浅谈ABB UN5000励磁系统过励磁限制器设计缺陷

林长鹏   

摘要：本文通过ABB UN5000励磁系统过励磁限制器不同电流下限制器动作时间与转子绕组允许的过负荷时间进行比对；指明了ABB过励磁限制器的设计缺陷。文中也详细阐述了此问题的具体解决方法，供广大ABB励磁系统使用单位借鉴。望同行引起重视，及时消除隐患；避免电网事故或设备事故的发生。

关键词：过励磁限制   缺陷    转子绕组  过负荷  

1引言

ABB UN5000励磁系统以其先进的技术优势在国内众多电厂中广泛应用。但在实际应用中，发现ABB UN5000励磁过励磁限制功能存在较为严重的设计隐患，不能起到有效地保护转子绕组过符合的作用。

2 ABB励磁系统过励限制器设计缺陷分析

    国标GB/T7064-2008 《隐极同步发电机技术要求 》4.29转子过电流限制：发电机磁场绕组应具有下列规定的过电流能力，时间从10s——120s，

（I²-1）t=33.75式中：I-----磁场电流，%；t-------时间，s

磁场电流%	209	146	125	113
时间s	10	30	60	120

表1  转子绕组不同励磁电流下允许时间表（摘自GB/T7064-2008 《隐极同步发电机技术要求 》）

通过上面公式我们可以进一步计算转子绕组允许过流时间如下：

磁场电流%	200	180	160	140
时间s	11.25	15.06	21.63	35.16
磁场电流%	110
时间s	160.71

表2    转子绕组允许过流时间补充计算表

ABB UN5000励磁系统过励磁限制器设计公式为：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。以某厂为例，查询参数表TP为参数P1305强励时间10s，Ifp为参数1303定值励磁电流200%（即额定励磁电流的2倍），If1为参数1301最大连续励磁电流110%（即额定励磁电流的1.1倍）

根据DL/T 650—1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》 第4.1条“当发电机的励磁电压和电流不超过其额定值的1.1倍时，励磁系统应保证能连续运行”可知If1设置为110%，符合要求；根据标准4.3 “励磁系统强励电压倍数一般等于2。当所在电力系统的暂态稳定对励磁系统强励电压倍数有更高要求时，由计算确定。 强励电流倍数等于2。强励电压倍数在发电机电压为额定值时确定。 励磁系统允许强励时间应不小于10s”可知Ifp设置为200%、TP为10s均符合标准要求。 但是依据ABB励磁调节器过励磁限制器设计公式计算允许过励磁时间如下表：

磁场电流%	200	180	160	140	125
时间s	10	15.54	27.41	60.68	150.9
磁场电流%	113	110
时间s	520.6	843.06

        表3   某厂ABB UN5000励磁系统过励磁限制器动作时间表

通过以上计算，不难看出ABB励磁系统过励磁限制器在1.8倍以下励磁电流时，允许过励磁时间超过标准规定时间。经咨询电机厂，可知目前生产厂家均根据国标要求设计转子绕组过电流能力。由此可推断ABB励磁系统过励磁限制器不能起到较好保护转子绕组的作用，可能导致转子绕组过热烧毁或机组保护动作跳机，引发重大设备事故和电网事故。

3解决方案

通过上面分析可知，ABB  UN5000励磁系统过励磁限制器设计错误，主要为公式设计错误。目前ABB已对新型号励磁调节器（如UN6000）中的过励磁限制器计算公式进行了修改。但新型号产品全国投入使用的数量很少，绝大部分用户仍使用UN 5000系列及更早产品。

     对ABB UN5000  41307-03 版本产品用户，可以联系ABB进行升级，修改限制器设计公式，升级软件版本为41307-05。使用此系列产品的用户可查询参数P11203（软件版本）、P11205（软件次状态），来确认本厂所用产品软件版本。

对于41307以前软件版本（如41305），ABB不提供升级服务。通过限制器公式，我们可以发现如果缩短Tp(即2倍励磁电流下允许运行时间），则能保证转子绕组安全。下面我们分析TP整定为多少时，可保证转子绕组安全运行。

式1，（I²-1）t=33.75，则t=33.75/（I²-1）；

式2，T=Tp*(Ifp－0.9If1)²/(If－0.9If1) ²=Tp*（2-0.9*1.1）²/（If-0.9*1.1）²

只要满足T

Tp*（2-0.9*1.1）²/（If-0.9*1.1）²<33.75/（I²-1）,式中I=If

Tp<33.75/（I²-1）*（I-0.9*1.1）²/（2-0.9*1.1）²=（I-0.99）²*33.75/（I²-1）/1.0201

通过比较上面两个表格，得知电流I选值越小，配合性能越差；故上式I选取最小值110%，得Tp<2.0s，Tp可选取1.8s。

为保证转子绕组安全，只能牺牲机组强励能力，机组强励时间为1.8s；不利于电力系统稳定。

4过励磁保护原理

  ABB UN5000励磁系统在过励磁限制的基础上配置了过励磁保护。ABB励磁系统说明书中没有对此进行详细说明，在此谈一下此保护原理；供以借鉴。

     ABB UN5000励磁系统过励磁保护分为以下两部分：

4.1瞬时过流保护即定时限过流保护

    过流保护电流定值为参数P402一般设置为264%即2.64倍额定励磁电流，延时定值为参数403一般设置为18TSYN（TSYN为整流桥电源周期的1/6，如交流电源频率为50HZ，TSYN=3.33ms；18TSYN=60ms）。即励磁电流大于2.64倍额定励磁电流经60ms延时，瞬时过流保护动作于跳闸。

4.2反时限过流保护

反时限过流保护是建立在过励磁限制基础上的过电流保护。如下图过电流保护曲线在过励磁限制曲线的基础上平移一定裕度，该裕度设置值为参数P902（一般设置为10%）。反时限电流保护启动后经过延时参数P903（一般设置为2s）切换至手动通道，如电流仍未返回延时3s动作于跳闸。

 

 

 

 

 

 

图1 ABB  UN5000励磁系统过励磁限制曲线和过励磁保护曲线

5结论：

通过上述分析，可知 ABB  UN5000励磁系统过励磁限制器由于设计原因，存在严重隐患。当励磁电流越限且在1.8倍额定电流以下时，限制器不能很好的发挥作用；易引发设备事故或电网事故。针对不同软件版本给出了具体修改方法，希望ABB励磁系统用户引起重视，及时检查处理此隐患，保证机组、电网安全运行。

参考文献

    [1] 中华人民共和国国家标准化委员会．GB/T7064-2008 《隐极同步发电机技术要求》．北京:中国标准出版社,2009

[2] 中华人民共和国国家经济贸易委员会．DL/T   684—1999 《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》.北京:中国电力出版社,2000

    [3]竺士章．发电机励磁系统试验[M]．北京:中国电力出版社,2005

    [4] ABB．ABB UN5000励磁系统原理说明书

作者简介

林长鹏（1983-）男，本科，工程师，毕业于东北电力大学电力系统及其自动化专业，现担任辽宁大唐国际锦州热电有限责任公司继电保护室主任，主要从事继电保护专业管理、生产管理及技术管理等工作。