UN 5000励磁系统PT慢熔判断功能的改造方案

梁国柱

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050)

0 引言

励磁系统的主要作用是为发电机提供稳定的励磁电流[1]，维持发电机机端电压在给定值。励磁系统正常运行时采用恒电压闭环控制策略[2]，通过发电机机端电压互感器(PT)采集机端电压，并根据实际机端电压与设定电压的差值自动进行增、减磁调节。准确测量发电机的机端电压是保证励磁系统调节稳定的基本条件。励磁系统应具有完善的PT断线判别功能[3]，出现PT断线时迅速地自动切换电压采样通道，防止励磁系统持续增磁导致机端电压不断上升、发电机过激磁保护动作，使机组跳闸。

UN 5000励磁系统具有PT断线功能，PT断线动作后会自动切换至备用通道运行。但其PT断线功能不够灵敏，在因PT慢熔等异常情况导致电压小幅度降低时，励磁系统无法迅速识别PT异常并切换电压采样通道，随着机端电压的逐渐下降，励磁系统为保持原来设定的电压会继续增加励磁电流从而可能导致过激磁保护动作[4]。

国内某电厂已出现过多次因发电机机端二次侧PT慢熔、UN 5000励磁系统误强励、过激磁保护动作导致的机组跳闸。为了保证发电机组的稳定运行，应对UN 5000励磁系统的PT断线功能进行完善，增加PT慢熔判别功能。

1 UN 5000励磁系统PT断线功能分析

UN 5000励磁系统的PT断线逻辑如图1所示。励磁变压器二次侧的同步电压与发电机机端电压(标幺值)在正常时是相等的，通过两者的偏差值可判断发生了同步电压丢失或PT断线故障，判断逻辑如下。

(1)当机端电压(10201)-同步电压(10503)>电压监视偏差参数907的设定值(缺省值设计为15%)时，即同步电压比机端电压小15%时，经过1.5 s延时后励磁系统会报“Loss Conv.Supply”。出现该报警后，单通道的励磁系统会直接跳闸，双通道的系统则会切换到第2通道运行。引起该故障的原因有整流桥输入电源断电、整流桥线路熔断器熔断或励磁变压器副边短路等。

(2)当同步电压(10503)-机端电压(10201)≥电压监视偏差参数907的设定值时，经100 ms延时后报PT断线故障(Machine PT Fail)，PT断线动作后励磁系统(双通道系统)将自动或手动切换至第2通道。该报警是发电机测量回路出现故障时发出的，一般事故原因是PT熔断、PT测量回路接线松动、励磁系统测量采样板(MUB)故障。

图2 PT检测装置断线判断逻辑Fig.2 PT detection device disconnection judgment logic

图1 PT 断线逻辑Fig.1 PT disconnection logic

引起同步电压丢失故障的部位一般是整流桥或励磁变压器，难以在励磁系统运行时进行处理。而PT断线涉及二次测量回路，在切换到备用通道后可以进行故障回路的检查处理。在UN 5000励磁系统的定义中，PT断线为报警级别，属于较轻微的故障，而同步电压丢失则为故障级别。PT断线和同步电压丢失的共用判据为电压监视偏差参数907的设定值。为了判断PT慢熔的情况，应将907的设定值适当降低，一般可设为5%左右。但是UN 5000励磁系统说明书特别提到同步电压相对值(10503)会随着励磁的升高而下降，降幅可达百分之几。因此907参数不能设置得太小，否则容易误报同步电压丢失，甚至有可能造成单通道系统的励磁系统误跳闸。而不能随意对907参数进行修改，造成PT断线判据无法反映PT慢熔或电缆接触不良等电压小幅度下降的异常情况[5]。

2 PT慢熔判断的实现方法

2.1 外接PT断线检测装置

灵敏度高的专用PT断线检测装置可以将机端电压、负序电压或开口三角零序电压作为判据[6]，具有较高的精度，能够有效识别PT慢熔的现象。

四方公司CSC-306GBPT断线检测装置的压差识别精度为0.3 V。装置动作输出信号到UN 5000励磁系统，励磁系统收到外部的PT断线信号后自动切换至备用通道运行，PT断线判断逻辑如图2所示：Uab1，Ubc1，Uca1为发电机机端第1组PT的3个相间电压；Uab2，Ubc2，Uca2为发电机机端第2组PT的3个相间电压；U10为发电机机端第1组PT的开口三角电压，UL0为发电机中心点侧零序电压。以第1组PT断线判断逻辑为例，当PT断线压板及控制字投入、励磁系统通道运行且没有负序电流闭锁(即发电机没有发生不对称故障)时，有下述2种情况PT断线会动作出口，PT断线出口经过压板输出到UN 5000励磁调节器的外部切换通道，励磁调节器收到PT断线信号后切换至备用通道运行。

(1)发电机机端第2组PT电压正常(任一相间电压大于整定值Uzd2)，发电机机端第1组PT的任一相间电压小于第2组PT的任一相间电压且差值大于整定值Uzd1。

(2)U10大于UL0且差值大于整定值Uzd3。

外接PT断线检测装置的判断逻辑较为完善，对于PT慢熔有很好的灵敏度，但是需要寻找合适的安装位置，且需重新敷设电缆以引入2组发电机机端三相电压和开口三角电压、发电机机端电流以及中性点零序电压，PT断线检测装置与励磁系统之间也要进行开关量信号的传输。

2.2 软件内部搭建PT慢熔判断逻辑

由于907参数不能随意改小，可在UN 5000励磁系统软件内增加功能块，搭建专用的PT慢熔判断逻辑，如图3所示。当备用通道机端电压(标幺值)减去运行通道机端电压(标幺值)的差值大于参数3415的设定值，或同步电压减去机端电压的差值大于参数3416的设定值，则判断为运行通道出现PT慢熔的情况。参数3415和3416的设定值原则上不应超过V/Hz限制器的启动值与机端额定电压标幺值(100%)的差值，且需预留1%～2%的裕度。若将V/Hz保护设为106%，则参数3415和3416可以设置为4%～5%。PT慢熔动作后经过2 s的防抖动延时，输出连接到外部PT断线报警点(参数5906)，励磁调节器会报PT断线故障并自动切换通道。

图3 软件内部PT慢熔判断逻辑Fig.3 Internal PT slow melting judgment logic

本文励磁系统只采集了机端的三相电压和励磁变压器二次侧的同步电压，在逻辑判据上不如外接的专用PT断线装置完善，但实现方法相对简单，不用增加设备和敷设电缆，不用与外部设备进行通信，具有较高的可靠性。

3 结论

PT慢熔多次导致励磁系统过励磁机组跳闸事故的发生，各电厂应该重视励磁系统PT断线功能的完善。本文介绍的外接PT断线检测装置和软件内部搭建PT慢熔逻辑2种PT慢熔逻辑判断改造方案，在UN 5000励磁系统均有工程实践应用，发电厂可以根据本厂实际情况选择合适的方案，以消除励磁系统的隐患，保证机组的长期安全、稳定运行。