水牛家2号机励磁电压电流波动分析处理

水牛家2#机励磁电压电流波动分析处理杨勇（华能四川涪江水电有限责任公司，四川成都市，610041）摘要：本文通过描述了水牛家运行机组励磁电压、电流及无功大幅波动原因的检查，并根据检查到的情况对机组励磁控制方面进行了深度剖析，结合原因进一步采取相应防范措施，对生产电站防范类似事件具有举一反三的借鉴意义。关键词：励磁电压电流无功波动分析处理概述：水牛家电站是火溪河一库四级梯级开发的龙头水库电站，大坝高108m，库容1.4亿m3。厂房内安装2台35MW立轴混流式水轮机组，水机转轮直径：1.8m，额定水头：196m，额定流量：19.82m3/s，额定转速：500r/min，于2007年5月1日投运。故障现象：水牛家励磁采用的是HWJT-08DS双通道微机励磁调节器。2013年10月3日，2号机在运行中出现励磁电压、励磁电流、机组无功及机端电压大幅波动。现场检查发现励磁调节器B通道仪表PT测量值在10.1-10.7KV之间波动，同时B通道调节器输出可控硅导通角也大幅跳变，而且从各指示仪表对比波动值的变化规律与仪表PT的波动规律基本一致。而A/B两套调节器励磁PT测量值在10.35KV稳定正常，A套仪表PT测量值在10.30KV稳定正常，变幅都很小。在两通道导通角基本一致时，将B套脉冲切除，机组励磁电压、励磁电流、无功及机端电压波动现象消失，再投入又继续开始波动。而水牛家励磁调节器A/B套的控制输出为双通道互为热备用方式——双通道并联运行方式，而不是A套运行B套备用的主从备用工作模式。该方式的最大特点是：在正常运行的方式下，双通道同时输出。出现某通道故障，控制系统通过其自身的软、硬件诊断系统及相互通讯，自动地将故障通道退出。该方式的优点在于从根本上避免了主/备方式下的切换及判断所带来的一系列问题，系统的可靠性高。而该励磁调节器电压自动反馈调节控制的原理是：在调节器PID调节计算中，采取励磁PT和仪表PT的测量值大的电压参与调节控制。所以B套调节器仪表PT测量值偏大并波动时就会引起上述故障现象的发生。处理过程：最初分析：可能是B通道模拟量采集板仪表PT测量通道工作不稳定，导致仪表PT测量值跳变。停机态，将备用的采集板换上，用保护测试仪加电压测试，仪表PT测量值仍然跳变，故障依旧。用数字万用表测试四块控制电源板输出电压均正常。采用排除法将两套调节器上与测量有关的板件逐一进行交换排查，故障还是在B通道，未能发现故障原因。然后将两套调节器上全部板件进行交换，故障现象转移到了A通道，后来采用单电源板（正常情况两个电源板同时工作并联输出供电）供电的方式进行检查，发现B套其中一块电源板单独输出供电时，测量+5V电压突然有较大幅度下降，瞬时又恢复正常，这样反复多次后，最后输出稳定在+0.7V左右，最后B套调节器出现由于+5V电源故障引起的多项报警，此时该板已经彻底损坏。更换了一块新的电源板，单独测试供电正常，电压稳定。其他电源板单独供电时均稳定正常。利用保护测试仪加电压以及开机空载、负载测试，仪表PT测量值再无跳变情况，B套调节器单独运行正常，各运行数据稳定。开关电源引起仪表PT测量值波动原因分析：HWJT-08DS微机励磁调节系统中PT信号的采样方式既采用了交流采样又采用了直流采样。众所周知，直流采样方式的测量精度高，实现容易，但采样时间长，结构复杂，难以在调节系统中实现对实时要求较高的高级算法；交流采样是利用微机直接采集励磁调节所需的电压及电流量，同时计算出对应于采集时间的电压、电流及功率量等，采用交流采样的方式所用硬件少，信号处理灵活，运行可靠性高，但其不足是算法复杂，占用处理器的资源高。该装置采用的交流采样在不影响采样精度的前提下，适当地将交流采样的采样点数降低，提高了采样速度，减少了信号处理过程的不必要延时。并采用高级精密整流、两级二阶有源带通滤波、幅值调整等技术，提高交流测量的线性度、准确性。由于以上交、直流采样各有优缺点，所以厂家采用了折中的设计思路：励磁PT测量采用交流采样，仪表PT测量采用直流采样，正常情况下利用励磁PT采样值作为机端电压反馈控制信号，而仪表PT作为励磁PT断线等故障时的备用控制信号，相当于采用了不同原理的采样方式，既不至过多占用处理器资源，又可保证控制输出的响应速度和精度，提高了系统运行的可靠性。为了应证开关电源对仪表PT的直流采样值有影响，试验中，我们先通过两块电源板同时运行时，再手动切除输出电压相对较高的一块控制电源板（投、切时，仪表PT测量值无变化，即为输出电压较低者，有变化则为输出电压较高者），观察发现仪表PT测量值是有变化的，变化值大概在0.5KV左右，但变化后会马上稳定下来，再上电又回到原来的值，不会反复跳变波动。而励磁PT等其他测量值在此过程中基本无变化。故障过程：由于两块开关电源板的+5V电压并行输出时它们的输出电压有一定的偏差，负载是由电压相对较高的一块供电，而故障的那块电源模块输出电压相对较高，正常由它供电时，由于其已存在缺陷，带负载能力差，带上负载电压下降，负载自动转为另一电源模块供电，负载转移后，电压又自动上升恢复，并再一次接带负载。此过程的重复就是仪表PT测量值波动的过程，即：励磁电压、励磁电流、机组无功及机端电压大幅波动的过程。事件启示：首先，对于此次故障的发生，我们认为对于像励磁开关电源模块这样的设备，由于电容等电子元器的使用寿命原因，使用年限达到6年左右建议进行全面更换。另外，开关电源的精度也会直接影响到数字式励磁系统的采样精度，建议检修时对开关电源输出电压精度进行检测、调整，对于输出精度不满足要求的，进行及时的更换。其次，对于HWJT-08DS微机励磁系统在静态试验以及并网前对励磁PT与仪表PT测量值进行采样值校验时，将仪表PT测量值校正到比励磁PT测量值略低0.05KV。这样就能保证在运行中，由励磁PT电压参与调节控制，仪表PT作为备用控制电压，以保证输出电压控制精度和响应速度。2014年3月9日