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摘要：本文以大唐黄岛发电有限责任公司为案例，深入研究了励磁系统改造和事故分析处理技术，形成了一套系统的解决方案，为相关单位在进行励磁系统改造和事故分析处理方面提供参考。
关键词：励磁系统;事故分析;故障处理
一、公司励磁系统基本情况
大唐黄岛发电有限责任公司三期2台60万机组励磁系统采用ABB UN5000系列励磁调节系统，安装位置在汽机0米汽机PC开关室内，运行环境较差。温度和防尘达不到设备正常运行的要求。为了保证设备的正常运行，通过多方收资，最后通过用彩钢防火材料建立励磁小室，加装专用水冷空调，并制定10天一个周期进行功率柜防尘滤网更换的定期管理制度，很好的解决了运行环境不符合要求的问题。
二、系统改造和事故分析处理
2010年，通过集团事故通报知同类励磁系统存在风机电源切换继电器烧毁，导致停机的事故。认真研究厂家图纸，发现ABB UN5000整流桥冷却系统工作、备用电源切换继电器输出接点回路也采用两对接点并接后为冷却系统提供电源。一对继电器接点额定容量为10A。励磁系统正常运行中有5×2台风扇运行，冷却电源总电流为12.7A，因电源切换继电器一对接点容量不够，采用两对接点并联以提高接点容量。继电器运行中，两对触点由于分流不均，可能导致其中任一回路超过额定电流运行，此时极易发生回路过热，导致回路开路，另一路会因过载相继熔断。整流桥冷却系统主、备电源失压切换功能依赖的电压监视继电器接于电源切换继电器的来电侧（继电器上口），当电源切换继电器故障导致输出电源失去时，不能起到监视电源的作用，导致备用电源不能自动切换，引起冷却器电源失去。针对此问题，积极研究改造方案，简化回路，取消励磁冷却系统工作备用电源切换回路，由原工作备用电源切换后同时供工作风机、备用风机使用更改为工作电源（励磁自用电）供工作风机使用，备用电源（厂用电）供备用风机使用，原电源监视回路作为报警信号保留。这样解决了风机电源切换不稳定易烧毁的隐患，并且不用改变调节器的软件，有效保证了励磁系统的安全稳定运行，改造后已安全运行4年。
2013年11月18日我厂5号机组由于励磁系统重故障导致5号机跳机。事故发生后，检查发变组保护屏发以下报警：A/B柜发电机励磁系统故障、A/B柜非电量保护、A/B柜装置报警、发变组216断路器保护跳闸，就地检查励磁系统，发转子过电压信号。检查录波器报文，显示励磁系统重故障后发电机灭磁开关跳闸，启动发变组全停保护，跳并网开关、跳汽轮机、切换厂用电;就地励磁系统故障信号复位后装置无异常;连接调试后台机下载调节器内报警记录，显示EGC故障、转子过电压。马上进行故障查找，检查发电机转子回路及励磁变绝缘正常;检查发电机灭磁开关触头接触正常，开关合跳正常;检查灭磁回路跨接器正反向阻值正常，触发板元器件无异常;测量发电机转子回路直流电阻、交流阻抗正常;经以上檢查，确定发电机一次系统无问题，初步怀疑励磁调节器转子过电压保护动作是因灭磁电流霍尔元件异常或EGC板干扰造成，将转子过电压保护定值由120A提高至250A，将调节器EGC板与BOC板连线断开并将EGC板闭锁，将发电机励磁系统置电流闭环，初始值至10%，手动启励，发电机电压起至75%时发“宏切换故障”;判断因EGC板拆除造成，恢复EGC板连线，再次启励，调节器再次发转子过电压，据此确定该保护误动原因为灭磁电流采样回路受EGC板干扰，造成BOC板对发电机转子回路电压的误判，从而导致保护误动。再次对A、B两套调节器EGC板进行了拆除及闭锁工作，为越过手动起励时报警点，直接将调节器置电压闭环方式起励，使用B套调节器起励成功后手动灭磁，改使用A套调节器起励，起励正常，检查系统各参数正常。整个检查及分析判断处理过程，仅用时3个小时便将误动原因查清并排除。事后将此事件的发生及处理过程和方法，发给了ABB厂家及兄弟单位，为大家提供了经验教训。
在参加集团公司2011年举办的发电机励磁高级人才培训班上，通过湖南中试所专工培训得知，在ABB公司2006年以前的5000型版本存在一个错误，励磁调节器中转子过励限制（转子过电流）的软件计算公式有误。ABB UNITROL系列励磁调节器中计算公式为：T=Tp*（Ifp-0.9If1）2/（If-0.9If1）2。
其中：Tp-最大允许过励时间;Ifp-最大转子电流;If1-过励限制启动值;If -实际转子电流。
在国家标准中，对发电机转子过励能力均按如下计算公式考虑：T=Tp*（Ifp2-0.81If12）/（If2-0.81If12）;发电机制造厂家也是按照这个公式来设计机组转子过负荷能力的。比较以上两个计算公式可以看出，ABB UNITROL系列励磁调节器中过励限制在实际运行中可能出现两种情况：1.机组转子已过负荷而调节器限制环节未动作，不能起到有效的限制保护作用;2.机组转子在设计允许工况下，但调节器过励限制可能出现误动作。因此该限制环节不能有效地起到限制和保护转子过励的作用。
针对这一问题，马上查看了我厂的调节器版本类型，发现存在此类问题。联系ABB上海服务公司得知ABB公司已按国家标准中发电机转子过负荷能力的要求，对计算公式进行了修改，并对调节器软件进行了升级。通过和厂领导及励磁厂家协商，利用停机机会对我厂的两台机组励磁软件分别进行了升级。并在升级后通过试验进行了失磁保护和低励限制的定值校核。
我厂发变组保护为南瑞继保的RCS-985型微机成套保护装置，失磁保护的判据有：220kV母线低电压判据、异步阻抗圆判据和励磁电压低判据。220kV母线低电压和励磁电压低判据与发电机的有、无功没有直接关系，无需与励磁调节器的P-Q限制曲线配合，故只需验证异步阻抗圆判据和励磁调节器的P-Q限制曲线的配合关系。
异步阻抗圆判据通过计算发电机机端阻抗（用机端正序电压和中性点正序电流计算），若阻抗在保护整定的异步阻抗圆内，则判据条件满足。 发变组失磁保护定值按异步阻抗圆整定，动作方程采用R-X平面坐标描述，且为二次值，而在励磁调节器中的低励限制环节，采用P-Q平面坐标描述，且为一次值。由于失磁保护和低励限制采用了不同的坐标系，要验证失磁保护和低励限制的定值整定配合的是否合理，就要把两者转换在一个坐标平面下分析。
对应失磁保护异步阻抗圆的：
圆心：Xo=（-41+2.4）/2-2.4=-21.7Ω，
半径：Ro=（41-2.4）/2=19.3Ω
失磁保护异步阻抗圆映射到P-Q二次值平面的动作方程为：
按照发电机进相要求机端电压最低为0.95倍额定电压的要求，当机端电压为0.95倍额定电压时，映射到P-Q平面的动作圆：
圆心：Qo=-21.7*95V*95V/（21.72-19.32）=-1990.27（Var）。
半径：rO= 95*95*19.3/（21.72-19.32）=1770.15（Var）。
即P-Q二次值平面图中：
Q1=-1990.24+1770.15=-220.12Var，Q2=-（1990.27+1770.15）=-3760.42Var。我厂的机端PT变比为200，CT变比为6000，则折算到P-Q一次值平面图中，
Q1=-264.144MVar，Q2=-4512.5MVar。
我厂5号机组已完成进相试验，其中#5发电机最大进相试验深度数据如下：
有功（MW） 660 500 390
無功（MVar） -80.8 -80 80.8
电科院按照进相试验的结果，给我厂励磁调节器低励限制曲线设定为折算到励磁AVR中P-Q限制点设定为：
有功（MW） 730 547.5 365 182.5 0
无功（MVar） -73 -73 -36.5 -36.5 -36.5
失磁保护与低励限制的比较的验算：
低励限制为反时限曲线，有功P为0时，Q计算值为-36.5，实测值为-37.73.而失磁保护异步圆在Q轴上计算值为-264.144，实测值为-265。有功为零时为最高点，其满足要求则整个曲线在保护曲线之下。通过上述理论计算和实际验算，说明我厂发电机低励失磁保护和励磁调节的P-Q限制曲线是相配合的。当励磁调节器的P-Q限制失效时，则发变组失磁保护动作跳闸。满足相关规程规定。
三、结论
ABB5000励磁系统一次功率原件性能比较优越，软件调节性能好。但是也存在不少不足的地方：ABB励磁系统两套调节器未完全独立，还存在部分公用回路及元器件，如24V供电系统、开入开出系统等;这些公用部分在设备运行特别是励磁系统消缺时形成严重安全隐患！还有就是软件图过于复杂，人机界面不友好没有很好的汉化版，滤波电源、LCP显示器等容易损坏等日常经常发生的缺陷故障。这些安全隐患均无解决方案，只有通过积极的日常维护，加强日常巡视，争取能有机会进行一次元器件不动，调节器及控制回路的改造升级或换型已根本解决。
关键词：励磁系统;事故分析;故障处理
一、公司励磁系统基本情况
大唐黄岛发电有限责任公司三期2台60万机组励磁系统采用ABB UN5000系列励磁调节系统，安装位置在汽机0米汽机PC开关室内，运行环境较差。温度和防尘达不到设备正常运行的要求。为了保证设备的正常运行，通过多方收资，最后通过用彩钢防火材料建立励磁小室，加装专用水冷空调，并制定10天一个周期进行功率柜防尘滤网更换的定期管理制度，很好的解决了运行环境不符合要求的问题。
二、系统改造和事故分析处理
2010年，通过集团事故通报知同类励磁系统存在风机电源切换继电器烧毁，导致停机的事故。认真研究厂家图纸，发现ABB UN5000整流桥冷却系统工作、备用电源切换继电器输出接点回路也采用两对接点并接后为冷却系统提供电源。一对继电器接点额定容量为10A。励磁系统正常运行中有5×2台风扇运行，冷却电源总电流为12.7A，因电源切换继电器一对接点容量不够，采用两对接点并联以提高接点容量。继电器运行中，两对触点由于分流不均，可能导致其中任一回路超过额定电流运行，此时极易发生回路过热，导致回路开路，另一路会因过载相继熔断。整流桥冷却系统主、备电源失压切换功能依赖的电压监视继电器接于电源切换继电器的来电侧（继电器上口），当电源切换继电器故障导致输出电源失去时，不能起到监视电源的作用，导致备用电源不能自动切换，引起冷却器电源失去。针对此问题，积极研究改造方案，简化回路，取消励磁冷却系统工作备用电源切换回路，由原工作备用电源切换后同时供工作风机、备用风机使用更改为工作电源（励磁自用电）供工作风机使用，备用电源（厂用电）供备用风机使用，原电源监视回路作为报警信号保留。这样解决了风机电源切换不稳定易烧毁的隐患，并且不用改变调节器的软件，有效保证了励磁系统的安全稳定运行，改造后已安全运行4年。
2013年11月18日我厂5号机组由于励磁系统重故障导致5号机跳机。事故发生后，检查发变组保护屏发以下报警：A/B柜发电机励磁系统故障、A/B柜非电量保护、A/B柜装置报警、发变组216断路器保护跳闸，就地检查励磁系统，发转子过电压信号。检查录波器报文，显示励磁系统重故障后发电机灭磁开关跳闸，启动发变组全停保护，跳并网开关、跳汽轮机、切换厂用电;就地励磁系统故障信号复位后装置无异常;连接调试后台机下载调节器内报警记录，显示EGC故障、转子过电压。马上进行故障查找，检查发电机转子回路及励磁变绝缘正常;检查发电机灭磁开关触头接触正常，开关合跳正常;检查灭磁回路跨接器正反向阻值正常，触发板元器件无异常;测量发电机转子回路直流电阻、交流阻抗正常;经以上檢查，确定发电机一次系统无问题，初步怀疑励磁调节器转子过电压保护动作是因灭磁电流霍尔元件异常或EGC板干扰造成，将转子过电压保护定值由120A提高至250A，将调节器EGC板与BOC板连线断开并将EGC板闭锁，将发电机励磁系统置电流闭环，初始值至10%，手动启励，发电机电压起至75%时发“宏切换故障”;判断因EGC板拆除造成，恢复EGC板连线，再次启励，调节器再次发转子过电压，据此确定该保护误动原因为灭磁电流采样回路受EGC板干扰，造成BOC板对发电机转子回路电压的误判，从而导致保护误动。再次对A、B两套调节器EGC板进行了拆除及闭锁工作，为越过手动起励时报警点，直接将调节器置电压闭环方式起励，使用B套调节器起励成功后手动灭磁，改使用A套调节器起励，起励正常，检查系统各参数正常。整个检查及分析判断处理过程，仅用时3个小时便将误动原因查清并排除。事后将此事件的发生及处理过程和方法，发给了ABB厂家及兄弟单位，为大家提供了经验教训。
在参加集团公司2011年举办的发电机励磁高级人才培训班上，通过湖南中试所专工培训得知，在ABB公司2006年以前的5000型版本存在一个错误，励磁调节器中转子过励限制（转子过电流）的软件计算公式有误。ABB UNITROL系列励磁调节器中计算公式为：T=Tp*（Ifp-0.9If1）2/（If-0.9If1）2。
其中：Tp-最大允许过励时间;Ifp-最大转子电流;If1-过励限制启动值;If -实际转子电流。
在国家标准中，对发电机转子过励能力均按如下计算公式考虑：T=Tp*（Ifp2-0.81If12）/（If2-0.81If12）;发电机制造厂家也是按照这个公式来设计机组转子过负荷能力的。比较以上两个计算公式可以看出，ABB UNITROL系列励磁调节器中过励限制在实际运行中可能出现两种情况：1.机组转子已过负荷而调节器限制环节未动作，不能起到有效的限制保护作用;2.机组转子在设计允许工况下，但调节器过励限制可能出现误动作。因此该限制环节不能有效地起到限制和保护转子过励的作用。
针对这一问题，马上查看了我厂的调节器版本类型，发现存在此类问题。联系ABB上海服务公司得知ABB公司已按国家标准中发电机转子过负荷能力的要求，对计算公式进行了修改，并对调节器软件进行了升级。通过和厂领导及励磁厂家协商，利用停机机会对我厂的两台机组励磁软件分别进行了升级。并在升级后通过试验进行了失磁保护和低励限制的定值校核。
我厂发变组保护为南瑞继保的RCS-985型微机成套保护装置，失磁保护的判据有：220kV母线低电压判据、异步阻抗圆判据和励磁电压低判据。220kV母线低电压和励磁电压低判据与发电机的有、无功没有直接关系，无需与励磁调节器的P-Q限制曲线配合，故只需验证异步阻抗圆判据和励磁调节器的P-Q限制曲线的配合关系。
异步阻抗圆判据通过计算发电机机端阻抗（用机端正序电压和中性点正序电流计算），若阻抗在保护整定的异步阻抗圆内，则判据条件满足。 发变组失磁保护定值按异步阻抗圆整定，动作方程采用R-X平面坐标描述，且为二次值，而在励磁调节器中的低励限制环节，采用P-Q平面坐标描述，且为一次值。由于失磁保护和低励限制采用了不同的坐标系，要验证失磁保护和低励限制的定值整定配合的是否合理，就要把两者转换在一个坐标平面下分析。
对应失磁保护异步阻抗圆的：
圆心：Xo=（-41+2.4）/2-2.4=-21.7Ω，
半径：Ro=（41-2.4）/2=19.3Ω
失磁保护异步阻抗圆映射到P-Q二次值平面的动作方程为：
按照发电机进相要求机端电压最低为0.95倍额定电压的要求，当机端电压为0.95倍额定电压时，映射到P-Q平面的动作圆：
圆心：Qo=-21.7*95V*95V/（21.72-19.32）=-1990.27（Var）。
半径：rO= 95*95*19.3/（21.72-19.32）=1770.15（Var）。
即P-Q二次值平面图中：
Q1=-1990.24+1770.15=-220.12Var，Q2=-（1990.27+1770.15）=-3760.42Var。我厂的机端PT变比为200，CT变比为6000，则折算到P-Q一次值平面图中，
Q1=-264.144MVar，Q2=-4512.5MVar。
我厂5号机组已完成进相试验，其中#5发电机最大进相试验深度数据如下：
有功（MW） 660 500 390
無功（MVar） -80.8 -80 80.8
电科院按照进相试验的结果，给我厂励磁调节器低励限制曲线设定为折算到励磁AVR中P-Q限制点设定为：
有功（MW） 730 547.5 365 182.5 0
无功（MVar） -73 -73 -36.5 -36.5 -36.5
失磁保护与低励限制的比较的验算：
低励限制为反时限曲线，有功P为0时，Q计算值为-36.5，实测值为-37.73.而失磁保护异步圆在Q轴上计算值为-264.144，实测值为-265。有功为零时为最高点，其满足要求则整个曲线在保护曲线之下。通过上述理论计算和实际验算，说明我厂发电机低励失磁保护和励磁调节的P-Q限制曲线是相配合的。当励磁调节器的P-Q限制失效时，则发变组失磁保护动作跳闸。满足相关规程规定。
三、结论
ABB5000励磁系统一次功率原件性能比较优越，软件调节性能好。但是也存在不少不足的地方：ABB励磁系统两套调节器未完全独立，还存在部分公用回路及元器件，如24V供电系统、开入开出系统等;这些公用部分在设备运行特别是励磁系统消缺时形成严重安全隐患！还有就是软件图过于复杂，人机界面不友好没有很好的汉化版，滤波电源、LCP显示器等容易损坏等日常经常发生的缺陷故障。这些安全隐患均无解决方案，只有通过积极的日常维护，加强日常巡视，争取能有机会进行一次元器件不动，调节器及控制回路的改造升级或换型已根本解决。