摘 要： 华能平凉电厂#3发电机励磁系统由A、B两套组成且调节器可以运行在恒电压、恒电流、恒功率因数3个通道，还配有备励通道。在机组投运初期进行过电压与电流通道切换，且两个通道切换时各个监控量数据正常平稳。2014年#3机组大修后在做励磁调节器双套电压通道切换备励时，发生发电机转子电压、转子电流、定子电流、无功功率剧烈摆动。经过调取事故发生时的录波图形，通过详细的理论分析，对励磁调节器的参数进行修正，成功解决了电压通道与备励通道不能切换问题。经实践证明，系统改造后电压通道与备励通道可以可靠切换，目前应用于#2、#3、#4机组。
关键词： 励磁系统；备励；增磁；切换
0 引言
华能平凉电厂#3机组在2014年大修投入运行后，现场运行人员在测试电压闭环通道切至备励通道运行时，切换后出现发电机的无功、转子电压、定子电流大幅升高甚至顶表，运行人员在远方、就地减磁无效果，给电厂安全生产埋下了隐患。
1 励磁系统原理
平凉电厂#3机采用发变组单元接线方式，励磁为交流励磁机静止不可控整流器励磁系统，励磁调节器为南瑞生产的NES6100型数字式励磁调节器[1]。该励磁调节器是双通道励磁调节器，励磁调节器控制方式采用的是PID+PSS控制。根据励磁系统的组成、励磁调节器制造厂家提供的控制原理和逻辑，可以形成#3机励磁系统原理方框，如图1所示。
图1是AVR主调节通道，即电压调节器通道有测量单元，串并联比例、积分、微分校正单元。其中，Ut为发电机电压，Uref为给定参考电压。
静态励磁系统（常称自并励）如图2所示，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器、磁场断路器和可控硅整流桥供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流桥所需的输入电压，为发电机端电压和磁场绕组提供电气隔离以及为可控硅整流桥提供整流阻抗[2-3]。电压闭环通道（AC）是测量发电机端电压和电流与给定电压形成的偏差，经综合放大、移相而改变可控硅的导通角，自动调节发电机端电压和无功补偿达到给定水平。电流闭环通道（DC）即恒无功调节方式，是测量主励磁机转子电流信号与给定参量形成的偏差，该偏差信号经放大后移相触发可控硅，调节主励转子电流到整定水平，从而间接维持发电机励磁电压恒定[3-9]。
并网后，平凉电厂励磁系统长期工作于电压闭环方式，调节发电机的端电压和无功功率，从未运行于电流闭环方式。
平凉电厂#3机组的主励磁系统与备励组成的励磁系统如图3所示，其中AC为励磁调节器的电压闭环方式，DC为电流闭环方式。
2 励磁系统运行工况及分析
2.1 主励切换备励
在#3机组带负荷210 MW，A、B、C、D磨煤机运行，机组各参数运行稳定，#3发变组A、B柜保护正常投入，励磁系统正常运行（A套主套运行、B套从套运行）的情况下，运行值班员进行励磁调节器与备励并列运行操作。运行人员合备用励磁出口开关２Ｋ，进行增磁操作，大约311 s后，运行人员发现DCS监控画面励磁系统参数出现突变，立即在远方对备励及励磁调节器进行减磁操作，无效果，随后就地通过备励控制屏进行减磁操作，也无效果，同时发现感应调压器伺服电机已到低限位。1 075 s后断开2K开关，瞬间励磁系统参数突减，调节至正常。
在本次通道切换过程中，360 s左右励磁调节器A、B套报：（1）综合限制报警；（2）V/Hz限制报警；（3）过励限制报警。1 100 s #3机组发变组保护A、B柜发“失磁保护I段”动作，延时1.5 s，启动厂用快切；厂用快切装置A、B套动作：启动方式“保护启动”，出口动作为“跳工作、合备用”实现方式为“快速”。1 245 s B一次风机跳闸，B空预器主电机跳闸，辅电机联启正常，捞渣机跳闸，A、C空压机跳闸。
表1是各不同时间点发电机有功、无功、机端电压、主励电压、主励电流值。
图4是在进行励磁调节器切换备励时，在DCS画面中各参数的变化趋势。
从DCS趋势图中可以看出，在300 s~1 075 s之间，励磁系统励磁电流170 A与40 A之间频繁波动，励磁电压在33 V与10 V之间频繁波动。
由于平凉电厂#3机组长期运行于电压闭环通道，故本次主励切换备励是在电压闭环通道下进行的，电流闭环通道下并未进行切换。
2.2 事故原理分析
通过对#3机组励磁回路DCS数据趋势及调节器故障录波趋势进行分析，#3机备励在与调节器A、B柜并入运行后，运行人员在DCS画面对备励增磁操作过激，致使#3励磁调节器“最小励磁电流限制”触发（从图4可以看到，主励倒换到备励过程中，励磁电流不断减小，直至20.3%，触发了最小励磁电流限制，由于最小励磁电流限制器是高值门，瞬时动作，但是报动作信号有0.5 s延时，当主环输出高于最小励磁电流限制时，会对定时器清零。调节过程中波动较厉害，一直未能满足达到持续0.5 s延时的条件，因此未报出最小励磁电流限制动作信号，但是实际上已经在起作用了），造成#3发电机无功突增、备励的电流突增、调节器过励限制动作、输出参数反复越变。并且调节器程序设计有“最小励磁电流限制”，如果备励并入后，杜绝备励电流急增情况发生，确保调节器至少接带30%的励磁电流。调节器程序设计未考虑与备励并列运行时硬接点闭锁问题，只是在参数设置中进行限制。若接带电流太快，容易触发“最小励磁电流限制”功能，致使发电机过励限制，调节器输出参数急剧波动。在进行上述操作前，技术人员将调节器“最小励磁电流限制”参数修改至0，备励退出后再将其修改回原定值。
3 结论
发电机的主励磁与备励切换平稳关系到发电机能否安全稳定运行，本文的研究分析得出了平凉电厂#3机组主励与备励切换异常的原因，并分析出了提高主、备励切换操作的方法。通过该方法，提高了#3机组主励与备励切换可靠性，使得大型火电机组励磁系统主、备励切换操作时机组各参数变化平稳，避免了对机组及系统的冲击，同时避免机组发生失磁跳机。本研究为今后类似电厂进行备励并入操作提供实际经验，防止类似事故发生；同时为调节器厂家在程序设计中提供借鉴，可将切换过程各参考量控制在合理范围内，具有一定的研究价值和工程实际效益。
参考文献
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