大型机组电气功率扰动的实例分析汇总

1、机组电气功率扰动的实例分析在机组的运行中，由于各种扰动的存在，电气功率的波动时常发生，如何正确分析处理各类异常， 准确判断励磁系统是否存在故障， 采取何种措施来解决，是实际中遇到的一大难题。在通常的认识中，机组有功的波动与调速系统有关， 无功的波动与励磁调节器有关。但随着 PSS （电力系统稳定器）的广泛投运，有 功的波动也会导致励磁输出的波动， 机组的电气功率扰动往往伴随着有功、 无功 的同时变化，如何定位异常发生的原因，本文举出一些实例做出分析。励磁调节器本身故障引起的功率扰动台山电厂 3 号机无功波动2008年2月 9日，台山电厂 3号机在春节停机重新并网后， 出现了无功波动的情况，波动

2、的幅度最大达 50Mvar,发生的时间无明显规律，间隔约数分钟2月 10 日应不等。励磁系统通道I运行，通道n备用，与以前运行方式相同，本次停机未对 励磁系统进行任何检修工作，励磁调节器无任何故障和报警信息。台山电厂的要求，广东电科院派人到现场协助进行故障分析处理。2月10日下午，和电厂的技术人员研究分析了有关情况并提出了检查方案。1、根据电厂提供的DCS数据波形来看，尽管其数据记录的采样频率较低，还是可以初步判断 3 号机励磁电压的波动领先于机端电压、 无功的波动， 即无功的波 动主要是励磁系统而不是500kV系统引起的。且3号机无功波动期间，向电网方 面了解系统无异常，综合判断可以排除系统

3、扰动的影响。2、在2月10日上午，3号机运行通道（通道I）切换为手动方式（恒励磁电流模式）运行了约 30分钟，励磁电压及无功未出现异常波动，由于励磁系 统不应长期在手动方式运行， 切换回自动方式后， 波动依然存在。 根据此现象可 以判断励磁系统的脉冲触发及整流环节工作正常，否则手动方式也会出现波动。故障集中在励磁调节器的自动电压控制环上。3、台山电厂3号机励磁调节器为ABB生产的UNITROL 5000其自动电压控制环除了以发电机机端电压作为反馈控制量外，还叠加了以有功作为输入的PSS以无功电流作为输入的调差。检查 3号机的参数表，重点是与上述控制环节相关的参数未发现问题。4、排除以上原因后，

4、波动的出现很可能与上述控制量的检测环节或电压叠加点有干扰进入有关， 据此制订了进一步的检查方案: 首先进行通道切换， 如果是机端电压检测的问题，两个调节通道同时故障的概率很小，应能发现问题； 如果故障仍不能排除，再依次进行退出 PSS退出调差的检查。由于DCS数据波形采样频率低，为了准确分析，检查时利用励磁调节器调试工具记录内部数据， 利用故障录波记录外部数据。2 月 11 日，按照方案在现场对 3 号机励磁系统进行了检查，情况如下： 励磁调节器通道I的运行情况:图1所示为通道I的内部数据录波图，可见在稳态运行时各有关量的纹波 波动幅度均较大。图2、3、4为记录的通道I运行期间发生的几次波动情

5、况，从这些数据中 可以发现波动刚发生时， 调节器内部数据的机端电压均为向上的突变， 而控制电 压、励磁电压、励磁电流均为向下的突变，趋势相反。根据这种现象可以判断， 应首先是励磁调节器的机端电压检测出现了波动，从而导致了励磁输出的波动， 正常时， 机端电压不会经常出现如此波动， 问题应存在于机端电压检测环节。 如 果是电压叠加点窜入了干扰信号，励磁输出的波动将导致机端电压同方向的波 动，从内部录波数据可以排除这一点。切换到调节器通道n后的运行情况: 图5为切换到通道n运行后的通道I内部数据录波，可以看到切换后，通道I检测到的励磁电压、励磁电流的波动明显减小，但机端电压、控制电压的纹 波依然明显

6、。图6显示此时通道I仍然出现了机端电压检测的波动。图6为切换到通道n运行后的通道n内部数据录波，可以看到各有关量均很平稳，进一步判定通道I的机端电压检测环节存在问题。 检查处理情况: 问题出在通道I的机端电压检测环节，于是首先对外回路进行了检查。电厂检修人员对通道I使用的PT在励磁调节器端子排上进行了测量，发现 C相电压偏低1伏多，而且有波动，在就地端子箱上检查也如此，判断为PT次保险接触不良，需进一步处理。3号机最终用通道n运行（通道n使用的是励磁专用PT,也应作为主调节器运行），通道I备用。u3 chi g2Date: Mon Feb 11 2008 and Time: 10:34:081

7、50F h kIpr1111ri111ri11_iX - kJ4ri4厂Fr- hPh h11ri-.7-_-jn_i-._ L >-'L_ i_=_a1111i111111111111j卜冲旷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图1通道I运行录波图（自上而下各线意义：机端电压 -黑色，内部控制电压-绿色，励磁电流-红色

10、，通道运行状况-青色，励磁电压-粉红，无功-蓝色）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图3通道I运行中波动情况录波图之一15010050-50-100u3 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图5切换到通道n运行后通道I的内部数据录波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图6切换到通道n运行后通道I的内部数据波动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图7切换到通道n运行后通道n的内部数据录波、金湾发电厂# 4机组无功波动无独有偶，200

24、8年11月18日，金湾电厂#4机组无功波动频繁，大概几分钟就有10MVar以上的变化。基于同样的分析，我们建议电厂进行了同样的检验, 确认异常通道对应的PT二次回路电压三相不平衡，在端子排紧固后，故障消失。三、连州电厂 2 号机功率波动连州电厂2号机2008年10月8日正常运行时，在PSS投运的情况下发生 大幅功率波动；10月25日准备停机减负荷过程中已退出 PSS的情况下，同样发生大幅功率波动。根据电厂方面提供的两次功率波动时的故障录波图分析，可以发现两次故 障时，励磁变高压侧A、C两相的电流波形与正常整流状态的波形发生了很大变化，而且两次故障记录的波形变化情况一致：故障开始于对应励磁变高压

25、侧+A、 -C相时刻（由于励磁变的连接方式及 CT极性的关系，并不一定对应励磁变低压 侧所接整流桥的+A、-C）导通向下一步换相时，A、C两相的电流波形显示换相 不成功，第一阶段故障维持了 200毫秒，然后似乎是触发信号重新启动， 但波形 仍然不正常； 第二阶段故障维持了 500毫秒， 当直流分量衰减接近 0时，波形才逐步恢复正常。整流桥正常工作时，上、下桥各有一支可控硅导通，仅在换相期 间有短暂的相间短路； 根据波形看换相不成功导致上桥或下桥同时有两支可控硅 导通，且此相间短路持续了较长的时间（总共 700毫秒），A C两相的电流中出 现的直流分量也证明了这一点。由于整流桥发生了相间短路，因

26、此励磁电压、励磁电流在此期间是下降的， 机组出现进相； 当 700毫秒触发换相恢复正常后， 由于正常的调节作用， 励磁电 压又增大直至机端电压恢复正常。调节的过程引起有功、无功的波动。从以上的分析可知，连州电厂2号机的功率波动与PSS无关，故障的查找应 集中在励磁调节器本身。11 月初，会同厂家对励磁调节器进行了全面检查，分析判断无功波动原因 为瞬间干扰导致励磁输出中断而引起有功、 无功的波动，并非PSS功能本身问题， 但干扰源尚未查清来源，经专题会决定在双套 CPI板增加抗干扰电容，并适当调高工作电源电压，抑制来自电源干扰可能引起的调节器复位；处理后投入 2发电机励磁PSS功能，至今运行正常

27、。（附录波图：自上而下依次为励磁变高压侧 A、C相电流、励磁电压、励磁电流）、系统低频振荡系统扰动引起的功率波动动态稳定性较差的机组，容易出现系统有功低频振荡，机组的调速系统此时是稳定的。copyP14i-00 VI<< rvliri »111-1-1工為矗；皇立* 111vv*»*许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日台山电厂1号发电机的PSS试验过程中，在PSS退出,运行和试验人员均无任何操作或试验，机组处于正常运行状况（有功功率为595MW/无功功率接近0MVa），突然发生了有功功率低频自发振荡，波形如上所示。整个过程持续了约37秒，其中前4周发散，到第5周开始收敛，一共持续了十几周才渐渐平息。振荡的有功功率峰峰值达41MW/为额定有功

29、功率的6.8%,振荡频率约为0.9Hz。该振荡频率与我们之前在计算报告中得到的0.94Hz强相关区间低频振荡频率十分接近。解决的措施就是投入PSS提咼机组动态稳定性。、系统变压器充电引起的功率波动2006年11月28日，珠江电厂4台机组励磁调节器在11月28日展能电厂空载投入#1主变时的录波第一次合闸时冲击较小第二次合闸时数据如下:定子电压（单 位：%最小 值/最大值电压给定（单 位：%最小 值/最大值转子电流（单 位：最小 值/最大值触发角度（单 位：度）最小 值/最大值有功功率（单位：MW最小值/最大值无功功率（单位：MVa）最小值/最大值定子电流（单位：%最小值/最大值同步频率（单位：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机珠江#2机珠江#3机珠江#4机与PSS有关的功率波动、PSS反调引起的机组功率波动对于单纯采用电功率信号的 P SS1A模型，在原动机功率变化时 PSS输出会出现反方向的变化，即反调。反调的大小主要与原动机的功率变化速率有关。按有关试验导则：反调引起的“无功功率变化量小于 30%®定无功功率，机端电压变化量小于3%- 5獅定电压。”为合格。如不合格，可采取的措施:1)采用加速功率型的PSS2)3)采用转速型PSS增减原动机出力操作时短时闭锁PSS俞出;4)5)减少隔直环节时间常数;减少PSS增益；6)减少原动机出力调整幅度和速度(临时措施)。连州电厂#2机反调现象分析20

32、08年4月4日12:00左右，连州电厂#2机无功出现波动，录波图如下。根据DCS录波图分析2号机无功功率波动的激励因素来自于发电机调门变化引起 的有功功率调整(,正是由于PSS-1A模型把原动机的波动当作是负荷波动处理, 并参与附加控制，才出现了“反调”现象。“反调”的大小与调门的动作速率、 有功功率的变化速率有关，为此在当初进行PSS整定试验时，曾经要求通过快关调门来使得有功功率达到运行中可能出现的最大变化速率，以检验“反调”大小和确定PSS参数，当20秒减小有功4M刚，无功增加约23Mvar,这与无功在-10 到+40Mvar间变化的幅度基本吻合，后者的有功功率变化应该超过了试验时的最 大变化率。在增减负荷的过程中，由于调门的调整， “反调”现象仍然存在，当 有功稳定后，无功也会随之恢复稳定。为了减小较低频率下的“反调”，建议将PSS的隔直时间常数Tw=6调整为Tw=2其它