ABB Unitrol 6800励磁系统无功上冲异常分析

2017-07-31尹兴礼

水电站机电技术 2017年6期

关键词：设定值励磁命令

尹兴礼

（国投云南大朝山水电有限公司，云南云县 675811）

ABB Unitrol 6800励磁系统无功上冲异常分析

尹兴礼

（国投云南大朝山水电有限公司，云南云县 675811）

介绍了一次经典的ABB Unitrol 6800励磁系统在开机并网时无功上冲异常事件，对此次异常事件进行深入的分析讨论，查找出原因，最后修改了监控系统与励磁系统接口程序，杜绝了此类事件的再次发生。通过对此次异常事件的完整的分析，找出解决办法，积累经验，可对从事电力行业的人员提供一定的借鉴意义。

励磁系统；A BB；无功上冲；总线控制；叠加控制

1 引言

某电厂励磁系统与监控系统通信方式采用MODBUS RTU通信方式，无功闭环控制功能由励磁系统完成，监控系统通过MODBUSRTU通信方式向励磁系统下发无功设定值和设定值有效命令，在实际运行过程中，在某种特定条件下，发生了无功异常上冲现象。

在发电机开机并网后，运行人员在中控室首先将机组无功功率设为0，随后开始逐步增加机组有功功率，当有功功率增加至90 MW时，发电机励磁系统V/Hz限制器动作，发变组保护过激磁保护启动。运行人员立即查看发电机无功功率，发现机组无功功率已上升至80 MVar左右，机端电压上升至16.6 kV左右（机组额定电压为15.75 kV）。发现该异常情况后，运行人员立即在监控系统操作员站上设定无功功率，先后分别设定了25MVar、30MVar、40MVar、50 MVar，励磁系统均未按照无功设定值进行调节，发电机无功功率没有变化。于是运行人员立即到发电机励磁系统盘柜ECT面板上将励磁系统控制方式切至“现地”，在面板上按“减磁”后无功功率逐步下降至0。随后运行人员再将励磁系统控制方式切至“远方”，重新在监控系统操作员工作站上设定无功功率，机组励磁系统无功恢复正常调节。

2 无功上冲过程原理分析

2.1 励磁系统总线控制、无功控制方式切换监控系

统程序的逻辑设计

新励磁系统ABB Unitrol 6800更新改造后，总线控制、无功控制方式切换与原Unitrol 5000的逻辑基本相同。正常情况下，励磁系统开机并网前运行于“远方/自动”控制模式，此时监控系统在远方可对励磁系统进行开停机、增磁、减磁等命令控制；当机组并网即GCB“合”后，监控系统程序将自动向励磁系统下发请求“总线控制”的命令，即通信控制方式，只有在励磁系统满足“总线控制”且励磁系统已切为“无功控制”方式时，励磁系统才能接受并执行运行监控系统下设的无功功率设定值。

2.2 监控系统事件列表及无功功率曲线图分析

（1）从历史事件列表分析得出如下结论：

1）开机并网后，励磁系统已切换至“总线控制”方式（即通信控制方式）；

2）当运行人员首次设定无功值“0”之后，励磁系统已切换至“无功控制”方式，由此证明励磁系统已经收到了监控系统“无功功率设定确认位”命令，此命令通过通信方式下发。注：因为励磁系统如果未收到监控系统无功功率确认位，励磁系统不会切换至无功控制方式，而监控事件列表上显示励磁系统已切换至无功控制方式了，事件列表见表1。

表1 异常事件时监控事件列表

（2）从监控系统无功功率设定反馈值及无功功率曲线图上分析，得出如下结论：

1）机组并网后，无功功率设定反馈值为“0”，如图1曲线6所示；当运行人员首次设定无功功率值“0”之后，反馈值为“0”无变化，但无功功率却一直上冲最高至80 MVar，之后励磁系统限制器动作将无功降低至70 MVar左右，说明励磁系统未执行“0”设定值，如图1中曲线6所示。

2）运行人员依次设定无功功率值“25 MVar”、“30 MVar”、“40 MVar”、“50 MVar”，但反馈值仍然为“0”，说明励磁系统并未接收和执行监控系统后续下发的设定值。

图1 异常时的监控模拟量记录

（3）原因分析

经过以上分析，初步判断机组无功上冲的异常现象原因是由于励磁系统满足了某种特定条件，即由于监控系统首次向励磁系统下发无功功率设定值“0”时，由于励磁系统与监控系统通信延时，导致“无功设定值确认”命令先到达励磁系统，而设定值“0”未到达或慢于“无功设定值有效”命令到达励磁系统,造成励磁系统将原寄存器中保存的“电压设定值”误以为是“无功设定值”执行，从而造成无功上冲现象。

由于这种异常事件是在某种特定条件下的偶然事件，但对发变组的安全运行存在安全隐串。这种偶然事件的发生，与监控系统程序将“无功功率设定值”的遥调命令和励磁系统切“无功控制”方式的遥控命令逻辑混在一起有一定的关系。

3 解决处理方案

3.1 优化修改监控系统程序“无功控制”方式投入命令

目前励磁系统由“电压控制方式”切为“无功功率控制方式”的监控程序命令逻辑为：GCB合→投励磁系统为“总线控制”方式→运行人员首次设定无功功率设定值→励磁系统切为“无功控制”方式同时执行新设定值。

这种方式存在一些不确定因素，由于无功功率控制方式切换的“摇控命令”与无功功率设定值“遥调命令”同时到达励磁系统程序，在励磁系统程序还未切为“无功功率控制”方式之前，励磁系统仍然处于“电压控制方式”，此时如励磁系统优先执行来自监控系统的无功功率设定值遥调命令，则励磁系统就会将“无功功率设定值”作为“电压设定值”执行，造成机端电压异常波动；另一种情况，就是励磁系统已切为“无功功率控制”方式，在程序未接受来自监控系统的无功功率设定值数值（模拟量）之前，就已执行了“设定值确认位”（开关量），此时就会将保存在励磁调节器程序无功设定值寄存器中的数值作为无功功率设定值赋予程序执行。正常情况下，在励磁系统由“电压控制”方式切为“无功控制”方式时，该寄存器预设值应为“0”，励磁系统正确执行。但在某些极偶然的不正常情况下，该预设值不是“0”，而是不确定的任意数值，励磁程序执行该数据就会引起机端电压异常波动。经攻关小组多方面分析和论证，4月11日2号机开机后无功功率上冲就属于这种极少见的异常现象。

为解决上述问题，多次分析和充分讨论，确定励磁系统切为“无功控制”方式的监控系统程序逻辑可修改为由“GCB合”信号来自动完成切换，而不依赖于运行人员首次下发无功功率设定值。当机组并网后，运行人员首先查看事件列表，确认励磁系统已投入“无功控制”方式后，再下发无功功率设定值，励磁系统就将按照运行人员下发的设定值正确执行。

监控系统LCU程序中，由“GCB合”信号自动将励磁系统切为“无功控制”方式的切换逻辑将修改为：GCB合→投励磁系统为“总线控制”方式→投励磁系统为“无功控制”方式。切换逻辑修改后，励磁系统只有在“无功控制”方式下，监控系统才能下发无功功率设定值，保证了与励磁系统程序的通信安全。

修改前、后监控系统投“无功控制”方式及“无功功率设定”逻辑程序示意图见图2、图3。

图2 修改前监控与励磁系统接口程序

图3 修改后监控与励磁系统接口程序

3.2 优化修改监控系统无功设定值程序逻辑

新励磁系统Unitrol 6800改造完成后，操作员工作站“无功设定反馈”数据框不再像原Unitrol 5000一样保持最近一次“无功功率设定值”，显示的却是“无功功率实际值”。当励磁系统电压异常波动时，运行人员不能明确最近一次下发的设定值是多少，难以判断电压波动是否与设定值不合理有关系。

分析新励磁系统程序，发现新励磁系统接收了来自监控系统的无功功率设定值后，首先将该设定值返回监控系统。但在励磁系统执行该设定值过程中，反馈值便被实际无功值替换，因此操作员工作站看不到最近一次下发的无功功率设定值。对比原Unitrol 5000程序，也是同样的逻辑，但在设定值反馈监控系统之前，进行了反馈值保持处理，使其不被实际无功值替换。为解决该问题，在监控系统程序中进行优化处理，以达到预期效果。处理方法如下：

监控系统无功设定程序页中，程序逻辑沿用了原Unitrol 5000逻辑，即将励磁系统返回的“无功设定反馈值”再次作为“设定值”下发至励磁系统，直至“反馈值”与“设定值”相等，如两者不相等则“设定值确认位”保持70 s有效。由于Unitrol 5000向监控系统返回的设定值即监控系统最近一次下发的设定值，如监控系统不再下发新设定值，则该值保持不变；但新Unitrol 6800向监控系统返回的设定值即在第一次返回之后（确认位消失），紧接着即返回无功功率实际值，该值不断刷新无功功率设定值寄存器，只是无“确认位”而不执行。这种情况下，当第二次监控系统再下发新的无功功率设定值，如励磁系统先接受了确认位，则将优先执行原保存的反馈值，紧接着再执行新设定值。这种方式正常情况下也能满足无功调节要求，但如因通信异常，新设定值未能到达励磁系统，则励磁系统就将错误地执行原来保存的反馈值，将无法满足无功功率调节的要求。

为解决上述问题，确定监控系统无功功率设定程序逻辑优化为：监控系统向励磁系统下发无功功率设定值后，保持该设定值不变，并将该设定值送至上位机操作员工作站显示。