沙河抽水蓄能電站勵磁系統(tǒng)修后動態(tài)試驗

黃 銳，楊海學(xué)

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，我國的電力系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大機(jī)組、高電壓、大網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段。大容量的電源與網(wǎng)絡(luò)對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在這種背景下，勵磁系統(tǒng)裝置在機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)運行中正體現(xiàn)出越來越重要的作用。它一方面是發(fā)電機(jī)組得以正常運行的保證，一方面又擔(dān)負(fù)著整個電網(wǎng)中無功以及電壓調(diào)節(jié)的重任，所以，研究勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能，是研究電網(wǎng)以及機(jī)組穩(wěn)定性的基礎(chǔ)條件。

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖鎮(zhèn)境內(nèi)，電站裝機(jī)容量100 MW，按日調(diào)節(jié)運行。沙河電站1號機(jī)組勵磁系統(tǒng)于2013年完成國產(chǎn)化升級改造，隨著設(shè)備運行時間的加長，操作次數(shù)的增加，設(shè)備穩(wěn)定性下降逐漸顯現(xiàn)，近兩年發(fā)生的勵磁故障多與此原因有關(guān)。2021年，結(jié)合1號機(jī)組擴(kuò)大性A級檢修，對勵磁系統(tǒng)再次進(jìn)行升級改造，將RCS-9410型調(diào)節(jié)器整體升級為PCS-9410型調(diào)節(jié)器。本文通過對沙河電站勵磁系統(tǒng)的涉網(wǎng)動態(tài)試驗，采集到發(fā)電機(jī)以及勵磁系統(tǒng)的模型特征及其動態(tài)特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計算以及仿真校核，對涉網(wǎng)性能進(jìn)行分析和計算，檢驗發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時勵磁調(diào)節(jié)器對機(jī)端電壓的控制準(zhǔn)確度。

1 發(fā)電機(jī)和勵磁變參數(shù)

沙河電站機(jī)組勵磁系統(tǒng)形式為自并勵勵磁方式。其發(fā)電機(jī)、勵磁變參數(shù)如表1：

表1 發(fā)電機(jī)、勵磁變參數(shù)表

沙河電站勵磁系統(tǒng)為南瑞繼保公司提供的PCS-9400設(shè)備，勵磁電源取自主變低壓側(cè)，主要由交流進(jìn)線柜、滅磁柜、可控硅整流柜、勵磁調(diào)節(jié)柜組成。調(diào)節(jié)器采用雙通道，分為A、B通道，互為備用。

2 零起升壓試驗

將勵磁調(diào)節(jié)器PCS-9400的A、B通道切至就地控制，置“正常”環(huán)（電壓環(huán)）或“手動”環(huán)（電流環(huán)）運行，就地發(fā)投勵令，通過就地增磁進(jìn)行手動零起升壓，機(jī)端電壓在10%～110%UGN范圍內(nèi)可穩(wěn)定平滑調(diào)節(jié)，記錄發(fā)電機(jī)空載額定工況下的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對同步補償角、計算角度擬合系數(shù)、靜態(tài)均流角進(jìn)行計算和調(diào)整，試驗結(jié)果滿足要求。

表2 記錄數(shù)據(jù)

3 發(fā)電機(jī)空載電壓5%階躍響應(yīng)試驗

（1）發(fā)電機(jī)空載5%階躍響應(yīng)試驗

發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗，主要檢驗勵磁動態(tài)條件品質(zhì)，是在勵磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個階躍量，測量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化，其電壓超調(diào)量和振蕩次數(shù)應(yīng)該滿足規(guī)程規(guī)范要求。

試驗情況：維持發(fā)電機(jī)端電壓在95%UGN，在電壓閉環(huán)控制方式下，由調(diào)節(jié)器本地命令界面上發(fā)出命令，做電壓5%上下階躍響應(yīng)試驗。

圖1 5%階躍響應(yīng)試驗波形

根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)，直到時域響應(yīng)符合要求，最終PID參數(shù)整定如表3。

表3 PID參數(shù)整定

最終時域響應(yīng)效果如表4。（2）功率柜單橋投/退試驗

表4 時域響應(yīng)

勵磁調(diào)節(jié)裝置正常運行，發(fā)電機(jī)電壓維持在100%UGN，選擇一個功率橋，投入定值切脈沖軟壓板，切除觸發(fā)脈沖，觀察單橋退出時，其它整流橋輸出全部勵磁電流，整流橋總輸出勵磁電流不變，發(fā)電機(jī)運行穩(wěn)定，無波動。

勵磁調(diào)節(jié)裝置正常運行，功率橋有一橋退出運行，發(fā)電機(jī)電壓維持在100%UGN，退出定值切脈沖軟壓板，投入觸發(fā)脈沖，觀察單橋投入時，其它整流橋部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至該橋，整流橋輸出總勵磁電流不變，發(fā)電機(jī)運行穩(wěn)定，無波動。

（3）伏-赫茲限制試驗

先退出伏-赫茲限制軟壓板，將伏-赫茲限制定值改低，一般改為1.02倍和0.1 s，再投入伏-赫茲限制軟壓板，就地增加發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，直到伏-赫茲限制動作，限制動作正確。

表5 伏-赫茲限制試驗

（4）空載最大勵磁電流限制試驗

先退出最大勵磁電流限制軟壓板，將空載最大勵磁電流限制定值整定為略高于當(dāng)前機(jī)組的勵磁電流值，再投入最大勵磁電流限制軟壓板，就地增加勵磁電流直到最大勵磁電流限制動作，限制動作正確。

表6 空載最大勵磁電流限制試驗

（5）PT斷線試驗

勵磁調(diào)節(jié)器A套為主、B套為從正常運行，模擬A套PT斷線，A套裝置切換至電流環(huán)并將進(jìn)行主從切換，切換過程中勵磁電流無波動，切換后發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)運行穩(wěn)定；A套PT斷線恢復(fù)后，再模擬B套斷線，此時B套裝置切換至電流環(huán)并將進(jìn)行主從切換，試驗正常。

4 發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗及并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗

（1）發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗

發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗一般在A修后開機(jī)時進(jìn)行，目的是檢查發(fā)電機(jī)滅磁性能的好壞，防止轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過電壓。具體做法是將發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓后，拉開勵磁開關(guān)，測量定子電壓下降至一定值時所需要的時間，與制造廠提供的曲線或上次試驗記錄相比較，檢查發(fā)電機(jī)滅磁性能的好壞。

試驗情況：將發(fā)電機(jī)維持在額定機(jī)端電壓10.5 kV，向勵磁調(diào)節(jié)裝置發(fā)出逆變命令，記錄發(fā)電機(jī)逆變滅磁波形。試驗波形如圖2所示，計算得出逆變滅磁時間常數(shù)為0.785 s。

圖2 發(fā)電機(jī)逆變滅磁波形

（2）并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗

發(fā)電機(jī)空載運行時，勵磁調(diào)節(jié)器接受同期裝置發(fā)來的增減磁命令調(diào)整機(jī)端電壓，當(dāng)達(dá)到并網(wǎng)條件后同期裝置發(fā)并網(wǎng)開關(guān)合閘令，當(dāng)并網(wǎng)開關(guān)合閘后發(fā)電機(jī)進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行后，檢查發(fā)電機(jī)定子CT的極性，校驗勵磁調(diào)節(jié)裝置測量的電壓、電流、有功功率、無功功率、勵磁電流采樣的準(zhǔn)確性。試驗結(jié)果正常。

（3）負(fù)載切換（A/B通道切換）試驗

勵磁調(diào)節(jié)裝置均正常，A通道為主運行，B通道為從運行，進(jìn)行A通道切換至B通道操作，切換過程穩(wěn)定無波動；B通道為主運行，A通道為從運行，進(jìn)行B通道切換至A通道操作，整個切換過程穩(wěn)定無波動，負(fù)荷調(diào)節(jié)正常。

（4）電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗

勵磁調(diào)節(jié)裝置運行正常，置電壓閉環(huán)運行，進(jìn)行電壓環(huán)切換至電流閉環(huán)操作，切換過程穩(wěn)定無波動；置電流閉環(huán)運行，進(jìn)行電流環(huán)切換至電壓閉環(huán)操作，切換過程穩(wěn)定無波動，負(fù)荷調(diào)節(jié)正常。

5 過勵磁和欠勵磁限制試驗

為驗證勵磁系統(tǒng)過勵磁和欠勵磁限制功能的正確性，進(jìn)行限制試驗。試驗方法為修改定值，驗證限制邏輯的正確性。

（1）過勵限制：先退出無功功率過勵限制軟壓板，將無功功率過勵限制定值整定為稍高于當(dāng)前無功功率值，動作時間整定為1 s，再投入無功功率過勵限制軟壓板，就地發(fā)出增磁命令，增加發(fā)電機(jī)無功功率，直到無功功率過勵限制動作，檢查限制動作是否正確，試驗波形見圖3。

表7 過勵限制試驗

圖3 過勵磁限制波形

（2）欠勵限制：先退出無功功率低勵限制軟壓板，將無功功率低勵限制定值整定為稍低于當(dāng)前無功功率值，再投入無功功率低勵限制軟壓板，就地發(fā)出減磁命令，降低發(fā)電機(jī)無功功率，直到無功功率低勵限制動作，檢查限制動作是否正確，試驗波形如圖4。

表8 欠勵限制試驗

圖4 欠勵磁限制波形

6 結(jié)語

抽水蓄能機(jī)組并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性對于電網(wǎng)整體的安全穩(wěn)定至關(guān)重要，而電網(wǎng)所能夠提供的穩(wěn)定環(huán)境對于機(jī)組本身的安全也不可或缺。勵磁系統(tǒng)性能是發(fā)電機(jī)組得以正常運行的保證，又是整個電網(wǎng)中無功以及電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的保證。本文主要闡述了沙河電站機(jī)組勵磁系統(tǒng)修后動態(tài)試驗的過程，檢驗了發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時勵磁調(diào)節(jié)器對機(jī)端電壓的控制準(zhǔn)確度，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供保障。。