電磁干擾造成勵磁系統(tǒng)保護(hù)誤動的分析與處理

引言

在整個電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是電網(wǎng)的心臟，勵磁系統(tǒng)則是發(fā)電機(jī)的心臟，都是起著輸送血液的作用，因此勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對機(jī)組有著極其重要的作用，我廠為此引進(jìn)了ABB公司的ABB UNITROL 6800型勵磁設(shè)備。UNITROL 6800秉承傳統(tǒng)優(yōu)勢，在功能性，可靠性，連通性和穩(wěn)定性都是很高的，但是由于安裝問題以及相關(guān)部件存在的問題導(dǎo)致的機(jī)組跳閘也是時有發(fā)生的。

一、故障前現(xiàn)象及檢測

1.事前狀態(tài)

事故發(fā)生前我廠的#1機(jī)組(300MW)運(yùn)行，其有功功率為235MW，無功功率為83.9MVar，機(jī)組勵磁電壓204.3V，勵磁電流為1804.8A，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓分別為20.087kV、20.121kV、20.168kV;機(jī)組按照省調(diào)命令投入AGC。

2.事件經(jīng)過

2013年3月23日，#1機(jī)1101斷路器突然跳閘，機(jī)組全停，6kV快切動作，電源切換至備變。DCS光子牌“勵磁系統(tǒng)故障”、“轉(zhuǎn)子過電壓”,發(fā)變組保護(hù)的A、B柜“勵磁系統(tǒng)故障”、C柜“主變聯(lián)跳”動作啟動。#1機(jī)組運(yùn)行立即排人員就地檢查勵磁調(diào)節(jié)器柜，其液晶面板“轉(zhuǎn)子過電壓”報警信號發(fā)出。

3.事故檢測排查

繼電保護(hù)人員接到通知后立即派人到現(xiàn)場檢查勵磁柜內(nèi)元件，結(jié)果未見異常，隨后查看機(jī)組的故障錄波器(TR-2000型)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)B相電流突變量啟動，機(jī)組機(jī)端電壓降低，B相電壓最低降到16.78kV, B相定子電流最大到9251A。值長電話詢問省調(diào)，從供電局處得知供電線路系統(tǒng)有故障，另一電廠的高備變內(nèi)部發(fā)生短路故障，造成其所在母線及出線全部跳閘。繼電保護(hù)人員在得知事情原因后，立即測量滅磁電阻的直流阻值，結(jié)果正常，檢查勵磁裝置進(jìn)線柜內(nèi)交流保險(F13)無問題。調(diào)出UNITROL 6800勵磁裝置故障錄波曲線，根據(jù)錄波曲線分析此次事故的原因為：系統(tǒng)電壓降低導(dǎo)致機(jī)端電壓下降，勵磁裝置強(qiáng)勵動作，在強(qiáng)勵過程中轉(zhuǎn)子過壓保護(hù)動作造成停機(jī)。

二、原因分析

1.勵磁系統(tǒng)本身的情況

#1發(fā)變組勵磁系統(tǒng)用的是ABB公司的UNITROL 6800型，它采用IEEE64位浮點運(yùn)算控制器，采用了當(dāng)今最先進(jìn)的印刷電路板制作技術(shù)和最新型的電晶體元件，具有維護(hù)方便的特點。數(shù)字式自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)模塊為PEC800型多功能功率控制器，它不僅控制功率整流器的電壓輸出，而且包含有限制器、監(jiān)視功能及供貨范圍內(nèi)的其它控制電子。受控的可控硅整流器直流輸出通過滅磁設(shè)備接入發(fā)電機(jī)磁場(轉(zhuǎn)子)。安裝時共有六面柜子，1個勵磁調(diào)節(jié)器柜，1個滅磁柜，3個整流柜，1個交流進(jìn)線柜，并配備有結(jié)構(gòu)完善的標(biāo)準(zhǔn)軟件，包含AVR/SES安全運(yùn)行所需的全部調(diào)節(jié)、保護(hù)、和監(jiān)視。安裝完畢后由省電院全程負(fù)責(zé)調(diào)試，并且其靜態(tài)調(diào)試實驗，和動態(tài)調(diào)試實驗都合格。

2.從動作原理分析

一開始并沒想到是勵磁設(shè)備自身故障，后聯(lián)系A(chǔ)BB廠家共同分析，判斷為轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)誤動。根據(jù)其轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作原理及動作原因分析得到如下結(jié)果：

(1)首先，由于發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降低至某個值時，也就是發(fā)電機(jī)電壓明顯低于給定電壓時，勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵動作，使勵磁電流增至最大值，從而使勵磁機(jī)端電壓升到頂值，當(dāng)發(fā)電機(jī)恢復(fù)至低電壓繼電器返回值時，勵磁整套裝置返回，勵磁電壓恢復(fù)正常。據(jù)此判斷，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓不應(yīng)該誤動。懷疑有外部或者原件損壞對結(jié)果造成了影響，后檢查勵磁設(shè)備外觀及內(nèi)部相關(guān)原件，如霍爾變送器，二次接線等無發(fā)現(xiàn)明顯的損壞。

(2)沒發(fā)現(xiàn)明顯問題后，嘗試起機(jī)，啟動過程中監(jiān)視勵磁系統(tǒng)各個參數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)#1機(jī)負(fù)荷在260MW時，勵磁電流 1875A，Crowbar回路經(jīng)過霍爾變送器的輸出值P10929為-163A，另測量#2機(jī)負(fù)荷235MW時，P10929的測量值為-114A。從廠家處得知此值的理論值為0A。當(dāng)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時，P10929的輸出值達(dá)到了197A，根據(jù)ABB勵磁設(shè)備的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理：當(dāng)調(diào)節(jié)器檢測到 P10929霍爾元件的輸出值大于導(dǎo)通電流P925的設(shè)定值200A，持續(xù)20ms以上，則轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作。由此判斷，在滿負(fù)荷狀況下，勵磁電流稍微增大便使P10929的輸出值即將達(dá)到了保護(hù)動作值，又因為由于該電流檢測利用霍爾元件實現(xiàn)，輸出電壓為mV級，在受到一定電磁干擾時，元件輸出會有較大波動，致使強(qiáng)勵動作時，P10929輸出值大于設(shè)定值，誘發(fā)轉(zhuǎn)子過壓保護(hù)動作。

三、問題處理

再次檢查現(xiàn)場設(shè)備狀況及勵磁小室周圍的布置情況，在勵磁系統(tǒng)功率柜旁邊有發(fā)電機(jī)出現(xiàn)PT柜，其它沒發(fā)現(xiàn)明顯的電磁干擾源。嘗試更快霍爾變送器，更換后發(fā)現(xiàn)問題依舊存在;再次觀察勵磁柜內(nèi)設(shè)備，懷疑母排的布置不對稱，(如圖1)，其中一根母排有拐角和另一個母排沒有平行，這樣在電流很大時有可能造成不對稱磁場而影響霍爾元件，導(dǎo)致變送器計算有誤差。但是現(xiàn)場的母線和PT出線柜的布置都無法變動，故只能調(diào)整Crowbar回路的電流定值。

根據(jù)前面的測量結(jié)果觀察判斷后，發(fā)電機(jī)的額定勵磁電流2655A，強(qiáng)勵動作時為額定勵磁電流的2倍，故Crowbar回路的電流為2665/1875*2*163=463.3A，考慮一定的裕度，則導(dǎo)通電流P935的定值可以設(shè)定為463.3*1.25=579A，取個整值為600A。