糯扎渡電站勵磁系統起勵程序優化分析

李東雙，鄒志平

（華能瀾滄江水電股份有限公司糯扎渡水電廠，云南 普洱665005）

0 引言

糯扎渡電廠9×650 MW水輪發電機組勵磁設備由國電南瑞生產，采用NES5100發電機勵磁系統，已于2014年完成全部機組的現場調試及投運工作。2017年11月25日和2017年12月25日1號機組分別發生2次勵磁系統起勵失敗，但每次失敗后再次發令起勵建壓都成功，檢查外部接線、繼電器、板卡均未發現問題，停機后現地多次模擬起勵建壓至空載，開關動作及流程執行均正常。勵磁系統起勵失敗直接影響到機組自動開機流程的執行，不利于機組的安全穩定運行。為此查明原因、解決問題，提高機組運行自動化程度，減少起勵失敗的發生次數，并分析提出解決此類問題的相關措施。

1 事件經過

2017年12月 25日 14：40：58操作下發“1號機組GCB發電操作”，14：45：22監控系統報“1號機組勵磁系統投入”，14：45：52監控系統報“1號機組勵磁系統投入復歸”，14：45：56監控系統報“升壓失敗給勵磁系統退出令，流程退出”、“1號機組自動開機失敗”，1 號機組轉為空轉態。172 s后（14：48：48）操作再次下發“1號機組GCB發電操作”，1號機組于14：52：15成功并網發電。

2 處理過程

查看監控系統歷史曲線和簡報（圖1），發現1號機組第一次操作并網過程中，監控系統收到勵磁系統反饋的“勵磁系統投入”和“勵磁調節器A套投入”信號，但未收到“勵磁系統起勵”信號（正常開機過程監控系統應同時收到并報出此3組信號），同時“1號機組勵磁系統起勵失敗”信號也未報出，說明起勵控制未投入。現地檢查勵磁系統設備，無相關報警信號，各元器件運行正常，勵磁系統開關量板卡信號正常。從以上現象判斷1號機組開機第一次升壓過程中勵磁系統起勵控制投入存在故障。

1號機組停機后，對1號機組勵磁系統起勵控制投入信號的5個判別條件（①電壓環或電流環在閉環模式下；②機端電壓＜20%；③有轉速令；④處于待機態；⑤收到開機令）回路、繼電器檢查均正常。對發電機制動柜送至勵磁系統的90%轉速信號回路進行絕緣測試，測試結果合格（500 V電壓下對地電阻550 MΩ）。排除外部回路問題后，將1號機組開機至空轉，對1號機組勵磁調節器起勵控制投入信號的5個判別條件分別進行條件缺失及開出繼電器KO_02繼電器拒動工況下遠方起勵建壓測試，共計15次，未出現原故障簡報現象。

3 原因分析

對圖 1 的簡報進行分析，從 14：45：21 到 14：45：24，監控系統給勵磁系統發出了一個3 s的勵磁系統投入令，勵磁系統發出了“勵磁系統投入”信號，并復歸了“勵磁系統具備開機條件”信號。說明勵磁系統能正常收到遠方勵磁開機令，但初勵并未投入（“1號機組勵磁系統起勵”信號未報出），勵磁系統未能正常建壓，也沒能報出“1號機組勵磁系統起勵失敗”信號。勵磁系統的起勵功能由邏輯組態實現，針對“1號機組勵磁系統起勵”（起勵控制）和“1號機組勵磁系統起勵失敗”2個信號進行分析梳理。

圖1 監控系統事件記錄簡報

“1號機組勵磁系統起勵”投入（即起勵控制）需要下面5個判別條件同時具備：①電壓環或電流環的閉環模式下；②機端電壓＜20%；③有轉速令；④處于待機狀態；⑤收到開機令。

產生初勵控制信號之后，定時1（98）定時器啟動時，開始9 s的計時（9 s后如果滿足起勵失敗的條件，則報出起勵失敗信號）。

從初勵控制投入時刻開始，如果起勵耗時＞9 s，機端電壓＜20%同時滿足，則報出起勵失敗信號。

通過上述的起勵功能邏輯分析，可判定在勵磁系統收到遠方勵磁投入令后，起勵未投入。起勵控制未投入（即沒有開出“1號機組勵磁系統起勵”信號），也就無法觸發啟動定時器，進而無法報出“1號機組勵磁系統起勵失敗”信號。若要開出“1號機組勵磁系統起勵”信號，則需要同時具備起勵控制投入信號的5個判別條件。

根據以上判別條件，在電壓環閉環模式下對外部開入信號進行模擬試驗驗證：

（1）開出“1號機組勵磁系統起勵”信號繼電器拒動，遠方升壓至空載。通過對比圖1故障簡報多出“1號機組勵磁起勵失敗”“1號機組起勵（勵磁SJ30）”信號，說明調節器能開出起勵控制投入信號時，如果起勵失敗會報“1號機組勵磁起勵失敗”簡報信息。結論：開出“1號機組勵磁系統起勵”信號繼電器拒動不是造成此次起勵失敗的原因。

（2）“機端電壓＜20%”判別條件缺失，遠方升壓至空載。通過對比圖1故障簡報缺少“1號機組勵磁調節器A套投入”“1號機組勵磁系統投入”信號，說明調節器未能開出勵磁系統投入信號。結論：“機端電壓＜20%”判別條件缺失不是造成此次起勵失敗的原因。

（3）“收到開機令”判別條件缺失，遠方升壓至空載。通過對比圖1故障簡報缺少“1號機組勵磁調節器A套投入”“1號機組勵磁系統投入”信號，說明調節器未能開出勵磁系統投入信號。結論：“收到開機令”判別條件缺失不是造成此次起勵失敗的原因。

（4）“有轉速令”判別條件缺失，遠方升壓至空載。此簡報比故障簡報缺少“1號機組勵磁調節器A套投入”“1號機組勵磁系統投入”信號，說明調節器未能開出勵磁系統投入信號。結論：“有轉速令”判別條件缺失不是造成此次開機失敗的原因。

綜上所述的模擬試驗情況，排除4個外部開入的判別條件是造成此次開機失敗的可能性。通過簡報信息、模擬試驗以及“勵磁系統起勵、起勵失敗”信號判斷邏輯的綜合分析，導致本次起勵失敗的原因為勵磁系統收到監控起勵令后未能執行初勵控制及后續起勵流程的程序，那么可以鎖定故障原因在調節器內部，且在組態邏輯判斷環節出現了問題。勵磁系統起勵程序通過組態邏輯判斷實現“起勵控制”和“起勵失敗”功能，當起勵控制投入信號的5個判別條件在組態內進行判斷時，相關臨時變量需一一滿足邏輯判斷后才能開出初勵控制命令，判斷邏輯復雜且中間變量環節多，由于NES5100勵磁系統的特性，無法對內部邏輯環節進行監測，所以最終判斷起勵失敗原因是判斷邏輯的中間變量環節出現中斷，導致無法開出初勵控制命令。

4 程序升級優化

勵磁調節器程序升級之前是通過組態邏輯判斷實現“起勵控制”和“起勵失敗”功能，當5個判別條件在組態內進行判斷時，相關臨時變量需一一滿足后才能開出初勵控制命令。程序升級后以C語言的方式進行比較判定，5個判別條件直接判斷，減少了組態依次判定臨時變量和疊加的中間環節（圖2），從而減少臨時變量判斷失敗的可能性，進而提高起勵可靠性。

圖2 升級后部分程序

在現有的故障、限制、告警自動啟動錄波的基礎上，增設開機自動錄波、停機自動錄波功能，錄波文件中包含了較為詳細的模擬量和開關量，為后續分析開停機過程中各狀態的變化提供有力的數據支撐。程序中增加起勵函數，升級后“起勵控制”和“起勵失敗”部分不再由組態邏輯判斷，改由程序直接控制，其他控制程序不變。程序中增加起勵函數如下：

voidRfon（）

{ static unsigned int t1;

if（gp[DORfCntl]==0）

{t1=0;

if（（gp[DIStart]==1 || gp[DIHandStart]==1）

&&（gp[DISpeed]==1）

&&（!（gp[DIStop]==1 || gp[DIHandStop]==1 ||gp[LockF]==1 || gp[MarkVolt]==1 || MarkCurr==1 || rf_delay==1））

&&（gp[ModeCntl]!=2））

gp[DORfCntl]=1;

發燒是人體的自我保護機制之一，是人體在調動免疫系統對抗疾病的過程中表現出來的一種癥狀，因此發燒不完全是壞事兒。很多種疾病都可能引起發燒，體溫的高低與疾病的嚴重程度也不一定成正比。個人的體質不同，體溫調節的敏感度也會不同，有的人輕微感冒就能燒很高，有的人即使嚴重感染了也不見得有很高的體溫。這里說的“感染”可能是病毒感染，也可能是細菌等其他病原體感染。

}

else

{t1++;

if（gp[MarkVolt]==1||MarkCurr==1）

{gp[DORfCntl]=0;rf_delay=1;gp[DORfFault]=0;}

if（（gp[MarkVolt]!=1||MarkCurr!=1） && t1＞2424）

{gp[DORfCntl]=0;rf_delay=1;gp[DORfFault]=1;}

}

if （gp[MarkVolt]==1||MarkCurr==1||gp[MainStatus]==AVRWait）

gp[DORfFault]=0;

}

在原來的組態上刪除“起勵控制”和“起勵失敗”的邏輯判斷流程并增加開停機時啟動錄波（圖3）。

圖3 新增開停機錄波

程序升級優化后，經數據統計2018年勵磁系統起勵1266次，勵磁系統起勵成功率到達100%，故障問題未再次發生。

5 結語

水電站在電網中調頻、調峰和事故備用的作用明顯，開、停機次數非常頻繁，勵磁系統的穩定運行是保障開停機成功率的重要環節之一，它的可靠運行直接影響著整個機組的安全穩定運行。通過對勵磁調節器程序升級優化，解決了原起勵程序中間變量環節多的問題和組態邏輯判斷復雜的問題，2018年勵磁系統起勵數據統計結果驗證了程序優化效果非常顯著。當然勵磁系統接線復雜，元器件故障等易導致起勵失敗，因此提高勵磁系統的可靠性設計及投入成功率，還需要努力去完善。