ALSTOM-V3励磁系统过励限制与保护参数配置改进与优化

中广核工程有限公司调试中心 朱小霞 陈俊华 刘欣亮

1 引言

励磁系统作为大型发电厂的核心控制设备之一，为发电机提供直流励磁电流产生磁场，空载时可调节发电机的电压，并网后维持机端电压在恒定的给定值水平，当系统电压突降到一定值，或者是系统电压下降速率到一定值时，励磁系统自动启动强励，最大限度增加励磁电流以提高系统的无功水平，维持系统电压稳定。为保护励磁系统本身及发电机，大型发电机组励磁系统需设计强励限制及过励限制功能，并配置相匹配的过励保护。

本文基于某百万千瓦级机组采用ALSTOMV3无刷励磁系统，该电厂采用的两机一变励磁方式，励磁机为ALSTOM制造的TKJ系列无刷励磁机，励磁调节器采用ALSTOM制造P320-V3控制器，包括两个自动通道和一个手动通道，励磁调节器及励磁机均较原有V2版有所升级，过励限制、强励功能与过励保护的设置的方式发生了变化，也引出了三者之间的配合问题。

2 过励限制与强励功能逻辑

该电厂二期工程采用的ASLTOM-V3型励磁调节器，在励磁调节器内部逻辑中，励磁电流与过励、强励定值进行比较后，通过逻辑运算后输出至主环逻辑函数中实现过励与强励功能。

当发电机励磁处于自动电压模式并网运行时，若机端电压变化率＞MAXIE1（500%Un/s），或机端电压＜MINE1（70%Un），触发内部强励请求，请求信号于TMPIE5（900s）内自动闭锁强励。

过励反时限过励限制的定值内部计算公式如公式（1），当实测励磁电流IEXC到达时，过励限制动作。

将设计参数代入公式（1），IFP=2.188pu，INF=1.1，DELTA_SP=1928.84%，TIE5=1.665，IER=1，取过励动作时刻IFDINV=IEXC，可得理论临界动作时间。

3 过励（过励磁）保护功能

3.1 AC侧励磁电流过流保护

AC侧励磁电流过流保护213XI装置定值原始配置及联动逻辑见表1，其中励磁变二次侧CT变比为200:1，励磁调节柜输入励磁机的额定励磁电流为119A，交直流侧换算系数取0.816。

表1 213XI保护装置配置及逻辑联动表

反时限动作时间计算公式如下：

其中，t为运行时间，I为实测电流，IS为启动值，T为时间倍数0.025to1.5，K=80，α=2，L=0。

3.2 DC侧励磁电流过流保护

DC侧励磁电流过流保护215XZ装置定值原始配置及联动逻辑如表2，其中直流电流采样取自分流器电压信号，分流器变比200A/100mV。

表2 215XZ保护装置配置及逻辑联动表

3.3 过励保护动作逻辑

保护装置内各段保护无论是定义为报警或者跳闸，其动作节点均进入励磁调节器相应的开入点，经过逻辑后再出口相应的报警信号与跳闸[1]。

保护装置213XI和215XZ的过流1段保护报警节点并联后引入励磁调节器的过流一段动作逻辑中，触发过流1段报警信号，如故障持续，将经过TMPLB1（5.5s）切通道，经过TMPLB4（2s）切至手动（MANU）模式，经过TMPLB2（3s）触发励磁过流2段跳闸逻辑。故过流1段对虽然设置为报警，但是在励磁调节器逻辑中，如果一直存在，最终触发过流2段动作出口[2]。

213XI与215XZ装置的过流2段保护动作节点并联后，进入励磁调节器的过流二段动作逻辑中，触发过流2段报警及跳闸出口。

无论是过流1段还是过流2段，均将经过相应的延时动作于跳闸。

本文经过项目部项目经理、总工、技术员、安全监理等人，对安全风险因素进行了打分，共有50份打分表，然后对这些基础数据进行离散化处理并形成基于粗糙集理论的决策表，然后将处理后的数据输入ROSETTA软件，最后利用Johnson’s algorithm算法对造价风险评价指标进行筛选与约简，从而得到优化之后的指标，最终形成34组有效数据.本文以W6盖梁施工作业单元的人员因素风险为例，运用粗糙集理论确定各风险因素的权重.

4 存在的问题及改进方案

4.1 存在问题

一是根据国标《GB-T7409.3-2007同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求》5.4节要求励磁系统的顶值电流允许持续时间应不小于10s。现有9s的强励持续时间不符合国标要求。

二是过励保护与过励限制、强励配合问题。当反时限过励限制功能在励磁电流为1.977pu时延时11.16s动作，动作后再将励磁电流限制在1.1倍；当反时限过励限制在励磁电流为1.195pu时延时79s动作，动作后再将励磁电流限制在1.1倍。

此时：213XI励磁电流过流保护定值0.539In（1.1pu）偏低，容易误动；215XZ励磁电流过流保护定值0.75Un（1.26pu）/10s，容易误动。

三是过励保护213XI装置定值整定问题。过流1段定值与过流2段反时限的启动值为0.539In，但装置的最小步长为0.05In，定值无法整定；过流3段定值为2.08In，但装置的最小步长为0.05In，定值无法整定。

4.2 改进方案

4.2.1 强励及过励限制参数优化实施

强励倍数按2倍计算为：2×119=238A，换算至交流侧为238×0.816/200=0.971In，考虑到213XI装置整定步长为0.05In，故将二段反时限动作定值取1.0In，即对应励磁电流1×200/0.816=245A,245/119=2.0596pu。

故修改励磁强励限制倍数IFP修改为2.06，时间10s，则反时限过励限制参数为IFP=2.06，DELTA=32.436，IER=1，TIE5=1，INF=1.1（IF_THERRM=1.1）。带入公式（1）可得过励限制反时限延时时间为：

根据过励限制反时限修改213XI装置定值如表3。

表3 优化后213XI保护定值表

根据公式（2），参考IEC EI标准，换算过励反时限动作时间：

T=0.339×/[（IEXC/0.55）2-1]

经现场调试，过励限制反时限和过流反时限理论值及实测值如下，由此可知：过励限制先于213XI过流反时限动作，限制与保护配合正确。

表4 优化后213XI反时限保护与过励反时限配合实测表

213XI限时过流定值短路保护，由于最低步长为0.05In，无法设置为2.083In，设置为2.05In，IEX=2.05×200/0.816/119=4.22pu，该电流大于强励限制电流，励磁正常调节时励磁电流不高于2.06倍，延时设置为0.05s保持不变；

213XI过流1段报警定值设置为1.0In，对应IEX=200/0.816/119=2.059pu，此电流下强励限制及过励限制反时限动作时间均为10s，该保护延时T1+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2需躲过10s，且T1+TMPLB1切通道逻辑建议再满足强励10s的基础上较为合适。

4.2.3 过励保护215XZ定值优化

图1 优化后213XI反时限保护与过励反时限配合示意图

根据过励限制，设置215XZ过流1段定值设置为1.2Un，对应励磁电流1.2×200/119=2.017pu，此电流下过励限制反时限动作值为10.6s左右，需保证该保护延时T2+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2躲过10.6s，且T1+ TMPLB1切通道逻辑建议再满足强励10s的基础上较为合适。215XZU＞＞定值设置为最大值1.2Un，延时T3宜躲过过励限制反时限10.6s。

表5 优化后215XZ保护定值

4.2.4 励磁调节器内部过励定值优化

考虑213XI和215XZ的过流1段延时触发逻辑要求，修改励磁调节器内部动作逻辑延时参数如下，可满足过流1段故障经保护装置定值延时后，发送信号至调节器内部逻辑，触发切通道（t+2s）、切手动（t+2s+1s）、跳闸（t+2s+1s+1s）的动作时间满足与过励、强励时间的配合要求。

表6 优化后励磁调节器内部参数

5 结论

对于大型机组首次时使用升级后励磁调节器，其重要限制功能及逻辑应在设计采购阶段提前联系厂家优化参数，核算出符合现场的限制及保护参数匹配度，提前发现并解决问题，避免在机组调试时才发现问题，减少对现场进度的影响。

本文通过对过励限制、强励功能以及过励保护的配置分析，对该电厂首次升级使用ALSTOM-V3型励磁调节器过程中出现的适用性问题进行了研究与改进，相关经验反馈可落实推广至后续ALSTOM-V3型调节器的项目，具有一定的参考借鉴价值。