飛云江珊溪水電廠勵磁調(diào)節(jié)器技術(shù)改造

劉保紅，師耀宏

（1.浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325300；2.珊溪水力發(fā)電廠，浙江 文成 325304）

0 引言

珊溪水電廠位于浙江省溫州市文成縣境內(nèi)的飛云江上，共安裝4 臺混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量200 MW，年平均發(fā)電量3.55 億kWh。 該水電廠首臺機組于2000 年6 月并網(wǎng)發(fā)電，出線由220 kV 電壓等級接入華東電網(wǎng)， 在華東電網(wǎng)中起調(diào)峰、調(diào)相和緊急事故備用等作用。

珊溪水電廠原勵磁調(diào)節(jié)器是廣州電器科學(xué)研究所生產(chǎn)的LTW6200 型3 通道勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁系統(tǒng)未安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。 隨著設(shè)備老化，勵磁調(diào)節(jié)器多次發(fā)生故障，造成3#機兩次停機。 為確保機組和電網(wǎng)的安全運行，滿足華東電網(wǎng)對機組的并網(wǎng)安全要求， 該廠于2010 年4 月決定對3#機組勵磁調(diào)節(jié)器進行改造，即用廣州電器科學(xué)研究所生產(chǎn)的EXC9000 型全數(shù)字式靜態(tài)勵磁調(diào)節(jié)器代替原勵磁調(diào)節(jié)器。

1 EXC9000 勵磁調(diào)節(jié)器新增特點

1.1 調(diào)節(jié)器軟硬件

改造后的勵磁調(diào)節(jié)器新增了PSS， 測量板新增數(shù)字信號處理器 (IXSP)。 EXC9000 型勵磁系統(tǒng)中PSS 是一個標(biāo)準(zhǔn)軟件，采用加速功率作反饋信號，克服了無功“反調(diào)”問題。 新增IXSP 可實現(xiàn)交流采樣和PSS 功能，主CPU 可隨時讀取DSP 板的數(shù)據(jù)或運算結(jié)果。

1.2 調(diào)節(jié)器功能

調(diào)節(jié)器采用PID+PSS 控制模式，新增FCR 調(diào)節(jié)器功能、恒無功／功率因數(shù)附加調(diào)節(jié)等功能。 PSS 附加控制有效地抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩。 DSP 芯片用于交流采樣，與主CPU 進行數(shù)據(jù)交換，可實現(xiàn)殘壓起動。調(diào)節(jié)器直觀地顯示勵磁系統(tǒng)的運行工況，可做現(xiàn)場調(diào)試工具，實現(xiàn)智能化調(diào)試。

1.3 功率柜整流橋功能

珊溪水電廠采用兩個FJL 型整流柜并聯(lián)，每個整流的三相全控整流橋采用兩橋并聯(lián)輸出，當(dāng)其中一個整流橋退出運行時，勵磁裝置仍能保證發(fā)電機在額定工況下運行。 整流橋過壓保護接入壓敏電阻，可吸收交流側(cè)過電壓。 整流橋可控硅在啟動時采用全開放控制角，可實現(xiàn)殘壓啟動，為機組零起升壓、主變壓器大修后的零啟動實驗和黑啟動提供支持。

2 EXC9000 型勵磁調(diào)節(jié)器的安裝調(diào)試

2.1 EXC9000 型勵磁調(diào)節(jié)器開環(huán)試驗

切斷、直流電源及滅磁開關(guān)，拆除PT 接線，確保設(shè)備不會帶電。 三相調(diào)壓器主邊經(jīng)開關(guān)向廠內(nèi)供電， 副邊整流橋與PT 端子并接。 將調(diào)壓器調(diào)至零位，并標(biāo)記調(diào)壓器允許位置。

（1）模擬R631 信號動作值檢查。 R631 信號動作值（PT 電壓）為12.7 V, 返回值（PT 電壓）為12.1 V。

（2）R632 信號（40%電壓）電壓對應(yīng)的實際值。R632 信號動作值（PT 電壓）為42.0 V，返回值（PT電壓）為39.6 V。

（3）自動調(diào)節(jié)特性檢查。 不改變給定，A、B 通道控制信號應(yīng)能隨PT 電壓的升降而升降；C 通道控制信號不隨PT 電壓變化。 不改變PT 電壓、增減磁時，控制信號及α 角與之成反比。

（4）整流橋輸出波形檢查。 分別置于A、B、C 通道，各個整流橋輸出波形正常（每周期6 個波頭，基本一致），增減調(diào)節(jié)變化連續(xù)，無突變現(xiàn)象。 試驗時，C 通道采用恒控制角模式 （用跳線碼短接模擬量板上JP1）。 試驗完成，取出模擬量板JP1 上的跳線碼。

（5）逆變?nèi)ゴ攀≡囼灐?接受逆變命令10 s 后，發(fā)電機電壓未小于10%額定值， 則逆變?nèi)ゴ攀?，滅磁開關(guān)自動跳閘，相應(yīng)的報警信號正確輸出。

（6）分去磁開關(guān)切脈沖檢查。 把開關(guān)量板上的QFG 端子線接好，確認(rèn)滅磁開關(guān)無脈沖輸出。

（7）通道自動切換試驗。 調(diào)節(jié)器運行于A 通道時，分別模擬PT 斷相、電源故障（指微機通道5V 電源故障）和調(diào)節(jié)器故障，可以自動切換到B 通道或C通道。 調(diào)節(jié)器運行于B 通道時，分別模擬以上故障，均自動切換到C 通道。

經(jīng)過以上各項試驗， 檢驗了勵磁調(diào)節(jié)器的同步、移相、觸發(fā)和晶閘管控制觸發(fā)性能，并根據(jù)機端電壓給定的范圍、步長和速度自動變化，在每一點自動檢測勵磁調(diào)節(jié)器的輸出（直流電壓或觸發(fā)脈沖角度），計算出每一點的開環(huán)放大倍數(shù)，得到被測勵磁調(diào)節(jié)器的輸入輸出特性和開環(huán)放大倍數(shù)。 試驗還檢驗了晶閘管控制觸發(fā)性能、晶閘管整流裝置輸出能力，并對晶閘管的輸出波形進行檢查。 輸出波形為對稱不缺相的6 波頭，且隨給定大小的變化（按增磁或減磁），波形從最小到最大平滑變化，不失控。對試驗結(jié)果進一步比對與分析，驗證功率整流柜的參數(shù)及大電流工況下的溫升參數(shù)，初步驗證了勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)工作可行性和回路的正確性。

2.2 EXC9000 型勵磁調(diào)節(jié)器空載閉環(huán)試驗

2.2.1 逆變試驗

分別在3 個通道檢查手動逆變和自動逆變。 試驗結(jié)果為，勵磁調(diào)節(jié)器在自動閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)發(fā)出逆變控制命令，勵磁調(diào)節(jié)器立即進行逆變。α 角由工作控制角跳變到逆變控制角。 3 個通道檢查手動逆變和自動逆變均正常。

2.2.2 階躍試驗

檢驗勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能，試驗數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 階躍試驗數(shù)據(jù)Table 1 step test data

DL／T650－1998 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)電機空載階躍響應(yīng)，階躍量為發(fā)電機額定電壓的5%，超調(diào)量不大于階躍量的30%，振蕩次數(shù)不大于3 次，上升時間不大于0.6 s，調(diào)節(jié)時間不大于5 s。 GB／T7409.3－1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在空載額定情況下，當(dāng)發(fā)電機給定階躍為±10%時，發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于階躍量的50%，擺動次數(shù)不超過3 次，調(diào)節(jié)時間不超過10 s。

2.3 EXC9000 型勵磁調(diào)節(jié)器負(fù)載閉環(huán)試驗

2.3.1 初次并網(wǎng)試驗

第一次并網(wǎng)時，因無法確定機端CT 接線的正確性，故在C 通道或A、B 通道的手動方式下進行。并網(wǎng)后，根據(jù)調(diào)節(jié)器有功、無功顯示值的情況，以及上位機的顯示值，比較判斷機端CT 接線正確后，切換至A 或B 通道的自動方式下運行。

2.3.2 對勵磁調(diào)節(jié)器進行帶負(fù)荷試驗及欠勵限制試驗

根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和廠家資料，利用RTDS 建立發(fā)電機勵磁系統(tǒng)閉環(huán)試驗研究系統(tǒng)，進行空載階躍響應(yīng)和PSS 等仿真試驗， 并與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對比，以檢驗該發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的性能及PSS 的作用。

試驗檢測了勵磁調(diào)節(jié)器在自動、手動方式下的調(diào)節(jié)范圍，上、下限幅整定，電壓調(diào)節(jié)速度和勵磁調(diào)節(jié)器雙通道的相互跟蹤情況是否可快速跟蹤并能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換。 其結(jié)果表明，電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)是自動調(diào)節(jié)，在故障情況下，調(diào)節(jié)器用PT 斷線，則電壓閉環(huán)自動投入。 此功能本身擁有記憶功能，能保持故障前發(fā)電機勵磁電流運行狀態(tài)一段時間。

調(diào)節(jié)器中并沒有預(yù)留專用的勵磁電壓模擬量輸入端口，故將交流側(cè)三相電壓通過系統(tǒng)電壓采樣口采集，通過軟件變送器得出勵磁電壓。 將勵磁電壓經(jīng)過一階慣性環(huán)節(jié)后，作為附加量疊加到電壓測量值上，并將勵磁電壓帶入電壓閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，達(dá)到控制目的。

2.3.3 PSS 仿真和現(xiàn)場試驗

PSS 仿真和現(xiàn)場測試是為當(dāng)前電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算提供可靠的數(shù)據(jù)，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算的可信度,并使其性能和參數(shù)達(dá)到華東電網(wǎng)的要求，充分發(fā)揮勵磁系統(tǒng)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

針對珊溪水電廠設(shè)備特點和華東電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的要求，該廠委托浙江省電力試驗研究所對勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)進行了專項試驗。 試驗結(jié)果為：3#發(fā)電機空載階躍仿真計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致，證明浙江省電力試驗研究所提供的模型及其參數(shù)具有良好的可信度；3#機PSS 試驗表明，PSS 有很好的阻尼低頻振蕩作用，有較寬的頻率適應(yīng)范圍（在0.2 ～3.0 Hz 頻率范圍內(nèi)相位補償符合要求），有較好的穩(wěn)定裕量，能滿足華東電網(wǎng)要求。

3 結(jié)語

珊溪水電廠勵磁系統(tǒng)改造實現(xiàn)了勵磁調(diào)節(jié)器與未改造的功率柜及滅磁開關(guān)柜的無縫對接，解決了該廠勵磁系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定的缺陷。 經(jīng)過運行考核, 證明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠,滿足了華東電網(wǎng)的需求,降低了維護工作量,取得了很好的經(jīng)濟效益,達(dá)到了改造的目的。 同時，此次專門針對勵磁調(diào)節(jié)器的改造，也為該廠其他機組勵磁系統(tǒng)改造積累了寶貴經(jīng)驗。

[1] 李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] Q/GDW143-2006，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導(dǎo)則[S].

[3] DL/T 489-2006，大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置試驗規(guī)程[S].

[4] 竺士章.發(fā)電機勵磁系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5] 曾洪濤，李朝輝，吳祚濱,等.高可靠智能型工業(yè)微機勵磁調(diào)節(jié)器的研制[J].水電能源科學(xué),2000（2）:38-40.

[6] 陳永亭，劉文武，黎雄.基于MCS196 下微機勵磁調(diào)節(jié)器[J].繼電器，2000(4)：41-43.

[7] 黃瑩，崔靜安.從幾次誤操作談變壓器過勵磁保護原理的改進[J].繼電器，2004（6）：55-59.