ALSTOM-V3勵(lì)磁系統(tǒng)過勵(lì)限制與保護(hù)參數(shù)配置改進(jìn)與優(yōu)化

中廣核工程有限公司調(diào)試中心 朱小霞 陳俊華 劉欣亮

1 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)作為大型發(fā)電廠的核心控制設(shè)備之一，為發(fā)電機(jī)提供直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場，空載時(shí)可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓，并網(wǎng)后維持機(jī)端電壓在恒定的給定值水平，當(dāng)系統(tǒng)電壓突降到一定值，或者是系統(tǒng)電壓下降速率到一定值時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)強(qiáng)勵(lì)，最大限度增加勵(lì)磁電流以提高系統(tǒng)的無功水平，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。為保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)本身及發(fā)電機(jī)，大型發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)需設(shè)計(jì)強(qiáng)勵(lì)限制及過勵(lì)限制功能，并配置相匹配的過勵(lì)保護(hù)。

本文基于某百萬千瓦級機(jī)組采用ALSTOMV3無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，該電廠采用的兩機(jī)一變勵(lì)磁方式，勵(lì)磁機(jī)為ALSTOM制造的TKJ系列無刷勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用ALSTOM制造P320-V3控制器，包括兩個(gè)自動(dòng)通道和一個(gè)手動(dòng)通道，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及勵(lì)磁機(jī)均較原有V2版有所升級，過勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)功能與過勵(lì)保護(hù)的設(shè)置的方式發(fā)生了變化，也引出了三者之間的配合問題。

2 過勵(lì)限制與強(qiáng)勵(lì)功能邏輯

該電廠二期工程采用的ASLTOM-V3型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部邏輯中，勵(lì)磁電流與過勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)定值進(jìn)行比較后，通過邏輯運(yùn)算后輸出至主環(huán)邏輯函數(shù)中實(shí)現(xiàn)過勵(lì)與強(qiáng)勵(lì)功能。

當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁處于自動(dòng)電壓模式并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若機(jī)端電壓變化率＞MAXIE1（500%Un/s），或機(jī)端電壓＜MINE1（70%Un），觸發(fā)內(nèi)部強(qiáng)勵(lì)請求，請求信號于TMPIE5（900s）內(nèi)自動(dòng)閉鎖強(qiáng)勵(lì)。

過勵(lì)反時(shí)限過勵(lì)限制的定值內(nèi)部計(jì)算公式如公式（1），當(dāng)實(shí)測勵(lì)磁電流IEXC到達(dá)時(shí)，過勵(lì)限制動(dòng)作。

將設(shè)計(jì)參數(shù)代入公式（1），IFP=2.188pu，INF=1.1，DELTA_SP=1928.84%，TIE5=1.665，IER=1，取過勵(lì)動(dòng)作時(shí)刻IFDINV=IEXC，可得理論臨界動(dòng)作時(shí)間。

3 過勵(lì)（過勵(lì)磁）保護(hù)功能

3.1 AC側(cè)勵(lì)磁電流過流保護(hù)

AC側(cè)勵(lì)磁電流過流保護(hù)213XI裝置定值原始配置及聯(lián)動(dòng)邏輯見表1，其中勵(lì)磁變二次側(cè)CT變比為200:1，勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜輸入勵(lì)磁機(jī)的額定勵(lì)磁電流為119A，交直流側(cè)換算系數(shù)取0.816。

表1 213XI保護(hù)裝置配置及邏輯聯(lián)動(dòng)表

反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間計(jì)算公式如下：

其中，t為運(yùn)行時(shí)間，I為實(shí)測電流，IS為啟動(dòng)值，T為時(shí)間倍數(shù)0.025to1.5，K=80，α=2，L=0。

3.2 DC側(cè)勵(lì)磁電流過流保護(hù)

DC側(cè)勵(lì)磁電流過流保護(hù)215XZ裝置定值原始配置及聯(lián)動(dòng)邏輯如表2，其中直流電流采樣取自分流器電壓信號，分流器變比200A/100mV。

表2 215XZ保護(hù)裝置配置及邏輯聯(lián)動(dòng)表

3.3 過勵(lì)保護(hù)動(dòng)作邏輯

保護(hù)裝置內(nèi)各段保護(hù)無論是定義為報(bào)警或者跳閘，其動(dòng)作節(jié)點(diǎn)均進(jìn)入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相應(yīng)的開入點(diǎn)，經(jīng)過邏輯后再出口相應(yīng)的報(bào)警信號與跳閘[1]。

保護(hù)裝置213XI和215XZ的過流1段保護(hù)報(bào)警節(jié)點(diǎn)并聯(lián)后引入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的過流一段動(dòng)作邏輯中，觸發(fā)過流1段報(bào)警信號，如故障持續(xù)，將經(jīng)過TMPLB1（5.5s）切通道，經(jīng)過TMPLB4（2s）切至手動(dòng)（MANU）模式，經(jīng)過TMPLB2（3s）觸發(fā)勵(lì)磁過流2段跳閘邏輯。故過流1段對雖然設(shè)置為報(bào)警，但是在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器邏輯中，如果一直存在，最終觸發(fā)過流2段動(dòng)作出口[2]。

213XI與215XZ裝置的過流2段保護(hù)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)并聯(lián)后，進(jìn)入勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的過流二段動(dòng)作邏輯中，觸發(fā)過流2段報(bào)警及跳閘出口。

無論是過流1段還是過流2段，均將經(jīng)過相應(yīng)的延時(shí)動(dòng)作于跳閘。

本文經(jīng)過項(xiàng)目部項(xiàng)目經(jīng)理、總工、技術(shù)員、安全監(jiān)理等人，對安全風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了打分，共有50份打分表，然后對這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理并形成基于粗糙集理論的決策表，然后將處理后的數(shù)據(jù)輸入ROSETTA軟件，最后利用Johnson’s algorithm算法對造價(jià)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選與約簡，從而得到優(yōu)化之后的指標(biāo)，最終形成34組有效數(shù)據(jù).本文以W6蓋梁施工作業(yè)單元的人員因素風(fēng)險(xiǎn)為例，運(yùn)用粗糙集理論確定各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重.

4 存在的問題及改進(jìn)方案

4.1 存在問題

一是根據(jù)國標(biāo)《GB-T7409.3-2007同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》5.4節(jié)要求勵(lì)磁系統(tǒng)的頂值電流允許持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于10s。現(xiàn)有9s的強(qiáng)勵(lì)持續(xù)時(shí)間不符合國標(biāo)要求。

二是過勵(lì)保護(hù)與過勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)配合問題。當(dāng)反時(shí)限過勵(lì)限制功能在勵(lì)磁電流為1.977pu時(shí)延時(shí)11.16s動(dòng)作，動(dòng)作后再將勵(lì)磁電流限制在1.1倍；當(dāng)反時(shí)限過勵(lì)限制在勵(lì)磁電流為1.195pu時(shí)延時(shí)79s動(dòng)作，動(dòng)作后再將勵(lì)磁電流限制在1.1倍。

此時(shí)：213XI勵(lì)磁電流過流保護(hù)定值0.539In（1.1pu）偏低，容易誤動(dòng)；215XZ勵(lì)磁電流過流保護(hù)定值0.75Un（1.26pu）/10s，容易誤動(dòng)。

三是過勵(lì)保護(hù)213XI裝置定值整定問題。過流1段定值與過流2段反時(shí)限的啟動(dòng)值為0.539In，但裝置的最小步長為0.05In，定值無法整定；過流3段定值為2.08In，但裝置的最小步長為0.05In，定值無法整定。

4.2 改進(jìn)方案

4.2.1 強(qiáng)勵(lì)及過勵(lì)限制參數(shù)優(yōu)化實(shí)施

強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)按2倍計(jì)算為：2×119=238A，換算至交流側(cè)為238×0.816/200=0.971In，考慮到213XI裝置整定步長為0.05In，故將二段反時(shí)限動(dòng)作定值取1.0In，即對應(yīng)勵(lì)磁電流1×200/0.816=245A,245/119=2.0596pu。

故修改勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)限制倍數(shù)IFP修改為2.06，時(shí)間10s，則反時(shí)限過勵(lì)限制參數(shù)為IFP=2.06，DELTA=32.436，IER=1，TIE5=1，INF=1.1（IF_THERRM=1.1）。帶入公式（1）可得過勵(lì)限制反時(shí)限延時(shí)時(shí)間為：

根據(jù)過勵(lì)限制反時(shí)限修改213XI裝置定值如表3。

表3 優(yōu)化后213XI保護(hù)定值表

根據(jù)公式（2），參考IEC EI標(biāo)準(zhǔn)，換算過勵(lì)反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間：

T=0.339×/[（IEXC/0.55）2-1]

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，過勵(lì)限制反時(shí)限和過流反時(shí)限理論值及實(shí)測值如下，由此可知：過勵(lì)限制先于213XI過流反時(shí)限動(dòng)作，限制與保護(hù)配合正確。

表4 優(yōu)化后213XI反時(shí)限保護(hù)與過勵(lì)反時(shí)限配合實(shí)測表

213XI限時(shí)過流定值短路保護(hù)，由于最低步長為0.05In，無法設(shè)置為2.083In，設(shè)置為2.05In，IEX=2.05×200/0.816/119=4.22pu，該電流大于強(qiáng)勵(lì)限制電流，勵(lì)磁正常調(diào)節(jié)時(shí)勵(lì)磁電流不高于2.06倍，延時(shí)設(shè)置為0.05s保持不變；

213XI過流1段報(bào)警定值設(shè)置為1.0In，對應(yīng)IEX=200/0.816/119=2.059pu，此電流下強(qiáng)勵(lì)限制及過勵(lì)限制反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間均為10s，該保護(hù)延時(shí)T1+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2需躲過10s，且T1+TMPLB1切通道邏輯建議再滿足強(qiáng)勵(lì)10s的基礎(chǔ)上較為合適。

4.2.3 過勵(lì)保護(hù)215XZ定值優(yōu)化

圖1 優(yōu)化后213XI反時(shí)限保護(hù)與過勵(lì)反時(shí)限配合示意圖

根據(jù)過勵(lì)限制，設(shè)置215XZ過流1段定值設(shè)置為1.2Un，對應(yīng)勵(lì)磁電流1.2×200/119=2.017pu，此電流下過勵(lì)限制反時(shí)限動(dòng)作值為10.6s左右，需保證該保護(hù)延時(shí)T2+TMPLB1+TMPLB4+TMPLB2躲過10.6s，且T1+ TMPLB1切通道邏輯建議再滿足強(qiáng)勵(lì)10s的基礎(chǔ)上較為合適。215XZU＞＞定值設(shè)置為最大值1.2Un，延時(shí)T3宜躲過過勵(lì)限制反時(shí)限10.6s。

表5 優(yōu)化后215XZ保護(hù)定值

4.2.4 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部過勵(lì)定值優(yōu)化

考慮213XI和215XZ的過流1段延時(shí)觸發(fā)邏輯要求，修改勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部動(dòng)作邏輯延時(shí)參數(shù)如下，可滿足過流1段故障經(jīng)保護(hù)裝置定值延時(shí)后，發(fā)送信號至調(diào)節(jié)器內(nèi)部邏輯，觸發(fā)切通道（t+2s）、切手動(dòng)（t+2s+1s）、跳閘（t+2s+1s+1s）的動(dòng)作時(shí)間滿足與過勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)時(shí)間的配合要求。

表6 優(yōu)化后勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)

5 結(jié)論

對于大型機(jī)組首次時(shí)使用升級后勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其重要限制功能及邏輯應(yīng)在設(shè)計(jì)采購階段提前聯(lián)系廠家優(yōu)化參數(shù)，核算出符合現(xiàn)場的限制及保護(hù)參數(shù)匹配度，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免在機(jī)組調(diào)試時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題，減少對現(xiàn)場進(jìn)度的影響。

本文通過對過勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)功能以及過勵(lì)保護(hù)的配置分析，對該電廠首次升級使用ALSTOM-V3型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過程中出現(xiàn)的適用性問題進(jìn)行了研究與改進(jìn)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)反饋可落實(shí)推廣至后續(xù)ALSTOM-V3型調(diào)節(jié)器的項(xiàng)目，具有一定的參考借鑒價(jià)值。