垃圾焚燒發(fā)電廠勵磁系統(tǒng)問題分析與升級改造

摘? 要：勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)重要的輔機(jī)設(shè)備，并直接影響著安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文著重介紹了造成深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠勵磁系統(tǒng)多次“宕機(jī)”的原因，對系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了全面分析，提出了升級改造的技術(shù)方案并成功實(shí)施，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng);垃圾焚燒;發(fā)電廠

中圖分類號：TM621? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）09-0043-03

0? 引? 言

發(fā)電機(jī)自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)因其在性能上具有高勵磁電壓響應(yīng)速度、高起始響應(yīng)性能、高可靠性及能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性能等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。本廠原勵磁系統(tǒng)采用東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GES-5211型勵磁調(diào)節(jié)裝置，在運(yùn)行中勵磁調(diào)節(jié)器曾幾次發(fā)生無功突降無法增磁，還出現(xiàn)過幾次調(diào)節(jié)器“宕機(jī)”現(xiàn)象，致使發(fā)電機(jī)失磁、廠用電中斷等事故。本廠為徹底解決勵磁系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁等情況，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，將勵磁裝置更換為獨(dú)立雙通道微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，通過技術(shù)攻關(guān)及大量的試驗(yàn)很好地解決了原勵磁系統(tǒng)受電磁干擾大、故障率高等問題。勵磁系統(tǒng)更新改造后運(yùn)行穩(wěn)定，使設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行得到有效保障。

1? 存在問題及分析

本廠勵磁系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程中發(fā)生多次無功突降及勵磁調(diào)節(jié)器突然死機(jī)等現(xiàn)象，致使發(fā)電機(jī)失磁事故發(fā)生。曾經(jīng)發(fā)生過由于勵磁調(diào)節(jié)器突然“宕機(jī)”不能正常工作致使發(fā)電機(jī)失磁，直接導(dǎo)致廠用電源中斷的嚴(yán)重后果。通過對故障現(xiàn)象進(jìn)行檢查分析，也及時與生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通商議，經(jīng)分析認(rèn)為故障主要由以下幾點(diǎn)原因引起：

（1）本廠勵磁調(diào)節(jié)器是由東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司提供，采用的是90年代末奧地利貝加萊PCC為控制核心的工業(yè)計(jì)算機(jī)，從研制成功到正式投入使用，在運(yùn)行中先后發(fā)現(xiàn)：PCC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)資源有限，高速處理采樣任務(wù)的內(nèi)存空間不足，發(fā)電機(jī)反饋信號不能實(shí)現(xiàn)交流采樣，脈沖形成沒有實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，勵磁的控制邏輯、保護(hù)以及限制功能簡單，無論是從主頻或內(nèi)存以及A/D采樣速度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電廠對勵磁精確控制的要求等。

（2）人機(jī)界面為帶小鍵盤式的液晶屏，該屏由于長期運(yùn)行易老化，導(dǎo)致顯示屏亮度降低及顏色變暗，勵磁的各種參數(shù)不能在界面中修改，沒有事件記錄、故障錄波功能。

（3）勵磁裝置為單片微機(jī)結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)軟件WDT功能運(yùn)行中的監(jiān)測作用，如出現(xiàn)死機(jī)情況下發(fā)出復(fù)位信號的功能，對發(fā)電機(jī)組及系統(tǒng)可能造成很大的危害。

（4）因該勵磁裝置各元器件設(shè)計(jì)選型時沒有考慮通用性，備件供應(yīng)相當(dāng)困難，由于設(shè)備的軟、硬件參數(shù)現(xiàn)場改動較多，給設(shè)備維護(hù)及檢修人員帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）“宕機(jī)”分兩種情況，一種是當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行到某個特定工況或由于CPU內(nèi)存低以及協(xié)處理器浮點(diǎn)運(yùn)算錯誤，導(dǎo)致程序進(jìn)入死循環(huán);另一種可能是因外界環(huán)境或元器件老化直接導(dǎo)致硬件故障。

（6）原勵磁變壓器緊挨著勵磁變頻器安裝，勵磁變壓器對調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電磁干擾，存在一定的不確定因素。

為徹底解決勵磁系統(tǒng)存在的問題，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行升級改造已經(jīng)勢在必行。

2? 解決方案

2.1? 硬件部分

（1）經(jīng)多次技術(shù)研討，決定采用更換整套勵磁裝置的技術(shù)方案。新裝置由南京汽輪電力控制有限公司提供的DVR-3000勵磁系統(tǒng)，主要包括：勵磁控制柜（雙通道微機(jī)DVR型勵磁控制器）;功率及滅磁柜：（雙套三相橋整流單元和滅磁、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)及起勵裝置一套）。DVR-3000型微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器為恒機(jī)端電壓和恒勵磁電流雙通道調(diào)節(jié)器，兩個獨(dú)立通道互為主備用工作方式，雙機(jī)之間相互診斷、相互跟蹤、相互通訊、相互切換，并能進(jìn)行通道的無擾動切換。每個通道均采用數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵蠧PLD和FPGA組成的多CPU系統(tǒng)。在每個通道的控制機(jī)箱上裝有240×128大屏幕液晶顯示器，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。并具有故障錄波、故障記錄、事件記錄和強(qiáng)大的通訊功能等，方便以后故障的查詢和分析。

（2）為了改造的順利進(jìn)行，在勵磁系統(tǒng)改造前對施工進(jìn)度進(jìn)行了合理安排，包括新增安裝勵磁PT一臺，制作電纜支架，對PT及一次電纜進(jìn)行試驗(yàn)，并完成了勵磁調(diào)節(jié)柜至DSC之間電纜的敷設(shè)，對舊電纜線芯逐一進(jìn)行登記并做好標(biāo)識等。同時完成勵磁系統(tǒng)與DCS、發(fā)電機(jī)保護(hù)屏及同期裝置之間電纜的校對與端接。

（3）原勵磁調(diào)節(jié)器緊挨著勵磁變壓器安裝，這樣勵磁變壓器對勵磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行存在著一定的電磁干擾。為了盡量減少勵磁變壓器對調(diào)節(jié)器產(chǎn)生電磁干擾，將原調(diào)節(jié)柜和功率柜的位置進(jìn)行了調(diào)換，將功率柜放在靠近勵磁變壓器的一側(cè)。同時為勵磁系統(tǒng)修建了隔離房以對電磁干擾產(chǎn)生一定屏蔽作用，并在隔離房內(nèi)安裝空調(diào)以降低設(shè)備的運(yùn)行溫度。對盤柜接地進(jìn)行了全面的修復(fù)，確保盤柜接地良好。同時為了減少電磁干擾，對柜內(nèi)所有控制電纜的屏蔽層接地進(jìn)行了檢查，確保其接地良好。

（4）安裝工作結(jié)束后，對新裝置進(jìn)行了上電，并進(jìn)行了各項(xiàng)靜態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足預(yù)期要求。

2.2? 程序調(diào)試及保護(hù)設(shè)定

（1）在進(jìn)行各項(xiàng)動態(tài)試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)由于此調(diào)節(jié)器沒有建壓預(yù)設(shè)功能，發(fā)電機(jī)零起升壓時機(jī)端電壓就升到額定電壓的97%左右（額定為10.5kV），而且調(diào)節(jié)器的超調(diào)量大，由于電廠沒有升壓變壓器，10kV線路電壓波動較大，不利于電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。廠家說明CPU版本未更新，于是提出對調(diào)節(jié)器CPU板進(jìn)行更換并換成最新的CPU板，此款CPU具有建壓預(yù)設(shè)功能（現(xiàn)設(shè)為0.85倍額定電壓），廠家重新發(fā)貨后對其進(jìn)行了更換。

（2）在自動控制系統(tǒng)中，勵磁系統(tǒng)可執(zhí)行非常復(fù)雜的算法，如比例調(diào)節(jié)、PID調(diào)節(jié)等，PID調(diào)節(jié)是一種非常常用的調(diào)節(jié)。通過大量的試驗(yàn)，最終得到了以下PID調(diào)節(jié)參數(shù)，如圖1，圖2所示。

（3）參考產(chǎn)品說明書并以發(fā)電機(jī)的端電壓恒定及其安全運(yùn)行為目標(biāo)，合理地設(shè)置其他的調(diào)差及保護(hù)裝置。

（4）在并網(wǎng)過程中，發(fā)現(xiàn)DCS不能對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，而且勵磁調(diào)節(jié)器接收脈寬不能大于500ms，同期裝置在捕捉同期點(diǎn)時，同期裝置微調(diào)信號也發(fā)生偏差，造成并網(wǎng)過程中壓差偏大，并網(wǎng)不成功，為此花費(fèi)了比較多的時間。由于DCS對勵磁系統(tǒng)的增減磁是通過脈沖寬度來控制，將原來的脈寬由3s改為了1s（由于目前電廠DCS系統(tǒng)條件的限制，脈寬不能低于1s），在更換了新款CPU板后，勵磁調(diào)節(jié)器接收脈寬也能滿足大于500ms的技術(shù)要求，與此同時，電廠對同期裝置均頻及均壓控制系數(shù)也進(jìn)行相應(yīng)的修改，以便裝置在捕捉同期的過程中，能有效地對勵磁進(jìn)行微調(diào)，滿足并網(wǎng)條件。經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，DCS現(xiàn)設(shè)增減磁速度為0.5%額定電壓，發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下出口斷路器實(shí)現(xiàn)假同期后，最后可實(shí)現(xiàn)真同期并網(wǎng)成功。并網(wǎng)結(jié)束后，在帶有一定有功的條件下實(shí)現(xiàn)了雙通道的無擾動切換。并網(wǎng)運(yùn)行后勵磁系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好。

2.3? 靜態(tài)試驗(yàn)和動態(tài)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能，進(jìn)行了如下試驗(yàn)：自動升壓、手動升壓、階躍響應(yīng)、滅磁試驗(yàn)、開關(guān)量傳動、空載實(shí)驗(yàn)等，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格。

（1）自動升壓試驗(yàn)，顯示曲線如圖3，圖4。

（2）通道切換試驗(yàn)，顯示曲線如圖5，圖6。

描述：切換過程中發(fā)電機(jī)電壓無明顯波動。

結(jié)論：合格。

（3）階躍響應(yīng)試驗(yàn)，顯示曲線如圖7，圖8。

描述：5%上升階躍電壓響應(yīng)曲線如圖，超調(diào)量為0，無振蕩，調(diào)整時間約1秒。

結(jié)論：合格。

（4）滅磁試驗(yàn)，顯示曲線如圖9，圖10。

按控制屏上的停機(jī)按鈕（不分滅磁開關(guān)）。

描述：滅磁快速，波形無異常，CHA滅磁時間常為1.30s，CHB滅磁時間常為1.32s。

結(jié)論：合格。

（5）各項(xiàng)試驗(yàn)合格后進(jìn)行了通道的手動及自動切換，實(shí)現(xiàn)了通道無擾動切換。具體操作步驟：手動運(yùn)行方式時，自動通道實(shí)時跟蹤發(fā)電機(jī)電壓;自動運(yùn)行時，手動通道延時30秒跟蹤輸出電流，實(shí)現(xiàn)兩種運(yùn)行方式之間的無擾動切換。并且對調(diào)節(jié)器進(jìn)行了精度調(diào)整，以保證實(shí)際測量值與顯示值的一致。

3? 結(jié)? 論

通過技術(shù)攻關(guān)及大量試驗(yàn)，深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠勵磁系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目順利實(shí)施。將勵磁裝置更換為獨(dú)立雙通道微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，有效避免了由于原勵磁系統(tǒng)受電磁干擾大，經(jīng)常發(fā)生“宕機(jī)”等故障帶來的發(fā)電機(jī)失磁、廠用電中斷等事故，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，為深圳市市政環(huán)衛(wèi)綜合處理廠的安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行提供了有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁爾謀.發(fā)電廠勵磁調(diào)節(jié) [M].北京：中國電力出版社，1998.

[2] 胡國慶.發(fā)電機(jī)最優(yōu)勵磁控制技術(shù) [J].人民長江，1999（S1）：86-88.

[3] 國家能源局.DL/T 490-2011發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)及裝置安裝、驗(yàn)收規(guī)程 [S].北京：中國電力出版社，2011.

作者簡介：梁立慶（1971.09-），男，漢族，廣東高州人，電工技師，畢業(yè)于東北大學(xué)，研究方向：電力運(yùn)行、環(huán)境管理。