MEC5330励磁系统短路试验电流跳变原因分析

康瑞文

(三河发电有限责任公司，河北 三河 065201)

0 引言

三河发电有限责任公司一期工程为2×350 MW机组，励磁调节器采用三菱公司生产的MEC5330型励磁调节器，励磁系统为静态自并励方式。机组自1999年投运以来，未进行过发电机短路试验。2009年#2高压厂用变压器投运时进行了首次短路试验，在短路试验过程中曾出现电流跳变现象，出现此现象后检查确认励磁系统回路接线及设备硬件均无问题。下面通过分析励磁调节器内部运行逻辑，说明短路试验时励磁系统引起电流突变的原因，并探讨解决该问题的思路和对策。

1 励磁调节器电流突变原因分析

1.1 励磁系统设备概况

三菱公司MEC5330自动励磁调节器(AVR)采用双系统控制方式，2套互为备用的CPU卡分别控制着工作和备用AVR中的各模拟和数字卡的工作，各插件采用总线结构共享其运行控制参数。每套AVR自动通道中均包含过励限制(OEL)、过激磁限制(VFL)和低励限制(MEL)等功能。正常运行时，励磁系统为恒电压控制方式，在机组启动或自动通道故障时可使用恒磁场电流控制方式，当双CPU均出现故障或发生2套AVR控制卡件交叉故障时，还有最后维持电压的手段——手控方式。所有卡件的运行和退出都是自动完成的，一般情况下不需进行人工干预。该励磁调节器无试验模式的人机界面，装置前面板只设有一些报警指示灯，通过调试工具连接CPU后可直接显示励磁调节器内部运行逻辑，调节器所有参数修改均通过调试工具在相应的逻辑页进行，因此，调节器参数的修改必须在掌握内部运行逻辑的基础上才能进行。

1.2 短路试验励磁调节器所采取的措施

对于静态自并励方式励磁系统，短路试验的常规做法如下:

(1)试验电源一般取自机组6 kV厂用电源，断开励磁变压器高压侧与发电机出口封闭母线的连接线并做好隔离，将6 kV励磁试验电源电缆接至励磁变压器高压侧。6 kV开关闭合后，检查确认整流柜交流母线三相电压值及相序正确;将励磁开关跳闸按钮临时接至励磁小间。

(2)可控柜整流柜风机接可靠临时电源，检查确认临时电源和变压器接线良好，相序正确，风机启动和运转正常。

(3)通过在AVR柜端子排改变接线，保证AVR输入主开关状态始终处于分闸状态。

(4)通过在AVR柜端子排改变接线，强制AVR控制柜上励磁方式为手动方式。

(5)修改手动方式时起励后的初始值接近于0。

(6)修改手动方式时升压速率值，降低升压速率。

(7)断开起始励磁回路对励磁系统运行的影响。

(8)待主开关合上后，断开开关操作和动力直流开关，由热工人员断开主开关合闸定速回路。

1.3 短路试验励磁调节器电流突变现象及特点

为保证在三河发电有限责任公司#2高压厂用变压器回装后，所有涉及#2高压厂用变压器CT接入各保护装置的极性正确，保证#2机组整套启动顺利进行并长周期安全、稳定运行，依据《继电保护及电网安全自动装置检验条例》(1988年版)第14条“用一次电流及工作电压的检验”中第14.2款对新安装的或设备回路经较大变动的装置，在投入运行以前，必须用一次电流和工作电压加以检验，以判定:电流差动保护(母线、发电机、变压器的差动保护、线路纵差及横差等)接到保护中的各组电流回路的相对极性关系及变比是否正确。

在短路试验方案中，为防止试验过程中定子电流增大并超过高压厂用变压器的额定值而对变压器造成不利影响，特将高压厂用变压器高压侧电流保护定值改为0.3 p.u.(分支额定电流折合到高压侧电流)，时间为0 s;同时要求运行人员监视励磁电流，如果出现电流突变，立即跳开励磁开关。在#2高压厂用变压器短路试验前，严格按照短路试验方案进行各项措施准备，并核对所采取措施的正确性，然后进行#2高压厂用变压器短路试验。合上从厂用6 kV段母线所取临时励磁电源开关及灭磁开关，此时转子电流显示为5 A，定子电流显示为30 A;用手动方式开始增励磁以缓慢提升电流，增励磁起始阶段发电机励磁电流和定子电流变化非常缓慢，大约5 min后，发电机励磁电流和定子电流有增加现象但变化不大，励磁电流为34A，定子电流为195A。短路试验方案要求定子电流升至300A，继续增加励磁，突然励磁电流由34 A增大到105 A，定子电流由195 A增大到603 A(若分支额定电流折合到高压侧，则定子电流为627.5 A)，运行人员立即手动跳开励磁开关。停止进行短路试验，检查确认励磁系统硬件和回路接线及试验接线均正常。由于发电机定子电流达到195 A时，已经能够检查保护中各组电流回路的相对极性关系及变比，因此再次进行短路试验，缓慢提升电流，当电流升至励磁电流为31 A、定子电流为178 A时，停止提升电流，进行保护向量测量。

1.4 励磁调节器电流突变原因分析

仔细分析励磁调节器内部运行逻辑发现:当励磁开关合闸并延时一定时间后，在励磁电流和励磁电压还小于设定值时，逻辑判断为模拟量采集系统故障，因此开始手动增加励磁，但电流上升非常缓慢;在励磁电流和励磁电压大于设定值后，逻辑判断模拟量采集系统恢复正常，逻辑翻转，突然开放相关逻辑及限制，导致励磁电流突然增大，从而使定子电流突然增大。

根据励磁调节器内部控制逻辑可画出部分逻辑关系图，如图1、图2所示。图中虚线部分表示开关量连线，实线部分表示模拟量连线。

图1中:IF11，IF12，IF13分别表示正常运行通道发电机励磁电流模拟量输入;IF21，IF22，IF23分别表示备用通道发电机励磁电流模拟量输入;IF1为正常运行通道调节器内部运算用励磁电流;IF2为备用通道调节器内部运算用励磁电流;IF1 DN为正常运行通道励磁电流故障报警;IF2 DN为备用通道励磁电流故障报警。分析图1可知，当励磁开关合闸后(41ON为1)，若经过10 s延时励磁电流还小于35 A，再经过0.5 s延时报励磁电流故障;若IF1 DN和IF2 DN同时为1，将导致励磁逻辑判断为模拟量采集系统故障，同时闭锁相关逻辑和切到备用方式逻辑，手动增磁，但变化非常缓慢。

图2中:VF11，VF12，VF13分别表示正常运行通道发电机励磁电压模拟量输入;VF21，VF22，VF23分别表示备用通道发电机励磁电压模拟量输入;VF1为正常运行通道调节器内部运算用励磁电压;VF2为备用通道调节器内部运算用励磁电压;VF1 DN为正常运行通道励磁电压故障报警;VF2 DN为备用通道励磁电压故障报警。分析图2可知，当励磁开关合闸后(41ON为1)，若经过10 s延时励磁电流还小于6 V，再经过0.5 s延时报励磁电流故障;若VF1 DN和VF2 DN同时为1，将导致励磁逻辑判断为模拟量采集系统故障，同时闭锁相关逻辑和切到备用方式逻辑，手动增磁，但变化非常缓慢。

1.5 励磁调节器电流突变对短路试验机组的影响

在发电机变压器组或发电机短路试验时，由于发电机和主变压器额定电流将近10 000 A，定子电流跳变几百安培对发电机和主变压器无任何影响，但对接于发电机出口的高压厂用变压器短路试验将有较大影响。高压厂用变压器分支绕组折合到高压侧额定电流仅为几百安培，若试验不当，此电流跳变将可能使高压厂用变压器绕组因过负荷而损坏，因此，在做高压厂用变压器短路试验时应特别注意。

1.6 励磁调节器短路试验时的改进思路

由于短路试验时励磁电流和励磁电压缓慢上升，通过逻辑分析，在延时10s后若励磁电流低于设定值，逻辑判断将闭锁正常运行逻辑，导致增加励磁提升电流缓慢;当增加励磁突破励磁电流和励磁电压低值设定门槛值时，逻辑突然开放，导致励磁电流突然增大。试验时可考虑更改励磁电流和励磁电压低值设定门槛值 BL10，BL11，BL13，BL14，以达到顺利、平缓增加励磁的目的。由于励磁调节器内部运行逻辑错综复杂，若要更改模拟量设定和励磁调节器内部运行逻辑，需经过厂家确认与认可，否则可能由于改动不完善而影响正常运行逻辑，从而出现危害发电机组安全、稳定运行的情况，特别是可能引起误强励等严重后果。

通过分析励磁调节器逻辑发现，励磁开关合闸后原BL01和BL04设定延时10 s启动励磁电流和励磁电压低值设定门槛值报警，考虑增加延时设定时间，因调整后不会影响到其他逻辑，所以该方法较为可靠。以上解决试验问题的方法和改进思路虽未得到日方专家确认与认可，但在2台热网变送器和#1发电机变压器组短路试验时已实际应用且效果良好:通过参数修改和调整，整个试验过程中增加励磁提升电流平滑正常，调节器无报警指示，运行正常，避免了在短路试验时电流跳变和调节器报警问题，保证了整个短路试验安全、有序进行。

2 MEC5330励磁调节器短路试验参数修正

在短路试验时，励磁系统增加励磁的操作必须在手动方式(MAN)下进行，利用AVR调试工具MELSEP-1100修改AVR CPU1的参数，将 CPU2退出运行。此试验只需修改CPU1的参数。

2.1 励磁调节器参数调整范围

(1)在Loop15Sheet7中将BL34的设定值由原0.95改为0.01，此项为AVR修改手动方式时起励后的初始值。

(2)在Loop15Sheet9中将BL02的设定值由原60改为300，此项为AVR修改手动方式时升压速率值。

(3)在Loop0Sheet12中将BL01的设定值由原10改为6000，此项为AVR修改励磁开关合闸后励磁电流低于35 A延时报警时间。

(4)在Loop0Sheet12中将BL04的设定值由原10改为6000，此项为AVR修改励磁开关合闸后励磁电压低于6 V延时报警时间。

2.2 励磁调节器参数固化方法

由于此AVR设定值在运行时不能在线更改，因此，只能在调试工具MELSEP-1100上离线修改并存在软盘上后写入CPU1。方法如下:

(1)将CPU1的RUN/IPL拨钮开关由RUN拨至IPL方式，将CPU1的NORMAL/REST拨钮开关由NORMAL拨至REST方式后再拨至NORMAL方式。待CPU上AL5指示灯亮后可利用调试工具MELSEP-1100将软盘上的程序写入CPU。

(2)写入完成后将CPU复位，待正常后核对检查写入CPU的程序是否同软盘上的程序内容相同。

3 结束语

随着电网容量的不断增加，发电机励磁系统的性能受到更多关注，有关方面为保证机组的可靠运行，更愿意选择进口配套设备，试图减小维护、检修工作量。但应当看到，进口设备也不是非常完美，还有可改进和完善的余地，特别是在技术支持和接口方面还存在某些缺陷，从事发电机励磁系统研究工作的技术人员应继续努力，确保机组安全和电网稳定。

［1］李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用［M］.北京:中国电力出版社，2002.