三板溪电厂UNITROL 5000励磁系统起励故障分析及处理

鲁秉宸，黄期渊

（五凌电力有限公司三板溪电厂，贵州 锦屏556700）

0 引言

三板溪水电厂安装4台255 WM混流式机组，总装机容量1 020 WM，机组励磁系统采用ABB生产的UNITROL 5000型励磁系统。自电厂2006年投产以来，每台机组励磁系统均出现过，当励磁系统投入 12 s后，“过励侧限制器（ON_OE_LIMITER）”和“励磁电流限制器（ON_IE_LIMITER）”动作，期间机端电压、励磁电流采样值均为零，但励磁系统并未报“起励失败”故障信号，励磁系统处于故障状态，导致机组开机不成功，影响电厂机组开机成功率。

本文对该故障原因进行了详细分析，并根据故障发生时的相关状态，研究、设计了UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑，通过现场模拟试验及运行论证，彻底解决了该故障。

1 故障原因分析

1.1 故障时，UNITROL 5000励磁系统起励逻辑

UNITROL 5000励磁系统起励时，通过测量“发电机机端电压 10201（U_MACH_REL）”和“励磁同步电压10503（U_SYN_REL）”作为起励条件，如图1所示。

图1 UNITROL 5000励磁系统起励逻辑1

通过分析和现场故障模拟证实，当励磁系统投入励磁的瞬间，用继电保护测试仪在“发电机机端电压 10201（U_MACH_REL）”和“励磁同步电压10503（U_SYN_REL）”任意一个测量回路里加入瞬时的干扰电压，并使该干扰电压值超过“起励切除电压值 304（FLASH_OFF_LEVEL）”，励磁系统就会判定初始起励成功，从而退出起励（FLASH OFF），如图2所示。

图2 UNITROL 5000励磁系统起励逻辑2

随后励磁系统开始进入软起励（SOFTSTART）爬坡模式，如图3所示。

图3 UNITROL 5000励磁系统起励逻辑3

1.2 故障时，UNITROL 5000励磁系统过励侧限制器动作原因

1.2.1 过励侧限制器动作逻辑

当励磁系统完成软起励逻辑之后，ON_SOFTSTART软起励信号复归，励磁系统限制器闭锁条件复归，限制器投入运行。励磁系统程序将“过励侧限制器动作12002（ON_OE_LIMITER）”定义为A>2时信号输出，“励磁电流限制器动作12004（ON_IE_LIMITER）”定义为A=3时信号输出，所以励磁系统报“励磁电流限制器动作12004”的同时也会报“过励侧限制器动作12002”，如图4所示。

图4 UNITROL 5000励磁系统限制器逻辑1

1.2.2 故障时，“励磁电流限制器 12004（ON_IE_LIMITER）”动作原因

（1）如图4所示，故障发生时，励磁系统从励磁投入至软起励结束期间，机端电压值为0，故“AVR给定输入 7001（REF_INPUT_AVR）”值为 1，“机端电压相对值 10201（U_MACH_RELATIVE）”为 0，“AVR附加输入 7002（ADD_INPUT_AVR）”值为 0，“AVR跟踪反馈输入 7003（FB_IN_FOLLOW_AVR）”值为 0，得出：

7001-10201+7002+7003=1-0+0+0=1 （1）

（2）图4中“最大励磁电流限制器偏差输入7004（IN_IELIM_ERR_A）”=“励磁电流限制器输出11301（OUT_IE_LIMITER）”。

（3）如图 5所示，“顶值励磁电流 1303（REF1_IEMAX）”值为1.6，“最大励磁电流限制器增益1309（KOEL_IE）”值为 0.5，“REF CORR”值为 0.03，“励磁电流限制器电流输入6306（IN_I_LELIM）”=“励磁电流相对值10501（I_EXC_RELATIVE）”在故障时值为0，得出：

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

图5 UNITROL 5000励磁系统限制器逻辑2

（4）过励侧限制器动作采用低值门有效逻辑，比较“式 1”与“式 2”，式 1=1>式 2=0.815，所以11301=7004信号输出，故“励磁电流限制器12004（ON_IE_LIMITER）”报警信号动作。

2 故障解决方案

2.1 初期解决方案及效果

为了提高励磁系统起励时的抗干扰能力，电厂修改了励磁系统“起励切除电压值304（FLASH_OFF_LEVEL）”参数值，304参数由原来的15%修改为30%，将起励切除电压门槛值提高；还对励磁系统发电机机端电压及励磁同步电压测量回路加装抗干扰屏蔽层处理，并重新敷设了功率信号PSI板上测量励磁同步电压的扁平电缆，提高了测量回路的抗干扰性。

2015年电厂就已实施了上述措施，截至2018年3月，通过近3年的运行观察，发现还是无法有效消除瞬时干扰，该故障仍然发生。

2.2 UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑原理及效果

2.2.1 UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑设计思路

（1）因为干扰电压是偶发的瞬时性干扰，当干扰导致故障发生后，将励磁系统切至“现地手动”控制方式，退出励磁系统，然后再次现地或远方投入励磁系统，励磁系统均可正常起励，根据该现象设计增加故障状态下UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑，提高机组开机成功率。

（2）故障发生时，“发电机机端电压 10201（U_MACH_REL）”的值一直为零，故将发电机机端电压值作为判定励磁系统二次起励的条件。

（3）当监控系统下达“励磁系统投入令”后，励磁系统连续15 s监测到发电机机端电压小于10%额定机端电压，励磁系统启动二次起励逻辑。

2.2.2 UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑实施

方案（1）励磁系统控制方式在“远方自动”运行方式。（2）监控系统远方下达“励磁系统投入令”，该令保持25 s。

（3）“励磁系统投入令”下达后，15 s内，励磁系统监测到发电机机端电压Ug<10%额定机端电压值且未报“起励失败”报警，励磁系统内部发“退励磁令”，励磁系统退出。

（4）“励磁系统投入令”下达23 s后，励磁系统监测到发电机机端电压Ug<10%额定机端电压值且未报“起励失败”报警，励磁系统内部发 “投励磁令”，完成二次起励逻辑。

（5）励磁系统二次起励后，如果励磁系统监测到发电机机端电压Ug<10%额定机端电压值且未报“起励失败”报警，时间累计超过32 s，励磁系统发“起励失败”报警。

（6）UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑如图6所示。

图6 UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑

2.2.3 UNITROL 5000励磁系统二次起励逻辑运行效果

（1）现场模拟干扰导致起励故障，令“励磁电流限制器（ON_IE_LIMITER）动作”，励磁系统二次起励逻辑运行正常，如图7所示。

图7 UNITROL 5000励磁系统二次起励录波

（2）三板溪电厂4台机组UNITROL 5000励磁系统已全部增加二次起励逻辑，运行至今未再发生因干扰导致起励故障发生机组开机不成功的事件，励磁系统运行良好，效果显著。

3 结束语

UNITROL 5000型励磁系统均采用测量发电机机端电压、励磁同步电压作为起励条件，如果起励时不能有效避免干扰，都会导致起励故障发生。三板溪电厂是国内首个在该型号励磁系统内增加二次起励逻辑的电厂，二次起励逻辑在UNITROL 5000励磁系统的成功应用，具有较强的可操作性和推广性，本文对相关同类型故障处理具有一定的参考和借鉴意义。