电磁干扰造成励磁系统保护误动的分析与处理

引言

在整个电力系统中，发电机是电网的心脏，励磁系统则是发电机的心脏，都是起着输送血液的作用，因此励磁系统的稳定运行对机组有着极其重要的作用，我厂为此引进了ABB公司的ABB UNITROL 6800型励磁设备。UNITROL 6800秉承传统优势，在功能性，可靠性，连通性和稳定性都是很高的，但是由于安装问题以及相关部件存在的问题导致的机组跳闸也是时有发生的。

一、故障前现象及检测

1.事前状态

事故发生前我厂的#1机组(300MW)运行，其有功功率为235MW，无功功率为83.9MVar，机组励磁电压204.3V，励磁电流为1804.8A，发电机机端电压分别为20.087kV、20.121kV、20.168kV;机组按照省调命令投入AGC。

2.事件经过

2013年3月23日，#1机1101断路器突然跳闸，机组全停，6kV快切动作，电源切换至备变。DCS光子牌“励磁系统故障”、“转子过电压”,发变组保护的A、B柜“励磁系统故障”、C柜“主变联跳”动作启动。#1机组运行立即排人员就地检查励磁调节器柜，其液晶面板“转子过电压”报警信号发出。

3.事故检测排查

继电保护人员接到通知后立即派人到现场检查励磁柜内元件，结果未见异常，随后查看机组的故障录波器(TR-2000型)，发现发电机B相电流突变量启动，机组机端电压降低，B相电压最低降到16.78kV, B相定子电流最大到9251A。值长电话询问省调，从供电局处得知供电线路系统有故障，另一电厂的高备变内部发生短路故障，造成其所在母线及出线全部跳闸。继电保护人员在得知事情原因后，立即测量灭磁电阻的直流阻值，结果正常，检查励磁装置进线柜内交流保险(F13)无问题。调出UNITROL 6800励磁装置故障录波曲线，根据录波曲线分析此次事故的原因为：系统电压降低导致机端电压下降，励磁装置强励动作，在强励过程中转子过压保护动作造成停机。

二、原因分析

1.励磁系统本身的情况

#1发变组励磁系统用的是ABB公司的UNITROL 6800型，它采用IEEE64位浮点运算控制器，采用了当今最先进的印刷电路板制作技术和最新型的电晶体元件，具有维护方便的特点。数字式自动电压调节器(AVR)模块为PEC800型多功能功率控制器，它不仅控制功率整流器的电压输出，而且包含有限制器、监视功能及供货范围内的其它控制电子。受控的可控硅整流器直流输出通过灭磁设备接入发电机磁场(转子)。安装时共有六面柜子，1个励磁调节器柜，1个灭磁柜，3个整流柜，1个交流进线柜，并配备有结构完善的标准软件，包含AVR/SES安全运行所需的全部调节、保护、和监视。安装完毕后由省电院全程负责调试，并且其静态调试实验，和动态调试实验都合格。

2.从动作原理分析

一开始并没想到是励磁设备自身故障，后联系ABB厂家共同分析，判断为转子过电压保护误动。根据其转子过电压保护动作原理及动作原因分析得到如下结果：

(1)首先，由于发电机机端电压降低至某个值时，也就是发电机电压明显低于给定电压时，励磁系统强励动作，使励磁电流增至最大值，从而使励磁机端电压升到顶值，当发电机恢复至低电压继电器返回值时，励磁整套装置返回，励磁电压恢复正常。据此判断，发电机转子过电压不应该误动。怀疑有外部或者原件损坏对结果造成了影响，后检查励磁设备外观及内部相关原件，如霍尔变送器，二次接线等无发现明显的损坏。

(2)没发现明显问题后，尝试起机，启动过程中监视励磁系统各个参数，发现当#1机负荷在260MW时，励磁电流 1875A，Crowbar回路经过霍尔变送器的输出值P10929为-163A，另测量#2机负荷235MW时，P10929的测量值为-114A。从厂家处得知此值的理论值为0A。当发电机满负荷运行时，P10929的输出值达到了197A，根据ABB励磁设备的转子过电压保护原理：当调节器检测到 P10929霍尔元件的输出值大于导通电流P925的设定值200A，持续20ms以上，则转子过电压保护动作。由此判断，在满负荷状况下，励磁电流稍微增大便使P10929的输出值即将达到了保护动作值，又因为由于该电流检测利用霍尔元件实现，输出电压为mV级，在受到一定电磁干扰时，元件输出会有较大波动，致使强励动作时，P10929输出值大于设定值，诱发转子过压保护动作。

三、问题处理

再次检查现场设备状况及励磁小室周围的布置情况，在励磁系统功率柜旁边有发电机出现PT柜，其它没发现明显的电磁干扰源。尝试更快霍尔变送器，更换后发现问题依旧存在;再次观察励磁柜内设备，怀疑母排的布置不对称，(如图1)，其中一根母排有拐角和另一个母排没有平行，这样在电流很大时有可能造成不对称磁场而影响霍尔元件，导致变送器计算有误差。但是现场的母线和PT出线柜的布置都无法变动，故只能调整Crowbar回路的电流定值。

根据前面的测量结果观察判断后，发电机的额定励磁电流2655A，强励动作时为额定励磁电流的2倍，故Crowbar回路的电流为2665/1875*2*163=463.3A，考虑一定的裕度，则导通电流P935的定值可以设定为463.3*1.25=579A，取个整值为600A。