摘要：以某厂两则机组电气量异常波动分析为实例，介绍如何从大量历史数据中侧重选取变化的电气量进行异常分析,从而快速、准确地查找设备异常原因，尽快排除故障。
关键词：水电站；机组；异常
作者简介：薛小平（1975-），高级工程师，从事大型水电厂自动控制检修维护管理工作
0引言
随着计算机及电子信息技术的迅猛发展，技术先进、性能可靠的微机综合自动化系统得到了广泛的应用［1］。相应越来越多的巨型水电站新建时便设计为“无人值班”自动化控制模式。即计算机监控系统将各种主、辅系统的控制及监控信息接入，实现远方控制。伴着设备的集成化、自动化、可靠性程度提高，电站管理由多人多处值班转为无人值班。人员配置减少后，当出现机组异常事件时，如何判断故障，从大量数据中高效辨析异常是进行异常原因分析的前提条件，也是快速、准确地查找设备异常原因，排除故障的关键。
1故障判断及数据选取
所有挂在电网上的机组出力与系统负荷需求之间是平衡的［2］，维持动态平衡靠的是发电机与系统间的联系阻抗。当电力系统瞬间发生跳闸、相间接地、短路、潮流突变等故障时，发电机的外部阻抗会忽然发生变化。此时，运行中的发电机磁场由于惯性作用还瞬时来不及跟随变化，势必引起发电机的电势、电压等电气量突变。所以，机组异常事件后，分析人员可据此判断是电力系统外部故障，还是内部故障引起。当某外送出线有功、无功、电压电气量大幅波动，而站内挂在此出线上的机组电气量同趋势波动，或者所有站内机组的无功、励磁电流等电气量同趋势异常波动，可判断为电力系统外部故障引起异常。如仅是站内单独某台机组报警或跳闸，外部无雷击等异常发生，且外送出线的无功、电压皆无大幅波动，则判断为站内设备故障引起异常。
机组异常后调取监控历史数据，筛选异常信息时，需调取所有出线及机组异常事件发生前后2min的有功、无功、电压等电气量数据。将数据转化为波形图以查看趋势变化，重点关注无功与电压的突变情况，分析判断为系统外部故障还是站内设备故障引起。监控数据采集时间以秒为单位，适合初步分析判断异常发生时间点。故障录波仪数据以毫秒为单位，适合精细分析设备故障过程。如判断为系统外部故障，则无需调取故障录波仪的数据做精细分析。如判断为电站内部设备故障，则需从故障录波仪中调取故障机组异常前3s、后15s左右时间段的机端电压、定子电流、励磁变低压侧电流、励磁电压、励磁电流的波形图来分析。如机组跳闸，还需判断保护跳闸逻辑、灭磁开关动作时序是否正常。如出现设备损坏，则需了解现场设备故障后的损失状况。通过了解设备损失（烧损）严重程度，结合故障录波图、设备工作原理做精细分析，可查找引起及事件扩大的若干原因。
2某厂无功波动分析
2.1异常现象及系统运行方式
某厂某日#2机组在正常并网运行时发生无功和电压波动，CCS报“#2机无功反馈故障，#2机定子电压测量故障”等信号。查看监控记录，波动值达到101Mvar（无功瞬时由-43Mvar变为58Mvar、机端电流由15.05kA变为17.82kA，机端电压由18.07kV变为17.07kV）。波动发生后，检查#2机组硬件回路无故障。该厂当时#1、#2、#3、#4、#6机并网运行，500kV二普一、二、三线及二石一、二线运行，二普三线无功大幅波动，电压向下波动幅值达到44.3kV。该厂的一次系统如图1所示。
2.2异常原因分析
取监控数据整理后形成波形图以分析波动趋势。#2机组在二普三线无功功率波动后发生过明显的功率波动。#2机组无功突变时，5台机组因为励磁系统AVR的自动调节性能，瞬时对发电机电势、功角、机端电压进行了重新分配，平衡了电磁暂态的过渡过程。波动结束后，#2机组无功增加了22.2Mvar。线路无功比较所示，二普三线无功功率大幅波动时（由-112.5Mvar突升至105Mvar，瞬时又回到-96.63Mvar，无功功率向上波动达到217.5Mvar），其他线路无功功率并无大变化。实际上其他线路的电压亦无明显波动现象。#1与#2机组皆挂在二普三线上。可知#2机组发生波动时，#1机组并未向相反方向发生波动。再从机组故障录波仪上记录的波形图来看，#2机组机端电压下降约50ms后（机组有功、无功与机端电压的波动为同一时刻），#2机组励磁电压开始增加，这是励磁系统正常调节过程。由此可判断，#2机组的无功波动是由于受系统影响所致，确切说是受二普三线发生瞬时大幅波动所致。询问省调，知系统普叙线故障跳闸，造成二普三线无功与电压大幅波动。由于此次波动时间非常短，约几十毫秒，未引起相连的其他线路的大幅波动。
3某厂励磁电流突变分析
3.1异常现象
该厂某日监控报“#6机励磁电流上限2800A报警”，该机组带有功149MW、无功-106Mvar。查看监控数据，#6机组转子电压、机组无功、机端电压无突变，现地检查励磁系统、集电环室无异常。当时#2、#3、#5、#6机并网运行，报警前后无功、励磁电流未出现大幅波动，全厂及线路的无功、电压无明显变化。
3.2异常原因
3.2.1励磁电流未限制的原因
励磁最大电流限制与励磁电流的突变幅值大小、时间长短都有关系。最大励磁电流限制器的有效控制点为强励顶值电流限制值Imax。当励磁电流的实际值If超过热限制值Ith（1.1倍额定励磁电流Ie，Ie为2709A）时，调节器就会启动过剩电力积分器，它将该电流偏差值△i2（△i=If-Ith）积分。这个积分器的输出值∫Δi2dt=ΔE一旦超过△Emax，励磁电流就会被限制在Ith。而励磁调节器实际未动作的原因为采集的电流值未达到3952A或持续时间较短。
3.2.2波形图分析
整理监控历史数据后形成波形图以分析波动趋势。4台机组的无功进相深度同时变浅，可判断电网存在无功扰动，导致4台机组的励磁调节器动作，调整无功至新的平衡。调节过程中，4台机组的无功功率各自上升10Mvar左右，造成了全厂总无功上升了近50Mvar。电网扰动消失后，机组无功回到扰动前的稳定运行，无功调节过程正常，未导致某台机组大幅波动现象。#2、#3、#5、#6机组励磁电流比较。#6机组励磁电流的突变发生在机组无功上升和回调过程中，这种大幅度的突变并没有改变#6机组及其他3台机组的无功下降回调趋势，也没有引起4台机组的无功、励磁电压及其它电气量突变。由此分析，监控与故障录波仪采集的励磁电流数据并不是真实值。因监控与故障录波装置采集的励磁电流取自同一变送器U04输出的不同通道，监控与故障录波皆有励磁电流突变，说明励磁电流变送器当时确实瞬时输出了一个近19.8mA的突变量。可判断此变送器存在瞬时故障。后续检查中发现U04变送器的工作电源回路端子接触不良，存在瞬时故障可能。
4结语
（1）5选取监控故障历史数据时，应全面调取线路与机组的有功、无功、电压数据，初步判断故障类别后，再根据情况调取故障录波仪中的机端电压、定子电流、励磁变低压侧电流、励磁电压、励磁电流等波形进行精细分析。
（2）如果机组跳闸，一定要检查分析保护跳闸逻辑、灭磁开关跳开时序是否正常。如果甩负荷停机，则要查看调速器有功、导叶开度关闭曲线是否正常，监控停机流程是否正常。
（3）如设备损坏，检查分析现场设备损坏状况的同时，需结合机组故障录波图及设备原理查找设备故障原因。
参考文献
[1]张虎飞.无人值班水电站监控系统的实现[J].湖南电力,2013,（1）:33
[2]薛小平，王文新.二滩水电站机组无功功率波动分析[J].水电自动化与大坝监测,2012,（4）:36
作者：薛小平 李辉 单位：雅砻江流域水电开发有限公司
