袁訓(xùn)奎

（山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在保證機(jī)端電壓穩(wěn)定、控制機(jī)組無(wú)功功率分配、提高并聯(lián)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性及改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件等方面起著十分重要的作用。為保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須合理整定勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制、保護(hù)、限制等環(huán)節(jié)的參數(shù)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，除應(yīng)保證本機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)具有良好的性能指標(biāo)外，還應(yīng)考慮與同類型機(jī)組的一致性。

1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引發(fā)問(wèn)題及處理

1.1 機(jī)組解列

石橫發(fā)電廠裝有四臺(tái)單元式300 MW無(wú)刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)組，四臺(tái)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為SAVR型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。變電站采用3/2接線，共8串10回，1、2、3、4 號(hào)發(fā)電機(jī)分別接在第 1、3、5、7 串。 2005年5月16日19：40，4號(hào)發(fā)電機(jī)組突然跳閘，G盤報(bào)“失磁”、“勵(lì)磁開(kāi)關(guān)跳閘”、“發(fā)變組保護(hù)裝置報(bào)警”信號(hào)，汽機(jī)跳閘、鍋爐MFT。發(fā)變組保護(hù)A、B柜報(bào)“失磁保護(hù)III段”、“外部重啟動(dòng)4跳閘”信號(hào)。AVR裝置A、B套發(fā)“欠勵(lì)限制”信號(hào)。故障前機(jī)組有功功率270 MW，無(wú)功功率92 MVAR，當(dāng)時(shí)DCS記錄的波形如圖1所示。

圖1 石橫發(fā)電廠4號(hào)機(jī)組振蕩曲線圖

檢查發(fā)現(xiàn)：4號(hào)機(jī)組的有功、無(wú)功同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)（圖1），且其變化趨勢(shì)與同一時(shí)段其他機(jī)組的變化趨勢(shì)大致相同，均呈下降趨勢(shì)，但4號(hào)機(jī)組無(wú)功下降趨勢(shì)更明顯，下降幅度也較大。

查看1～4號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)發(fā)現(xiàn)：4號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機(jī)組的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)。1～4號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 1～4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)

從圖1以及調(diào)節(jié)器記錄的數(shù)據(jù)可知，在解列之前20 s內(nèi)，4臺(tái)機(jī)組的無(wú)功功率均緩慢下降，這是機(jī)組對(duì)網(wǎng)上富余無(wú)功的正常調(diào)節(jié)。當(dāng)無(wú)功功率下降到一定程度時(shí)，4號(hào)機(jī)組有功功率發(fā)生振蕩，無(wú)功功率在1 s內(nèi)由12.6 Mvar降至-58.5 Mvar，調(diào)節(jié)器“欠勵(lì)限制”動(dòng)作（根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制曲線及當(dāng)時(shí)機(jī)組的有功功率（270 MW）計(jì)算欠勵(lì)動(dòng)作無(wú)功值為-3.2 Mvar），發(fā)電機(jī)超越靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，失磁保護(hù)動(dòng)作發(fā)電機(jī)解列。

引起發(fā)電機(jī)組振蕩的原因有以下幾種：

1）機(jī)組參數(shù)大幅波動(dòng)。如主蒸汽壓力、溫度變動(dòng)，調(diào)門大幅晃動(dòng)。 查看4號(hào)機(jī)組參數(shù)曲線，參數(shù)變化很小，排除這方面的原因。

2）機(jī)組受到外界擾動(dòng)的影響。盡管當(dāng)時(shí)1、2、3號(hào)機(jī)組參數(shù)變化不大，但其變化趨勢(shì)與4號(hào)機(jī)組大致相同，這說(shuō)明當(dāng)時(shí)系統(tǒng)確實(shí)存在小的波動(dòng)。

3）勵(lì)磁系統(tǒng)的問(wèn)題。由表1可知，4號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機(jī)組的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)靈敏度遠(yuǎn)高于其他機(jī)組。當(dāng)網(wǎng)上電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，無(wú)功功率的波幅應(yīng)明顯大于其他機(jī)組。

綜合以上分析，可以斷定，系統(tǒng)波動(dòng)是機(jī)組振蕩的誘因，4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PID參數(shù)較其他機(jī)組大使其承擔(dān)較大的調(diào)節(jié)任務(wù)，致使機(jī)組進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，與系統(tǒng)解列。

修改4號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)：

KP=200 H（24.7），KI=40 H（3.1），KD=400 H（1.0）

修改后重做勵(lì)磁調(diào)節(jié)器空載試驗(yàn)后機(jī)組并網(wǎng)，未再出現(xiàn)異常情況。

1.2 個(gè)別機(jī)組大幅波動(dòng)

德州發(fā)電廠裝有6臺(tái)機(jī)組，1～4號(hào)機(jī)組為300MW三機(jī)交流勵(lì)磁系統(tǒng)機(jī)組，5～6號(hào)機(jī)組為700 MW自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)機(jī)組。其中 1、2、5號(hào)機(jī)組配有SAVR2000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，3、4、6號(hào)機(jī)組配有RCS-9410型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。廠內(nèi)變電站設(shè)有220 kV和500 kV系統(tǒng)，二者之間經(jīng)聯(lián)絡(luò)變連接，500 kV系統(tǒng)經(jīng)黃濱Ⅰ、Ⅱ線接入華北電網(wǎng)。電廠1、2、3 號(hào)機(jī)接入 220 kV 系統(tǒng)，4、5、6 號(hào)機(jī)接入 500 kV系統(tǒng)。

2011年11月10日，山東電網(wǎng)500 kV黃濱Ⅰ、Ⅱ線送電期間，華德電廠運(yùn)行的 1、2、3、4、6號(hào)機(jī)組無(wú)功負(fù)荷、發(fā)電機(jī)電壓及勵(lì)磁電流均有不同程度的波動(dòng)，220 kV及500 kV電壓亦存在波動(dòng)的現(xiàn)象，特別是1號(hào)機(jī)組波動(dòng)很大，當(dāng)時(shí)1號(hào)機(jī)組負(fù)荷302MW正常運(yùn)行，發(fā)變組保護(hù)“自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障”、“欠勵(lì)限制”、“綜合限制”信號(hào)發(fā)出，無(wú)功功率由65 Mvar降至 -33Mvar后恢復(fù)62 Mvar，勵(lì)磁電流由91 A降至80 A后恢復(fù)90 A，發(fā)電機(jī)電壓由20.04 kV降至19.29 kV恢復(fù)至20.6 kV，1號(hào)發(fā)變組保護(hù)報(bào)警信號(hào)復(fù)歸正常。

波動(dòng)發(fā)生后，技術(shù)人員進(jìn)行了分析檢查。分析認(rèn)為，黃濱Ⅰ、Ⅱ線送電期間，華德電廠運(yùn)行的1、2、3、4、6號(hào)機(jī)組無(wú)功負(fù)荷、發(fā)電機(jī)電壓、勵(lì)磁電流、220 kV及500 kV電壓稍有波動(dòng)應(yīng)屬正常現(xiàn)象，隨后對(duì)PMU裝置記錄數(shù)據(jù)的查看也證明了此結(jié)論的正確性，但1號(hào)機(jī)組大幅波動(dòng)屬不正?，F(xiàn)象，隨后又對(duì)相關(guān)機(jī)組進(jìn)行了檢查。發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)明顯大于其他同類型機(jī)組（2號(hào)機(jī)組）的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)靈敏度遠(yuǎn)高于其他機(jī)組。當(dāng)網(wǎng)上電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，無(wú)功功率的波幅應(yīng)明顯大于其他機(jī)組?，F(xiàn)場(chǎng)記錄的1、2號(hào)機(jī)組PID參數(shù)如表2所示。

表2 德州發(fā)電廠1、2號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）PID參數(shù)

修改1號(hào)機(jī)組自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主環(huán)（電壓環(huán)）的PID參數(shù)：

KP=300（44.16），KI=80 H（7.36），KD=2 000 H（9.42）

重做勵(lì)磁調(diào)節(jié)器空載試驗(yàn)及PSS試驗(yàn)，未再出現(xiàn)異常情況。

2 結(jié)語(yǔ)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)整定合理與否嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性，同類型機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)置應(yīng)盡可能保持一致，否則，當(dāng)受到外界干擾時(shí)，可能會(huì)引起發(fā)電機(jī)組的異常波動(dòng)，甚至造成機(jī)組與系統(tǒng)的解列。