糯扎渡电站励磁系统起励程序优化分析

李东双，邹志平

（华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡水电厂，云南 普洱665005）

0 引言

糯扎渡电厂9×650 MW水轮发电机组励磁设备由国电南瑞生产，采用NES5100发电机励磁系统，已于2014年完成全部机组的现场调试及投运工作。2017年11月25日和2017年12月25日1号机组分别发生2次励磁系统起励失败，但每次失败后再次发令起励建压都成功，检查外部接线、继电器、板卡均未发现问题，停机后现地多次模拟起励建压至空载，开关动作及流程执行均正常。励磁系统起励失败直接影响到机组自动开机流程的执行，不利于机组的安全稳定运行。为此查明原因、解决问题，提高机组运行自动化程度，减少起励失败的发生次数，并分析提出解决此类问题的相关措施。

1 事件经过

2017年12月 25日 14：40：58操作下发“1号机组GCB发电操作”，14：45：22监控系统报“1号机组励磁系统投入”，14：45：52监控系统报“1号机组励磁系统投入复归”，14：45：56监控系统报“升压失败给励磁系统退出令，流程退出”、“1号机组自动开机失败”，1 号机组转为空转态。172 s后（14：48：48）操作再次下发“1号机组GCB发电操作”，1号机组于14：52：15成功并网发电。

2 处理过程

查看监控系统历史曲线和简报（图1），发现1号机组第一次操作并网过程中，监控系统收到励磁系统反馈的“励磁系统投入”和“励磁调节器A套投入”信号，但未收到“励磁系统起励”信号（正常开机过程监控系统应同时收到并报出此3组信号），同时“1号机组励磁系统起励失败”信号也未报出，说明起励控制未投入。现地检查励磁系统设备，无相关报警信号，各元器件运行正常，励磁系统开关量板卡信号正常。从以上现象判断1号机组开机第一次升压过程中励磁系统起励控制投入存在故障。

1号机组停机后，对1号机组励磁系统起励控制投入信号的5个判别条件（①电压环或电流环在闭环模式下；②机端电压＜20%；③有转速令；④处于待机态；⑤收到开机令）回路、继电器检查均正常。对发电机制动柜送至励磁系统的90%转速信号回路进行绝缘测试，测试结果合格（500 V电压下对地电阻550 MΩ）。排除外部回路问题后，将1号机组开机至空转，对1号机组励磁调节器起励控制投入信号的5个判别条件分别进行条件缺失及开出继电器KO_02继电器拒动工况下远方起励建压测试，共计15次，未出现原故障简报现象。

3 原因分析

对图 1 的简报进行分析，从 14：45：21 到 14：45：24，监控系统给励磁系统发出了一个3 s的励磁系统投入令，励磁系统发出了“励磁系统投入”信号，并复归了“励磁系统具备开机条件”信号。说明励磁系统能正常收到远方励磁开机令，但初励并未投入（“1号机组励磁系统起励”信号未报出），励磁系统未能正常建压，也没能报出“1号机组励磁系统起励失败”信号。励磁系统的起励功能由逻辑组态实现，针对“1号机组励磁系统起励”（起励控制）和“1号机组励磁系统起励失败”2个信号进行分析梳理。

图1 监控系统事件记录简报

“1号机组励磁系统起励”投入（即起励控制）需要下面5个判别条件同时具备：①电压环或电流环的闭环模式下；②机端电压＜20%；③有转速令；④处于待机状态；⑤收到开机令。

产生初励控制信号之后，定时1（98）定时器启动时，开始9 s的计时（9 s后如果满足起励失败的条件，则报出起励失败信号）。

从初励控制投入时刻开始，如果起励耗时＞9 s，机端电压＜20%同时满足，则报出起励失败信号。

通过上述的起励功能逻辑分析，可判定在励磁系统收到远方励磁投入令后，起励未投入。起励控制未投入（即没有开出“1号机组励磁系统起励”信号），也就无法触发启动定时器，进而无法报出“1号机组励磁系统起励失败”信号。若要开出“1号机组励磁系统起励”信号，则需要同时具备起励控制投入信号的5个判别条件。

根据以上判别条件，在电压环闭环模式下对外部开入信号进行模拟试验验证：

（1）开出“1号机组励磁系统起励”信号继电器拒动，远方升压至空载。通过对比图1故障简报多出“1号机组励磁起励失败”“1号机组起励（励磁SJ30）”信号，说明调节器能开出起励控制投入信号时，如果起励失败会报“1号机组励磁起励失败”简报信息。结论：开出“1号机组励磁系统起励”信号继电器拒动不是造成此次起励失败的原因。

（2）“机端电压＜20%”判别条件缺失，远方升压至空载。通过对比图1故障简报缺少“1号机组励磁调节器A套投入”“1号机组励磁系统投入”信号，说明调节器未能开出励磁系统投入信号。结论：“机端电压＜20%”判别条件缺失不是造成此次起励失败的原因。

（3）“收到开机令”判别条件缺失，远方升压至空载。通过对比图1故障简报缺少“1号机组励磁调节器A套投入”“1号机组励磁系统投入”信号，说明调节器未能开出励磁系统投入信号。结论：“收到开机令”判别条件缺失不是造成此次起励失败的原因。

（4）“有转速令”判别条件缺失，远方升压至空载。此简报比故障简报缺少“1号机组励磁调节器A套投入”“1号机组励磁系统投入”信号，说明调节器未能开出励磁系统投入信号。结论：“有转速令”判别条件缺失不是造成此次开机失败的原因。

综上所述的模拟试验情况，排除4个外部开入的判别条件是造成此次开机失败的可能性。通过简报信息、模拟试验以及“励磁系统起励、起励失败”信号判断逻辑的综合分析，导致本次起励失败的原因为励磁系统收到监控起励令后未能执行初励控制及后续起励流程的程序，那么可以锁定故障原因在调节器内部，且在组态逻辑判断环节出现了问题。励磁系统起励程序通过组态逻辑判断实现“起励控制”和“起励失败”功能，当起励控制投入信号的5个判别条件在组态内进行判断时，相关临时变量需一一满足逻辑判断后才能开出初励控制命令，判断逻辑复杂且中间变量环节多，由于NES5100励磁系统的特性，无法对内部逻辑环节进行监测，所以最终判断起励失败原因是判断逻辑的中间变量环节出现中断，导致无法开出初励控制命令。

4 程序升级优化

励磁调节器程序升级之前是通过组态逻辑判断实现“起励控制”和“起励失败”功能，当5个判别条件在组态内进行判断时，相关临时变量需一一满足后才能开出初励控制命令。程序升级后以C语言的方式进行比较判定，5个判别条件直接判断，减少了组态依次判定临时变量和叠加的中间环节（图2），从而减少临时变量判断失败的可能性，进而提高起励可靠性。

图2 升级后部分程序

在现有的故障、限制、告警自动启动录波的基础上，增设开机自动录波、停机自动录波功能，录波文件中包含了较为详细的模拟量和开关量，为后续分析开停机过程中各状态的变化提供有力的数据支撑。程序中增加起励函数，升级后“起励控制”和“起励失败”部分不再由组态逻辑判断，改由程序直接控制，其他控制程序不变。程序中增加起励函数如下：

voidRfon（）

{ static unsigned int t1;

if（gp[DORfCntl]==0）

{t1=0;

if（（gp[DIStart]==1 || gp[DIHandStart]==1）

&&（gp[DISpeed]==1）

&&（!（gp[DIStop]==1 || gp[DIHandStop]==1 ||gp[LockF]==1 || gp[MarkVolt]==1 || MarkCurr==1 || rf_delay==1））

&&（gp[ModeCntl]!=2））

gp[DORfCntl]=1;

发烧是人体的自我保护机制之一，是人体在调动免疫系统对抗疾病的过程中表现出来的一种症状，因此发烧不完全是坏事儿。很多种疾病都可能引起发烧，体温的高低与疾病的严重程度也不一定成正比。个人的体质不同，体温调节的敏感度也会不同，有的人轻微感冒就能烧很高，有的人即使严重感染了也不见得有很高的体温。这里说的“感染”可能是病毒感染，也可能是细菌等其他病原体感染。

}

else

{t1++;

if（gp[MarkVolt]==1||MarkCurr==1）

{gp[DORfCntl]=0;rf_delay=1;gp[DORfFault]=0;}

if（（gp[MarkVolt]!=1||MarkCurr!=1） && t1＞2424）

{gp[DORfCntl]=0;rf_delay=1;gp[DORfFault]=1;}

}

if （gp[MarkVolt]==1||MarkCurr==1||gp[MainStatus]==AVRWait）

gp[DORfFault]=0;

}

在原来的组态上删除“起励控制”和“起励失败”的逻辑判断流程并增加开停机时启动录波（图3）。

图3 新增开停机录波

程序升级优化后，经数据统计2018年励磁系统起励1266次，励磁系统起励成功率到达100%，故障问题未再次发生。

5 结语

水电站在电网中调频、调峰和事故备用的作用明显，开、停机次数非常频繁，励磁系统的稳定运行是保障开停机成功率的重要环节之一，它的可靠运行直接影响着整个机组的安全稳定运行。通过对励磁调节器程序升级优化，解决了原起励程序中间变量环节多的问题和组态逻辑判断复杂的问题，2018年励磁系统起励数据统计结果验证了程序优化效果非常显著。当然励磁系统接线复杂，元器件故障等易导致起励失败，因此提高励磁系统的可靠性设计及投入成功率，还需要努力去完善。