关于火电厂发电机励磁调节系统AVC、DCS增减磁继电器防粘连控制措施

关于火电厂发电机励磁调节系统AVC、DCS增减磁继电器防粘连控制措施

何建军

青海黄河上游水电开发有限责任公司西宁发电分公司 青海 西宁 810000

【摘 要】：电力系统电压的运行质量依赖于无功功率的分区、分级就地平衡。而供给发电机转子电流的励磁系统是解决电力系统自动调压的关键所在。发电机励磁系统出现故障就会直接影响与它配套的发电机组的运行。轻则自动励磁调节器退出工作，改由手动调节励磁；重则造成停机事故。

作者通过其他发电厂外部指令系统AVC对励磁系统造成的误动实际案例，在西宁发电分公司采取一系列整改措施，通过实际测试验证，有效防止了发电机励磁调节系统误动作（属于误动）切机事件的发生。并对其他发电厂有很好的借鉴意义。

【关键词】：发电机；励磁调节系统；AVC；防粘连

1引言

发电机励磁系统直接影响发电机、电厂和电网的安全稳定和经济运行，励磁控制系统是发电厂中极为重要的关键设备。其主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流（电压），控制机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时控制发电机机组之间的无功功率的合理分配，提高同步发电机并列运行的稳定性，以满足电力系统安全稳定运行的需要。

电网在线电压无功控制装置AVC系统根据电网电压给定值，发指令给发电机励磁调节系统进行发电机出口电压调节（发电机并网状态时调节电网系统的无功功率）。发电机运行过程中，若增、减发电机励磁的继电器发生抖动、粘连时将会导致持续发出增磁或减磁指令，从而导致发电机事故及电网事故。

西宁发电分公司2×660MW发电机组为电气接线方式为单元式接线方式，励磁系统为自并励方式。1、2号发电机励磁调节器外部（首先电网在线电压无功控制系统AVC发指令给DCS，然后DCS再将指令转发给发电机励磁调节系统）增、减励磁的指令均作用于励磁调节器，若因外部增、减励磁指令继电器故障接点粘连，则励磁系统会一直执行该指令，最终会导致励磁系统事故，发电机组跳闸非停。

2 典型案例

2.1事故案例1：华能某热电厂，2019年12月04日1号机组非计划停运

原因确定为：AVC在接收电网调节指令动作增磁时，增磁继电器动作并发生粘连，通过DCS持续给励磁调节器提供增磁信号，导致机端电压持续持续上升，并连带电网无功升高。导致主变发热，直至发电机反时限过激磁保护动作，机组解列。造成电网电源甩负荷事故。（在此过程中，虽然运行值班人员进行了人为减励磁方式的干预，但无济于事。在这种状况下，若发电机保护拒动，侧会造成发电机和电网联系的主变压器爆炸。进一步扩大事故。）

2.2 事故案例2：国投某电厂，2018年10月21日1号机组非计划停运。

原因确定为：AVC在接收电网调节指令动作减磁时，减磁继电器动作并发生粘连，通过DCS持续给励磁调节器提供减磁信号，持续的减磁导致发电机进相运行，直至发电机励磁调节系统低励限制器动作，机组无法调节电网无功。（在此过程中，虽然运行值班人员进行了人为增加励磁方式的干预，但无济于事。在这种状况下，若发电机励磁调节系统低励限制器和发电机失励保护拒动，侧会造成发电机失步，烧毁发电机，进一步扩大事故。）

3 原因分析

3.1外部原因

发电机励磁调节器收到外部增、减磁指令，通过控制励磁整流柜可控硅导通角的开度调节励磁电流。但励磁系统内部却无防粘连功能，当AVC、DCS两个串联的系统中，有一个系统出现故障，增、减磁继电器粘连后，发电机励磁系统无法正确判断，易造成发电机励磁系统误增励磁或误减励磁。最终导致运行的发电机组故障跳闸。

3.2 内部原因

AVC装置增、减磁由一块控制驱动模块AC011单节点发出增、减脉冲实现。AVC装置增磁、减磁脉冲输出回路单一，运行过程中可靠性能下降。

4 解决方案

4.1 在源头上增加防范措施

西宁发电分公司在1、2号机AVC装置原来一块控制驱动模块AC011基础上增加一块控制驱动模块AC012，并改造完善回路，将新增加的增、减磁继电器接点与原增、减磁继电器接点串联，接至AVC增、减磁脉冲输出回路。这样单个模块继电器接点故障粘连时，模块不会连续发出指令。

4.2 在尾端接收装置（发电机励磁调节器）上增加防范措施

发电机励磁调节器增设防增、减磁接点粘连逻辑的程序：程序判断外部指令接收时长，大于该时长，则判断为外部指令回路有粘连，同时闭锁执行该指令。

根据西宁发电分公司现场实际情况，设置指令接收时间为700ms（时长考虑因素：躲过AVC指令500ms，DCS指令300ms），在700ms时长外连续收到外部增、减磁指令，则判断为外部指令接点粘连。将闭锁励磁调节器执行该指令，保持原状态， 并在励磁调节器ECT上报警。

特别注意：通过试验，对发电机励磁调节器指令接收时间700ms内，发电机励磁调节器的调节步长范围也作出相应调整。避免发电机励磁调节速度过快或过慢。

表1：励磁调节器现场调试记录

4.3 增加防范措施后

发电机励磁调节器外部（AVC及DCS发来的指令）增加、减少发电机励磁的指令继电器发生抖动、粘连时，发电机励磁调节器能够正确判断。并对增加、减少励磁的指令脉冲进行闭锁，不再执行增加、减少发电机励磁的调节，而是保持原状态。

5 技术整改效果

5.1整改前

1、AVC系统根据电网给定远方电压目标值进行电压调节（发电机并网状态时调节电网系统的无功功率）， AVC（或DCS）增、减磁继电器发生抖动、粘连时将会导致持续发出增、磁或减、磁指令。

    2、1、2号机励磁调节器外部接收到（DCS和AVC）增、减磁的指令，若因外部增、减磁指令继电器故障接点粘粘连，则励磁调节系统会一直执行该指令，最终导致发电机组解列事故发生。

5.2 整改后

AVC装置增加一块控制驱动模块，并改造完善回路，两个模块的指令接点形成串联关系，提高了防粘连的可靠性。在励磁调节器增加防外部增、减磁接点粘连逻辑。避免了因外部增、减磁指令接点粘连时，励磁调节器接收错误指令，而导致的发电机非停事故，保证机组安全稳定运行。

一般发电厂的励磁调节器均采用双通道运行的调节方式，正常运行时调节通道CH1自动运行，CH2热备用（此种方式称为主从式）。也有的发电厂采用调节通道CH1和调节通道CH2并联同时运行（此种方式称为互为热备用式）。但不管哪一种方式，在进行发电机励磁调节器程序逻辑修改时，均要两个通道同时进行逻辑修改。并做好增、减磁防接点粘连闭锁试验、通道切换（主从式调节方式）、励磁调节器均流试验（互为热备用式调节方式）等一系列试验。不做试验或试验不合格严禁投运发电机。

6 结束语

对于还没有改进励磁系统接受指令防粘连功能的并网发电机组，均可以借鉴整改，防止2019年12月04日华能某热电厂1号机组非计划停运事件和2018年10月21日国投某电厂1号机组非计划停运事件的发生。我也非常乐于提供技术支持和技术交流！

注释：

（1）AVC ：Automatic  Voltage  Control  System.  电网在线电压无功控制系统。

（2）DCS ：Distributed  Control  System.  分散控制系统。

参考文献

[1] 王君亮【同步发电机励磁系统原理与运行维护】 中国水利水电出版社

[2] 竺士章【发电机励磁系统试验】