國華定洲勵磁系統(tǒng)改造

陸 巍 許其質(zhì)

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

國華定洲勵磁系統(tǒng)改造

陸 巍 許其質(zhì)

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

文章介紹了國華定洲電廠1#發(fā)電機勵磁系統(tǒng)改造的有關(guān)內(nèi)容，介紹新改造的勵磁系統(tǒng)技術(shù)特點、現(xiàn)場動態(tài)試驗情況。

勵磁改造；國華定洲電廠；動態(tài)試驗效果分析

1 前言

國華定洲電廠一期建設(shè)兩臺 600MW 亞臨界火力發(fā)電機組，兩臺機組分別于2004年4月、9月投入商業(yè)運行，此次在1號機組和2#機組的大修改造增容改造期間，對勵磁系統(tǒng)也進行了整體改造。

2 改造前的勵磁系統(tǒng)概述

原1#、2#機組勵磁系統(tǒng)為ABB的UNITROL5000系列，整個勵磁系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器ER柜、滅磁電阻EE柜、滅磁開關(guān)ES柜、5臺整流EG柜以及交流進線EA柜組成。自2004年投入商業(yè)運行，至今已有10多年之久，隨著使用時間延長和科技的飛速發(fā)展，電網(wǎng)對勵磁系統(tǒng)設(shè)備要求也是越來越多，現(xiàn)有的勵磁系統(tǒng)目前主要存在以下問題：

（1）UN5000勵磁系統(tǒng)ARCNET總線承擔著勵磁系統(tǒng)控制以及狀態(tài)信號交換而且無冗余連接。由于總線接頭松動或者干擾信號引起總線通信不正常，將會啟動勵磁系統(tǒng)事故停機，這是其影響機組運行的重大安全隱患。

（2）人機交互界面顯示信息較少，不利于運行人員檢查和現(xiàn)場調(diào)試。

（3）備品備件價格高昂，采購供貨周期長，故障板件修復(fù)費以及維護成本較高，無法做到及時供應(yīng)及時使用。同時隨著國外產(chǎn)品升級換代，配件的缺失和元器件老化的問題已經(jīng)開始顯現(xiàn)，機組運行的可靠性大大降低，嚴重威脅了機組以及電網(wǎng)安全。

（4）進行單個整流柜試驗時無法將各臺功率柜完全隔離，只能拆除各整流柜的連接銅排，增加了試驗操作時的復(fù)雜程度。

基于以上問題，在2015年1#、2#機組大修期間將勵磁系統(tǒng)整體更換為南瑞電氣控制分公司生產(chǎn)的NES6100勵磁系統(tǒng)。

3 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)主要參數(shù)

額定功率：630MW；額定電壓：20KV；

額定定子電流：20207A；額定功率因數(shù)：0.9；

額定勵磁電壓：424V；額定勵磁電流：4317A；

空載額定勵磁電壓：139V；空載額定勵磁電流：1480A。

4 改造后勵磁系統(tǒng)配置及性能特點

4.1 NES6100勵磁調(diào)節(jié)器

國電南瑞從事勵磁產(chǎn)品的科研和生產(chǎn)已超過三十年，產(chǎn)品歷經(jīng)四代，NES6100調(diào)節(jié)器是目前最新一代產(chǎn)品，其采用的是分布式多處理器并行計算的設(shè)計，系統(tǒng)管理、采樣管理、控制運算等采用獨立處理器分工協(xié)作，每個勵磁調(diào)節(jié)器通道所有組件均完全獨立，互不公用，互不干擾。保證一套調(diào)節(jié)器發(fā)生任意故障時不會影響其它調(diào)節(jié)器的正常工作，可實現(xiàn)故障時自動切換，具有完善的控制邏輯和軟件功能，可靠性非常高。

（1）調(diào)節(jié)器硬件，采用三層硬件架構(gòu)，最底層由FPGA負責 AD采樣控制、觸發(fā)脈沖生成、脈沖檢測、過流保護、雙套切換、頻率、相位、相序測量等高實時性的任務(wù)，時鐘頻率達100MHz；中間層B06 DSP負責AD采樣、實時控制、限制告警、雙套通訊等實時控制任務(wù)，任務(wù)周期達238us，加快了控制節(jié)拍，使控制模型更加接近理論模型，提高調(diào)節(jié)器的總體水平；上層B01 POWERPC負責對外通訊、錄波、變位記錄等功能；B02 DSP負責接收遠方遙控、遙設(shè)等命令，根據(jù)工程實際需求，靈活組態(tài)順序控制邏輯。

（2）調(diào)節(jié)器功能，采用PID+PSS調(diào)節(jié)規(guī)律，通過設(shè)置可選擇并聯(lián)或者串聯(lián)PID、PSS2B和PSS4B功能。控制方式有電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)、恒無功、恒功率因數(shù)以及定角度，并且各控制方式實現(xiàn)無擾切換。調(diào)節(jié)器具有低勵限制功能、過無功限制、過勵反時限制器、定子電流限制器、發(fā)電機過激磁限制、功率柜限制、最小勵磁電流瞬時限制以及最大勵磁電流瞬時限制，其中過勵反時限限制器、定子電流限制器、過激磁限制器等，可以靈活設(shè)置反時限曲線，與保護配合、負荷網(wǎng)源協(xié)調(diào)要求；同時還具有以下保護功能，初次開機異常保護功能、空載過電壓保護、PT斷線防誤強勵、低勵保護、過勵保護和過激磁保護，保證機組可靠穩(wěn)定運行。

（3）調(diào)節(jié)器的特點，功能配置完善，靈活組合的裝置插件配置，多種對時方式選擇，完善的時間記錄功能，友好的人機界面，專業(yè)后臺調(diào)試工具，試驗結(jié)果都可通過錄波進行分析，故障、限制啟動自動錄波，具備故障限制開入開出等事件的記錄功能。

4.2 功率整流柜

1#機組配置了 5臺功率柜，每臺功率柜單柜輸出電流達到3000A，采用N+1冗余配置，保證機組在退出一臺功率柜后還能夠滿足強勵要求，退出兩臺功率柜能夠保證以額定電流的 1.1倍長時間運行。功率柜配置帶鋁殼散熱器可控硅組件，每個組件串聯(lián)帶接點快熔，柜前設(shè)計快熔指示器，方便運行人員檢查。采用雙窄脈沖和耐壓達到 15KV的脈沖變保證可控硅導(dǎo)通精確可靠。功率柜采用并行風道強迫風冷設(shè)計，雙風機冗余配置，各臺風機電源相互獨立，同時每臺風機配有風壓檢測節(jié)點，單臺風機故障實現(xiàn)自動切換。溫控裝置檢測風道溫度超過溫度設(shè)定值啟動雙風機并輸出報警信號。每臺功率柜配置分布式阻容吸收回路用來抑制交流側(cè)換相過電壓和尖峰過電壓。

4.3 滅磁以及轉(zhuǎn)子過壓保護

滅磁開關(guān)采用HPB-82S型高速斷路器，轉(zhuǎn)子滅磁時通過NES5160電子跨接器回路和機械跨接器回路接入線性電阻消耗能量，雙回路的冗余配置保證滅磁電阻可靠接入。通過BOD過壓檢測回路接通ZNO閥片吸收轉(zhuǎn)子過電壓能量，同時也可在滅磁時吸收轉(zhuǎn)子能量。正常停機時采用逆變滅磁，降低開關(guān)損耗，事故跳閘時采用跳滅磁開關(guān)同時閉鎖脈沖的方式。

5 現(xiàn)場投運試驗效果分析

改造后動態(tài)試驗：短路升流試驗；自動升壓試驗；逆變試驗；階躍試驗；空載切換試驗；滅磁時間常數(shù)；PT斷線試驗；過勵限制試驗；欠勵限制試驗；負載切換試驗；PSS試驗。

舉例介紹如下：

5.1 階躍試驗

機端調(diào)整至95%，在調(diào)試窗口輸入階躍量5%做上階躍試驗，調(diào)節(jié)PID參數(shù)并最終確定一組參數(shù)KP=60、KI=20、KD=1。在此參數(shù)下的±5%階躍響應(yīng)試驗錄波見圖1，分析錄波曲線得到動態(tài)響應(yīng)參數(shù)，結(jié)果說明調(diào)節(jié)器性能優(yōu)越。

圖1 電壓階躍試驗

表1 階躍試驗結(jié)果分析

5.2 切換試驗

勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機空載狀態(tài)下進行 A、B套相互切換試驗，電流閉環(huán)以及電壓閉環(huán)相互切換試驗，切換過程機端電壓無擾動，試驗波形見圖2。

圖2 電壓閉環(huán)切換試驗

5.3 自動升壓試驗

調(diào)節(jié)器在等待狀態(tài)，投入起勵電源，按下“建壓”按鈕，發(fā)電機機端電壓自動升到額定機端電壓的 95%停止，超調(diào)量0%，自動升壓波形見圖3。

圖3 自動升壓試驗

5.4 逆變試驗

發(fā)電機機端電壓保持95%Ufn，按下“逆變”按鈕，逆變滅磁機端電壓降至0，逆變過程平穩(wěn)，見圖4。

圖4 逆變試驗

5.5 負載過勵試驗

發(fā)電機并網(wǎng)后，帶一定負荷，由于現(xiàn)場負荷的限制，臨時修改過勵曲線的參數(shù)，并且手動增磁至過勵限制動作，見圖5。

圖5 過勵限制試驗

5.6 PSS試驗

發(fā)電機帶負荷到額定功率的 90%以上，掃頻確定勵磁系統(tǒng)無補償?shù)南囝l特性，根據(jù)IEEE標準PSS-2A模型確定PSS參數(shù)，PSS的阻尼效果對比試驗波形見圖6、圖7。

圖6 不投PSS階躍試驗

圖7 投入PSS階躍試驗

6 結(jié)束語

國華定洲1#機組勵磁系統(tǒng)改造后，試驗各項數(shù)據(jù)優(yōu)于國標要求，NES6100勵磁系統(tǒng)各項功能滿足相關(guān)技術(shù)標準以及電網(wǎng)要求，具有方便的人機界面，以及故障錄波功能，便于調(diào)試以及維護，同時備品備件采購方便快捷，較國外設(shè)備具有一定優(yōu)勢。

[1] 南瑞電氣控制分公司.NES6100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器用戶手冊[Z].南京:南瑞電氣控制分公司,2013.

[2] 劉為群,許和平.揚州第二發(fā)電廠600MW機組自并激勵磁系統(tǒng)改造[C]. Csee中國電機工程學會大電機專業(yè)委員會勵磁學術(shù)討論會,2001.

The reform of excitation system in Guohua Dingzhou Power Plant

This article describes the related content Guohua Dingzhou Power Plant # 1 generator excitation system, introduce new technical features of the excitation system and dynamic test.

Reform of excitation system; Guohua Dingzhou Power Plant; analysis of test results

TM76

A

1008-1151(2016)07-0060-03

2016-06-10

陸巍，男，供職于國電南瑞科技股份有限公司，從事發(fā)電機勵磁技術(shù)方面的工作；許其質(zhì)，男，供職于國電南瑞科技股份有限公司，從事發(fā)電機勵磁技術(shù)方面的工作。