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​一起励磁系统过励限制 引起的机组跳闸事件分析

2016-02-26 07:09阅读：

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​一起励磁系统过励限制 引起的机组跳闸事件分析

就某厂EX2100励磁系统过励限制及保护动态校核过程中出现的机组跳闸事件，得出了事故原因为过励限制动作时进行了错误的增磁操作，由于两套控制器参数不一致导致了励磁系统跳闸，最后对励磁系统动态校核试验提出了建议。
1 EX2100励磁系统简介
EX2100是GE公司第三代数字式励磁系统，具有较高的可靠性，而且设计灵活，操作方便。主要由调节屏（AVR）、可控硅整流屏（SCR），交流进线屏和直流出线屏组成。其中交流进线柜中包含交流滤波器，直流出线柜中包括灭磁开关。
1.1 调节器原理
EX2100励磁系统采用三重冗余的控制器：M1
、M2和C。三个控制器同时对输入的信号计算比较，控制器中各板件通过底板高速通讯母线ISBUS相互连接进行通讯。M1、M2一个为主控制器通道，另一个跟踪主控制器通道输出。C控制器对M1和M2进行监控，来决定M1和M2哪一个作为主控制器工作以及M1/M2控制器通道切换。励磁调节器主要有PSS、UEL、EXASP、FCR、FVR等模块构成。各模块功能及逻辑关系如下：
PSS(Power System Stabilizer)：电力系统稳定器
UEL(Under Excitation Limiter)：低励限制
FVR(Field Voltage Regulators)：励磁电压环调节
FCR(Field Current Regulators)：励磁电流环调节
AVR(Automatic Voltage Regulator)：自动电压调节器
图1EX2100励磁系统调节器原理
Fig.1The principle of EX2100 excitation system regulator
AUTO REF(Auto Reference)：根据用户提供的参数和条件，结合辅助的稳定和保护信号为自动电压调节器生成一个自动整定值。
MANUAL RER(Manual Reference)：根据用户提供的参数和条件，为FVR提供的手动整定值。
EXASP：综合PSS、AUTO REF、UEL、无功电流补偿、机端电压输入等计算出的AVR整定值。
AVR：整定值为EXASP功能模块输出，反馈为发电机机端电压，采用比例积分调节器输出以维持发电机机端电压恒定。
FVR：运行于手动调节方式时，使用励磁电压作为反馈，采用比例积分形式输出。运行于自动电压调节方式时，AVR的输出不带任何条件，直接送到FVR输出。无论手动或自动调节方式，FVR输出始终有效。
FCR：是一种使用励磁电流作为反馈的特殊手动调节器。其整定值在发电机稳定运行容量范围之内，通过高限、低限之间切换其整定值，以提供瞬时强励能力。一般情况下其整定值要比实际的励磁电流大一点。FCR的输出保持在顶值，当其使能值(Enable)变为允许(True)，输出可以跟随FVR比例积分调节器输出。
当励磁系统过励限制动作时，FVR输出值大于FCR输出值，而整流桥的触发命令是FVR和FCR输出中较小的一个，因此自动切换为FCR方式运行，FCR方式作为限制环运行。
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1.2 过励限制/保护
发 电机转子设计热容量一般用反时限特性函数表示，励磁限制器要保证在磁场过电流时转子不会过热损坏，因此励磁过电流限制也用反时限曲线表示。反时限曲线类型 应与发电机转子允许过电流函数特性一致。并且过励反时限特性与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差，确保在保护动作之前限制动作。
过励反时限启动值应小于发电机转子过负荷保护的启动值，大于Ifn，一般为(105％～110％)Ifn。启动值不影响反时限特性，当磁场电流大于启动值后进入反时限计算。过励反时限限制值一般比启动值减少(5％～10％)Ifn，以释放积累的热量，也可限制到启动值，再由操作人员根据过励限制动作信号减少磁场电流。
EX2100励磁系统过励限制器为比较式限制器，由三段反时限曲线构成，如下图：图中上半部分三条曲线自上而下分别是负载状态励磁电流跳闸曲线、通道切换曲线、磁场电流限制曲线；左下部分一段为空载状态励磁电流限制曲线。
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图2EX2100励磁系统过励限制曲线
Fig.2 Over excitation limit curve of excitationsystem EX2100
过励限制曲线参数描述：
OETripLev：磁场电流反时限曲线(I*T)120s时跳闸电流（定值：4642.4A）
OELimitLev：磁场电流限制曲线，为跳闸电流的百分数（定值：70%）
OE_Inf：磁场电流反时限曲线无限大时间终值（定值：4393.7A）
OE_PU：磁场电流反时限启动值（定值：4227.9A）
FCRReLo：FCR方式过励限制启动值（定值：4145A）
当磁场电流超过限制设定值时，进入FCR方式运行，当检测到限制失败，磁场电流大于切换曲线值、小于跳闸曲线值时，控制器发通道切换指令。当励磁电流大于磁场电流跳闸曲线值时，调节器发励磁系统跳闸指令，以保护发电机转子。
2 过励限制试验
2.1 试验方法
试验时退出励磁调节器AVC控制，修改调节器参数，降低过励限制值，手动增减磁操作至限制值，观察励磁调节器对励磁电流是否有过励限制功能。在确认过励限制功能有效后分别进行PSS投入与退出情况下的电压阶跃试验，同时启动录波，阶跃量应由小到大进行，观察励磁电流是否被限制。
2.2 试验过程
试验当日02:50分左右，#3机组准备就绪，开始励磁系统过励限制及保护动态校核试验。机组工况：有功功率360MW，无功功率62MVar，转子电流2345A。试验时将过励限制器的OE_PU由原来的4227.9A改为2462.25A，OE_Inf由原来的4393.7A改为2520.875A，OELimitLev由原来的70%改为5%，FCRReLo由原来的4145A改为2403.625A。开始励磁调节器过励限制校核试验操作，当转子电流升到2600A时，过励限制器经延时运行通道(M1)切换到FCR方式，励磁电流降为2403.625A，装置发94（励磁过电流反时限报警）、104（励磁电流OEL报警）信号，过励限制器正常动作。当技术人员恢复运行通道(M1)参数时，励磁电压、电流大幅摆动，引起#3机组励磁系统重故障联跳发变组。
机组跳闸时机端电压、机端电流、励磁电流、励磁电压、灭磁开关曲线见下图，图中机端电压、机端电流、励磁电流、励磁电压摆动3次后灭磁开关跳闸。


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图3 机端电压电流，励磁电压电流曲线
Fig.3 The curve of Generator voltage
current and Excitation voltage and current
2.3 原因分析
当励磁装置过励限制动作后，转入FCR调节器运行方式，若要退出FCR运行方式，转入AVR运行方式，应对励磁装置进行“减磁”操作，直到励磁电流小于限制值。但当时进行了“增磁”操作，导致AVR的给定值升高。转子电流在FCR运行方式经冷却延时后转入AVR运行方式时，机端电压为“增磁”操作后AVR的给定值。由于给定值已被升高，导致机端电压突然升高，重新进入过励限制状态，经过5s左右装置的过励限制器又一次动作，回到FCR运行方式。往复3次后装置运行在FCR运行方式下导致励磁电压、电流大幅波动，进而机端电压、电流、功率也大幅摆动。在将修改后的参数恢复至原参数过程中，由于控制器M1的FCRReLo改回4145A，而控制器M2的FCRRefLo为2403.625A，控制器M1、M2参数不一致，导致M1、M2无法切换、装置判断控制器故障引起励磁调节器跳灭磁开关。
3 结论及建议
1、EX2100励磁系统过励限制能满足限制要求。
2、励磁系统过励限制动态校核存在较大风险，应该在机组停机状态下先进行静态调试，调试后再进行动态校核。
3、加强专业知识的学习，达到一定的深度和广度。试验前要做好现场技术、安全交底工作，确保在调试中发生异常工况时及时处理。
4、试验过程中的增减磁操作要根据机组实际工况适时调整，防止运行工况进入不稳定状态。
5、对试验参数的修改要在机组无限制动作的前提下进行，防止修改参数时恰好限制动作导致两套控制器无法切换引起跳闸。
上述案例摘自《电气技术》2015年第8期，若需要完整资料，请查看原文！
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