三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試

巨民尚

（西安熱工研究院，陜西 西安 710032）

三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試

巨民尚

（西安熱工研究院，陜西 西安 710032）

三峽右岸電站機(jī)組的安裝和調(diào)試于2006年開(kāi)始，右岸電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用南瑞集團(tuán)與德國(guó)SIEMENS合作提供的THYRIPOL勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備，調(diào)試過(guò)程中順利完成了甩負(fù)荷、電氣制動(dòng)等試驗(yàn)。從調(diào)試完成后的機(jī)組運(yùn)行情況來(lái)看，本系統(tǒng)硬件配置合理，軟件流程編制符合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行要求，機(jī)組整體運(yùn)行穩(wěn)定。用于完成本系統(tǒng)調(diào)試的整套調(diào)試流程充分發(fā)揮了其技術(shù)指導(dǎo)性作用，值的同行借鑒和參考。

三峽右岸電站；勵(lì)磁系統(tǒng)；調(diào)試

三峽右岸電站共安裝有12臺(tái)單機(jī)容量為700MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓20kV，額定電流22453A，額定功率因數(shù)0.9（滯后），機(jī)組額定空載勵(lì)磁電壓176V，機(jī)組額定空載勵(lì)磁電流2145A，機(jī)組額定負(fù)載勵(lì)磁電壓481V，機(jī)組額定負(fù)載勵(lì)磁電流3948A，發(fā)電機(jī)最大勵(lì)磁電壓506V，發(fā)電機(jī)頂值勵(lì)磁電壓1609V，發(fā)電機(jī)頂值勵(lì)磁電流7896A，勵(lì)磁系統(tǒng)允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間20s，機(jī)組勵(lì)磁方式為可控硅自并勵(lì)勵(lì)磁方式。三峽發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)也是當(dāng)時(shí)世界上勵(lì)磁電流最大的水力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，因此對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)試能夠檢驗(yàn)勵(lì)磁系統(tǒng)中的隱患，保證今后機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 三峽機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能

1.1 三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)概述

由于三峽電站在華中電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)基荷調(diào)節(jié)任務(wù)，所以機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)更多的時(shí)候表現(xiàn)為調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)無(wú)功功率負(fù)荷，這樣對(duì)于700MW的大機(jī)組而言能夠充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將起到顯著作用。

三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)主設(shè)備包括勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜，輔助繼電器柜、功率柜、滅磁柜、轉(zhuǎn)子接地檢測(cè)柜等。該系統(tǒng)采用Simadyn-d型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，控制程序采用的是Struc-G軟件程序，該程序?yàn)镾EIMENS公司開(kāi)發(fā)的一種PLC工業(yè)程序，其運(yùn)用到電廠勵(lì)磁系統(tǒng)中后能明顯提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，三峽左岸電站同樣采用該軟件，從軟件在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)揮的實(shí)際效應(yīng)來(lái)看，該軟件控制性能可靠、軟件整體運(yùn)行穩(wěn)定。

三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)采用雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，兩套調(diào)節(jié)器具有相同的硬件裝置，以及相同的調(diào)節(jié)功能。每個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由2個(gè)微機(jī)調(diào)節(jié)通道組成每個(gè)微機(jī)調(diào)節(jié)通道又分為2種勵(lì)磁控制模式，即AVR模式和ECR模式，AVR模式為發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓控制模式，取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)ECR模式為發(fā)電機(jī)手動(dòng)控制模式，取發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)2個(gè)微機(jī)調(diào)節(jié)通道都同時(shí)運(yùn)行，其中1通道在線控制機(jī)組運(yùn)行2通道處于熱備用狀態(tài)，如果在線運(yùn)行通道發(fā)生故障，調(diào)節(jié)器在閉鎖其故障通道的同時(shí)，熱備用通道轉(zhuǎn)入在線運(yùn)行。

另外為了保證勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠工作，調(diào)節(jié)器采用雙冗余電源供電，并且可以自動(dòng)或手動(dòng)及時(shí)分段觸發(fā)脈沖。

1.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要功能

勵(lì)磁系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)、保護(hù)、制動(dòng)、滅磁等各項(xiàng)功能，能夠適應(yīng)三峽電廠對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行的各種要求下面就主要的功能予以簡(jiǎn)單介紹：

（1）閉環(huán)調(diào)節(jié)和開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)。勵(lì)磁系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)主要包括發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)、勵(lì)磁電流閉環(huán)調(diào)節(jié)、無(wú)功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)、功率因數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié)等。機(jī)組在各種閉環(huán)調(diào)節(jié)模式下運(yùn)行時(shí)，其自動(dòng)控制的給定值須在其自動(dòng)控制范圍內(nèi)，超出其有效范圍的給定值，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器視其為無(wú)效。開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)模式為勵(lì)磁系統(tǒng)手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，手動(dòng)調(diào)節(jié)模式又分為正常模式和試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑╱nlocked模式），試驗(yàn)?zāi)Ｊ脚c正常模式相比，其開(kāi)機(jī)條件比AVR/ECR的給定范圍限制較寬，這為勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供了便利條件。

（2）電氣制動(dòng)。勵(lì)磁系統(tǒng)判定機(jī)組轉(zhuǎn)速降至50%ne以下時(shí)投入電氣制動(dòng)模式，本模式為勵(lì)磁電流閉環(huán)調(diào)節(jié)模式，按預(yù)先設(shè)定的給定值進(jìn)行閉環(huán)控制，在機(jī)組轉(zhuǎn)速降至10%ne以下時(shí)或機(jī)組電氣制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)600s時(shí)，本模式自動(dòng)退出運(yùn)行。

（3）滅磁和限制。勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁分為逆變滅磁和強(qiáng)行滅磁兩種方式。逆變滅磁為機(jī)組正常停機(jī)時(shí)所采用，滅磁電阻不起耗能作用，交流滅磁開(kāi)關(guān)分?jǐn)啵粡?qiáng)行滅磁為機(jī)組事故停機(jī)或緊急事故停機(jī)時(shí)所采用，強(qiáng)行滅磁分兩種情況，第一種情況是直流滅磁開(kāi)關(guān)接到跳閘令后可靠動(dòng)作，直流滅磁開(kāi)關(guān)的輔助觸頭先于其主觸頭的分段而接通，非線性電阻投入滅磁回路，在直流滅磁開(kāi)關(guān)響應(yīng)跳閘指令的同時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接到跳閘指令后進(jìn)行逆變滅磁。第二種情況是直流滅磁開(kāi)關(guān)接到跳閘指令后拒動(dòng)，但跳閘指令的發(fā)出在觸發(fā)了跨接器中的可控硅后，同樣可以使非線性電阻投入滅磁回路。

勵(lì)磁系統(tǒng)限制功能主要包括過(guò)勵(lì)限制、欠勵(lì)限制、轉(zhuǎn)子電流限制、定子電流限制和伏頻限制等。在各種限制功能中過(guò)勵(lì)限制和欠勵(lì)限制實(shí)質(zhì)是機(jī)組提供無(wú)功功率的限制，由于勵(lì)磁系統(tǒng)在過(guò)勵(lì)條件下提供無(wú)功功率的能力對(duì)防止電力系統(tǒng)發(fā)生電壓失穩(wěn)非常關(guān)鍵，所以勵(lì)磁系統(tǒng)限制功能發(fā)揮其應(yīng)有作用對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性至關(guān)重要。鑒于過(guò)勵(lì)限制的重要性本文給出了它與保護(hù)協(xié)聯(lián)調(diào)節(jié)的曲線圖（見(jiàn)圖1），轉(zhuǎn)子電流限制和定子電流限制在一定條件下受轉(zhuǎn)子和定子繞組發(fā)熱極限的限制，換言之，轉(zhuǎn)子及定子的溫度在一定條件下正比于轉(zhuǎn)子及定子的電流。伏頻限制為防止與發(fā)電機(jī)所連接的變壓器鐵芯發(fā)生磁滯飽和而設(shè)定。

圖1 發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)限制與保護(hù)協(xié)調(diào)

（4）為了保證勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可靠工作，勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)有在線監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能，如PT斷線判定功能、觸發(fā)脈沖丟失判定功能、電源模塊失電保護(hù)功能、功率柜停風(fēng)保護(hù)功能、勵(lì)磁變溫高判定功能、勵(lì)磁柜門(mén)誤開(kāi)保護(hù)功能等。

（5）過(guò)電壓保護(hù)功能。在非線性電阻柜設(shè)置有Si非線性電阻保護(hù)元件和過(guò)電壓跨接器，而阻容保護(hù)作為常規(guī)過(guò)電壓保護(hù)及浪涌吸收元件存在于過(guò)電壓保護(hù)回路當(dāng)中。無(wú)論是對(duì)轉(zhuǎn)子回路的正向過(guò)電壓還是反向過(guò)電壓，過(guò)電壓跨接器都會(huì)嚴(yán)格的將電壓限制在不超過(guò)±3000V范圍內(nèi)。

（6）轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)和轉(zhuǎn)子失磁保護(hù)功能。本保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)由機(jī)組繼電保護(hù)系統(tǒng)綜合判定后動(dòng)作出口。

（7）過(guò)電流保護(hù)功能。勵(lì)磁系統(tǒng)非正常運(yùn)行時(shí)會(huì)在轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過(guò)電壓，這是勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)回路中過(guò)流繼電器動(dòng)作的根本原因。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)水調(diào)試

2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)二次接線校核

為確保勵(lì)磁系統(tǒng)二次硬接線的正確性，在其系統(tǒng)設(shè)備還未帶電之前，用通燈對(duì)二次接線的接線位置進(jìn)行校核，連接系統(tǒng)設(shè)備之間的線纜分為信號(hào)線和指令線，勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)線把系統(tǒng)內(nèi)的事件、故障、事故等信號(hào)上送至監(jiān)控系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)指令線接收監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)所發(fā)出的開(kāi)機(jī)指令、停機(jī)指令、調(diào)節(jié)指令、及跳閘指令等；勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備與監(jiān)控及保護(hù)設(shè)備都上電之后，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備間的傳點(diǎn)測(cè)試，依據(jù)點(diǎn)表逐一進(jìn)行校核。

勵(lì)磁系統(tǒng)盤(pán)柜內(nèi)部二次接線的校核就是具體核實(shí)調(diào)節(jié)器的I/O端接線定義、電源板接線定義AI/AO端接線定義及其他信號(hào)采集回路接線定義，系統(tǒng)設(shè)備上電后用繼電保護(hù)測(cè)試儀校核系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，模擬機(jī)組運(yùn)行的各種工況，檢驗(yàn)勵(lì)磁系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能。以下實(shí)驗(yàn)均以21號(hào)機(jī)組調(diào)試為例進(jìn)行介紹。

2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)靜態(tài)特性試驗(yàn)

完成對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)接線檢查、絕緣測(cè)試、性能測(cè)試工作后，可使勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備帶電，用假負(fù)載替代轉(zhuǎn)子負(fù)載，調(diào)節(jié)功率柜輸出不大于50A的勵(lì)磁電流，考核勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)性能。

3 勵(lì)磁系統(tǒng)有水調(diào)試

3.1 發(fā)電機(jī)升流和升壓

本試驗(yàn)采用10kV臨時(shí)電源使勵(lì)磁變高壓側(cè)帶電，第一次升流至5%Ig，檢查CT回路及極性的正確性，再次升流至30%Ig，進(jìn)行發(fā)電機(jī)保護(hù)試驗(yàn)。其后拆除發(fā)變組升流短路點(diǎn)連線，進(jìn)行升壓試驗(yàn)，檢查PT回路及相序的正確性。

3.2 勵(lì)磁系統(tǒng)特性測(cè)試

勵(lì)磁系統(tǒng)特性測(cè)試是檢驗(yàn)勵(lì)磁系統(tǒng)各種功能是否正常的關(guān)鍵步驟，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）ECR階躍試驗(yàn)。在完成發(fā)變組升流和升壓試驗(yàn)之后進(jìn)行手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道的±5%Ig階躍試驗(yàn)，試驗(yàn)之前將發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)定值修改為115%Ug，無(wú)延時(shí)出口，以免保護(hù)延遲動(dòng)作。

（2）在機(jī)組自并勵(lì)模式下進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)通道切換試驗(yàn)，用以檢驗(yàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換性能。

（3）頂值勵(lì)磁電壓測(cè)試。Kp、Ki和Kd參數(shù)保持不變，減小勵(lì)磁頂值電壓限制時(shí)間Tn至0.1s（隨現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試而定），調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出一定勵(lì)磁電壓值，隨后減小可控硅觸發(fā)角α至10°以下，測(cè)試到勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)的正向頂值電壓達(dá)到1537V，負(fù)向頂值勵(lì)磁電壓達(dá)到-1406V，計(jì)算頂值勵(lì)磁倍數(shù)大于2.9。

（4）過(guò)勵(lì)限制及欠勵(lì)限制功能性試驗(yàn)。過(guò)勵(lì)限制和欠勵(lì)限制試驗(yàn)中通過(guò)改變限制器限制值的方法來(lái)測(cè)試勵(lì)磁系統(tǒng)限制器動(dòng)作特性。欠勵(lì)限制試驗(yàn)要求機(jī)組輸出一定的無(wú)功負(fù)荷，設(shè)定限制值小于實(shí)際值10%的值，用下階躍的測(cè)試手段促使欠勵(lì)限制器動(dòng)作。過(guò)勵(lì)限制器動(dòng)作時(shí)間反比于勵(lì)磁回路的過(guò)勵(lì)值

（5）U/f限制性能的測(cè)試。須調(diào)節(jié)機(jī)端電壓到110%Ug，機(jī)組空載狀態(tài)下在20s內(nèi)把機(jī)組頻率從50Hz降到45Hz，同時(shí)測(cè)錄U/f限制特性曲線，經(jīng)過(guò)對(duì)本次測(cè)錄曲線的計(jì)算，驗(yàn)證限制器限制特性的要求，當(dāng)機(jī)頻變化1%時(shí)，機(jī)端電壓變化率遠(yuǎn)小于±0.25%。

（6）定子電流限制試驗(yàn)。機(jī)組在AVR1控制模式下帶75%有功和15%無(wú)功，設(shè)置定子電流限制值比實(shí)際定子電流值小2%的值，經(jīng)過(guò)大約3min后，發(fā)電機(jī)定子電流限制器動(dòng)作。

（7）甩負(fù)荷試驗(yàn)。在機(jī)組分別帶20%Pn、40%Pn 70%Pn、100%Pn負(fù)荷情況下進(jìn)行AVR模式下的機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)不同負(fù)荷測(cè)錄波形的分析機(jī)端電壓在機(jī)組甩不同負(fù)荷時(shí)都會(huì)有短暫的升高但其超調(diào)量都在技術(shù)要求范圍之內(nèi)，計(jì)算值小于15%～20%的超調(diào)范圍，本次甩負(fù)荷超調(diào)次數(shù)均為次，調(diào)節(jié)時(shí)間小于5s。

本次甩負(fù)荷過(guò)程中頻率受到影響程度和機(jī)組所帶有功負(fù)荷的大小有關(guān)，甩負(fù)荷典型實(shí)例見(jiàn)三峽右岸電站21號(hào)機(jī)2次甩負(fù)荷的錄制波形圖（圖2、圖3）。

（8）PSS試驗(yàn)。用白噪聲作為擾動(dòng)信號(hào)源，分別測(cè)試機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)時(shí)的頻率、電壓變化趨勢(shì)和PID+PSS調(diào)節(jié)時(shí)的頻率、電壓變化趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，投入PSS的調(diào)節(jié)方式雖然對(duì)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)的低頻振蕩有所抑制，但電壓趨于收斂的速度放慢，通過(guò)調(diào)整投入PSS調(diào)節(jié)后的PID參數(shù)有助于提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。

（9）機(jī)組72h連續(xù)試運(yùn)行正常。

4 結(jié)語(yǔ)

三峽右岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試是分步有序展開(kāi)的，每一步驟的調(diào)試都有其嚴(yán)格的調(diào)試條件。在整個(gè)調(diào)試過(guò)程中，每一階段完成后對(duì)系統(tǒng)接線和設(shè)置參數(shù)的反復(fù)檢查也尤為重要，這對(duì)機(jī)組的長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行是非常有利的。經(jīng)過(guò)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)試，在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中，勵(lì)磁系統(tǒng)各項(xiàng)功能良好，沒(méi)有出現(xiàn)大的事故。

[1]中國(guó)水電四局.三峽右岸電廠21號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試報(bào)告[R]2007.

[2]國(guó)電南瑞.三峽右岸電廠21號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)投運(yùn)報(bào)告[R]，2007.

[3]泰勒.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定[M].王偉勝，譯.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[4]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

TV734

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1672-5387（2013）05-0018-04

2013-08-08

巨民尚（1979-），男，助理工程師，從事水力機(jī)組安裝調(diào)試工作。