GE公司EX2100励磁调节器V/Hz限制动作原因分析

姜志慧， 史 扬， 刘春梅

(1. 北京太阳宫燃气热电有限公司， 北京 100028； 2. 华北电力科学研究院有限责任公司， 北京 100045； 3. 北京京桥热电有限责任公司， 北京 100067)



GE公司EX2100励磁调节器V/Hz限制动作原因分析

姜志慧1， 史 扬2， 刘春梅3

(1. 北京太阳宫燃气热电有限公司， 北京 100028； 2. 华北电力科学研究院有限责任公司， 北京 100045； 3. 北京京桥热电有限责任公司， 北京 100067)

详细分析了GE公司EX2100励磁调节器V/Hz限制动作原理，找到了国内某电厂发电机励磁系统频繁误报过激磁限制的原因，确定了GE公司EX2100励磁调节器在设计方面的缺陷，并提出了相应的改进策略。

发电机； 励磁系统； V/Hz限制； 低频振荡； PSS调节

发电机励磁系统的各限制环节是在发电机发生运行工况改变时，控制发电机的机端电压、励磁电流、无功功率在正常允许的范围内，保证发电机不因为系统的故障、振荡或人为误操作而跳机，造成非计划停机。某燃气轮发电厂机组在正常运行过程中，GE公司的EX2100励磁调节器频繁报“V/Hz limiter is Active”(过激磁限制)。报警发生后伴随着发电机有功功率、无功功率、励磁电压、励磁电流等参数的小幅度变化。整个动作调节过程约70ms，随后报警自动复位，机组运行各参数恢复正常。

笔者通过对过激磁限制(V/Hz限制)动作原理、逻辑图和录波图的分析，探讨了励磁系统V/Hz限制动作的诸多条件，明确了EX2100励磁调节器在V/Hz限制逻辑上的缺陷，找出其动作的原因所在，并通过修改定值和优化逻辑等方法避免了报警的频繁发生，提高稳定性。

1 概述

国内某燃气-蒸汽联合循环电厂采用S209FA机组，发电机励磁系统均采用GE公司的EX2100励磁系统，一主一备控制方式，M1、M2控制器可在任何运行工况下实现无扰切换。系统中配有过励限制、低励限制、V/Hz限制三种限制器，V/Hz限制保护配置有定时限和反时限两种保护。定时限作用于跳闸，反时限作用于限制。定值设置通常采用厂家默认设置的控制参数，并经现场试验验证，限制动作后，工作稳定即可。V/Hz限制的定值整定，一定要与保护的V/Hz定值相配合，保证V/Hz限制先于保护动作[1]。

2 V/Hz限制报警过程及分析

2.1V/Hz限制的基本原理

V/Hz限制是发电机电压和频率的比值限制，防止同步发电机或与其相连的变压器过磁通。应在三种情况下动作：(1)发电机电压升高、频率不变时，电压和频率的比值达到定值动作；(2)发电机电压不变、频率降低时，电压和频率的比值达到定值动作；(3)发电机电压和频率同时变化、电压升高频率降低时，电压和频率的比值达到定值动作[2]。

2.2V/Hz限制的工作原理

图1为GE公司EX2100励磁调节器中V/Hz限制逻辑图。

由图1可见：调节器中V/Hz限制采用“ASPINT”信号和发电机频率进行比较，与通常采用测量发电机电压和频率构成的V/Hz限制原理有所不同。

EX2100励磁调节器V/Hz限制的动作原理(见图2)：

(1) 发电机的频率“FREQ”，取绝对值后，乘以“V/Hz限制标幺值”，形成“V/Hz限制输出”信号。

(2) “ASPINT”信号主要由“RAMP OUTPUT”+“UEL OUTPUT”+“PSS OUTPUT”+“IREAC”ד调差系数”构成。

(3) “V/Hz限制输出”与“ASPINT”信号经“MIN”比较门，最小值信号输出，形成“AVRSP”输出至调节器的PID控制环节中。

(4) 当运行中“ASPINT”<“V/Hz限制输出”信号时，“ASPINT”信号形成“AVRSP”，输出至调节器的PID环节中，此时为正常调节；当运行中“ASPINT”>“V/Hz限制输出”信号时，“V/Hz限制输出”信号形成“AVRSP”，输出至调节器的PID环节中，同时发出“V/Hz报警”。

2.3原因分析

2.3.1V/Hz限制动作前的运行参数分析

实测发电机电压为15.4527kV(额定15.75kV)，频率标幺值为1.00073，V/Hz标幺值为0.9804，未达到V/Hz限制标幺值的定值1.07。

2.3.2V/Hz限制动作时的运行参数分析

AUTOREF标幺值为0.97813；PSS OUTPUT标幺值为0.1。由于发电机运行在迟相状态，故UEL OUTPUT标幺值为0.0；发电机无功电流IREAC标幺值为0.09886，无功电流环节输出标幺值为“IREAC”ד调差系数”=0.00296。

最终形成“ASPINT”信号标幺值为1.08096，大于V/Hz限制标幺值的定值1.07。V/Hz限制动作，励磁调节器报“V/Hz报警”。

2.3.3V/Hz限制动作持续时间

根据录波图分析，V/Hz限制动作持续约70ms。

2.3.4V/Hz限制返回时的运行参数分析

AUTOREF标幺值为0.97813；PSS OUTPUT标幺值为0.08704。由于发电机运行在迟相状态，故UEL OUTPUT标幺值为0.0；发电机无功电流IREAC标幺值为0.1300，无功电流环节输出标幺值为“IREAC”ד调差系数”=0.00390。

最终形成“ASPINT”信号标幺值为1.06908，小于V/Hz限制标幺值的定值1.07，此时V/Hz限制返回，报警信息消失。

2.3.5有功功率的变化情况分析

在V/Hz限制动作前，有功功率由264.554MW变化到265.854MW，时间为0.1s。有功变化率约13MW/s。

在V/Hz限制动作时，有功功率由265.854MW变化到273.284MW，时间为0.06687s。有功变化率约109.76MW/s。

V/Hz限制动作后有功功率的振荡幅度明显加大。根据后续的有功功率振荡波形，得到有功功率的振荡频率约为1.28Hz，属于电网有功功率的低频振荡。

2.3.6V/Hz限制动作的主要原因分析

通过对V/Hz限制动作和返回过程中的各个参数变化的分析，可以发现“PSS OUTPUT”信号发生较大变化(由0.0变化到0.10)是造成V/Hz限制误动作的主要原因。

2.4V/Hz限制设计上存在的主要问题

(1) EX2100励磁调节器中V/Hz限制采用“ASPINT”信号和发电机频率进行比较，与通常的采用测量机端电压和频率构成的V/Hz限制不同。在某些情况下，“ASPINT”值和实际的发电机电压是不同的。

(2) 根据V/Hz限制误动作报警的录波图分析，当电网中存在有功低频振荡是造成V/Hz限制误动作的主要原因。

(3) 当“PSS OUTPUT”信号达到较大值(接近PSS输出的限幅值±0.1)时，EX2100励磁调节器V/Hz限制部分的逻辑设计问题，造成V/Hz限制动作时，“PSS OUTPUT”信号被屏蔽，对电网的低频振荡没有抑制作用，引起了有功功率的大幅度振荡。

2.5解决方案

根据以上分析可以证实是电网的低频振荡造成了V/Hz限制的误动作，且V/Hz限制误动作后又屏蔽了PSS输出，减弱了励磁调节器对电网低频振荡的抑制作用[3]。

(1) 为防止由于V/Hz限制误动作减弱调节器对电网低频振荡的抑制作用，可以将V/Hz限制标幺值的定值修改为1.09以上，可以保证不频繁出现V/Hz限制误动作。

(2) 要彻底解决V/Hz限制误动作报警问题，需要求GE公司进行软件逻辑结构修改，即将“PSS OUTPUT”信号修改至“MIN”比较门之后，保证在V/Hz限制动作时PSS作用不被屏蔽；或者采用常规的V/Hz限制的设计，采用实际测量的发电机电压和频率来实现。

3 结语

笔者通过分析了EX2100励磁调节器V/Hz限制的动作逻辑，探讨了励磁系统V/Hz限制动作的诸多条件，明确了EX2100励磁调节器在V/Hz限制逻辑上的缺陷，为运行和检修方面出现类似问题的分析、查找和解决提供了参考。在电网结构薄弱、易发生低频振荡的地区，EX2100励磁调节器的V/Hz限制的设计缺陷应引起重视，避免出现V/Hz限制的误动作，影响电网的稳定运行。

[1] 竺士章. 发电机励磁系统试验[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.

[2] 李基成. 现代同步发电机励磁系统设计及应用[M]. 2版. 北京: 中国电力出版社, 2009.

[3] 孟凡超, 吴龙. 发电机励磁技术问答及事故分析[M]. 北京: 中国电力出版社, 2008.

Cause Analysis of V/Hz Limiter Action for GE EX2100Excitation Regulators

Jiang Zhihui1, Shi Yang2, Liu Chunmei3

(1. Beijing Taiyanggong Gas-fired Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100028, China;2. North China Electric Power Research Institute Co., Ltd., Beijing 100045, China;3. Beijing Jingqiao Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100067, China)

Based on detailed analysis of the operating principle of V/Hz limiter for GE EX2100excitation regulator, the reason of frequently misstated excitation restriction occurring in the generator excitation system of a domestic power plant was found to be caused by design deficiency in the GE EX2100excitation regulator, for which corresponding improvement measures were suggested.

power generator; excitation system; V/Hz limiter; low frequency oscillation; PSS adjustment

2016-03-25

姜志慧(1984—)，男，工程师，主要从事燃气轮机发电厂电气专业设备技术管理工作。

E-mail: 285251377@qq.com

TM761.1

A

1671-086X(2016)06-0432-03