完善自動勵磁調節器TV斷線判別邏輯的措施探析

(神華國能集團有限公司重慶發電廠，重慶 400053)

完善自動勵磁調節器TV斷線判別邏輯的措施探析

徐維利

(神華國能集團有限公司重慶發電廠，重慶 400053)

選用ABB公司UNITROL 5000型自動勵磁調節器的大型汽輪發電機組，TV斷線判別邏輯存在不完善問題。通過對一起TV斷線引發誤強勵、造成停機事件的典型案例分析和探討，提出了完善TV斷線判別邏輯的建議措施和現場試驗方法，保證自動勵磁調節器安全可靠運行。

自動勵磁調節器；TV斷線；誤強勵；判別邏輯

0 引 言

中國600 MW及以上的汽輪發電機組已廣泛采用機端自并激靜止勵磁，勵磁系統選用ABB公司的UNITROL 5000型微機數字勵磁調節器，運行可靠性較高。然而，大型汽輪發電機組機端TV斷線是自動勵磁調節器誤強勵發生的主要誘因之一。近年來部分600 MW級機組運行中暴露出UNITROL 5000型勵磁調節器TV斷線判別邏輯不完善的問題。在機端TV一次熔斷器發生慢速熔斷的異常情況下，自動勵磁調節器不能正確檢測出TV斷線，而誤判斷為一次系統故障，發生誤強勵，造成發電機轉子過流保護動作跳閘的非計劃停機事件發生。完善UNITROL 5000型自動勵磁調節器TV斷線判別邏輯，對于控制減少誤強勵導致的非計劃停機事件發生，提高大型汽輪發電機組自動勵磁調節器安全可靠性具有重要的現實意義。

1 ABB UNITROL 5000型自動勵磁調節器簡介

配置ABB公司UNITROL 5000型微機數字勵磁調節器的自并激靜止勵磁系統，主要分為4個部分：勵磁變壓器、可控硅整流器、自動勵磁調節器、起勵與滅磁單元。

自動勵磁調節器(AVR)采用數字微機型，由雙自動通道組成，2個等同的自動通道提供100%自動冗余度，每個自動通道含手動后備控制。雙自動通道一主一備用，性能可靠，具有微調節和提高發電機暫態穩定的特性。

自動勵磁調節器設有電壓給定和調節、過勵磁限制器(最大勵磁電流限制、過勵定子電流限制)、欠勵磁限制器(P/Q限制、欠勵定子電流限制、最小勵磁電流限制)、恒無功或恒功率因數疊加調節、電力系統穩定器PSS、自動無功調節AVC、手動調節、監視和保護功能等單元。

可控硅整流器由5個功率整流裝置并聯運行，其中1個功率整流柜退出運行時，能滿足發電機強勵和1.1倍額定勵磁電流運行的要求。當有2個功率整流柜退出運行時，能提供發電機額定工況所需要的勵磁電流。

在自并激靜止勵磁系統中，勵磁電源取自發電機機端，起勵方式采用380 V AC電源，取自各機組400 V汽機MCCA段。滅磁單元設備的作用是將磁場回路斷開盡可能快地將磁場能量釋放，滅磁單元主要由磁場開關、滅磁電阻、晶閘管跨接器及其相關的觸發元件組成。機端自并激靜止勵磁系統原理如圖1所示。

圖1 機端自并激靜止勵磁系統原理框圖

2 自動勵磁調節器TV斷線原有判別邏輯

如圖2所顯示，ABB UNITROL 5000型勵磁調節器原有TV斷線判別邏輯為：實測量發電機線電壓與勵磁變壓器低壓側同步線電壓之間的允差(10%)，以標稱電壓的百分數表達，當(Utb-Ujd)﹥Ujs，經延時0.1 s，發電機線電壓故障報警，同時閉鎖發電機強勵；當(Ujd-Utb)﹥Ujs，經延時1.5 s，發出同步線電壓故障報警。為避免復雜的整定值計算，在用戶沒有提出特別要求的前提下，ABB 公司設計組態的TV斷線判別邏輯一般按照圖2方案實施，在發電機機端TV一次熔斷器快速熔斷、TV二次側空開跳閘、誤拉停TV柜等異常情況下，能夠正確檢測出TV斷線故障，防止誤強勵發生。然而，該方案存在TV斷線判別邏輯不完善的問題。由于沒有采用電流突變量、負序電流和三相電壓位變化等判據，在機端TV一次熔斷器發生慢速熔斷的異常情況下，不能正確檢測出TV斷線，很可能導致發電機誤強勵發生。

圖2 ABB UNITROL 5000型原有TV斷線判別邏輯圖

3 典型案例

某電廠2號發電機型號為QFSN-66-2-22B，額定容量為733.3 MVA，額定功率為660 MW，定子額定電壓為22 kV,定子額定電流為19 245 A，額定功率因數為0.9(滯后)。發電機采用機端自并勵靜止勵磁方式，選用瑞士ABB公司的UNITROL 5000型勵磁調節器(AVR)，勵磁調節器采用雙通道一主一備用。

事前工況：發電機正常運行中，有功功率為603 MW,無功功率為105 Mvar,轉子電壓為331 V，轉子電流為3 729 A，定子電壓為21.76 kV，定子電流為16 678 A，勵磁系統自動方式A通道運行，B通道自動跟蹤備用，AGC、AVC投入。

事件經過：DCS電氣畫面發電機參數報警，集控室“發變組一、二套后備保護動作”光字牌報警，發電機無功突升至302 Mvar，運行人員解除機組AVC手動減勵磁無效，退出機組AGC開始減有功負荷，3 min 38 s后，發變組斷路器跳閘，機組大聯鎖保護動作正常，汽輪機跳機，鍋爐熄滅火，廠用電切換正常。

事件原因：1)自動勵磁調節器TV斷線判別邏輯不完善，只簡單計算發電機線電壓平均值與勵磁變低壓側同步線電壓平均值之間的允差，未采用電流突變量、負序電流和三相電壓位變化等判據；2)廠家設定機端線電壓允差定值為10%，整定值不合理。事件發電機機端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷, 造成自動勵磁調節器A通道機端電壓測量值降低，調節器未能正確檢測出TV斷線，誤判為一次系統故障，3 min 38 s時間內發生誤強勵2次，轉子過流保護二段動作，滅磁斷路器及發變組斷路器跳閘，機組停機。

4 完善TV斷線判別邏輯的建議措施

為防止典型案例類似的不安全事件發生，某電廠先后利用停機備用的機會，對2臺機組原設計的TV斷線判別邏輯進行技改升級。在保留原有TV斷線判別邏輯的基礎上，增加負序電流判據，以增強機端TV一次熔斷器慢熔斷的判別能力。技改升級后的TV斷線判別邏輯如圖3所示。

圖3 完善后的TV斷線判別邏輯圖

當(Uby-Ubtd)﹥Ujs或者當(Ubtb-UbJd)﹥Ujs，且沒有檢測出發電機定子負序電流(負序電流小于整定值)，經過延時1.5 s，判定為機端TV一次熔斷器發生慢熔斷，本事件定義為自動通道故障。勵磁方式由本通道切換為自動備用通道，如果切換后，自動備用通道檢測出機端電壓仍然有故障，則切換至手動后備方式，避免誤強勵發生。

對于機端線電壓允差整定值，應用疊加原理進行理論計算，在機端TV一次熔斷器一相完全熔斷的穩態情況下，TV二次線電壓降低幅度最大能夠達到標稱電壓的20.48%，因此，原有TV斷線判別邏輯中廠家設定電壓允差定值為10%，一般情況下能夠正確動作。但是，在機端TV一次熔斷器一相發生慢熔斷的特殊異常情況下，機端線電壓允差定值為10%不合理。理由是：典型案例中某電廠2號發電機機端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷，通過查閱DCS系統事故追憶報警清單及參數曲線，在機端1 TV一次A相熔斷器慢熔斷的全過程中，A相二次電壓最低降低到46.4 V，線電壓平均值(允差)降低6.58%，顯然，自動勵磁調節器不能正確檢測出TV斷線，應將機端線電壓允差整定值修改為5%。

5 現場試驗項目及方案

試驗條件:發電機空載運行，自動勵磁調節器投入運行，按照運行規程規定投入發電機-變壓器組保護。

5.1模擬TV一次側熔斷器任一相快速熔斷

5.1.1 雙自動通道方式切換試驗

在雙自動通道一主一備用的方式下，人為模擬機端1 TV一次側熔斷器C相熔斷，勵磁調節器應由A通道切換為B通道并且發電機保持穩定運行，同時發出1 TV斷線故障及自動通道切換信號；緊接著人為模擬機端2 TV一次側熔斷器A相熔斷，勵磁調節器應切換為B通道手動后備方式并且發電機保持穩定運行，同時發出2 TV斷線故障及自動通道切換信號。

5.1.2 單自動通道方式切換試驗

在自動A通道運行、B通道退出的方式下，人為模擬機端1 TV一次側熔斷器B相熔斷，勵磁調節器應切換為A通道手動后備方式并且發電機保持穩定運行，同時發出1 TV斷線故障及自動通道切換信號；在自動B通道運行、A通道退出的方式下，人為模擬機端2 TV一次側熔斷器B相熔斷。

5.2模擬TV一次側熔斷器一相慢速熔斷

試驗原理接線：機端TV一次熔斷器一相發生慢熔斷的異常過程中，最終表現為TV二次側對應相電壓緩慢下降并且下降值小于熔斷一相的現象。用一種簡單實用的方法模擬TV一次側熔斷器A相慢速熔斷試驗，試驗接線如圖4所示。T為自耦調壓器，1～2 kVA/220 V；PV為電壓表，量程為25～100 V。

試驗方法及步驟：檢查刀閘SQ在斷開位置，調節自耦調壓器T輸出電壓，電壓表PV顯示57.74 V左右，保持T輸出電壓穩定，人工拉開機端電壓TV二次側a相空開后立即合上刀閘SQ，發電機應該保持穩定運行。調節自耦調壓器T降低輸出電壓，電壓表PV顯示電壓逐漸下降至52.90 V左右(對應機端線電壓允差定值5%)，勵磁調節器應由A通道切換為B通道并且發電機保持穩定運行，同時發出1 TV斷線故障及自動通道切換信號。參照圖4接線，可以分別進行機端1 TV(2 TV) 一次側熔斷器B、C相慢速熔斷模擬試驗。

圖4 模擬TV一次側熔斷器A相慢速熔斷試驗接線圖

6 結 語

在保留原有TV斷線判別邏輯的基礎上，增加負序電流判據，修改機端線電壓允差整定值，完善TV斷線判別邏輯，并且經過現場試驗確認，增強機端TV一次熔斷器慢熔斷的判別能力，對于提高大型汽輪發電機組自動勵磁調節器安全可靠性具有重要的現實意義。

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The judgment logic of potential transformer breaking is not perfect for large steam turboset with ABB UNITROL5000 automatic excitation regulator. A typical accident of faulty forced excitation caused by potential transformer breaking which leads the generator to be out of service is analyzed and discussed. The measures and field test methods for improving the judgment logic of potential transformer breaking are proposed to ensure the safe and reliable operation of automatic excitation regulator.

automatic excitation regulator; potential transformer breaking; faulty forced excitation; judgment logic

TM761.11

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