浅析UNITROL-5000系统PT断线逻辑优化

浅析UNITROL-5000系统PT断线逻辑优化
发电机励磁控制系统是一种自动化程度很高的设备，对系统平台设计和电子元器件质量都有很高的要求，由于技术原因，2010年前国内主流发电机一般采用国外的励磁控制系统，其产品相对而言可靠性更高、系统更稳定。

可由于国外励磁控制系统主要是依据当地发电机实际工况和法律法规进行设计，引入国内时会引发不适应本地实际情况和法律法规问题，暴露的问题并不能一一解决，特别是随着设备使用年限增加，厂家已不生产原型号设备，维护成本越来越高，发电厂难以负担。

由电厂技术人员利用国内低成本设备，采用外挂的方式接入原有装置，解决该类问题成为目前比较可行的办法，本论文主要讨论Unitrol-5000型励磁控制系统PT断线逻辑的优化，提供一种解决该问题的低成本思路参考。

标签：PT断线;PT慢熔;复压过流保护;负序电压
1.系统概况
某发电厂4号机励磁系统采用上海发电设备成套研究所（ABB）组装的Unitrol-5000型自并励励磁调节系统，配备有低励限制、伏赫兹限制、过励限制等功能。

2018年该电厂发生一起由于励磁控制系统异常（UNITROL5000型）引起的誤跳机事件，事后分析该次跳机事件的原因主要有两个：1）励磁控制系统PT断线逻辑不灵敏，PT断线判据电压取机端三相电压平均值（Up=（Ua+Ub+Uc）/3，即需要单相电压值降低3倍定值时方可触发PT断线告警，咨询厂家，该PT 断线判据无法修改为单相电压比较方式，而通过将定值设置较小则容易在系统扰动时发生误动，可靠性低），在发生机端PT一次保险慢熔时（根据现场实际数据，一次保险慢熔动作1分钟，故障相电压下降8%额定值，未达到PT断线报警值）仍然在增磁，未能及时发出“PT断线”告警，未能将调节方式切至备用通道或手动位置，导致转子电压持续升高;2）励磁控制系统过电压保护抗干扰能力较差（过电压保护正/反过电压检测时间动作延时为20ms，延时过短），当转子电压持续升高至约600V后，受干扰过电压保护误动作，直接动作跳机。

其中第2个原因主要是元器件可靠性问题，本文不再做介绍，主要介绍三种PT断线逻辑优化思路。

增加专用PT断线装置开入励磁装置由于3号机组励磁控制系统不能通过软件升级来优化TV断线逻辑，拟新安装一台主流国产品牌PT断线判别装置在3号机励磁控制柜内，分别将柜内励磁系统通道CH1 ON/CH2 ON信号、两组发电机机端电压、一组机端电流回路接入该装置，由该装置完成发电机TV 断线检测功能，并将判据结果分别送至对应通道，以保证发生TV断线时通道能可靠动作。

PT断线判别装置TV1断线逻辑：当励磁系统1通道运行信号开入，TV2三相线电压Uab2、Ubc2、Uca2均大于90V，TV1三相线电压Uab1、Ubc1、Uca1与TV2三相线电压Uab2、Ubc2、Uca2一一对应进行比较，当任一相差值大于5V且机端负序电流I2小于负序电流闭锁值（0.1倍机端额定电流），即报“TV1断线”，并将报警开入励磁控制系统，进行励磁控制系统通道自动切换，使励磁控制系统切换至2通道运行。

TV2断线逻辑与TV2断线逻辑原理相同。

2.3由于原3号机励磁系统无通道CH1 ON/CH2 ON信号备用开出接口点和TV断线外部开入接口点以及对应的程序逻辑，故厂家技术人员还需对程序进行部分修改。

在上述改造完成后，将进行补充检验，保证修改后动作逻辑和回路的正确性，同时还需在机组并网前进行风机电源切换试验和励磁通道切换试验。

采用厂用变压器保护实现PT断线告警
厂用变压器保护中有复压过流保护，当发电机运行时，机电电流一直存在，如果此时负序电压大于负序定值或者三相线电压任一线电压小于低电压定值时，保护出口，完全满足PT断线出口逻辑，而且还可以设置一个出口延时防止真正发生故障的误动作，不过考虑安全性，该装置出口不接入励磁系统，而是作为告警信号，提醒运行人员切换励磁运行通道。

具体为将逻辑中电流定值设置为门槛值0.15In，负序电压定值设置为2V，低电压（线电压）定值设置为95V，延时定值设为4.5S（躲过发电机复压过流延时定值），负序电压和低电压判据全部投入，保护动作出口接入发电机DCS系统中，在DCS系统中设置报警逻辑（故障通道为运行通道报运行通道PT断线，故障通道不是运行通道报备用通道PT 断线），当为运行通道PT断线时由运行人员手动切至备用通道运行，当为备用通道PT断线时运行人员加强监视，PT断线时均需通知检修人员就地检查。

采用电磁式继电器实现PT断线告警
在一块树脂板，按下图进行继电器的安装，实现PT断线告警，采用了3个低压继电器、1个信号继电器、1个时间继电器、1个出口继电器，当电压低于电压继电器定值（95V）时，低压继电器动作，启动信号继电器和时间继电器，经固定延时（4.5S）后启动出口继电器，使出口继电器接点动作并送至DCS系统中，在DCS系统中设置报警逻辑（故障通道为运行通道报运行通道PT断线，故障通道不是运行通道报备用通道PT断线），当为运行通道PT断线时由运行人员手动切至备用通道运行，当为备用通道PT断线时运行人员加强监视，PT断线时均需通知检修人员就地检查。

分析方案1是比较可靠的改造方案，改造后的新设备能与原设备逻辑组合到一起，整个过程为自动实现，包括通道切换，可以达到设计要求。

但无论是PT断线装置还是励磁系统内部逻辑修改都不是已有的，其改造费用较高，且可能存在逻辑改动后的稳定性问题，需要通过一段时间的试运来确认其可靠性，存在一定风险。

方案2利用现有的设备或是备品即可完成改造，由于其不参与励磁系统本身逻辑，励磁系统PT断线只发信至集控室，由运行人员判断后手动进行操作，可以保证原有程序的正常工作，是最为可行的方案。

方案3中继电器的特性差异太大，而且精度等级不高，在定值需非常灵敏的情况下偏差较大，容易发生误动和拒动情况，且继电器较多，维护复杂，没有自检功能。

5、结论
本文主要针对UNITROL-5000系统PT断线功能的不完善提出了改造思路，结合发电厂目前的经营形式来看，除了保证设备可靠性外还需兼容经济性，一个微小的改造花费十几万，而无法实现明显的经济效益会严重拖累电厂的财务，故
作为电厂技术管理者应将经济和可靠性两者兼容进行考虑。

对3个方案进行比较，个人比较赞同第2个方案，主要是实施起来非常可行，基本用现有的厂用变压器保护装置备品即可实现，还不存在影响原有励磁系统的风险，可行性很高。

参考文献：
[1]《大型汽轮机发动机自并励静止励磁系统技术条件》（DL/T 650-1998）国家能源局发布
[2]《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》（DL/T 984-2012）国家能源局发布。