夏熙杰，楊陳琦，許立長(zhǎng)，李誠(chéng)帥，羅海冰，許慶賀

(1.河南恩湃高科集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450052;2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 201100)

0 引言

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，勵(lì)磁系統(tǒng)控制是一種保障發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)作為一種附加控制環(huán)節(jié)，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中引入轉(zhuǎn)速(頻率)和發(fā)電機(jī)功率的合成信號(hào)作為PSS的工作信號(hào)，通過(guò)調(diào)整PSS相位補(bǔ)償，有效提供正阻尼力矩，抑制可能出現(xiàn)的電力系統(tǒng)低頻振蕩。電網(wǎng)要求新投運(yùn)和改造后的發(fā)電機(jī)組必須進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)，在電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)要求PSS有良好的相頻特性，以合理、正確補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)的相位滯后；PSS的投入和退出不會(huì)影響發(fā)電機(jī)電壓正常穩(wěn)態(tài)水平，PSS工作過(guò)程中不會(huì)引起發(fā)電機(jī)電壓和功率過(guò)大的波動(dòng)，防止發(fā)電機(jī)過(guò)電壓、無(wú)功過(guò)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)失磁或勵(lì)磁不足；并且，對(duì)于原動(dòng)機(jī)功率調(diào)整速度較快(如汽輪機(jī)甩負(fù)荷、水輪機(jī)快速升負(fù)荷)時(shí)，PSS不應(yīng)出現(xiàn)明顯的“反調(diào)”現(xiàn)象。

目前，部分發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)存在邏輯軟件設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制能力弱，缺乏相應(yīng)的限制功能等問(wèn)題，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行PSS試驗(yàn)會(huì)給機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，易造成發(fā)電機(jī)跳閘事故的發(fā)生。以下介紹某電廠一臺(tái)火電機(jī)組改造后進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)過(guò)程中，在通道1的在線無(wú)補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)相頻特性測(cè)試完成后，又進(jìn)行通道2的勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性測(cè)試時(shí)，通過(guò)參數(shù)修改模擬量輸入對(duì)應(yīng)量程后，發(fā)電機(jī)發(fā)生異常跳閘的過(guò)程。通過(guò)對(duì)工作原理的分析，提出防范措施，以降低PSS整定試驗(yàn)過(guò)程對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行可能造成的風(fēng)險(xiǎn)，防止機(jī)組異常跳閘。

1 機(jī)組PSS整定試驗(yàn)簡(jiǎn)介

某630 MW的火電機(jī)組，發(fā)電機(jī)額定電壓為20 kV，勵(lì)磁系統(tǒng)采用機(jī)端自并勵(lì)方式，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為瑞士ABB公司生產(chǎn)的Unitrol 5000型雙套微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。機(jī)組改造完成后，根據(jù)要求必須進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)。

要計(jì)算PSS的補(bǔ)償，需實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)相頻特性，再根據(jù)實(shí)測(cè)的無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)試結(jié)果和DL/T 1231—2013《電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗(yàn)導(dǎo)則》的要求，對(duì)PSS頻率響應(yīng)特性進(jìn)行仿真修正計(jì)算和PSS參數(shù)設(shè)計(jì)，將所測(cè)得的無(wú)補(bǔ)償相頻特性與PSS單元頻率響應(yīng)特性相加，得到有補(bǔ)償相頻特性。通過(guò)調(diào)整PSS的相位補(bǔ)償，使本機(jī)振蕩頻率的力矩向量滯后Δω軸0—30°；0．3—2．0 Hz頻率的力矩向量滯后Δω軸(-20°)—45°。當(dāng)有低于0．2 Hz頻率要求時(shí)，最大超前角不應(yīng)大于40°。同時(shí)，PSS不應(yīng)引起同步力矩顯著削弱而導(dǎo)致振蕩頻率的降低和阻尼的減弱。

2 事故過(guò)程

2.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

當(dāng)該電廠機(jī)組接近滿負(fù)荷時(shí)，開(kāi)始做PSS整定試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作：將勵(lì)磁系統(tǒng)柜內(nèi)的發(fā)電機(jī)PT，CT采樣回路，勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓采樣回路以及模擬量輸入口連接至試驗(yàn)儀器，確認(rèn)試驗(yàn)線連接和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)均正確。

2.2 通道1的無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)試

準(zhǔn)備工作完成后，首先對(duì)通道1(勵(lì)磁系統(tǒng)主通道)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性測(cè)試，將調(diào)試軟件通過(guò)光纖連接至勵(lì)磁系統(tǒng)通道1，并切換為就地控制。選擇1個(gè)未連接至勵(lì)磁系統(tǒng)控制計(jì)算環(huán)節(jié)的備用測(cè)試信號(hào)輸入端口，并將此模擬量輸入口的輸入量程修改為1 V DC電壓量對(duì)應(yīng)1 %的模擬量，檢查輸入正確之后改為輸入白噪聲信號(hào)，顯示無(wú)誤后退出。然后，通過(guò)調(diào)試軟件將模擬量輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)連接至勵(lì)磁系統(tǒng)控制計(jì)算環(huán)節(jié)，此時(shí)通過(guò)模擬量輸入的任何信號(hào)都能對(duì)勵(lì)磁電壓產(chǎn)生影響。于是緩慢增加頻譜分析儀白噪聲信號(hào)的幅值至1．2 V，然后經(jīng)過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性計(jì)算，得到通道1主控下勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償相頻特性數(shù)據(jù)。

2.3 通道2的無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)試

通道1的勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性測(cè)試完成后，進(jìn)行通道2的勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性測(cè)試。將調(diào)試軟件通過(guò)光纖連接至通道2，觀察2個(gè)通道之間的跟蹤偏差，在偏差較小的時(shí)候，修改參數(shù)，將勵(lì)磁系統(tǒng)切換至通道2運(yùn)行。隨后通過(guò)調(diào)試軟件開(kāi)通測(cè)試信號(hào)輸入，將模擬量輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)連接至勵(lì)磁系統(tǒng)控制計(jì)算環(huán)節(jié)，緩慢增加動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)試信號(hào)的電壓，白噪聲幅值緩慢增加。通過(guò)錄波儀觀察勵(lì)磁系統(tǒng)輸出的動(dòng)態(tài)行為，發(fā)現(xiàn)測(cè)試信號(hào)較小時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)偏大，判定對(duì)應(yīng)的量程偏大。于是首先斷開(kāi)了白噪聲信號(hào)，在確認(rèn)測(cè)試信號(hào)輸入關(guān)閉后，通過(guò)參數(shù)修改模擬量輸入對(duì)應(yīng)量程，減小測(cè)試通道對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)，使得1 V DC電壓量對(duì)應(yīng)1 %的模擬量。在量程參數(shù)修改過(guò)程中，機(jī)組出現(xiàn)運(yùn)行異常，發(fā)電機(jī)失步保護(hù)動(dòng)作，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，機(jī)組跳閘解列。

3 原因分析

在Unitrol 5000勵(lì)磁系統(tǒng)中，模擬量輸入信號(hào)通過(guò)參數(shù)整定，輸入電壓范圍固定在-10 V DC至+10 V DC，并且在其中成線性比例關(guān)系。初始默認(rèn)低值為-100 %，高值為+100 %，備用模擬量輸入端口默認(rèn)標(biāo)定參數(shù)為：±10 V輸入電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)±10 000標(biāo)定參數(shù)，對(duì)應(yīng)軟件內(nèi)部±100 %。測(cè)試信號(hào)輸入如圖1所示。

圖1 測(cè)試信號(hào)輸入示意

做通道1和通道2的無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)試時(shí)，需先將默認(rèn)標(biāo)定參數(shù)從±10 000修改為±1 000，使得10 V DC電壓量對(duì)應(yīng)10 %的模擬量，即1 V DC電壓量對(duì)應(yīng)1 %的模擬量，再將模擬量輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)連接至勵(lì)磁系統(tǒng)控制計(jì)算環(huán)節(jié)。本次試驗(yàn)進(jìn)行通道2的無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)試時(shí)，在模擬量輸入對(duì)應(yīng)的參數(shù)已經(jīng)連接至勵(lì)磁系統(tǒng)控制計(jì)算環(huán)節(jié)的情況下修改此標(biāo)定參數(shù)，這時(shí)通過(guò)模擬量輸入的任何信號(hào)都能對(duì)勵(lì)磁電壓產(chǎn)生影響。

在修改過(guò)程中首先修改了高值，將操作參數(shù)由+10 000修改為+1 000。此時(shí)，-10 V DC至+10 V DC對(duì)應(yīng)的量程從-100 %至+100 %變成了-100 %至+10 %，因而電壓輸入為0時(shí)，對(duì)應(yīng)的模擬量輸入信號(hào)為-45 %。其輸出有效值由0變化為-45 %，勵(lì)磁系統(tǒng)輸出減少45 %，導(dǎo)致因測(cè)試信號(hào)參數(shù)標(biāo)定失誤，使勵(lì)磁系統(tǒng)輸出嚴(yán)重降低，磁場(chǎng)強(qiáng)度突然降低，功角變大。這導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓進(jìn)行了-45 %的階躍，發(fā)電機(jī)電壓從20 kV瞬間降至11 kV，發(fā)電機(jī)電流由14 kA升至45 kA，發(fā)電機(jī)從滿負(fù)荷正常運(yùn)行快速進(jìn)入失步狀態(tài)。隨即發(fā)變組保護(hù)發(fā)出發(fā)電機(jī)失步報(bào)警、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，發(fā)電機(jī)出口主開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，機(jī)組跳閘。

4 防范措施及建議

勵(lì)磁系統(tǒng)是一種保障發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要設(shè)備，PSS整定試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組異常跳機(jī)給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失。為預(yù)防類似事故的發(fā)生，提出以下防范措施及建議。

(1) 該勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)AI轉(zhuǎn)化信號(hào)標(biāo)定無(wú)信號(hào)異常識(shí)別及閉鎖功能，在進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)時(shí)，模擬量輸入信號(hào)直接進(jìn)入勵(lì)磁系統(tǒng)PID運(yùn)算環(huán)節(jié)，運(yùn)算環(huán)節(jié)的輸出直接影響整流橋脈沖觸發(fā)角度，不經(jīng)過(guò)任何過(guò)勵(lì)、低勵(lì)限制器，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制較弱。因此，可以對(duì)軟件邏輯進(jìn)行完善，增加對(duì)模擬量信號(hào)的限制環(huán)節(jié)，一旦信號(hào)超過(guò)幅值立即切除。

(2) 在進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)時(shí)，在離線狀態(tài)下完成測(cè)試信號(hào)通道的標(biāo)定參數(shù)調(diào)整，斷開(kāi)測(cè)試信號(hào)在軟件內(nèi)部的軟開(kāi)關(guān)，防止模擬量輸入信號(hào)直接進(jìn)入勵(lì)磁系統(tǒng)PID運(yùn)算環(huán)節(jié)。

(3) 由于PSS整定試驗(yàn)在機(jī)組80 %以上負(fù)荷時(shí)進(jìn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)在修改定值后立即生效，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)對(duì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)評(píng)估，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的控制，形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的作業(yè)流程，并加強(qiáng)人員監(jiān)督力度。

5 結(jié)論

在發(fā)電機(jī)組80 %以上負(fù)荷運(yùn)行工況下進(jìn)行PSS整定試驗(yàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，要高度重視發(fā)電機(jī)組PSS整定試驗(yàn)，做好有效的事故防范措施。以上提出的防范措施及建議，可為同類型勵(lì)磁系統(tǒng)的PSS整定試驗(yàn)提供參考。

1 王君亮．加速功率型PSS功率匹配系數(shù)的整定[J]．大電機(jī)技術(shù)，2009，39(6)：57-60．

2 向保錄，劉冠環(huán)．電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)整定試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組跳閘的探討[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(11)：121-125．

3 國(guó)家能源局．DL/T 1231—2013 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗(yàn)導(dǎo)則[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2013．

4 宋俊峰，張玉山，何 茜．EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器引起勵(lì)磁故障跳機(jī)分析[J]．電力安全技術(shù)，2013，15(8)：22-25．

5 范 琳．一起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)誤強(qiáng)勵(lì)事故分析[J]．電力安全技術(shù)，2013，15(6)：25-27．