三板溪電廠UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)故障分析及處理

魯秉宸，黃期淵

（五凌電力有限公司三板溪電廠，貴州 錦屏556700）

0 引言

三板溪水電廠安裝4臺(tái)255 WM混流式機(jī)組，總裝機(jī)容量1 020 WM，機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用ABB生產(chǎn)的UNITROL 5000型勵(lì)磁系統(tǒng)。自電廠2006年投產(chǎn)以來(lái)，每臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)均出現(xiàn)過(guò)，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)投入 12 s后，“過(guò)勵(lì)側(cè)限制器（ON_OE_LIMITER）”和“勵(lì)磁電流限制器（ON_IE_LIMITER）”動(dòng)作，期間機(jī)端電壓、勵(lì)磁電流采樣值均為零，但勵(lì)磁系統(tǒng)并未報(bào)“起勵(lì)失敗”故障信號(hào)，勵(lì)磁系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，導(dǎo)致機(jī)組開(kāi)機(jī)不成功，影響電廠機(jī)組開(kāi)機(jī)成功率。

本文對(duì)該故障原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并根據(jù)故障發(fā)生時(shí)的相關(guān)狀態(tài)，研究、設(shè)計(jì)了UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)及運(yùn)行論證，徹底解決了該故障。

1 故障原因分析

1.1 故障時(shí)，UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)邏輯

UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)，通過(guò)測(cè)量“發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓 10201（U_MACH_REL）”和“勵(lì)磁同步電壓10503（U_SYN_REL）”作為起勵(lì)條件，如圖1所示。

圖1 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)邏輯1

通過(guò)分析和現(xiàn)場(chǎng)故障模擬證實(shí)，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)投入勵(lì)磁的瞬間，用繼電保護(hù)測(cè)試儀在“發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓 10201（U_MACH_REL）”和“勵(lì)磁同步電壓10503（U_SYN_REL）”任意一個(gè)測(cè)量回路里加入瞬時(shí)的干擾電壓，并使該干擾電壓值超過(guò)“起勵(lì)切除電壓值 304（FLASH_OFF_LEVEL）”，勵(lì)磁系統(tǒng)就會(huì)判定初始起勵(lì)成功，從而退出起勵(lì)（FLASH OFF），如圖2所示。

圖2 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)邏輯2

隨后勵(lì)磁系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入軟起勵(lì)（SOFTSTART）爬坡模式，如圖3所示。

圖3 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)邏輯3

1.2 故障時(shí)，UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)側(cè)限制器動(dòng)作原因

1.2.1 過(guò)勵(lì)側(cè)限制器動(dòng)作邏輯

當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)完成軟起勵(lì)邏輯之后，ON_SOFTSTART軟起勵(lì)信號(hào)復(fù)歸，勵(lì)磁系統(tǒng)限制器閉鎖條件復(fù)歸，限制器投入運(yùn)行。勵(lì)磁系統(tǒng)程序?qū)ⅰ斑^(guò)勵(lì)側(cè)限制器動(dòng)作12002（ON_OE_LIMITER）”定義為A>2時(shí)信號(hào)輸出，“勵(lì)磁電流限制器動(dòng)作12004（ON_IE_LIMITER）”定義為A=3時(shí)信號(hào)輸出，所以勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)“勵(lì)磁電流限制器動(dòng)作12004”的同時(shí)也會(huì)報(bào)“過(guò)勵(lì)側(cè)限制器動(dòng)作12002”，如圖4所示。

圖4 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)限制器邏輯1

1.2.2 故障時(shí)，“勵(lì)磁電流限制器 12004（ON_IE_LIMITER）”動(dòng)作原因

（1）如圖4所示，故障發(fā)生時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)從勵(lì)磁投入至軟起勵(lì)結(jié)束期間，機(jī)端電壓值為0，故“AVR給定輸入 7001（REF_INPUT_AVR）”值為 1，“機(jī)端電壓相對(duì)值 10201（U_MACH_RELATIVE）”為 0，“AVR附加輸入 7002（ADD_INPUT_AVR）”值為 0，“AVR跟蹤反饋輸入 7003（FB_IN_FOLLOW_AVR）”值為 0，得出：

7001-10201+7002+7003=1-0+0+0=1 （1）

（2）圖4中“最大勵(lì)磁電流限制器偏差輸入7004（IN_IELIM_ERR_A）”=“勵(lì)磁電流限制器輸出11301（OUT_IE_LIMITER）”。

（3）如圖 5所示，“頂值勵(lì)磁電流 1303（REF1_IEMAX）”值為1.6，“最大勵(lì)磁電流限制器增益1309（KOEL_IE）”值為 0.5，“REF CORR”值為 0.03，“勵(lì)磁電流限制器電流輸入6306（IN_I_LELIM）”=“勵(lì)磁電流相對(duì)值10501（I_EXC_RELATIVE）”在故障時(shí)值為0，得出：

11301=（[1303+REF CORR）-6303]×1309=（[1.6+0.03）-0]×0.5=0.815 （2）

圖5 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)限制器邏輯2

（4）過(guò)勵(lì)側(cè)限制器動(dòng)作采用低值門(mén)有效邏輯，比較“式 1”與“式 2”，式 1=1>式 2=0.815，所以11301=7004信號(hào)輸出，故“勵(lì)磁電流限制器12004（ON_IE_LIMITER）”報(bào)警信號(hào)動(dòng)作。

2 故障解決方案

2.1 初期解決方案及效果

為了提高勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)的抗干擾能力，電廠修改了勵(lì)磁系統(tǒng)“起勵(lì)切除電壓值304（FLASH_OFF_LEVEL）”參數(shù)值，304參數(shù)由原來(lái)的15%修改為30%，將起勵(lì)切除電壓門(mén)檻值提高；還對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓及勵(lì)磁同步電壓測(cè)量回路加裝抗干擾屏蔽層處理，并重新敷設(shè)了功率信號(hào)PSI板上測(cè)量勵(lì)磁同步電壓的扁平電纜，提高了測(cè)量回路的抗干擾性。

2015年電廠就已實(shí)施了上述措施，截至2018年3月，通過(guò)近3年的運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)還是無(wú)法有效消除瞬時(shí)干擾，該故障仍然發(fā)生。

2.2 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯原理及效果

2.2.1 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯設(shè)計(jì)思路

（1）因?yàn)楦蓴_電壓是偶發(fā)的瞬時(shí)性干擾，當(dāng)干擾導(dǎo)致故障發(fā)生后，將勵(lì)磁系統(tǒng)切至“現(xiàn)地手動(dòng)”控制方式，退出勵(lì)磁系統(tǒng)，然后再次現(xiàn)地或遠(yuǎn)方投入勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)均可正常起勵(lì)，根據(jù)該現(xiàn)象設(shè)計(jì)增加故障狀態(tài)下UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯，提高機(jī)組開(kāi)機(jī)成功率。

（2）故障發(fā)生時(shí)，“發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓 10201（U_MACH_REL）”的值一直為零，故將發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓值作為判定勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)的條件。

（3）當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)“勵(lì)磁系統(tǒng)投入令”后，勵(lì)磁系統(tǒng)連續(xù)15 s監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓小于10%額定機(jī)端電壓，勵(lì)磁系統(tǒng)啟動(dòng)二次起勵(lì)邏輯。

2.2.2 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯實(shí)施

方案（1）勵(lì)磁系統(tǒng)控制方式在“遠(yuǎn)方自動(dòng)”運(yùn)行方式。（2）監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方下達(dá)“勵(lì)磁系統(tǒng)投入令”，該令保持25 s。

（3）“勵(lì)磁系統(tǒng)投入令”下達(dá)后，15 s內(nèi)，勵(lì)磁系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Ug<10%額定機(jī)端電壓值且未報(bào)“起勵(lì)失敗”報(bào)警，勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)“退勵(lì)磁令”，勵(lì)磁系統(tǒng)退出。

（4）“勵(lì)磁系統(tǒng)投入令”下達(dá)23 s后，勵(lì)磁系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Ug<10%額定機(jī)端電壓值且未報(bào)“起勵(lì)失敗”報(bào)警，勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部發(fā) “投勵(lì)磁令”，完成二次起勵(lì)邏輯。

（5）勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)后，如果勵(lì)磁系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Ug<10%額定機(jī)端電壓值且未報(bào)“起勵(lì)失敗”報(bào)警，時(shí)間累計(jì)超過(guò)32 s，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)“起勵(lì)失敗”報(bào)警。

（6）UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯如圖6所示。

圖6 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯

2.2.3 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯運(yùn)行效果

（1）現(xiàn)場(chǎng)模擬干擾導(dǎo)致起勵(lì)故障，令“勵(lì)磁電流限制器（ON_IE_LIMITER）動(dòng)作”，勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)邏輯運(yùn)行正常，如圖7所示。

圖7 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)錄波

（2）三板溪電廠4臺(tái)機(jī)組UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)已全部增加二次起勵(lì)邏輯，運(yùn)行至今未再發(fā)生因干擾導(dǎo)致起勵(lì)故障發(fā)生機(jī)組開(kāi)機(jī)不成功的事件，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行良好，效果顯著。

3 結(jié)束語(yǔ)

UNITROL 5000型勵(lì)磁系統(tǒng)均采用測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、勵(lì)磁同步電壓作為起勵(lì)條件，如果起勵(lì)時(shí)不能有效避免干擾，都會(huì)導(dǎo)致起勵(lì)故障發(fā)生。三板溪電廠是國(guó)內(nèi)首個(gè)在該型號(hào)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)增加二次起勵(lì)邏輯的電廠，二次起勵(lì)邏輯在UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)的成功應(yīng)用，具有較強(qiáng)的可操作性和推廣性，本文對(duì)相關(guān)同類(lèi)型故障處理具有一定的參考和借鑒意義。