PSS整定试验跳闸事故分析及防范措施

2018-03-26夏熙杰杨陈琦许立长李诚帅罗海冰许庆贺

电力安全技术 2018年1期

夏熙杰，杨陈琦，许立长，李诚帅，罗海冰，许庆贺

(1.河南恩湃高科集团有限公司，河南郑州 450052;2.上海发电设备成套设计研究院，上海 201100)

0 引言

现代电力系统中，励磁系统控制是一种保障发电机和电网稳定运行的重要手段。电力系统稳定器(PSS)作为一种附加控制环节，在励磁调节器中引入转速(频率)和发电机功率的合成信号作为PSS的工作信号，通过调整PSS相位补偿，有效提供正阻尼力矩，抑制可能出现的电力系统低频振荡。电网要求新投运和改造后的发电机组必须进行PSS整定试验，在电网和发电机正常运行时要求PSS有良好的相频特性，以合理、正确补偿励磁系统的相位滞后；PSS的投入和退出不会影响发电机电压正常稳态水平，PSS工作过程中不会引起发电机电压和功率过大的波动，防止发电机过电压、无功过负荷、发电机失磁或励磁不足；并且，对于原动机功率调整速度较快(如汽轮机甩负荷、水轮机快速升负荷)时，PSS不应出现明显的“反调”现象。

目前，部分发电机组的励磁系统存在逻辑软件设计风险控制能力弱，缺乏相应的限制功能等问题，在发电机并网运行过程中进行PSS试验会给机组的稳定运行带来较大风险，易造成发电机跳闸事故的发生。以下介绍某电厂一台火电机组改造后进行PSS整定试验过程中，在通道1的在线无补偿励磁系统相频特性测试完成后，又进行通道2的励磁系统频率特性测试时，通过参数修改模拟量输入对应量程后，发电机发生异常跳闸的过程。通过对工作原理的分析，提出防范措施，以降低PSS整定试验过程对机组稳定运行可能造成的风险，防止机组异常跳闸。

1 机组PSS整定试验简介

某630 MW的火电机组，发电机额定电压为20 kV，励磁系统采用机端自并励方式，励磁调节器为瑞士ABB公司生产的Unitrol 5000型双套微机励磁调节器。机组改造完成后，根据要求必须进行PSS整定试验。

要计算PSS的补偿，需实测励磁系统相频特性，再根据实测的无补偿相频特性测试结果和DL/T 1231—2013《电力系统稳定器整定试验导则》的要求，对PSS频率响应特性进行仿真修正计算和PSS参数设计，将所测得的无补偿相频特性与PSS单元频率响应特性相加，得到有补偿相频特性。通过调整PSS的相位补偿，使本机振荡频率的力矩向量滞后Δω轴0—30°；0．3—2．0 Hz频率的力矩向量滞后Δω轴(-20°)—45°。当有低于0．2 Hz频率要求时，最大超前角不应大于40°。同时，PSS不应引起同步力矩显著削弱而导致振荡频率的降低和阻尼的减弱。

2 事故过程

2.1 试验前的准备工作

当该电厂机组接近满负荷时，开始做PSS整定试验前的准备工作：将励磁系统柜内的发电机PT，CT采样回路，励磁电流、励磁电压采样回路以及模拟量输入口连接至试验仪器，确认试验线连接和机组运行参数均正确。

2.2 通道1的无补偿相频特性测试

准备工作完成后，首先对通道1(励磁系统主通道)进行励磁系统频率特性测试，将调试软件通过光纤连接至励磁系统通道1，并切换为就地控制。选择1个未连接至励磁系统控制计算环节的备用测试信号输入端口，并将此模拟量输入口的输入量程修改为1 V DC电压量对应1 %的模拟量，检查输入正确之后改为输入白噪声信号，显示无误后退出。然后，通过调试软件将模拟量输入对应的参数连接至励磁系统控制计算环节，此时通过模拟量输入的任何信号都能对励磁电压产生影响。于是缓慢增加频谱分析仪白噪声信号的幅值至1．2 V，然后经过励磁系统频率特性计算，得到通道1主控下励磁系统无补偿相频特性数据。

2.3 通道2的无补偿相频特性测试

通道1的励磁系统频率特性测试完成后，进行通道2的励磁系统频率特性测试。将调试软件通过光纤连接至通道2，观察2个通道之间的跟踪偏差，在偏差较小的时候，修改参数，将励磁系统切换至通道2运行。随后通过调试软件开通测试信号输入，将模拟量输入对应的参数连接至励磁系统控制计算环节，缓慢增加动态信号分析仪测试信号的电压，白噪声幅值缓慢增加。通过录波仪观察励磁系统输出的动态行为，发现测试信号较小时励磁系统的响应偏大，判定对应的量程偏大。于是首先断开了白噪声信号，在确认测试信号输入关闭后，通过参数修改模拟量输入对应量程，减小测试通道对信号的放大倍数，使得1 V DC电压量对应1 %的模拟量。在量程参数修改过程中，机组出现运行异常，发电机失步保护动作，灭磁开关跳闸，机组跳闸解列。

3 原因分析

在Unitrol 5000励磁系统中，模拟量输入信号通过参数整定，输入电压范围固定在-10 V DC至+10 V DC，并且在其中成线性比例关系。初始默认低值为-100 %，高值为+100 %，备用模拟量输入端口默认标定参数为：±10 V输入电压信号对应±10 000标定参数，对应软件内部±100 %。测试信号输入如图1所示。

图1 测试信号输入示意

做通道1和通道2的无补偿相频特性测试时，需先将默认标定参数从±10 000修改为±1 000，使得10 V DC电压量对应10 %的模拟量，即1 V DC电压量对应1 %的模拟量，再将模拟量输入对应的参数连接至励磁系统控制计算环节。本次试验进行通道2的无补偿相频特性测试时，在模拟量输入对应的参数已经连接至励磁系统控制计算环节的情况下修改此标定参数，这时通过模拟量输入的任何信号都能对励磁电压产生影响。

在修改过程中首先修改了高值，将操作参数由+10 000修改为+1 000。此时，-10 V DC至+10 V DC对应的量程从-100 %至+100 %变成了-100 %至+10 %，因而电压输入为0时，对应的模拟量输入信号为-45 %。其输出有效值由0变化为-45 %，励磁系统输出减少45 %，导致因测试信号参数标定失误，使励磁系统输出严重降低，磁场强度突然降低，功角变大。这导致发电机机端电压进行了-45 %的阶跃，发电机电压从20 kV瞬间降至11 kV，发电机电流由14 kA升至45 kA，发电机从满负荷正常运行快速进入失步状态。随即发变组保护发出发电机失步报警、发电机失步保护动作信号，发电机出口主开关断开，机组跳闸。

4 防范措施及建议

励磁系统是一种保障发电机和电网稳定运行的重要设备，PSS整定试验过程中机组异常跳机给发电企业带来了一定的经济损失。为预防类似事故的发生，提出以下防范措施及建议。

(1) 该励磁系统对AI转化信号标定无信号异常识别及闭锁功能，在进行PSS整定试验时，模拟量输入信号直接进入励磁系统PID运算环节，运算环节的输出直接影响整流桥脉冲触发角度，不经过任何过励、低励限制器，导致试验时的技术风险控制机制较弱。因此，可以对软件逻辑进行完善，增加对模拟量信号的限制环节，一旦信号超过幅值立即切除。

(2) 在进行PSS整定试验时，在离线状态下完成测试信号通道的标定参数调整，断开测试信号在软件内部的软开关，防止模拟量输入信号直接进入励磁系统PID运算环节。

(3) 由于PSS整定试验在机组80 %以上负荷时进行，励磁系统参数在修改定值后立即生效，存在很大的风险，因此应对技术风险进行预评估，加强对风险点的控制，形成标准规范的作业流程，并加强人员监督力度。