磁電流 1303（REF1_IEMAX）”值為1.6，“最大勵磁電流限制器增益1309（KOEL_IE）”值為 0.5，“REF CORR”值為 0.03，“勵磁電流限制器電流輸入6306（IN_I_LELIM）”=“勵磁電流相對值10501（I_EXC_RELATIVE）”在故障時值為0，得出：

11301=（[1303+REF CORR）-6303]×1309=（[1.6+0.03）-0]×0.5=0.815 （2）

圖5 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)限制器邏輯2

（4）過勵側限制器動作采用低值門有效邏輯，比較“式 1”與“式 2”，式 1=1>式 2=0.815，所以11301=7004信號輸出，故“勵磁電流限制器12004（ON_IE_LIMITER）”報警信號動作。

2 故障解決方案

2.1 初期解決方案及效果

為了提高勵磁系統(tǒng)起勵時的抗干擾能力，電廠修改了勵磁系統(tǒng)“起勵切除電壓值304（FLASH_OFF_LEVEL）”參數(shù)值，304參數(shù)由原來的15%修改為30%，將起勵切除電壓門檻值提高；還對勵磁系統(tǒng)發(fā)電機機端電壓及勵磁同步電壓測量回路加裝抗干擾屏蔽層處理，并重新敷設了功率信號PSI板上測量勵磁同步電壓的扁平電纜，提高了測量回路的抗干擾性。

2015年電廠就已實施了上述措施，截至2018年3月，通過近3年的運行觀察，發(fā)現(xiàn)還是無法有效消除瞬時干擾，該故障仍然發(fā)生。

2.2 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯原理及效果

2.2.1 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯設計思路

（1）因為干擾電壓是偶發(fā)的瞬時性干擾，當干擾導致故障發(fā)生后，將勵磁系統(tǒng)切至“現(xiàn)地手動”控制方式，退出勵磁系統(tǒng)，然后再次現(xiàn)地或遠方投入勵磁系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)均可正常起勵，根據(jù)該現(xiàn)象設計增加故障狀態(tài)下UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯，提高機組開機成功率。

（2）故障發(fā)生時，“發(fā)電機機端電壓 10201（U_MACH_REL）”的值一直為零，故將發(fā)電機機端電壓值作為判定勵磁系統(tǒng)二次起勵的條件。

（3）當監(jiān)控系統(tǒng)下達“勵磁系統(tǒng)投入令”后，勵磁系統(tǒng)連續(xù)15 s監(jiān)測到發(fā)電機機端電壓小于10%額定機端電壓，勵磁系統(tǒng)啟動二次起勵邏輯。

2.2.2 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯實施

方案（1）勵磁系統(tǒng)控制方式在“遠方自動”運行方式。（2）監(jiān)控系統(tǒng)遠方下達“勵磁系統(tǒng)投入令”，該令保持25 s。

（3）“勵磁系統(tǒng)投入令”下達后，15 s內(nèi)，勵磁系統(tǒng)監(jiān)測到發(fā)電機機端電壓Ug<10%額定機端電壓值且未報“起勵失敗”報警，勵磁系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)“退勵磁令”，勵磁系統(tǒng)退出。

（4）“勵磁系統(tǒng)投入令”下達23 s后，勵磁系統(tǒng)監(jiān)測到發(fā)電機機端電壓Ug<10%額定機端電壓值且未報“起勵失敗”報警，勵磁系統(tǒng)內(nèi)部發(fā) “投勵磁令”，完成二次起勵邏輯。

（5）勵磁系統(tǒng)二次起勵后，如果勵磁系統(tǒng)監(jiān)測到發(fā)電機機端電壓Ug<10%額定機端電壓值且未報“起勵失敗”報警，時間累計超過32 s，勵磁系統(tǒng)發(fā)“起勵失敗”報警。

（6）UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯如圖6所示。

圖6 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯

2.2.3 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯運行效果

（1）現(xiàn)場模擬干擾導致起勵故障，令“勵磁電流限制器（ON_IE_LIMITER）動作”，勵磁系統(tǒng)二次起勵邏輯運行正常，如圖7所示。

圖7 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)二次起勵錄波

（2）三板溪電廠4臺機組UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)已全部增加二次起勵邏輯，運行至今未再發(fā)生因干擾導致起勵故障發(fā)生機組開機不成功的事件，勵磁系統(tǒng)運行良好，效果顯著。

3 結束語

UNITROL 5000型勵磁系統(tǒng)均采用測量發(fā)電機機端電壓、勵磁同步電壓作為起勵條件，如果起勵時不能有效避免干擾，都會導致起勵故障發(fā)生。三板溪電廠是國內(nèi)首個在該型號勵磁系統(tǒng)內(nèi)增加二次起勵邏輯的電廠，二次起勵邏輯在UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)的成功應用，具有較強的可操作性和推廣性，本文對相關同類型故障處理具有一定的參考和借鑒意義。