发电机过激磁保护信号段动作与励磁配合事宜的研究

连杰 李亭

摘 要：励磁系统、发变组保护和自动电压控制（AVC）系统是发电厂电气保护及自动化系统的重要组成部分，三者之间能否正确的协调配合，直接关系到发电机组运行的可靠性和稳定性。然而现场的发变组保护整定计算时，经常发现发变组保护与励磁系统和AVC系统的参数配合不当、发变组出口压板设置不合理。在发电机出口PT电压异常或保护装置采样异常时，造成励磁系统调节器自身被闭锁，无法接收远方的增、减调节指令，引起发电机组过电压保护或过激磁保护动作作用于停机。为保证发电机组安全可靠运行，减少发电厂非正常停机事故的发生，在进行保护定值整定计算时，必须考虑发变组保护定值、压板设置与励磁调节器和AVC之间的配合关系。文章主要分析了发变组过激磁保护信号段动作与励磁调节器和AVC系统之间的配合关系。

关键词：发变组过激磁;励磁调节器;整定计算;配合关系

中图分类号：TM31 文献标识码：A

发电机发生过激磁故障时，并非每次都会造成设备的明显损坏，当经常反复过激磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命;另外，现代的大型汽轮发电机组都有完善的限制和保护功能，可以对发电机的各种不正常工况及时作出反应并自动进行调节，从而确保发电机组的安全可靠运行。在发变组保护上都设置有过激磁保护，发电机励磁调节器上配有V/Hz限制功能，AVC系统也设置有有功、无功、电压限制等功能，三者之间互相配合调节，可以为励磁系统和发电机提供完善可靠的限制和保护功能。

文章结合某发电厂现场过激磁保护动作，ABB UN5000励磁调节器闭锁无法进行机端电压自动调节的情况，分析了电压互感器二次电压A相电压偏高，引起过激磁保护频繁动作闭锁励磁调节的原因，并据此提出了一些整改措施。

1 電厂基本情况

某电厂2013年投产，总装机容量为2×660MW，2台机组以发电机、变压器单元接线接入厂内750kV配电装置，750kV采用扩大单元接线，一回出线接入25公里外的榆横750kV开关站。厂内设置一台启动/备用变压器，其电源由厂外330kV横山变电站的110kV侧引接，110kV采用变压器线路组接线。

#1、#2发电机及其变压器、启备变保护均采南瑞继保公司RCS-985系列保护装置，主、后备保护双重化配置，非电量保护为独立配置，#1、#2发电机励磁调节器采用ABB公司生产的UNITROL 5000型励磁装置。

2 过激磁保护与V/Hz限制的动作特性的配合

当发电机电压升高或者频率降低时，将会引起发电机出现过激磁，V/Hz限制和过激磁保护能有效地防止发电机因过励磁而造成的损坏[1]。过激磁倍数N定义如下：

式中：B、Be分别为磁通量、额定磁通量;

U、f分别为电压、频率;

Ue、fe*分别为基准电压、额定频率;

*U、*f分别为电压标么值、频率标么值。

过激磁保护反时限动作特性如图1所示：由反时限下限部分、反时限部分和反时限上限部分组成，每段都对应不同的跳闸时间。

发电机过激磁保护的最小值，应按照躲过发电机长期允许的最大过激磁倍数进行整定。反时限过激磁保护定值整定过程中，需考虑一定的裕量，分别从动作时间和动作定值上考虑：从保护动作时间考虑，时间设定值可以为厂家提供的发电机允许过励磁能力允许时间的60%-80%;从保护动作定值来考虑，可以考虑整定定值为发电机厂家提供的发电机允许过励磁倍数值除以1.05，最小动作值应与定时限下限定值匹配。当发生过激磁时，励磁调节器的V/Hz限制功能要先于保护装置的过激磁保护动作，V/Hz限制动作之后不能够有效地限制铁芯内的磁通继续增加，此时再由过激磁保护动作于跳闸停机。

V/Hz限制的参数设置应与过激磁保护动作特性匹配，要求V/Hz限制的灵敏度要高于过激磁保护。

3 过激磁保护动作情况

某发电厂RCS-985B发变组发电机过激磁保护分为两段，其中第一段出口作用于发信;第二段出口动作于减励磁，励磁调节器采用ABB公司生产的UNITROL 5000型励磁装置，为防止外部继电器接点故障，励磁调节器内部设置有“防粘连”、“防抖动”逻辑。

因某电厂位于双横线线路71313末端位置，再者因为发电机出口PT特性的差别，当线路负荷较低的情况下，发电机出口电压升高，#1发电机出口电压互感器2TV的A相二次电压，经常会达到发变组过激磁保护II段1.06倍的定值。造成发变组过激磁保护频繁动作报警，并发出长脉冲减励磁信号至AVR，造成励磁系统调节器自身闭锁，无法进行增、减磁调节，给机组安全运行造成重大安全隐患。

4 励磁调节器闭锁调节原因分析

一般而言，发变组过激磁保护信号段动作后，首先会发减励磁指令，且输出为长指令/脉冲。这对励磁调节器来说，可能会误判为减磁指令节点粘连，导致励磁调节器内部只执行一次减磁操作。相关信息整理如下：

AVC实时调整机组无功时，存在发电机机端电压升高运行工况。

发变组保护过激磁保护采样由于不同的PT采样回路（如不同于励磁调节器用的PT回路），及采样板卡精度等影响，比实际值偏高。可能存在发变组过激磁保护的信号段先于励磁调节器内的V/Hz限制器先动作。

发变组保护过激磁信号段动作后，一般发出减励磁指令，且输出为长指令/脉冲。

励磁调节器对于接收的来自发变组保护的减磁长指令/脉冲，可能会误判为减磁指令节点粘连，导致励磁调节器内部只执行一次减磁操作。

常规设计中，励磁调节器通过输入/输出接口板中的数字量输入通道（即开关量输入通道/DI点），接受来自于不同设备（如DCS、AVC、同期、发变组保护等）的增、减磁控制指令（干接点信号）。

某发电厂励磁调节器通过接收DCS增、减磁脉沖控制指令，来进行发电机电压的自动调整。在ABB励磁调节器的标准设计中，接受的增、减磁控制指令都是按控制指令的脉宽/时长有效。常规设计中，增、减磁的速度内部设置为：0.33%额定机端电压/S（国标中的要求：调压速度不大于1%/S，不小于0.3%/S）。

另外，励磁调节器内部一般设置有增、减磁操作的上下限，典型的设置为：上限值为：110%;下限值为：90%。当励磁调节器操作增、减磁达到上下限动作时，软件内部会闭锁相关的增、减磁操作。

再者，励磁调节器内部的过励限制器和低励限制器动作时，也会闭锁对应的增磁和减磁操作，仅相反的减磁和增磁操作有效。

近年来，由于AVC装置的应用，机组的电压/无功功率存在实时地、频繁地调节，为避免增、减磁回路中的中间继电器的节点粘连，导致励磁调节器增、减磁环节误动作。因此，一般会在励磁调节器软件内部补充增加逻辑模块，即增、减磁回路防粘连模块，实现原按控制指令的脉宽/长度调节转换为记录调节次数。软件内部再发出增、减磁脉冲，避免外部回路的误动作影响内部正常运行。

5 对有关问题的改进措施

目前，发电机出口PT更换为励磁特性偏差更小的PT。

将各个控制设备（保护/同期/AVC等）输出信号接口汇总至DCS，由DCS处理实现防止回路节点粘连等功能后，再通过唯一的接口输出至励磁调节器，励磁调节器按接受控制指令的脉宽/时长的标准设计执行。

利用励磁调节器的硬件接口通道资源，独立实现各个控制设备的控制指令的采样。在软件内部根据实际需要，可以增加增、减磁防粘连处理逻辑，再在软件内部汇总后，连接至增、减磁模块。

取消发电机过激磁保护减励磁出口功能。目前，各电厂发变组过激磁保护功能设置不统一，部分电厂初期投产该功能就未设置，部分电厂虽配置了该功能，但该功能并未达到预期效果，为防止影响设备可靠性，后期也取消了该功能。

某发电厂ABB UN5000励磁系统限制和保护功能完善且双套配置，调节迅速、准确，完全可以满足AVC自动调节和DCS手动调节电压的需求，无需外部保护装置对励磁系统的干预。另外，保护装置至励磁系统的减励磁信号没有统一的标准要求，无法确认脉冲信号发送的长短，设置不合理很容易造成励磁调节器误动。目前，已咨询设备厂家、电科院、热工院和定值计算专业相关专家，取消了发电机过激磁保护减励磁出口功能。

关于发变组保护过激磁保护信号段的定值设置与励磁调节器内部的V/Hz限制器的配合，需要考虑采样点/采样回路的不同，采样板卡精度不同等因素。在考虑机组过压能力及留有一定级差裕度的基础上，保证励磁调节器V/Hz限制器先于发变组保护先调节动作。

6 结语

文章通过介绍发电机过激磁保护的动作原因及励磁调节器调节逻辑，分析了由电压互感器二次电压引起的保护动作原因，并提出了解决办法和改进措施。最后通过论证和现场实践，证明所提方法切实可行，对保证发电机组的安全可靠运行及对现场应用起到指导和改进的作用。

参考文献

[1] 姜志慧，王耀坤.燃机发电机过激磁保护动作跳闸事故分析及处理[J].华电技术，2018，40（11）：24-26，78.