南瑞NES6100勵(lì)磁系統(tǒng)在潘家口電廠的應(yīng)用

李赫明，付建忠

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

0 引言

潘家口電廠安裝3臺(tái)抽水蓄能機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量為90MW。機(jī)組有發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、停機(jī)4種穩(wěn)定工況。機(jī)組額定勵(lì)磁電壓為325V，額定勵(lì)磁電流為1991A，空載勵(lì)磁電壓為185V，空載勵(lì)磁電流為1153A。其中2號(hào)機(jī)組勵(lì)磁裝置已運(yùn)行9年，現(xiàn)改造為南瑞NES6100勵(lì)磁裝置。南瑞勵(lì)磁裝置由1臺(tái)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜、2臺(tái)可控硅整流裝置柜、1臺(tái)滅磁柜組成，為自并勵(lì)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)。滿足在變頻啟動(dòng)、背靠背啟動(dòng)、發(fā)電、抽水等工況下的運(yùn)行要求，具備發(fā)電、抽水兩種工況下的各種限制功能；具備發(fā)電機(jī)兩種變極工況下的限制功能。

1 潘家口電廠勵(lì)磁系統(tǒng)原理

改造后的南瑞NES6100發(fā)電機(jī)抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)是國(guó)電南瑞科技股份有限公司的第4代抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)，適用于同步發(fā)電機(jī)各種勵(lì)磁系統(tǒng)。

2 NES6100調(diào)節(jié)器功能配置

NES6100抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)的主要目的是精確地控制和調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的端電壓和無功功率。為實(shí)現(xiàn)此目的，磁場(chǎng)電壓必須快速地對(duì)運(yùn)行條件的變化作出反應(yīng)，即響應(yīng)時(shí)間不超過幾毫秒。為此NES6100抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)做為快速的控制器，不斷地將當(dāng)前機(jī)端電壓給定值與反饋值進(jìn)行比較，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，最終去改變可控硅整流器的觸發(fā)角度，精準(zhǔn)地為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。

圖2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)回路框圖

2.1 5種運(yùn)行控制方式

（1）恒機(jī)端電壓閉環(huán)方式；

（2）恒轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)方式；

（3）定角度方式；

（4）恒無功功率運(yùn)行；

（5）恒功率因數(shù)運(yùn)行。

2.2 各種運(yùn)行工況保證

（1）保證發(fā)電機(jī)按要求升壓、并網(wǎng)、增減無功負(fù)荷及逆變停機(jī)；

（2）保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于空載、發(fā)電、調(diào)相、停機(jī)等工況；

（3）主備勵(lì)無擾切換（選用）；

（4）余弦移相功能。

2.3 多種起勵(lì)方式可選

（1）快速零起升壓控制；

（2）機(jī)組軟起勵(lì)控制；

（3）自動(dòng)初值起勵(lì)升壓。

2.4 限制器功能

為保證運(yùn)行中的機(jī)組安全，保證機(jī)組與系統(tǒng)之間的運(yùn)行穩(wěn)定性，NES?6100配置了完善的限制功能。主要有如下限制器：

（1）最低勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制；

（2）最大勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制；

（3）過勵(lì)限制器；

（4）低勵(lì)限制器；

（5）過無功限制器；

（6）定子電流限制器；

（7）電壓/頻率限制器。

2.5 容錯(cuò)功能

NES?6100抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別模擬量測(cè)量的錯(cuò)誤，切換調(diào)節(jié)器控制模式并報(bào)警，避免由此引發(fā)的振蕩或其他災(zāi)難性嚴(yán)重后果。

（1）機(jī)端電壓測(cè)量容錯(cuò)；

（2）定子電流測(cè)量容錯(cuò)；

（3）轉(zhuǎn)子電流測(cè)量容錯(cuò)；

（4）發(fā)電機(jī)頻率測(cè)量容錯(cuò)；

（5）有功功率及無功功率測(cè)量容錯(cuò)；

（6）開機(jī)令及停機(jī)令容錯(cuò)；

（7）增、減磁信號(hào)容錯(cuò)。

2.6 保護(hù)功能

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置為保證機(jī)組安全，還具有如下保護(hù)功能：

（1）過電壓保護(hù)；

（2）PT斷線防誤強(qiáng)勵(lì)；

（3）初次開機(jī)異常保護(hù)功能。

2.7 限制功率單元出力控制

（1）高起始響應(yīng)機(jī)組的勵(lì)磁機(jī)電壓限制器；

（2）負(fù)載阻抗補(bǔ)償控制，可任意設(shè)定正、負(fù)調(diào)差方式，且調(diào)差率大小可選擇；

（3）系統(tǒng)電壓跟蹤控制；

（4）用于水電機(jī)組制動(dòng)用的柔性電制動(dòng)控制器；

（5）系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器；

（6）突然甩負(fù)荷限制器；

（7）勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器。

3 改造過程介紹

3.1 前期準(zhǔn)備

將勵(lì)磁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、變頻器、勵(lì)磁變及開關(guān)之間連接的所有信號(hào)，包括開關(guān)量和模擬量，進(jìn)行歸納總結(jié)，繪制新端子圖。

勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組各工況下的參數(shù)及監(jiān)控流程圖與廠家交底，完成勵(lì)磁系統(tǒng)軟件編制工作。

確定施工所需的器具、材料及人員配備。

3.2 工作內(nèi)容

（1）拆除舊盤柜，安裝新盤柜

將舊勵(lì)磁裝置盤柜內(nèi)接線全部拆除并做好標(biāo)記，整理好電纜；

拆除原勵(lì)磁裝置盤柜；

安裝新盤柜；

將所有電纜按照號(hào)頭進(jìn)行接線；

首次送電，必須在廠家現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行。

（2）靜態(tài)試驗(yàn)

勵(lì)磁裝置的絕緣測(cè)定；

整流功率柜冷卻系統(tǒng)的檢測(cè)；

自動(dòng)手動(dòng)切換及主調(diào)節(jié)器備用調(diào)節(jié)器切換；

自動(dòng)及手動(dòng)電壓調(diào)節(jié)范圍測(cè)定；

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率的測(cè)定；

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各單元特性測(cè)定；

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器總體靜態(tài)特性測(cè)定；

最大勵(lì)磁電流限制器的檢查；

低勵(lì)限制器的檢查；

檢查V/f限制器；

定子電流限制器的檢查；

勵(lì)磁系統(tǒng)操作、保護(hù)、限制及信號(hào)回路傳動(dòng)。

（3）動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)；

發(fā)電機(jī)各種工況（包括進(jìn)相）時(shí)的帶負(fù)荷調(diào)節(jié)試驗(yàn)；

發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)；

發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)試驗(yàn)；

峰值電壓及電壓響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)；

升壓試驗(yàn)；

AVR/AER調(diào)節(jié)范圍試驗(yàn)；

電壓頻率特性試驗(yàn)；

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)精度試驗(yàn)；

低勵(lì)限制測(cè)試；

各限制單元及保護(hù)單元的整定與動(dòng)作正確性試驗(yàn)；

發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)；

發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)；

勵(lì)磁系統(tǒng)PSS試驗(yàn)；

勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)確認(rèn)試驗(yàn)。

3.3 注意事項(xiàng)

參加勵(lì)磁裝置改造作業(yè)的人員必須經(jīng)過三級(jí)安全教育并考試合格。

自覺遵守有關(guān)安全施工規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行安全工作規(guī)程及安全措施，不得違章作業(yè)。

作業(yè)中采用的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)進(jìn)行必要的培訓(xùn)。

參加勵(lì)磁裝置改造作業(yè)的人員，工作前應(yīng)充分了解和熟悉該系統(tǒng)及其設(shè)備。認(rèn)真檢查所使用的工器具必須符合工作及安全要求。

作業(yè)前應(yīng)全面了解系統(tǒng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，與已運(yùn)行設(shè)備有聯(lián)系的系統(tǒng)應(yīng)采取隔離措施。作業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須正確使用安全防護(hù)用具。遠(yuǎn)方操作試驗(yàn)時(shí)，操作人與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視人應(yīng)在每次操作中相互聯(lián)系，及時(shí)處理異常情況。

4 調(diào)試時(shí)異常情況及處理

在機(jī)組變頻器抽水啟動(dòng)過程中，定子電壓超過跳閘值，保護(hù)啟動(dòng)電氣事故停機(jī)，導(dǎo)致抽水啟動(dòng)失敗。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)變頻器至勵(lì)磁裝置0～20mA控制信號(hào)始終為15mA，不隨機(jī)組轉(zhuǎn)速變化而變化。檢查此信號(hào)在勵(lì)磁裝置中經(jīng)過一臺(tái)一進(jìn)二出的信號(hào)隔離模塊變?yōu)閮陕?～20mA的信號(hào)分別送至兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，變頻器信號(hào)輸出模塊與勵(lì)磁裝置信號(hào)隔離模塊不兼容，出現(xiàn)信號(hào)傳輸錯(cuò)誤的現(xiàn)象。將勵(lì)磁裝置中信號(hào)隔離模塊甩掉，將變頻器0～20mA信號(hào)量串聯(lián)接入兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，此控制信號(hào)恢復(fù)正常，變頻器抽水啟動(dòng)試驗(yàn)成功。

5 結(jié)束語

本文對(duì)南瑞NES1600勵(lì)磁裝置在潘家口電廠的應(yīng)用進(jìn)行介紹，希望對(duì)類似電站的改造提供參考。