三菱MEC5000型勵磁系統(tǒng)AVR控制部分改造

國能（福州）熱電有限公司 余文斌

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是電廠的重要系統(tǒng)，起到調(diào)節(jié)機端電壓、控制無功功率、提高并網(wǎng)機組電力穩(wěn)定性的重要作用。我公司為2臺600MW火電機組，投產(chǎn)時間已超過10年，勵磁系統(tǒng)故障率提高，并且隨著電網(wǎng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)要求的逐步提高，我廠勵磁系統(tǒng)AVR控制部分進行了升級改造。我廠原勵磁系統(tǒng)為日本三菱MEC5000型勵磁系統(tǒng)，額定勵磁電壓為407V、額定勵磁電流為4145A，勵磁方式為自并勵方式，滅磁方式為交流滅磁。下面將從改造前的勵磁系統(tǒng)存在的問題、改造的實施過程、改造過程中故障處理、改造后主要改進的控制功能來進行論述。

改造前，我廠勵磁系統(tǒng)近兩年先后出現(xiàn)了CPU A板卡故障，電壓采樣模塊采樣值偏差大等控制系統(tǒng)故障。說明我廠勵磁控制系統(tǒng)運行12年后板卡電子元器件出現(xiàn)老化，需要升級改造勵磁控制系統(tǒng)。但從成本考慮升級日本三菱控制系統(tǒng)價格高昂，通過與國內(nèi)多家勵磁系統(tǒng)廠家進行討論后，認為完全可以僅改造勵磁系統(tǒng)AVR控制部分，將勵磁系統(tǒng)可控硅整流、滅磁、起勵部分進行保留，仍然為原日本三菱的設(shè)備。

1 改造的實施過程

通過公開招標與南瑞繼保有限公司進行合作，將勵磁系統(tǒng)AVR控制器由日本三菱MEC5000控制系統(tǒng)改造為南瑞PCS-9410控制系統(tǒng)。在改造過程中，主要將勵磁系統(tǒng)控制電源、控制模塊、脈沖信號、同步信號、開關(guān)量以及模擬量信號相關(guān)的盤柜、板卡、接線進行了重新改造。在改造中發(fā)現(xiàn)有以下重點的注意事項：

重點要理順外部接口信號，其中定子和轉(zhuǎn)子電壓電流的采樣信號、增減磁指令、整流逆變指令、保護跳閘指令尤為重要。定子和轉(zhuǎn)子的電壓電流信號回路有的是勵磁系統(tǒng)專用的回路，有的是與其他裝置公用，例如我廠的第二組定子電流CT二次線與其他變送屏采樣回路串聯(lián)使用，不能直接封死，否則會影響其他設(shè)備投運。勵磁系統(tǒng)增減磁指令與AVC系統(tǒng)、同期裝置、DCS控制等多個自動控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，整流逆變指令、保護跳閘指令也與DCS控制、繼電保護裝置相關(guān)聯(lián)，十分重要。

與AVR控制柜相關(guān)的盤間的信號需要重新設(shè)計敷設(shè)，其中可控硅的脈沖信號至關(guān)重要、不能有誤。由于是將日本三菱以及南瑞繼保兩家不同的勵磁系統(tǒng)進行整合，需要結(jié)合兩家的圖紙，并在現(xiàn)場對控制回路進行重新配線。其中勵磁控制最主要的控制功能就是控制可控硅的開斷、調(diào)節(jié)勵磁電流，對于可控硅的脈沖控制回路一定通過小電流實驗的方式，在勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子輸出端加上假負載，通過示波器觀察其輸出波形正確。

在控制回路的改造過程中，原有回路如不再使用一定要將電源回路拆除，否則有可能發(fā)生短路等安全事故，應(yīng)仔細核對。

在所有的改造現(xiàn)場施工完成后，需要對所有的控制回路進行調(diào)試，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并進行空載下的勵磁系統(tǒng)試驗。按照勵磁系統(tǒng)改造的相關(guān)要求，對勵磁系統(tǒng)進行建模試驗、PSS試驗等一系列的涉網(wǎng)試驗。最終改造勵磁系統(tǒng)AVR控制器后試驗項目都已合格，并正式投入生產(chǎn)運行。

2 改造過程中故障處理

我廠可控硅整流部分采用標準n+1冗余模式設(shè)計，在改造后靜態(tài)調(diào)試過程中，通過小電流試驗檢查勵磁調(diào)節(jié)器的基本控制功能、脈沖可靠觸發(fā)的能力、晶閘管完好性等。檢查同步信號回路的相序和相位,主要是看調(diào)節(jié)器的脈沖觸發(fā)是否正確,檢查晶間管功率橋均能可靠觸發(fā)，檢查晶閘管輸出波形。在做小電流分橋試驗過程中，發(fā)現(xiàn)第三組整流橋輸出波形不是標準波形，而且改變交流側(cè)輸入電壓與可控硅觸發(fā)角度、錄波數(shù)據(jù)不能正常顯示。

按照經(jīng)驗分析，結(jié)合現(xiàn)場測試初步判定為可控硅被擊穿。按照系統(tǒng)設(shè)計，晶閘管被擊穿，保險機械回路中觸發(fā)告警的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)該彈出，觸發(fā)一組可控硅故障送至盤前提醒運行人員，但在機組正常運行期間系統(tǒng)未觸發(fā)任何報警信息。更換整個可控硅組件之后再次試驗，發(fā)現(xiàn)波形依舊是故障態(tài)波形，在經(jīng)過對整個可控硅整流模塊回路分解檢查后，發(fā)現(xiàn)故障整流模塊中的一個保險兩端不導通，由此得出了故障原因：晶閘管被擊穿；保險本身內(nèi)部已經(jīng)損壞，無法觸發(fā)可控硅故障告警。在更換保險后再次試驗，得到了標準波形。

圖1 脈沖觸發(fā)控制回路原理圖

3 改造后改進的主要控制功能

我廠勵磁控制系統(tǒng)改造后，相較于原控制系統(tǒng)，在雙重化配置、勵磁限制功能、滅磁系統(tǒng)安全、人機界面數(shù)字化能力等幾個方面有了重大改進。

在雙重化配置上，原日本三菱勵磁系統(tǒng)雖然各個控制板都是按照兩套系統(tǒng)進行配置，但所有控制模塊卻公用一塊背板，存在較大的安全隱患。勵磁系統(tǒng)改造后采用了兩套完全獨立的控制裝置，沒有公共部分，極大的提高了設(shè)備的可靠性。

在勵磁系統(tǒng)的限制功能上，根據(jù)網(wǎng)源協(xié)調(diào)的配合要求，勵磁系統(tǒng)的低勵限制、過勵限制、定子過流限制、V/Hz限制需分別與發(fā)變組保護的失磁保護、轉(zhuǎn)子過流保護、定子過流保護、過激磁保護進行配合，以保證勵磁系統(tǒng)先于發(fā)變組保護動作前進行限制，同時不能限制發(fā)電機的能力。日本三菱勵磁系統(tǒng)在定子過流限制和V/Hz限制上只能采用定時限方式，對于原勵磁系統(tǒng)，定子過流限制在1.1倍額定定子電流時限制動作、動作時間0秒，V/Hz限制在1.05倍定值時動作、動作時間0秒。而發(fā)變組保護對應(yīng)的定子過流保護、過激磁保護則為反時限方式，動作值越大動作時間越快。在勵磁系統(tǒng)改造后，定子過流限制和V/Hz限制都可以設(shè)置為反時限方式，到限制啟動值后0秒動作，且能與發(fā)變組保護動作曲線完美配合，提高了勵磁系統(tǒng)的控制能力。

在滅磁系統(tǒng)上，改造前后同為交流側(cè)滅磁。但在原來的勵磁系統(tǒng)中，停機時只能直接跳開勵磁系統(tǒng)交流側(cè)41E開關(guān)，轉(zhuǎn)子能量通過滅磁電阻進行釋放。改造后正常停機時可以先選擇進行逆變，將轉(zhuǎn)子能量回饋到交流側(cè)，然后再斷開勵磁系統(tǒng)交流側(cè)41E開關(guān)，降低了滅磁電阻需釋放的轉(zhuǎn)子能量，這對于滅磁電阻使用的壽命以及滅磁的安全性都得到了提高。

勵磁系統(tǒng)改造后數(shù)字化功能增強。新的勵磁系統(tǒng)采用windows系統(tǒng)的人機界面，增加了后臺監(jiān)控報警畫面，具有故障錄波的功能以及同步時鐘功能，便于運行人員進行狀態(tài)監(jiān)視。例如勵磁系統(tǒng)在進行增減磁操作時，在后臺畫面上對每次操作都進行了詳細記錄，再結(jié)合同步時鐘系統(tǒng)，可以對發(fā)電機故障、AVC、同期裝置調(diào)試、故障分析等過程提供重要的分析數(shù)據(jù)。

綜上，本次勵磁系統(tǒng)改造是首次將日本三菱的MEC5000勵磁系統(tǒng)與南瑞繼保PCS-9410的AVR控制柜相融合，節(jié)約了成本，改造后各項試驗結(jié)果均合格，設(shè)備投運后運行穩(wěn)定。改造后勵磁系統(tǒng)的控制得到了優(yōu)化，數(shù)字化能力提升，達到了原來預(yù)期的效果，圓滿完成了勵磁系統(tǒng)控制部分改造目的。