電磁干擾造成勵磁系統保護誤動的分析與處理

引言

在整個電力系統中，發電機是電網的心臟，勵磁系統則是發電機的心臟，都是起著輸送血液的作用，因此勵磁系統的穩定運行對機組有著極其重要的作用，我廠為此引進了ABB公司的ABB UNITROL 6800型勵磁設備。UNITROL 6800秉承傳統優勢，在功能性，可靠性，連通性和穩定性都是很高的，但是由于安裝問題以及相關部件存在的問題導致的機組跳閘也是時有發生的。

一、故障前現象及檢測

1.事前狀態

事故發生前我廠的#1機組(300MW)運行，其有功功率為235MW，無功功率為83.9MVar，機組勵磁電壓204.3V，勵磁電流為1804.8A，發電機機端電壓分別為20.087kV、20.121kV、20.168kV;機組按照省調命令投入AGC。

2.事件經過

2013年3月23日，#1機1101斷路器突然跳閘，機組全停，6kV快切動作，電源切換至備變。DCS光子牌“勵磁系統故障”、“轉子過電壓”,發變組保護的A、B柜“勵磁系統故障”、C柜“主變聯跳”動作啟動。#1機組運行立即排人員就地檢查勵磁調節器柜，其液晶面板“轉子過電壓”報警信號發出。

3.事故檢測排查

繼電保護人員接到通知后立即派人到現場檢查勵磁柜內元件，結果未見異常，隨后查看機組的故障錄波器(TR-2000型)，發現發電機B相電流突變量啟動，機組機端電壓降低，B相電壓最低降到16.78kV, B相定子電流最大到9251A。值長電話詢問省調，從供電局處得知供電線路系統有故障，另一電廠的高備變內部發生短路故障，造成其所在母線及出線全部跳閘。繼電保護人員在得知事情原因后，立即測量滅磁電阻的直流阻值，結果正常，檢查勵磁裝置進線柜內交流保險(F13)無問題。調出UNITROL 6800勵磁裝置故障錄波曲線，根據錄波曲線分析此次事故的原因為：系統電壓降低導致機端電壓下降，勵磁裝置強勵動作，在強勵過程中轉子過壓保護動作造成停機。

二、原因分析

1.勵磁系統本身的情況

#1發變組勵磁系統用的是ABB公司的UNITROL 6800型，它采用IEEE64位浮點運算控制器，采用了當今最先進的印刷電路板制作技術和最新型的電晶體元件，具有維護方便的特點。數字式自動電壓調節器(AVR)模塊為PEC800型多功能功率控制器，它不僅控制功率整流器的電壓輸出，而且包含有限制器、監視功能及供貨范圍內的其它控制電子。受控的可控硅整流器直流輸出通過滅磁設備接入發電機磁場(轉子)。安裝時共有六面柜子，1個勵磁調節器柜，1個滅磁柜，3個整流柜，1個交流進線柜，并配備有結構完善的標準軟件，包含AVR/SES安全運行所需的全部調節、保護、和監視。安裝完畢后由省電院全程負責調試，并且其靜態調試實驗，和動態調試實驗都合格。

2.從動作原理分析

一開始并沒想到是勵磁設備自身故障，后聯系ABB廠家共同分析，判斷為轉子過電壓保護誤動。根據其轉子過電壓保護動作原理及動作原因分析得到如下結果：

(1)首先，由于發電機機端電壓降低至某個值時，也就是發電機電壓明顯低于給定電壓時，勵磁系統強勵動作，使勵磁電流增至最大值，從而使勵磁機端電壓升到頂值，當發電機恢復至低電壓繼電器返回值時，勵磁整套裝置返回，勵磁電壓恢復正常。據此判斷，發電機轉子過電壓不應該誤動。懷疑有外部或者原件損壞對結果造成了影響，后檢查勵磁設備外觀及內部相關原件，如霍爾變送器，二次接線等無發現明顯的損壞。

(2)沒發現明顯問題后，嘗試起機，啟動過程中監視勵磁系統各個參數，發現當#1機負荷在260MW時，勵磁電流 1875A，Crowbar回路經過霍爾變送器的輸出值P10929為-163A，另測量#2機負荷235MW時，P10929的測量值為-114A。從廠家處得知此值的理論值為0A。當發電機滿負荷運行時，P10929的輸出值達到了197A，根據ABB勵磁設備的轉子過電壓保護原理：當調節器檢測到 P10929霍爾元件的輸出值大于導通電流P925的設定值200A，持續20ms以上，則轉子過電壓保護動作。由此判斷，在滿負荷狀況下，勵磁電流稍微增大便使P10929的輸出值即將達到了保護動作值，又因為由于該電流檢測利用霍爾元件實現，輸出電壓為mV級，在受到一定電磁干擾時，元件輸出會有較大波動，致使強勵動作時，P10929輸出值大于設定值，誘發轉子過壓保護動作。

三、問題處理

再次檢查現場設備狀況及勵磁小室周圍的布置情況，在勵磁系統功率柜旁邊有發電機出現PT柜，其它沒發現明顯的電磁干擾源。嘗試更快霍爾變送器，更換后發現問題依舊存在;再次觀察勵磁柜內設備，懷疑母排的布置不對稱，(如圖1)，其中一根母排有拐角和另一個母排沒有平行，這樣在電流很大時有可能造成不對稱磁場而影響霍爾元件，導致變送器計算有誤差。但是現場的母線和PT出線柜的布置都無法變動，故只能調整Crowbar回路的電流定值。

根據前面的測量結果觀察判斷后，發電機的額定勵磁電流2655A，強勵動作時為額定勵磁電流的2倍，故Crowbar回路的電流為2665/1875*2*163=463.3A，考慮一定的裕度，則導通電流P935的定值可以設定為463.3*1.25=579A，取個整值為600A。