发电机励磁调节器测量故障判据逻辑优化改进

郭立雄邹伟

摘要:针对某电厂3号机组主变单相接地导致1号机组励磁调节器出现“定子电流测量故障”报警和励磁调节器发生通道切换至通道三的现象，分析了励磁调节器出现异常现象的原因，并提出了相关逻辑的优化和改进方法。

关键词：励磁调节器；定子电流测量故障；通道切换；逻辑优化

0前言

发电机励磁调节器是实现同步发电机励磁调节方式的装置，其自动控制方式通常包含自动电压控制方式、自动无功功率控制方式、自动功率因素控制方式。因此，为了实现上述三种控制方式，励磁调节器需要测量发电机的机端电压、发电机的定子电流，通过计算后用于上述三种控制方式的反馈量，因此发电机机端电压和定子电流的测量对于励磁调节器尤为重要。

1励磁调节器介绍

某电厂励磁调节器为ALSTOMP320V2型励磁调节器，为国内首次应用的ALSTOM三通道数字式励磁调节器，其采用三通道设计，通道一和通道二为自动电压控制加励磁电流控制，独立测量发电机的机端电压和定子电流；通道三仅为励磁电流控制，不测量发电机的机端电压和定子电流。

正常情况下，励磁调节器的某个自动通道在运行状态并承担100%负荷运行，其它通道处于热备用状态。当运行自动通道出现故障时，若备用通道工作正常，则通道将切换至备用通道运行；若备用通道已经存在故障，则将切换至本通道的励磁电流控制模式。且通道一和通道二能够互相切换，而通道三则无法切换至通道一和通道二，只能在冷备用情况下才允许通道三切换至通道一或者通道二。

对于励磁调节器的机端电压和定子电流测量逻辑，依据厂家设计手册说明，励磁调节器的机端电压（Ust）、定子电流（Ist）测量故障需要满足三个条件：1、三相电压、电流偏差超过30%；2、电压、电流值必须高于10%的额定值；3、持续时间需要700ms以上。

2故障描述

2014年某电厂3号机主变C相高压侧发生单相接地故障，导致电厂内1/2号机主变高压侧C相电压骤降，1/2号发电机机端电压、定子电流随之发生瞬变，电厂1号机发电机励磁调节器报“IstMEASfault（定子电流测量故障）”并导致励磁系统通道切换至第三手动通道，9s后发电机旋转二极管断两相故障跳闸（励磁系统故障）信号后由发变组保护动作跳机。

3原因分析

1233.1“电流测量故障”分析

某电厂3号主变发生高压侧单相接地故障时，1号机降功率至800MW稳定运行，2号机在1080MW满功率运行。在3号主变故障发生后，只有1号机励磁调节器发出了“定子电流测量故障”，而2号机稳定运行，未出现任何报警。根据故障时1/2号机的PMU录波图读取1/2号机相关电流数据如表1所示。

表1故障时1/2号机电流数据表

根据表1计算得知，在故障时刻，1/2号机的三相电流偏差分别约为57%和40%，且持续时间为120ms，依照厂家提供的说明说此时不满足电流测量故障的动作条件，理论上发电机励磁调节器都不应该发出“电流测量故障”的报警信号。

为了验证厂家说明书的正确性，将故障时的电流信号折算到二次侧电流分别通入发电机励磁调节器中，得到测试结果如表2所示。

表2现场试验测试结果

根据现场试验结果，可以判断“发电机定子电流测量故障”报警与发电机定子电流的突变量大小有关，且其报警延时也不是定时限，而是与定子电流突变量大小成反时限关系。定子电流突变量越大，报警延时越短；定子电流突变量越小，报警延时越长。厂家提供的定时限延时报警存在错误，应予以纠正。

同时根据现场试验结果表明，1号机的发电机定子电流偏差57%且持续时间120ms，励磁调节器两个自动通道都将会发出“定子电流测量故障”；而2号机的发电机定子电流偏差40%，持续时间120ms，少于此电流偏差所需要的动作时间，因此励磁调节器将不会发出“定子电流测量故障”。

3.2通道切换故障分析

按照设计，在运行自动通道发生故障后，励磁调节器将切换至备用自动通道运行，若备用自动通道故障，则切换至备用手动通道运行，励磁调节器不会切换至第三通道，通道切换顺序如图1所示。而在本次故障中，励磁调节器直接切换至第三通道，与设计上存在不符合的现象。

图1励磁调节器切换顺序

通过分析励磁调节器的切换逻辑，发现当运行通道出现故障时，而在备用通道正常的情况下，调节器通道切换完全能够正常切换成功。

当两个自动通道同时出现故障信号时，由于数字式励磁调节器的运算处理需要一定的周期，每个运算周期运行通道读取一次备用通道的状态，而由于“定子电流故障”报警发生时，运行通道逻辑里记忆的备用通道状态仍为“正常”，此时运行通道将会发出通道切换的命令。

运行通道的通道切换命令的发出，励磁调节器将执行通道切换动作，此时励磁调节器将会检查通道二和通道三的工作状态，由于通道二也同时发出了“定子电流故障”报警，此时励磁调节器认为通道二处于不可用状态，故只能切换至通道三。

4相关逻辑优化改进

44.1测量故障逻辑优化

按照厂家原有设计，当励磁调节器检测到三相电流偏差超过30%时，报警延时与偏差量大小成对应关系。根据现场实际测量表明，“定子电流故障”基本在电流偏差延时40ms—140ms后出现报警。对于发电机-变压器组近端的不对称故障情况，故障的切除往往需要40ms及以上的时间，因此发电机-变压器组的近端不对称故障将很有可能会导致励磁调节器出现切换至通道三的情况，这种情况将不利于发电机组的稳定运行。

为了消除隐患，提高励磁调节器躲过外部故障的运行能力，可以优化Ist、Ust测量故障信号输出延时时间，当Ist、Ust测量故障条件满足后，将会延时输出，延时时间按照躲过故障切除的最长时间来整定。延时时间整定选择：按照躲过后备保护最大延时时间，并增加一定裕度。机组500kV开关失灵保护延时为250ms，结合主保护动作时间、采样时间等因素整定为350ms。机组保护动作时间如表三所示。

表三机组相关保护动作时间表

优化后，当励磁调节器的硬件出现故障后，将会导致故障报警也延迟350ms发出，且对励磁调节器运行影响较小。

4.2通道切换逻辑优化

为了避免两个自动通道同时故障切换至第三通道的情况，通过在备用通道增加100ms延时，当出现类似故障导致两个通道同时异常时，备用通道将会延时发出报警，可以避免通道切换至第三通道。

5应用及验证

将上述定子电流测量逻辑及通道切换逻辑优化实施后，在励磁调节器上进行相关试验，试验结果如表四所示。

表四励磁调节器逻辑优化试验结果

表四现场试验结果表明，在实施上述的逻辑优化后，励磁调节器对于发电机—变压器近端不对称故障将能有效的避免出现误报警以及通道切换至第三通道，能够有效提高发电机的稳定运行。

6结论

通过对励磁调节器在外部故障情况下的异常响应进行分析，明确了励磁调节器内部定子电流测量和故障切换逻辑存在缺陷，提出并实施了相应的逻辑优化方案。根据机组的实际运行情况以及对相同故障的响应情况，表明本文所提的逻辑优化方案有效可靠，大大的提高了机组的运行稳定性，为其它类似设计问题提供了良好的借鉴。

7结束语

本文所论述的设计缺陷较为隐蔽，且厂家提供的说明书也不完全正确，因此需要维护人员在日常维修和大修工作中尽可能的了解励磁调节器内部的相关设计，不迷信厂家说明书，对于不合理的设计要用于质疑并开展实验验证，努力提高对设备的全面掌握。

参考文献:

[1]ALSTOM.OPERATINGANDMAINTENANCEMANUALAVRV2.

[2]国家能源局.DL/T843-2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件.