励磁系统涉网试验中转子过电压保护动作分析与处理

2023-10-11余伟

水电站机电技术 2023年9期

余伟

（1.五凌电力有限公司，湖南长沙 410000；2. 湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南长沙 410000）

1 引言

三板溪电厂安装4 台单机250 MW 混流式发电机组，总装机1 000 MW。发电机励磁系统选用瑞士ABB 公司生产的UNITROL5000 型静态励磁系统。

2020 年6 月21 日，三板溪电厂进行3 号机励磁系统参数建模及PSS 试验，在完成3 号机励磁系统Ⅱ通道PSS“反调”试验，手动退出PSS 功能后，进行励磁系统阶跃试验过程中，励磁系统转子过电压保护动作，励磁系统退出，灭磁开关跳闸，GCB 跳闸。本文根据现场检查情况，分析了UNITROL5000励磁系统转子过电压保护动作原因。

2 转子过电压保护原理

UNITROL5000 励磁系统转子过电压保护原理：当励磁调节器检测到跨接器导通电流值（P10929 霍尔元件检测值）大于导通电流设定值（P925 厂家整定值120 A）持续20 ms 以上，则转子过电压保护动作[1]。

3 故障分析

3.1 GCB 跳闸原因检查

事件发生后电厂立即根据励磁系统、上位机告警及故障录波图检查证实：事件发生时，3 号机机端电压、机端电流、励磁电压、励磁电流平稳，无波动故障现象。3 号机机组发变组保护装置、水机保护装置无启动记录。由检查可知灭磁开关、GCB 跳闸的原因系励磁系统退出，跳灭磁开关，同时联跳GCB。

3.2 励磁系统退出原因检查

检查励磁系统历史报警记录，在3 号机励磁系统试验过程中，只有一条报警记录：FAULT 35“Field overvoltage”（转子过电压）。查阅励磁系统软件图可知，当FAULT 35“Field overvoltage”的报警开出时，直接退出励磁系统，跳灭磁开关。

3.3 励磁系统报警原因分析

查询FAULT 35“Field overvoltage”的报警逻辑图，其报警条件如下：

当励磁通道运行情况下，励磁系统未退出，没有闭锁信号且跨接器出现过电流则会报出FAULT 35“Field overvoltage”信号。

而现场检查情况如下：

（1）通道运行：事件发生时机组并网带220 MW负荷，励磁系统通道Ⅱ运行，该条件满足；

（2）励磁系统未退出：当时励磁系统投入，该条件满足；

（3）无闭锁信号：检查励磁系统报警记录，无闭锁，该条件满足；

（4）跨接器过流：若要触发FAULT 35“Field overvoltage”（转子过电压）告警，必须满足跨接器电流采样值大于动作定值（120 A）。

查阅故障录波图时发现事件发生时机端电压、机端电流、励磁电压、励磁电流波形平稳，一次设备未出现异常，转子未出现过电压，排除跨接器实际电流大于120 A 的情况。理论上正常运行时，霍尔电流互感器（CUS）采样值为0，而观察4 台机组实际运行时CUS 采样值不为0。因CUS 安装在灭磁开关柜内，元件附近的励磁直流输出铜排裸露且不对称，当励磁输出铜排通过大电流（正常运行时实际励磁电流为1 300 A）时，因为不对称的磁场会使霍尔元件受到感应，从而造成CUS 采样回路电流不为0，因此确定为跨接器实际采样电流值受到干扰或者采样回路异常[2-3]。

3.4 跨接器电流采样及转子过电压动作电流定值

转子过电压动作电流整定原则应为躲过最大励磁电流运行工况下且CUS 输出端开路时干扰信号产生的虚假电流，计算公式如下：

式中Ir.set为跨接器电流动作值，Ien为强励情况下的励磁电流，Ie为某已正常运行工况下的励磁电流，Ir为该运行工况下CUS 所检测到的跨接器电流，Kd为裕度系数（一般取1.2），Kk为可靠系数（一般取1.5~1.6）。

现场实际观察1 号机、2 号机、4 号机励磁系统P10929（跨接器电流）值为50 A 左右，且随励磁电流变化而变化。

根据计算公式，在此情况下计算1、2、4 号机励磁系统P925（转子过电压）电流定值应为240 A，3号机励磁系统P925 电流定值应为380 A，而电厂目前设置定值为120 A，明显偏小，跨接器电流采样回路异常或受干扰时，采样电流瞬时大于120 A，转子过电压有误动作的可能。霍尔传感器安装在灭磁开关柜内，周围布满了直流母排，机组正常运行时，励磁电流为上千安培，强励时更大，对CUS 存在较大干扰，电厂4 台机组实际运行采样电流值均已证明；过电压保护定值设置偏小，无法躲过机组正常运行时的叠加干扰，电厂3 号机实际采样值在后续进行4%阶跃试验时为93 A 即已证明（强励时更大）。即3 号机在进行阶跃试验时受到干扰，采样值大于定值，引发转子过电压保护动作退出励磁系统。