摘要：励磁系统是发电厂的核心控制设备，励磁系统的安全运行是保证发电厂机组稳定运行的重要设备，励磁系统的可靠性是提高发电机运行经济性重要保障。本论文重点剖析励磁装置异常工况，导致功率突变励磁系统调节失常、发电机保护动作出口、发电机与系统解列原因及防范措施。
关键词：水电站；励磁；故障；跳闸；改造
1 概述
某水电厂励磁系统采用自并激可控硅整流励磁系统，由励磁电源开关、功率整流装置（三相全控桥）、灭磁装置、转子过电压保护装置、微机励磁调节、电力系统稳定器、交流和直流励磁电缆、辅助单元、起励装置、励磁控制及保护装置、变送器、互感器等部分组成。
2 事故经过
2018年1月4日04时06分，2号机组因励磁系统通讯故障，无功由-0.69Mvar突增至54.61Mvar，励磁系统强励动作，励磁电流急剧升高，2号发电机励磁过负荷告警，发电机励磁过流保护动作出口，2号发电机解列灭磁。
3 事故前运行方式
220kV出线、220kVⅠ母线带电运行；1、2号主变带电运行；1号机组并网带有功33MW、无功-0.5Mva；2号机组并网带有功33.1MW、无功-0.69Mvar运行，全厂AGC、AVC闭环运行。
4 保护动作情况
2号发电机主保护励磁过负荷动作告警，动作电流0.204A，（整定值：0.194A,12000ms）动作时间12041ms；
2号发电机励磁过流动作出口，动作电流0.203A，动作时间12001ms（整定值：0.19A,12000ms），2号发电机解列灭磁，保护动作正确。
5 励磁调节器异常情况
（1）某日2号机组发电运行中，出现2号机组励磁调节器AVR与智能单元IPU之通讯CAN异常，机端电压、励磁电流出现大阶跃，励磁调节后产生无功大波动，强励动作，运行人员未及时发现，采取措施，导致发电机励磁过流，过流保护动作。
图1 均流波形
从均流波形图1分析，在故障前出现电流中断现象，刚开始时断时续间隔最多为3秒，从波形上可以看到15.3秒以后，可以看出中断时间为18秒，由于调节柜电流是经CAN线从IPU读取，CAN中断5S即报CAN故障，说明在运行当中出现CAN中断情况。
图2 控制电压 Uc波形 图3 机端电压Ut波形图
图4励磁电流If波形图 图5无功Qe波形图
从以图2-5可以看出AVC闭环控制下接受到增磁指令，使调节柜控制电压Uc增大，但由于出现CAN通讯故障，功率柜无法接收到调节柜下发的控制电压Uc，致使机端电压励磁电流没有跟随调节柜进行调节，从0秒到4.5秒AVC一直增磁且由实际显示中的2.3增长到了4.6，这时突然CAN异常复归造成机端电压瞬间由0.93倍升到1.14倍，励磁电流由0.507倍升到1.619倍,无功Qe由-0.1791倍上升到1.52倍。
6 检查及事故原因分析
①由于2号发电机励磁调节器柜AVR至整流柜IPU之间CAN通讯故障，IPU转为独立运行，IPU不受上位机AVR控制，且在中断期间AVC进行了增磁调节，造成AVR的控制电压Uc远远高于IPU的Uc电压，这时信号复归使IPU接收上位机控制造成输出过大所致。
②继电保护专业人员对设备性能掌握不熟悉，在设备验收过程中把关不严，对设备可能发生的各种异常现象考虑不够全面，未进行相关模拟试验及早发现问题。
③继电保护专业人员在异常处理过程中，虽对通讯故障进行排查，但对问题判断不明确，运行人员要求继保专业人员开票后继续检查，未能及时采取有效技术措施，延误故障处理时间。
7 励磁系统通讯改造的方案
方案一：更换励磁系统通讯光纤转换器及接头
对接触不良的光纤转换器更换、对接触不良光纤接头重新进行压接，保证光纤转换器与光纤头接口接触良好，避免CAN总线通讯异常发生。
方案二：升级励磁系统整流柜IPU程序
提高智能整流柜IPU在CAN总线通讯中断时的限制能力，增加CAN总线中断时的限电流功能，即CAN总线通讯出现异常后把智能整流柜IPU的励磁电流限制在60%；IPU由于出现CAN通讯故障独立运行后，即使此过程有通讯中断恢复，也不再接受AVR的数据指令，只有人为进行干预，确认AVR与IPU的CAN通讯总线正常后，进行信号复归，IPU才接受AVR数据指令。经过智能整流柜IPU程序升级后，确保再出现CAN总线中断后，励磁系统在额定工况以下运行，不会出现发电机保护动作情况，在智能整流柜IPU独立运行时，对CAN总线中断进行及时处理后，能安全切换至励磁调节器运行，从而保证机组安全可靠运行。
方案三：AVR与IPU通讯改为电信号传输
原励磁厂家设计理念是将机组励磁调节柜布置在中控室旁，便于运行值班人员日常操作，机组励磁整流柜布置在发电机旁，同时为了减少机组励磁整流柜IPU与机组励磁调节柜AVR之间通讯信号衰减及数据可靠传输，采用了光电转换器通讯。该厂在基建期设备安装阶段，受现场地理条件限制，把机组励磁调节柜AVR和励磁整流柜IPU均水平布置在发电机旁相邻的两个盘柜，不存在信号衰减问题；将励磁整流柜IPU与励磁调节柜AVR之间的4个光纤转换器、光纤拆除，采用0.75㎡电缆线直接连接，减少中间复杂环节带来故障，提高通讯可靠性。
8 励磁系统改造方案的比较
方案一虽然更换励磁整流柜、调节柜中的光纤转换器简单易行；但需要购买光纤转换器，一个光纤转换器约2千元，一台机组配置4个（整流柜、励磁柜分别各配置2个），由于发电机层空间大，环境相对差，易造成光纤转换器污损及老化，更换频次高，长期所产生费用高。
方案二需要设备厂家人员到现场更换插件及软件更新，更换一块插件需要1.5万元，再加上厂家差旅费，两者费用也是一笔不小数字。
方案三把励磁整流柜及调节柜中的4个光纤转换器拆除，每个励磁整流柜分别增加一根5米长的2＊0.75㎡电缆，所产生费用低，改造也方便。
9 结语
综上所述，三个方案从经济上综合比较，方案三比较经济、可靠。因此，确定选择方案三。励磁系统作为发电的核心控制设备，励磁系统的安全运行将保证电力系统设备的安全，发电机运行的经济型。发电机组励磁整流柜IPU与机组励磁调节柜AVR之间通讯要以现场按照实际为主，选择恰当接线方式最为重要。
参考文献：
[1]董捷,汪静.勐野江水电电气二次设计[J],云南水力发电，2008,24（S）:15-108电,2008,24(S):15-108.
[2]杨帆60MW发电机励磁系统研究与实现[D],华东理工大学硕士论文，2011-09：15.