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[摘要] 该文主要介绍了北方联合电力公司达拉特发电厂三期#5机组R-R励磁系统的保护配置及运行情况，在此基础上提出并完善了全方位的优化方案，通过#5机组长期运行的经验表明：保护配置的整体优化提高了#5机组励磁系统设备运行的可靠性和稳定性。
[关键词] 励磁系统 保护配置 整体优化 长期运行状况]
1.北方联合电力公司达拉特发电厂三期#5机组R-R励磁系统采用自并励静止励磁方式
与一、二期工程四台机组的旋转二极管无刷励磁方式不同，它是由英国罗尔斯-罗依斯（R-R）控制系统公司提供的励磁变压器、全控桥可控硅整流器、励磁调节器和控制电路组成，其中数字式励磁调节器由三个相互独立的DSP-800系列微处理器为核心的通道构成，称为三重模件冗余自动电压调节器（TMR-AVR）。
1.1每套调节器又可分为AVR自动和手动两种运行方式：
1.1.1自动方式实现机端电压的闭环控制，为正常运行方式；
1.1.2手动方式则为励磁电流的闭环控制，以便按照运行人员的设定提供连续励磁。
1.2可控硅手控也可以闭环调整励磁电流，做为AVR故障后的一种备用运行方式，三套AVR采用三取二方式运行：
1.2.1若其中一套发生故障，除发出报警外，不会对运行产生任何影响；
1.2.2若其中二套AVR发生故障后则自动切换至可控硅手控方式继续运行。
1.3整流柜采用四组并联的三相全控桥可控硅整流：
1.3.1整套励磁系统的控制既可就地进行，也可在中央控制室控制盘或分散控制系统DCS上实现远方操作；
1.3.2其设计思想和制造工艺都代表了当今励磁系统的发展方向。
2.整体优化方案设计的基本原则
图1System Overview(系统概述)
2.1三期工程#5机组R-R励磁系统本身具有完备的保护配置，其中一些保护配置和发变组主要保护配置部分重复，需要简化；另外一些保护通过投产以来一段时间的运行发现了一些问题，出现了不应有的故障，需要进一步整体优化或技术改进。
2.2依据三期工程#5机组R-R励磁系统的全部保护跳闸逻辑关系，其中TRIP1为启动发变组保护全停，TRIP2为启动发变组保护程序跳闸，TRIP3为断开灭磁开关。（如图1所示）
3.我们对如上保护逐一进行分析、讨论，并给出如下可行的整体优化措施
3.1启动发变组保护全停逻辑（TRIP1）的整体优化：
3.1.1转子过流保护：
励磁机转子电流取自励磁机三路转子电流变送器，此变送器测取的信号同时供励磁机转子电流反馈，可靠程度高。转子电流和设定值进行比较，2/3表决输出。过流跳闸值设置为5.5pu （5.5*800A，发电机额定空载电流800A）/0.5秒。保护的配置合理可靠，误动的几率非常小。发变组保护A柜配置有励磁绕组过负荷保护：保护电流取自励磁变高压侧CT，定时限启动定值为0.34A，延时3秒发出信号，反时限启动定值为0.34A，延时63秒跳闸，反时限电流上限定值为0.5 A，延时15秒跳闸。
发变组励磁绕组过负荷保护和励磁系统转子过流保护都能保护发电机转子；不同的是发变组励磁绕组过负荷保护的故障量取自励磁变高压侧CT，保护范围为励磁变、整流柜可控硅和转子；转子过流保护的故障量为转子电流，保护范围只是转子本身，和发变组保护相比灵敏度较高，因此不宜将转子过流保护取消。
3.1.2辅助柜两路电源同时故障保护：
整流辅助柜中有一个交流控制电源模件和一个直流控制电源模件，任何一个电源模件的损坏都不会影响系统正常运行；此逻辑通过串联的两个电源模件内部监视继电器的输出接点启动TRIP1。交流控制电源取自单元UPS电源，直流控制电源取自单元直流屏。两路电源都是可靠电源，同时失去的可能性不予考虑。考虑电源模件本身故障，如果其中一个模件的输出接点损坏而未能及时发现，那么另一个模件的任何故障或电源消失都将造成事故。因此，可以将此跳闸回路取消并将两路电源模件内部监视继电器的输出接点并联后发出信号，这样可以消除隐患于事故萌芽状态，同时故障隐患可以被及时的发现并且消除之。
3.1.3辅助通道检测器输出的保护：
系统内部设置的软硬件自检逻辑，当软件运行出错或硬件检测发现错误时，其会经过延时并且发出跳闸指令，故此保护需要整体优化。
3.1.4励磁变的过流保护：
由于该励磁变的过流保护和发变组保护的励磁变过流保护重复，所以该励磁变的过流保护可以取消。（如图2 所示）
3.2启动发变组保护程序跳闸逻辑（TRIP2）的整体优化：
3.2.1整流柜跳闸逻辑保护：是整流柜逻辑跳闸总出口。整流柜跳闸保护（TRIP2）包含以下跳闸逻辑：
图2
3.2.1.1整流柜风扇故障的保护逻辑：
该逻辑保护包含以下跳闸逻辑：两路风扇同时出现风扇失效、风扇故障和风扇过负荷中的任意一种故障将延时3秒跳闸。如果两路风扇全部故障后整流柜不跳闸，那么这将意味着运行当中的整流柜可控硅没有得到及时的冷却，柜内可控硅的温度会急剧上升，那么可控硅运行工况将严重恶化，甚至有时可能会烧毁设备。因此，取消该跳闸逻辑保护，保护逻辑技术改进为只发报警信号。
3.2.1.2整流柜过温的保护逻辑：
该保护测温点取自励磁整流柜上部安装的三个测温热偶接点，在达到60℃时跳闸并按2/3表决输出，误差为-2℃~+2℃，滞回5℃。此整流柜过温保护是整流柜过温的唯一保护，从整流设备全局安全性考虑，不宜将此保护取消。
3.2.1.3整流柜故障的保护逻辑：
整流柜中如果可控硅故障，每个桥臂一个可控硅故障发出报警、两个可控硅故障发出危急报警、三个可控硅故障则将要发出故障信号去跳闸。从考虑整流设备的安全性方面，不宜将此保护取消。
3.2.1.4灭磁开关按钮故障的保护逻辑：
灭磁开关按钮为操作按钮，考虑到现场整体运行设备的安全性，可以将此灭磁开关按钮加装防护罩，以防止值班运行人员工作中的误操作或检修维护人员在工作时的误碰。
3.2.1.5否决脉冲按钮的保护逻辑：
该脉冲按钮连接到逻辑内部跳闸后复归所有跳闸状态，准备进行下一次启励，不能没有这个保护逻辑接线；考虑到现场运行设备的安全性，可以将此脉冲按钮加装防护罩，以防止运行或检修维护人员工作中的误操作或误碰。
3.2.1.6跨接器动作（转子过电压保护）的保护逻辑：
发电机转子过电压保护，在机组正常运行的情况下一般不会误动，如果退出此转子过电压保护需要和一次设备配合考虑。
3.2.1.7AVR控制通道和整流柜手控通道同时故障的保护逻辑：
內部保护逻辑设置，相当于整个励磁系统主设备和备用设备全部故障，励磁系统将自动停机。
3.2.1.8励磁变过温的保护逻辑：
励磁变的过温保护有三个测温电阻分别埋在励磁变A、B、C三相线圈内，测取的温度信号送入温度控制器，经过逻辑判断后单接点输出（定值为110℃发出报警/130℃直接去跳闸）。由于是单接点输出跳闸信号，所以保护有可能在温度控制器故障或接点误导通时误跳闸，因此可以将报警和跳闸出口串接，增加保护动作的可靠性。
依据我厂干式变压器运行的实际情况，过温保护都不投跳闸、只投信号，在励磁变压器超温时可由运行人员紧急降负荷处理。
3.3断开灭磁开关逻辑（TRIP3）的整体优化：
3.3.1发电机的过电压保护：
发电机过电压保护和发变组保护中的发电机过电压保护双重配置，因此该发电机过电压保护跳闸回路可以取消。
3.3.2发电机的过激磁保护：
发电机过激磁保护和发变组保护中的发电机过激磁保护双重配置，无实际意义，所以该发电机过激磁保护跳闸回路可以取消。
3.3.3程序跳闸保护：
该程序跳闸保护是从发变组保护屏引出来的，保护动作后直接去断开灭磁开关，为整体调试时添加的跳闸逻辑设置，故不宜取消。
4.结论
达拉特发电厂三期#5机组R-R励磁系统系国外先进进口设备，保护配置非常完备可靠，可以安全可靠的保护励磁系统的所有设备。而由于有关国家电力部门对机组可靠性的要求非常严格，因此对于某些励磁系统的保护来说，保护是正确动作，但对于机组来说却是“误动”。
4.1举例来说，如果励磁整流柜失去冷却风机的保护，励磁整流柜内部的温度就会在短时间内急剧上升，造成励磁整流柜中元件运行工况的恶化，甚至是烧损设备，此时对励磁系统来说毫无疑问应该立即停止运行，这样就会出现仅仅是一个价值千元的风机损坏而造成机组停机的情况。因为机组停机对发电厂的经济损失是相当巨大的，所以我们希望在冷却风机故障动作以后，不去立刻跳闸，而是发出报警信号，利用整流柜温度上升的这段时间让运行人员采取措施，降低励磁整流柜的温度，从而达到不停机的目的。由于同时保留整流柜温度保护，所以一旦温度无法降下来，整流柜温度保护将起到后备保护的作用。这样做可以减少机组非计划停运，同时励磁系统设备的安全性也得到保证。
4.2当然，这样做也有不利于机组安全的方面：
4.2.1首先，这就要求报警和跳闸回路必须完好，如果报警和跳闸回路有故障不能及时发出报警或跳闸信号，运行人员就无法得知整流柜的运行工况或实施应急处理工作；
4.2.2其次，要求运行和检修维护人员有较高的素质，遇到设备异常或故障能够正确判断、准确操作以及精心维护和检修；
4.2.3再次，即使等到整流柜温度上升甚至达到跳闸水平时，对励磁整流柜肯定有不同程度的损坏，可总体来说，只要运行和检修维护人员操作和处理得当，这种做法是利大于弊的。
4.3总之，我们保护配置的整体优化，目的就是要在不发生牺牲设备安全的前提下，提高励磁系统设备运行的可靠性和安全性，从而达到减少设备非计划停运的次数和时间，也就为机组稳定、可靠出力打下了良好的基础。
参考文献：
[1]励磁系统说明書.
[2]发电机——变压器主保护资料.
作者简介：
吕永强（1973—）男，工程师，专业：电力系统及其自动化。
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[关键词] 励磁系统 保护配置 整体优化 长期运行状况]
1.北方联合电力公司达拉特发电厂三期#5机组R-R励磁系统采用自并励静止励磁方式
与一、二期工程四台机组的旋转二极管无刷励磁方式不同，它是由英国罗尔斯-罗依斯（R-R）控制系统公司提供的励磁变压器、全控桥可控硅整流器、励磁调节器和控制电路组成，其中数字式励磁调节器由三个相互独立的DSP-800系列微处理器为核心的通道构成，称为三重模件冗余自动电压调节器（TMR-AVR）。
1.1每套调节器又可分为AVR自动和手动两种运行方式：
1.1.1自动方式实现机端电压的闭环控制，为正常运行方式；
1.1.2手动方式则为励磁电流的闭环控制，以便按照运行人员的设定提供连续励磁。
1.2可控硅手控也可以闭环调整励磁电流，做为AVR故障后的一种备用运行方式，三套AVR采用三取二方式运行：
1.2.1若其中一套发生故障，除发出报警外，不会对运行产生任何影响；
1.2.2若其中二套AVR发生故障后则自动切换至可控硅手控方式继续运行。
1.3整流柜采用四组并联的三相全控桥可控硅整流：
1.3.1整套励磁系统的控制既可就地进行，也可在中央控制室控制盘或分散控制系统DCS上实现远方操作；
1.3.2其设计思想和制造工艺都代表了当今励磁系统的发展方向。
2.整体优化方案设计的基本原则
图1System Overview(系统概述)
2.1三期工程#5机组R-R励磁系统本身具有完备的保护配置，其中一些保护配置和发变组主要保护配置部分重复，需要简化；另外一些保护通过投产以来一段时间的运行发现了一些问题，出现了不应有的故障，需要进一步整体优化或技术改进。
2.2依据三期工程#5机组R-R励磁系统的全部保护跳闸逻辑关系，其中TRIP1为启动发变组保护全停，TRIP2为启动发变组保护程序跳闸，TRIP3为断开灭磁开关。（如图1所示）
3.我们对如上保护逐一进行分析、讨论，并给出如下可行的整体优化措施
3.1启动发变组保护全停逻辑（TRIP1）的整体优化：
3.1.1转子过流保护：
励磁机转子电流取自励磁机三路转子电流变送器，此变送器测取的信号同时供励磁机转子电流反馈，可靠程度高。转子电流和设定值进行比较，2/3表决输出。过流跳闸值设置为5.5pu （5.5*800A，发电机额定空载电流800A）/0.5秒。保护的配置合理可靠，误动的几率非常小。发变组保护A柜配置有励磁绕组过负荷保护：保护电流取自励磁变高压侧CT，定时限启动定值为0.34A，延时3秒发出信号，反时限启动定值为0.34A，延时63秒跳闸，反时限电流上限定值为0.5 A，延时15秒跳闸。
发变组励磁绕组过负荷保护和励磁系统转子过流保护都能保护发电机转子；不同的是发变组励磁绕组过负荷保护的故障量取自励磁变高压侧CT，保护范围为励磁变、整流柜可控硅和转子；转子过流保护的故障量为转子电流，保护范围只是转子本身，和发变组保护相比灵敏度较高，因此不宜将转子过流保护取消。
3.1.2辅助柜两路电源同时故障保护：
整流辅助柜中有一个交流控制电源模件和一个直流控制电源模件，任何一个电源模件的损坏都不会影响系统正常运行；此逻辑通过串联的两个电源模件内部监视继电器的输出接点启动TRIP1。交流控制电源取自单元UPS电源，直流控制电源取自单元直流屏。两路电源都是可靠电源，同时失去的可能性不予考虑。考虑电源模件本身故障，如果其中一个模件的输出接点损坏而未能及时发现，那么另一个模件的任何故障或电源消失都将造成事故。因此，可以将此跳闸回路取消并将两路电源模件内部监视继电器的输出接点并联后发出信号，这样可以消除隐患于事故萌芽状态，同时故障隐患可以被及时的发现并且消除之。
3.1.3辅助通道检测器输出的保护：
系统内部设置的软硬件自检逻辑，当软件运行出错或硬件检测发现错误时，其会经过延时并且发出跳闸指令，故此保护需要整体优化。
3.1.4励磁变的过流保护：
由于该励磁变的过流保护和发变组保护的励磁变过流保护重复，所以该励磁变的过流保护可以取消。（如图2 所示）
3.2启动发变组保护程序跳闸逻辑（TRIP2）的整体优化：
3.2.1整流柜跳闸逻辑保护：是整流柜逻辑跳闸总出口。整流柜跳闸保护（TRIP2）包含以下跳闸逻辑：
图2
3.2.1.1整流柜风扇故障的保护逻辑：
该逻辑保护包含以下跳闸逻辑：两路风扇同时出现风扇失效、风扇故障和风扇过负荷中的任意一种故障将延时3秒跳闸。如果两路风扇全部故障后整流柜不跳闸，那么这将意味着运行当中的整流柜可控硅没有得到及时的冷却，柜内可控硅的温度会急剧上升，那么可控硅运行工况将严重恶化，甚至有时可能会烧毁设备。因此，取消该跳闸逻辑保护，保护逻辑技术改进为只发报警信号。
3.2.1.2整流柜过温的保护逻辑：
该保护测温点取自励磁整流柜上部安装的三个测温热偶接点，在达到60℃时跳闸并按2/3表决输出，误差为-2℃~+2℃，滞回5℃。此整流柜过温保护是整流柜过温的唯一保护，从整流设备全局安全性考虑，不宜将此保护取消。
3.2.1.3整流柜故障的保护逻辑：
整流柜中如果可控硅故障，每个桥臂一个可控硅故障发出报警、两个可控硅故障发出危急报警、三个可控硅故障则将要发出故障信号去跳闸。从考虑整流设备的安全性方面，不宜将此保护取消。
3.2.1.4灭磁开关按钮故障的保护逻辑：
灭磁开关按钮为操作按钮，考虑到现场整体运行设备的安全性，可以将此灭磁开关按钮加装防护罩，以防止值班运行人员工作中的误操作或检修维护人员在工作时的误碰。
3.2.1.5否决脉冲按钮的保护逻辑：
该脉冲按钮连接到逻辑内部跳闸后复归所有跳闸状态，准备进行下一次启励，不能没有这个保护逻辑接线；考虑到现场运行设备的安全性，可以将此脉冲按钮加装防护罩，以防止运行或检修维护人员工作中的误操作或误碰。
3.2.1.6跨接器动作（转子过电压保护）的保护逻辑：
发电机转子过电压保护，在机组正常运行的情况下一般不会误动，如果退出此转子过电压保护需要和一次设备配合考虑。
3.2.1.7AVR控制通道和整流柜手控通道同时故障的保护逻辑：
內部保护逻辑设置，相当于整个励磁系统主设备和备用设备全部故障，励磁系统将自动停机。
3.2.1.8励磁变过温的保护逻辑：
励磁变的过温保护有三个测温电阻分别埋在励磁变A、B、C三相线圈内，测取的温度信号送入温度控制器，经过逻辑判断后单接点输出（定值为110℃发出报警/130℃直接去跳闸）。由于是单接点输出跳闸信号，所以保护有可能在温度控制器故障或接点误导通时误跳闸，因此可以将报警和跳闸出口串接，增加保护动作的可靠性。
依据我厂干式变压器运行的实际情况，过温保护都不投跳闸、只投信号，在励磁变压器超温时可由运行人员紧急降负荷处理。
3.3断开灭磁开关逻辑（TRIP3）的整体优化：
3.3.1发电机的过电压保护：
发电机过电压保护和发变组保护中的发电机过电压保护双重配置，因此该发电机过电压保护跳闸回路可以取消。
3.3.2发电机的过激磁保护：
发电机过激磁保护和发变组保护中的发电机过激磁保护双重配置，无实际意义，所以该发电机过激磁保护跳闸回路可以取消。
3.3.3程序跳闸保护：
该程序跳闸保护是从发变组保护屏引出来的，保护动作后直接去断开灭磁开关，为整体调试时添加的跳闸逻辑设置，故不宜取消。
4.结论
达拉特发电厂三期#5机组R-R励磁系统系国外先进进口设备，保护配置非常完备可靠，可以安全可靠的保护励磁系统的所有设备。而由于有关国家电力部门对机组可靠性的要求非常严格，因此对于某些励磁系统的保护来说，保护是正确动作，但对于机组来说却是“误动”。
4.1举例来说，如果励磁整流柜失去冷却风机的保护，励磁整流柜内部的温度就会在短时间内急剧上升，造成励磁整流柜中元件运行工况的恶化，甚至是烧损设备，此时对励磁系统来说毫无疑问应该立即停止运行，这样就会出现仅仅是一个价值千元的风机损坏而造成机组停机的情况。因为机组停机对发电厂的经济损失是相当巨大的，所以我们希望在冷却风机故障动作以后，不去立刻跳闸，而是发出报警信号，利用整流柜温度上升的这段时间让运行人员采取措施，降低励磁整流柜的温度，从而达到不停机的目的。由于同时保留整流柜温度保护，所以一旦温度无法降下来，整流柜温度保护将起到后备保护的作用。这样做可以减少机组非计划停运，同时励磁系统设备的安全性也得到保证。
4.2当然，这样做也有不利于机组安全的方面：
4.2.1首先，这就要求报警和跳闸回路必须完好，如果报警和跳闸回路有故障不能及时发出报警或跳闸信号，运行人员就无法得知整流柜的运行工况或实施应急处理工作；
4.2.2其次，要求运行和检修维护人员有较高的素质，遇到设备异常或故障能够正确判断、准确操作以及精心维护和检修；
4.2.3再次，即使等到整流柜温度上升甚至达到跳闸水平时，对励磁整流柜肯定有不同程度的损坏，可总体来说，只要运行和检修维护人员操作和处理得当，这种做法是利大于弊的。
4.3总之，我们保护配置的整体优化，目的就是要在不发生牺牲设备安全的前提下，提高励磁系统设备运行的可靠性和安全性，从而达到减少设备非计划停运的次数和时间，也就为机组稳定、可靠出力打下了良好的基础。
参考文献：
[1]励磁系统说明書.
[2]发电机——变压器主保护资料.
作者简介：
吕永强（1973—）男，工程师，专业：电力系统及其自动化。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”