发电机机端电压互感器熔体慢熔导致励磁系统过励分析

孔祥帅

哈尔滨电机厂有限责任公司　哈尔滨　150040

发电机机端电压互感器熔体慢熔导致励磁系统过励分析

孔祥帅

哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040

对一起由发电机机端电压互感器熔体慢熔导致的励磁系统过励故障进行分析，确认原程序判断电压互感器断线逻辑不完善，导致励磁系统误增磁直至发电机过压保护动作、机组解列。对励磁系统的电压互感器断线判断逻辑进行了改进，消除了由熔体慢熔导致的励磁系统过励问题，提高了电厂的运行可靠性。

发电机；电压互感器；熔体；励磁；故障

1　故障概况

励磁系统为发电机提供磁场电流[1]，包含多种控制和限制逻辑，是发电厂控制系统的重要设备之一[2]，对发电机及电力系统的安全稳定运行起至关重要的作用[3]。机端电压互感器断线检测是励磁系统的重要功能之一[4]，当电压互感器故障时，励磁系统应迅速作出正确判断，切换至正常电压互感器通道或励磁电流调节通道，并发出相应报警提示故障[5]。但当电压互感器熔体质量不合格或因其它原因造成电压互感器熔体慢熔时，如果励磁系统判断电压互感器断线逻辑不完善，将导致励磁系统误判为机端电压降低，从而不断增大励磁电流使发电机过压保护开关动作而停机，严重影响电厂设备的安全稳定运行[6]。

国内采用ABB公司UNITROL 5000励磁系统的部分电厂就发生过因电压互感器熔体慢熔判断逻辑不完善而导致机组停机的情况，为杜绝此类故障发生，保证电厂发电设备的长期稳定运行[7]，需对UNITROL 5000励磁系统的电压互感器熔体慢熔判断逻辑进行完善。

2　电压互感器断线判断逻辑

UNITROL 5000励磁系统原程序中电压互感器断线判断逻辑框图如图1所示。

图1　原电压互感器断线判断逻辑框图

原程序通过计算运行通道发电机机端电压Ug和励磁变压器二次侧电压Usyn的差值来检测发电机电压互感器断线和励磁变压器二次侧电压丢失。如果励磁变压器二次侧电压比机端电压高，且差值超过参数 907 的设定值(默认值设置为15%)[8]，延时100ms后励磁系统发出电压互感器断线报警。如果励磁变压器二次侧电压比机端电压低，且差值超过参数 907 的设定值，则励磁系统发出励磁变压器二次侧电压丢失报警。

当发电机电压互感器真正发生断线时，上述判断逻辑可以准确报警，但当发电机电压互感器熔体因质量不合格等原因出现慢熔情况时，机端电压采样值缓慢减小，不会在短时间内达到励磁系统电压互感器断线判断设定值。由于原判断逻辑为两种故障共用一个设定值，导致参数 907设定值不能随意调整，因此无法准确判断电压互感器熔体慢熔这种工况。

3　判断逻辑完善

为完善UNITROL 5000励磁系统的电压互感器熔体慢熔判断逻辑，升级方案采用运行通道机端电压与励磁变压器二次侧电压及备用通道机端电压三者进行比较，来检测电压互感器熔体的慢熔。

当备用通道的机端电压Ug′比运行通道的机端电压Ug高，且差值超过参数3415的设定值，或励磁变压器二次侧电压Usyn比运行通道的机端电压Ug高，且差值超过参数3416的设定值，经延时模块后发出电压互感器断线报警，其中参数3415和参数3416设定值为5%，延时模块时间为2s，逻辑框图如图2所示。

图2　完善后电压互感器断线判断逻辑框图

对改进判断逻辑进行说明。

(1) 与原有电压互感器断线判断逻辑相同，如果励磁变压器二次电压比运行通道机端电压高，且差值超过参数3416 的设定值，则判断运行通道电压互感器断线。差值由原程序的15%改为5%，可以有效判断电压互感器熔体慢熔情况。

(2) 新增逻辑为比较两个计算机通道的机端电压，如果备用通道的机端电压比运行通道的机端电压高，且差值超过参数3415的设定值，则判断运行通道电压互感器断线。

(3) 参数3415和3416设定值原则上不应超过单位频率电压限制器启动值与额定机端电压标幺值的差值，且应预留2%～3%裕度。如单位频率电压限制器设为108%，那么参数3415或3416应设置为5%较为合适。

(4) 增加延时模块是为了避免机端电压采样出现抖动时，错误判断为电压互感器熔体慢熔的情况。

4　程序升级方法

将原程序上传至调试电脑CMT软件中，在FB Programming窗口中依次增加功能块。增加完毕后将程序上传，修改参数2504激活功能块，之后依次修改连接参数，并保存参数，再次上传存档。

软件升级后启动机组，模拟电压互感器熔体慢熔工况，电压互感器断线判断逻辑灵敏度高，通道切换逻辑准确，从而彻底解决了原程序无法有效判断电压互感器熔体慢熔故障的情况，完善了UNITROL 5000励磁系统的电压互感器熔体慢熔判断逻辑，大大增强了机组的安全性和稳定性[9-10]。

5　结论

电压互感器熔体因质量等原因引起慢熔情况时有发生，如果未能准确判断并作出准确反应，会导致励磁系统过励或单位频率电压限制器误动作，危害机组的长期稳定运行。经过完善后的UNITROL 5000励磁系统，电压互感器熔体慢熔判断逻辑准确高效，消除了系统隐患，保证了发电机机组的长期安全稳定运行。

[1] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].2版.北京： 中国电力出版社，2009.

[2] 高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].2版.北京： 中国电力出版社，2010.

[3] 高亮.发电机组微机继电保护及自动装置[M].2版.北京： 中国电力出版社，2015.

[4] 张驰.浅谈金窝水电站ABB UNITROL5000励磁系统现场试验方法与步骤[J].红水河，2014，33(4)： 36-40.

[5] 竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京： 中国电力出版社，2005.

[6] 王稚惠.励磁系统数字均流的实现[J].上海电气技术，2013，6(4)： 59-62.

[7] 蔡迈.1000MW发电机自并励励磁系统的设计[J].上海电气技术，2009，2(3)： 27-30.

[8] 杨大为.UNITROL 5000静态自并励系统参数现场优化[J].电子测量与仪器学报，2008(S2)： 326-329.

[9] 肖健，赵伟.UNITROL5000自并励系统在国产 600MW 机组中的应用[J].广东电力，2005，18(5)： 38-40.

[10] 胡欣，黄文，方新亮.UNITROL5000励磁系统原理及典型故障分析[J].能源研究与管理，2014(1)： 13-18.

(编辑： 丁罡)

The over-excitation fault of the excitation system caused by the slow melting of fuse element at the generator-side voltage transformer was analyzed. It was confirmed that the original program that was used to judge the disconnection in the voltage transformer was not perfect, and the excitation system was mistakenly magnetized until the generator started the overvoltage protection action while stepping out the unit. By improving the fault logic of the voltage transformer of the excitation system, the over-excitation of the excitation system caused by slow melt of the fuse element is eliminated and the operational reliability of the power plant is improved.

Generator；VoltageTransformer；FuseElement；Excitation；Fault

TM451

A

1674-540X(2017)04-061-03

2017年7月

孔祥帅(1984—)，男，本科，工程师，主要从事发电机励磁系统设计与研究工作，E-mail: kxsjob@163.com