大型機組電氣功率擾動的實例分析匯總

1、機組電氣功率擾動的實例分析在機組的運行中，由于各種擾動的存在，電氣功率的波動時常發(fā)生，如何正確分析處理各類異常， 準確判斷勵磁系統(tǒng)是否存在故障， 采取何種措施來解決，是實際中遇到的一大難題。在通常的認識中，機組有功的波動與調速系統(tǒng)有關， 無功的波動與勵磁調節(jié)器有關。但隨著 PSS （電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）的廣泛投運，有 功的波動也會導致勵磁輸出的波動， 機組的電氣功率擾動往往伴隨著有功、 無功 的同時變化，如何定位異常發(fā)生的原因，本文舉出一些實例做出分析。勵磁調節(jié)器本身故障引起的功率擾動臺山電廠 3 號機無功波動2008年2月 9日，臺山電廠 3號機在春節(jié)停機重新并網后， 出現了無功波動的情況，波動

2、的幅度最大達 50Mvar,發(fā)生的時間無明顯規(guī)律，間隔約數分鐘2月 10 日應不等。勵磁系統(tǒng)通道I運行，通道n備用，與以前運行方式相同，本次停機未對 勵磁系統(tǒng)進行任何檢修工作，勵磁調節(jié)器無任何故障和報警信息。臺山電廠的要求，廣東電科院派人到現場協(xié)助進行故障分析處理。2月10日下午，和電廠的技術人員研究分析了有關情況并提出了檢查方案。1、根據電廠提供的DCS數據波形來看，盡管其數據記錄的采樣頻率較低，還是可以初步判斷 3 號機勵磁電壓的波動領先于機端電壓、 無功的波動， 即無功的波 動主要是勵磁系統(tǒng)而不是500kV系統(tǒng)引起的。且3號機無功波動期間，向電網方 面了解系統(tǒng)無異常，綜合判斷可以排除系統(tǒng)

3、擾動的影響。2、在2月10日上午，3號機運行通道（通道I）切換為手動方式（恒勵磁電流模式）運行了約 30分鐘，勵磁電壓及無功未出現異常波動，由于勵磁系 統(tǒng)不應長期在手動方式運行， 切換回自動方式后， 波動依然存在。 根據此現象可 以判斷勵磁系統(tǒng)的脈沖觸發(fā)及整流環(huán)節(jié)工作正常，否則手動方式也會出現波動。故障集中在勵磁調節(jié)器的自動電壓控制環(huán)上。3、臺山電廠3號機勵磁調節(jié)器為ABB生產的UNITROL 5000其自動電壓控制環(huán)除了以發(fā)電機機端電壓作為反饋控制量外，還疊加了以有功作為輸入的PSS以無功電流作為輸入的調差。檢查 3號機的參數表，重點是與上述控制環(huán)節(jié)相關的參數未發(fā)現問題。4、排除以上原因后，

4、波動的出現很可能與上述控制量的檢測環(huán)節(jié)或電壓疊加點有干擾進入有關， 據此制訂了進一步的檢查方案: 首先進行通道切換， 如果是機端電壓檢測的問題，兩個調節(jié)通道同時故障的概率很小，應能發(fā)現問題； 如果故障仍不能排除，再依次進行退出 PSS退出調差的檢查。由于DCS數據波形采樣頻率低，為了準確分析，檢查時利用勵磁調節(jié)器調試工具記錄內部數據， 利用故障錄波記錄外部數據。2 月 11 日，按照方案在現場對 3 號機勵磁系統(tǒng)進行了檢查，情況如下： 勵磁調節(jié)器通道I的運行情況:圖1所示為通道I的內部數據錄波圖，可見在穩(wěn)態(tài)運行時各有關量的紋波 波動幅度均較大。圖2、3、4為記錄的通道I運行期間發(fā)生的幾次波動情

5、況，從這些數據中 可以發(fā)現波動剛發(fā)生時， 調節(jié)器內部數據的機端電壓均為向上的突變， 而控制電 壓、勵磁電壓、勵磁電流均為向下的突變，趨勢相反。根據這種現象可以判斷， 應首先是勵磁調節(jié)器的機端電壓檢測出現了波動，從而導致了勵磁輸出的波動， 正常時， 機端電壓不會經常出現如此波動， 問題應存在于機端電壓檢測環(huán)節(jié)。 如 果是電壓疊加點竄入了干擾信號，勵磁輸出的波動將導致機端電壓同方向的波 動，從內部錄波數據可以排除這一點。切換到調節(jié)器通道n后的運行情況: 圖5為切換到通道n運行后的通道I內部數據錄波，可以看到切換后，通道I檢測到的勵磁電壓、勵磁電流的波動明顯減小，但機端電壓、控制電壓的紋 波依然明顯

6、。圖6顯示此時通道I仍然出現了機端電壓檢測的波動。圖6為切換到通道n運行后的通道n內部數據錄波，可以看到各有關量均很平穩(wěn)，進一步判定通道I的機端電壓檢測環(huán)節(jié)存在問題。 檢查處理情況: 問題出在通道I的機端電壓檢測環(huán)節(jié)，于是首先對外回路進行了檢查。電廠檢修人員對通道I使用的PT在勵磁調節(jié)器端子排上進行了測量，發(fā)現 C相電壓偏低1伏多，而且有波動，在就地端子箱上檢查也如此，判斷為PT次保險接觸不良，需進一步處理。3號機最終用通道n運行（通道n使用的是勵磁專用PT,也應作為主調節(jié)器運行），通道I備用。u3 chi g2Date: Mon Feb 11 2008 and Time: 10:34:081

7、50F h kIpr1111ri111ri11_iX - kJ4ri4廠Fr- hPh h11ri-.7-_-jn_i-._ L >-'L_ i_=_a1111i111111111111j卜沖曠sL _|i_L_ _i11111h冷如叫A111_LJ1i1<11111i11111ri1111111 _i _i_.1111111C1 h1111111iP11P11r14111i111111i100500-50-100-150-5.0-4,5-4M-3,5-3,0-2.5-2,0 -II .5-1.0-0.50.0 sBlack： Trending channel 1 (102

8、01 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； Trending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Tre

9、nding channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 5000 Scale = /5Q, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50, OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0圖1通道I運行錄波圖（自上而下各線意義：機端電壓 -黑色，內部控制電壓-綠色，勵磁電流-紅色

10、，通道運行狀況-青色，勵磁電壓-粉紅，無功-藍色）u3 chi g3Date: Mon Feb 11 2008 and Time: 10:35:201504 rirrih*pF hpr1111*q4ri4-A -1lb L ,.一1> hh_i-J- r-Ph和T ""Ay1riJy - * _HirJr-4 '1111ri11riR1Hri4ri114_ _J. _|iR1 qi一【1PhL_ _i1L111111_LJ1i1<11111ri11ri1111111 _i _i_.1Hri1Hi1L11111i4riiiP h1111111iq4ri14

11、riqii11iiP11P11r14111i111111i100500-50-100-150-5.0-4,5-4M-3,5-3,0-2.5-2,0 -II .5-1.0-0.50.0 sBlack： Trending channel 1 (10201 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offs

12、ets = 0Green； Trending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Trending channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 5000 Scale = /5Q, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 150

13、0, Scale = /50, OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0sBlack： Trending channel 1 (10201 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； T

14、rending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Trending channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 5000 Scale = /5Q, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50,

15、 OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0u3 chiSBlack： Trending channel 1 (10201 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； Trending c

16、hannel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Trending channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 1800 Scale = /15, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50, OffsetB

17、= -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0圖3通道I運行中波動情況錄波圖之一15010050-50-100u3 chi gGDate: Mon Feb 11 2008 and Time: 10:40:2了IpIpIIIrihrihIIri-= d2WL 7f'1 50:-12.50-11,25-10,00-8.75-7.50-6.25-5.00-3.75-2,50-1.250.00 sBlack： Trending channel 1 (10201 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： Off

18、setA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； Trending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Trending channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)R

19、et = 0Y*scaling： OffsetA = 1800 Scale = /15, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50, OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0圖5切換到通道n運行后通道I的內部數據錄波u3 ch1 g7ch2 onSBlack： Trending channel 1 (10201 U MACH RELATIVE)

20、Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； Trending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： Trending channel 4 (10

21、220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 1800 Scale = /15, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50, OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0圖6切換到通道n運行后通道I的內部數據波動u3 ch2 g9ch2 onsBlack： Trending channel 1 (1

22、0201 U MACH RELATIVE)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = 9500* Scale = /5> OffsetB = 0Red： Trending channel 2 (10501 I EXC RELATIVE 1)Ret = 0Y-scaling: OffsetA = 5500 Scale = /15, Offsets = 0Green； Trending channel 3 (12110 U CTRL OUT CH)Ret = 0Y-scaling： OffsetA = -2500, Scale = f75, OffsetB = 15Blue： T

23、rending channel 4 (10220 Q MACH RELATIVE)Ret = 0Y*scaling： OffsetA = 5000 Scale = /5Q, OffsetB = 0Magenta： Trending channel 5 卩051)石 U EXC RELATIVE)Ref = 0Y-scaling： OffseiA = 1500, Scale = /50, OffsetB = -90Cyan: Trending channel G：0 (1 0340 CH ON)Ret = 0圖7切換到通道n運行后通道n的內部數據錄波、金灣發(fā)電廠# 4機組無功波動無獨有偶，200

24、8年11月18日，金灣電廠#4機組無功波動頻繁，大概幾分鐘就有10MVar以上的變化。基于同樣的分析，我們建議電廠進行了同樣的檢驗, 確認異常通道對應的PT二次回路電壓三相不平衡，在端子排緊固后，故障消失。三、連州電廠 2 號機功率波動連州電廠2號機2008年10月8日正常運行時，在PSS投運的情況下發(fā)生 大幅功率波動；10月25日準備停機減負荷過程中已退出 PSS的情況下，同樣發(fā)生大幅功率波動。根據電廠方面提供的兩次功率波動時的故障錄波圖分析，可以發(fā)現兩次故 障時，勵磁變高壓側A、C兩相的電流波形與正常整流狀態(tài)的波形發(fā)生了很大變化，而且兩次故障記錄的波形變化情況一致：故障開始于對應勵磁變高壓

25、側+A、 -C相時刻（由于勵磁變的連接方式及 CT極性的關系，并不一定對應勵磁變低壓 側所接整流橋的+A、-C）導通向下一步換相時，A、C兩相的電流波形顯示換相 不成功，第一階段故障維持了 200毫秒，然后似乎是觸發(fā)信號重新啟動， 但波形 仍然不正常； 第二階段故障維持了 500毫秒， 當直流分量衰減接近 0時，波形才逐步恢復正常。整流橋正常工作時，上、下橋各有一支可控硅導通，僅在換相期 間有短暫的相間短路； 根據波形看換相不成功導致上橋或下橋同時有兩支可控硅 導通，且此相間短路持續(xù)了較長的時間（總共 700毫秒），A C兩相的電流中出 現的直流分量也證明了這一點。由于整流橋發(fā)生了相間短路，因

26、此勵磁電壓、勵磁電流在此期間是下降的， 機組出現進相； 當 700毫秒觸發(fā)換相恢復正常后， 由于正常的調節(jié)作用， 勵磁電 壓又增大直至機端電壓恢復正常。調節(jié)的過程引起有功、無功的波動。從以上的分析可知，連州電廠2號機的功率波動與PSS無關，故障的查找應 集中在勵磁調節(jié)器本身。11 月初，會同廠家對勵磁調節(jié)器進行了全面檢查，分析判斷無功波動原因 為瞬間干擾導致勵磁輸出中斷而引起有功、 無功的波動，并非PSS功能本身問題， 但干擾源尚未查清來源，經專題會決定在雙套 CPI板增加抗干擾電容，并適當調高工作電源電壓，抑制來自電源干擾可能引起的調節(jié)器復位；處理后投入 2發(fā)電機勵磁PSS功能，至今運行正常

27、。（附錄波圖：自上而下依次為勵磁變高壓側 A、C相電流、勵磁電壓、勵磁電流）、系統(tǒng)低頻振蕩系統(tǒng)擾動引起的功率波動動態(tài)穩(wěn)定性較差的機組，容易出現系統(tǒng)有功低頻振蕩，機組的調速系統(tǒng)此時是穩(wěn)定的。copyP14i-00 VI<< rvliri »111-1-1工為矗；皇立* 111vv*»*許kIdJ1i iII1i .IIi11IIIiiIII1iPi21010 VQj2irpOitiriU:I1i1! 1I1111 1 % 1i pMin 3.330.U:qpp .Ill,3hU . i 1 p1PyPMax1Q:-2oL 0 Qn-sWar-OlWnoOrtV:J

28、V54io叫OOr尾Copy toFormatHalf ToneConnentFilenane1TS02505siu：53:46in ' imD!Auto NaningI OFF I ON005/09/20 11：32：24彳 nBflPOFF2005年9月20日臺山電廠1號發(fā)電機的PSS試驗過程中，在PSS退出,運行和試驗人員均無任何操作或試驗，機組處于正常運行狀況（有功功率為595MW/無功功率接近0MVa），突然發(fā)生了有功功率低頻自發(fā)振蕩，波形如上所示。整個過程持續(xù)了約37秒，其中前4周發(fā)散，到第5周開始收斂，一共持續(xù)了十幾周才漸漸平息。振蕩的有功功率峰峰值達41MW/為額定有功

29、功率的6.8%,振蕩頻率約為0.9Hz。該振蕩頻率與我們之前在計算報告中得到的0.94Hz強相關區(qū)間低頻振蕩頻率十分接近。解決的措施就是投入PSS提咼機組動態(tài)穩(wěn)定性。、系統(tǒng)變壓器充電引起的功率波動2006年11月28日，珠江電廠4臺機組勵磁調節(jié)器在11月28日展能電廠空載投入#1主變時的錄波第一次合閘時沖擊較小第二次合閘時數據如下:定子電壓（單 位：%最小 值/最大值電壓給定（單 位：%最小 值/最大值轉子電流（單 位：最小 值/最大值觸發(fā)角度（單 位：度）最小 值/最大值有功功率（單位：MW最小值/最大值無功功率（單位：MVa）最小值/最大值定子電流（單位：%最小值/最大值同步頻率（單位：H

30、Z最小值/最大值#197.9/98.998.8/98.871.4/76.578.3/82.3316.6/337.392.5/126.997.1/10149.6/49.7#297.4/98.598.3/98.368.7/72.180.3/82.6309/322.163/103.592.9/95.749.7/49.7#397.8/98.898.9/98.976.4/8280.5/84.9283.4/296.868.9/10185.4/8949.9/50#497.8/98.898.6/98.675.6/79.179.8/82.1268.4/280.679.5/104.782.1/85.349.9/5

31、0珠江#1機珠江#2機珠江#3機珠江#4機與PSS有關的功率波動、PSS反調引起的機組功率波動對于單純采用電功率信號的 P SS1A模型，在原動機功率變化時 PSS輸出會出現反方向的變化，即反調。反調的大小主要與原動機的功率變化速率有關。按有關試驗導則：反調引起的“無功功率變化量小于 30%®定無功功率，機端電壓變化量小于3%- 5獅定電壓?！睘楹细?。如不合格，可采取的措施:1)采用加速功率型的PSS2)3)采用轉速型PSS增減原動機出力操作時短時閉鎖PSS俞出;4)5)減少隔直環(huán)節(jié)時間常數;減少PSS增益；6)減少原動機出力調整幅度和速度(臨時措施)。連州電廠#2機反調現象分析20

32、08年4月4日12:00左右，連州電廠#2機無功出現波動，錄波圖如下。根據DCS錄波圖分析2號機無功功率波動的激勵因素來自于發(fā)電機調門變化引起 的有功功率調整(,正是由于PSS-1A模型把原動機的波動當作是負荷波動處理, 并參與附加控制，才出現了“反調”現象?！胺凑{”的大小與調門的動作速率、 有功功率的變化速率有關，為此在當初進行PSS整定試驗時，曾經要求通過快關調門來使得有功功率達到運行中可能出現的最大變化速率，以檢驗“反調”大小和確定PSS參數，當20秒減小有功4M剛，無功增加約23Mvar,這與無功在-10 到+40Mvar間變化的幅度基本吻合，后者的有功功率變化應該超過了試驗時的最 大變化率。在增減負荷的過程中，由于調門的調整， “反調”現象仍然存在，當 有功穩(wěn)定后，無功也會隨之恢復穩(wěn)定。為了減小較低頻率下的“反調”，建議將PSS的隔直時間常數Tw=6調整為Tw=2其它