EX2000勵(lì)磁系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造及應(yīng)用

葛鶯鏖

（浙江浙能鎮(zhèn)海聯(lián)合發(fā)電有限公司，浙江省寧波市，315200）

1 項(xiàng)目背景和要求

某燃機(jī)電廠EX2000靜態(tài)微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置由GE公司為9E型燃機(jī)配套設(shè)計(jì)生產(chǎn)，采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式，功率柜為三相全控單橋形式。在多年的實(shí)際運(yùn)行中因勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)上存在很多局限，如調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為單橋單控，缺乏備用；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制單元同功率單元布置在同一柜體內(nèi)，不僅易相互干擾，而且控制卡件間的連接扁平電纜易受功率塊冷卻風(fēng)機(jī)的振動(dòng)引起接觸不良；采用常閉接點(diǎn)邏輯保護(hù)形式，運(yùn)行中任一常閉接點(diǎn)動(dòng)作或接觸不良都會(huì)引起機(jī)組跳閘等。此外EX2000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的備件價(jià)格昂貴，隨著機(jī)組運(yùn)行年限的增加，維護(hù)費(fèi)用逐年增加。

針對(duì)以上問(wèn)題，該燃機(jī)電廠決定采用可靠成熟的國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，既可大幅提高設(shè)備的可靠性，又實(shí)現(xiàn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，降低維護(hù)成本，更重要的是要打破進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)壟斷。該項(xiàng)目改造的關(guān)鍵難點(diǎn)在于，必須通過(guò)對(duì)9E燃機(jī)控制系統(tǒng)MKV與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器EX2000二者之間配合關(guān)系的試驗(yàn)研究，得到二者之間的最佳組合關(guān)系，解決采用國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)替代EX2000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)瓶頸。

2 主要改造技術(shù)工作

2.1 改造前對(duì)9E燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制策略研究

9E燃機(jī)EX2000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是它與機(jī)組MKV控制系統(tǒng)間采用通訊連接的方式，不僅包括常規(guī)的機(jī)組勵(lì)磁啟停、升降等指令信號(hào)，還包括很多其他反饋信號(hào)和發(fā)電機(jī)的許多模擬量參數(shù)信號(hào)。因原生產(chǎn)廠商不提供這些傳遞到MKV控制系統(tǒng)的信號(hào)的含義和功能，必須通過(guò)試驗(yàn)研究破解9E燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制策略，才能設(shè)計(jì)出原系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的替代方案。通過(guò)研究控制策略，找到所有在MKV控制系統(tǒng)中通過(guò)通訊方式傳遞的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)，并確定其邏輯及作用，得出改造后需保留的邏輯程序。

原廠商為9E燃機(jī)配套生產(chǎn)的EX2000勵(lì)磁系統(tǒng)圖如圖1所示。

2.2 改造主要技術(shù)工作

改造采用國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的RCS－9400型勵(lì)磁系統(tǒng)，如圖2所示。

國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器包括可控硅整流裝置柜2臺(tái)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜1臺(tái)，滅磁、過(guò)壓保護(hù)、起勵(lì)裝置柜1臺(tái)。改造后，將原測(cè)量壓變3YH引入調(diào)節(jié)器作為第2組PT值；將原A、C相發(fā)電機(jī)定子電流反饋改為A、B、C三相電流反饋；新增勵(lì)磁電流(勵(lì)磁變低壓側(cè))反饋。由于EX2000與MKV的數(shù)據(jù)交換通過(guò)特定的通訊方式實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的模擬量數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)存在差異，改造中通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)了調(diào)節(jié)器狀態(tài)反饋量對(duì)MKV控制系統(tǒng)的影響、調(diào)節(jié)器信號(hào)對(duì)MKV中同期并網(wǎng)邏輯的影響以及MKV控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)量對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用。

經(jīng)過(guò)這一系列試驗(yàn)，確定了改造后的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與MKV控制系統(tǒng)間的連接信號(hào)，并能夠滿足與MKV控制系統(tǒng)的配合要求。連接信號(hào)見(jiàn)表1。

表1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與MKV間的通訊信號(hào)一覽表Tab.1 Communication signals between exciter regulator and MKV

改造完成后進(jìn)行了靜態(tài)模擬試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，其中，發(fā)電機(jī)空載動(dòng)態(tài)試驗(yàn)包括：開(kāi)機(jī)升壓試驗(yàn)、階躍響應(yīng)試驗(yàn)、逆變?cè)囼?yàn)、A/B通道切換試驗(yàn)、電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗(yàn)、勵(lì)磁TV斷線試驗(yàn)、空載分滅磁開(kāi)關(guān)試驗(yàn)、空載最大勵(lì)磁電流限制試驗(yàn)、伏赫茲限制試驗(yàn)；發(fā)電機(jī)負(fù)載動(dòng)態(tài)試驗(yàn)包括：并網(wǎng)帶負(fù)荷、磁場(chǎng)過(guò)流過(guò)熱限制、滯相定子過(guò)流反時(shí)限制、無(wú)功功率欠勵(lì)限制。試驗(yàn)結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)化的勵(lì)磁系統(tǒng)完全能滿足9E燃機(jī)的發(fā)電運(yùn)行需要，并且控制和保護(hù)邏輯設(shè)定準(zhǔn)確、作用正常。

2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器試驗(yàn)

勵(lì)磁系統(tǒng)模型見(jiàn)圖3，參數(shù)見(jiàn)表2，PSS模型見(jiàn)圖4，PSS參數(shù)見(jiàn)表3。電壓調(diào)差率為0。

表2 9E燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原型模型參數(shù)Tab.2 PE gas-turbine exciting system model parameters

通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載5%給定階躍響應(yīng)的仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)響應(yīng)作比較，仿真計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果一致，證明所提供的模型參數(shù)具有良好的可信度，可供電力系統(tǒng)仿真計(jì)算使用。

通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性的測(cè)量以及PSS有補(bǔ)償響應(yīng)，并分別在PSS退出和投入的情況下，進(jìn)行±3%的階躍響應(yīng)試驗(yàn)，錄取機(jī)端電壓Ug、有功功率P和無(wú)功功率Q的動(dòng)態(tài)過(guò)程。試驗(yàn)表明，PSS投入后，阻尼比有明顯提高，振蕩次數(shù)明顯減少，PSS作用正確。PSS試驗(yàn)表明，PSS有很好的阻尼低頻振蕩作用，在0.2～2.0 Hz頻率范圍內(nèi)相位補(bǔ)償符合要求，有很好的穩(wěn)定裕量。

表3 PSS整定參數(shù)Tab.3 PSS setting parameters

2.4 改造后的運(yùn)行情況和效益

通過(guò)實(shí)際運(yùn)行工況的考驗(yàn),該燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)節(jié)特性良好，與機(jī)組MKV控制系統(tǒng)的配合無(wú)任何沖突，改變了原調(diào)節(jié)器EX2000單控單橋的運(yùn)行方式，不僅提高了運(yùn)行可靠性，而且大幅降低了設(shè)備的日常維護(hù)費(fèi)用。原EX2000勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)至EX2100費(fèi)用至少需60萬(wàn)美元，而本項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)化改造總投資僅約70萬(wàn)元，原EX2000勵(lì)磁系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用每年約40萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)化改造后每年維修費(fèi)用不超過(guò)5萬(wàn)元。并且，提高供電可靠性、減少燃機(jī)的非計(jì)劃停運(yùn)所產(chǎn)生的社會(huì)效益已不能簡(jiǎn)單用發(fā)電量來(lái)衡量了。

3 結(jié)論

該改造項(xiàng)目根據(jù)9E型燃機(jī)EX2000勵(lì)磁系統(tǒng)與MARK V燃機(jī)控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，通過(guò)破解原系統(tǒng)的控制策略提出了非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的替代方案，成功地將國(guó)產(chǎn)RCS-9400微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)用于9E燃機(jī)，并完成勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)辨和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗(yàn)。各項(xiàng)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果表明國(guó)產(chǎn)微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)性能優(yōu)越，運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)試簡(jiǎn)便迅速，整體性能符合國(guó)家及行業(yè)勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)，滿足燃機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)要求。同時(shí)建立了可反映強(qiáng)勵(lì)、限幅、PID和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特性的RCS-9400勵(lì)磁系統(tǒng)詳細(xì)模型，空載階躍仿真計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果一致，模型參數(shù)可信度高。PSS試驗(yàn)分析也證實(shí)了在提供系統(tǒng)阻尼、抑制低頻等方面的優(yōu)越性。

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