摘 要： 華能平涼電廠#3發電機勵磁系統由A、B兩套組成且調節器可以運行在恒電壓、恒電流、恒功率因數3個通道，還配有備勵通道。在機組投運初期進行過電壓與電流通道切換，且兩個通道切換時各個監控量數據正常平穩。2014年#3機組大修后在做勵磁調節器雙套電壓通道切換備勵時，發生發電機轉子電壓、轉子電流、定子電流、無功功率劇烈擺動。經過調取事故發生時的錄波圖形，通過詳細的理論分析，對勵磁調節器的參數進行修正，成功解決了電壓通道與備勵通道不能切換問題。經實踐證明，系統改造后電壓通道與備勵通道可以可靠切換，目前應用于#2、#3、#4機組。
關鍵詞： 勵磁系統；備勵；增磁；切換
0 引言
華能平涼電廠#3機組在2014年大修投入運行后，現場運行人員在測試電壓閉環通道切至備勵通道運行時，切換后出現發電機的無功、轉子電壓、定子電流大幅升高甚至頂表，運行人員在遠方、就地減磁無效果，給電廠安全生產埋下了隱患。
1 勵磁系統原理
平涼電廠#3機采用發變組單元接線方式，勵磁為交流勵磁機靜止不可控整流器勵磁系統，勵磁調節器為南瑞生產的NES6100型數字式勵磁調節器[1]。該勵磁調節器是雙通道勵磁調節器，勵磁調節器控制方式采用的是PID+PSS控制。根據勵磁系統的組成、勵磁調節器制造廠家提供的控制原理和邏輯，可以形成#3機勵磁系統原理方框，如圖1所示。
圖1是AVR主調節通道，即電壓調節器通道有測量單元，串并聯比例、積分、微分校正單元。其中，Ut為發電機電壓，Uref為給定參考電壓。
靜態勵磁系統（常稱自并勵）如圖2所示，勵磁電源取自發電機機端。同步發電機的磁場電流經由勵磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流橋供給。勵磁變壓器將發電機端電壓降低到可控硅整流橋所需的輸入電壓，為發電機端電壓和磁場繞組提供電氣隔離以及為可控硅整流橋提供整流阻抗[2-3]。電壓閉環通道（AC）是測量發電機端電壓和電流與給定電壓形成的偏差，經綜合放大、移相而改變可控硅的導通角，自動調節發電機端電壓和無功補償達到給定水平。電流閉環通道（DC）即恒無功調節方式，是測量主勵磁機轉子電流信號與給定參量形成的偏差，該偏差信號經放大后移相觸發可控硅，調節主勵轉子電流到整定水平，從而間接維持發電機勵磁電壓恒定[3-9]。
并網后，平涼電廠勵磁系統長期工作于電壓閉環方式，調節發電機的端電壓和無功功率，從未運行于電流閉環方式。
平涼電廠#3機組的主勵磁系統與備勵組成的勵磁系統如圖3所示，其中AC為勵磁調節器的電壓閉環方式，DC為電流閉環方式。
2 勵磁系統運行工況及分析
2.1 主勵切換備勵
在#3機組帶負荷210 MW，A、B、C、D磨煤機運行，機組各參數運行穩定，#3發變組A、B柜保護正常投入，勵磁系統正常運行（A套主套運行、B套從套運行）的情況下，運行值班員進行勵磁調節器與備勵并列運行操作。運行人員合備用勵磁出口開關２Ｋ，進行增磁操作，大約311 s后，運行人員發現DCS監控畫面勵磁系統參數出現突變，立即在遠方對備勵及勵磁調節器進行減磁操作，無效果，隨后就地通過備勵控制屏進行減磁操作，也無效果，同時發現感應調壓器伺服電機已到低限位。1 075 s后斷開2K開關，瞬間勵磁系統參數突減，調節至正常。
在本次通道切換過程中，360 s左右勵磁調節器A、B套報：（1）綜合限制報警；（2）V/Hz限制報警；（3）過勵限制報警。1 100 s #3機組發變組保護A、B柜發“失磁保護I段”動作，延時1.5 s，啟動廠用快切；廠用快切裝置A、B套動作：啟動方式“保護啟動”，出口動作為“跳工作、合備用”實現方式為“快速”。1 245 s B一次風機跳閘，B空預器主電機跳閘，輔電機聯啟正常，撈渣機跳閘，A、C空壓機跳閘。
表1是各不同時間點發電機有功、無功、機端電壓、主勵電壓、主勵電流值。
圖4是在進行勵磁調節器切換備勵時，在DCS畫面中各參數的變化趨勢。
從DCS趨勢圖中可以看出，在300 s~1 075 s之間，勵磁系統勵磁電流170 A與40 A之間頻繁波動，勵磁電壓在33 V與10 V之間頻繁波動。
由于平涼電廠#3機組長期運行于電壓閉環通道，故本次主勵切換備勵是在電壓閉環通道下進行的，電流閉環通道下并未進行切換。
2.2 事故原理分析
通過對#3機組勵磁回路DCS數據趨勢及調節器故障錄波趨勢進行分析，#3機備勵在與調節器A、B柜并入運行后，運行人員在DCS畫面對備勵增磁操作過激，致使#3勵磁調節器“最小勵磁電流限制”觸發（從圖4可以看到，主勵倒換到備勵過程中，勵磁電流不斷減小，直至20.3%，觸發了最小勵磁電流限制，由于最小勵磁電流限制器是高值門，瞬時動作，但是報動作信號有0.5 s延時，當主環輸出高于最小勵磁電流限制時，會對定時器清零。調節過程中波動較厲害，一直未能滿足達到持續0.5 s延時的條件，因此未報出最小勵磁電流限制動作信號，但是實際上已經在起作用了），造成#3發電機無功突增、備勵的電流突增、調節器過勵限制動作、輸出參數反復越變。并且調節器程序設計有“最小勵磁電流限制”，如果備勵并入后，杜絕備勵電流急增情況發生，確保調節器至少接帶30%的勵磁電流。調節器程序設計未考慮與備勵并列運行時硬接點閉鎖問題，只是在參數設置中進行限制。若接帶電流太快，容易觸發“最小勵磁電流限制”功能，致使發電機過勵限制，調節器輸出參數急劇波動。在進行上述操作前，技術人員將調節器“最小勵磁電流限制”參數修改至0，備勵退出后再將其修改回原定值。
3 結論
發電機的主勵磁與備勵切換平穩關系到發電機能否安全穩定運行，本文的研究分析得出了平涼電廠#3機組主勵與備勵切換異常的原因，并分析出了提高主、備勵切換操作的方法。通過該方法，提高了#3機組主勵與備勵切換可靠性，使得大型火電機組勵磁系統主、備勵切換操作時機組各參數變化平穩，避免了對機組及系統的沖擊，同時避免機組發生失磁跳機。本研究為今后類似電廠進行備勵并入操作提供實際經驗，防止類似事故發生；同時為調節器廠家在程序設計中提供借鑒，可將切換過程各參考量控制在合理范圍內，具有一定的研究價值和工程實際效益。
參考文獻
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