龔愷愷
(浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江 寧波 315208)
發(fā)電廠AVC系統(tǒng)存在問題及解決方案
龔愷愷
(浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江 寧波 315208)
介紹了新泓口發(fā)電廠AVC(自動電壓無功控制)子站系統(tǒng)的配置情況,針對調(diào)試過程及實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題,著重從AVC主站與子站的采樣偏差、高壓廠用變壓器檔位、無功分配策略、AVC與RTU(遠(yuǎn)程終端)的通信、KVM延長器、AVC投退時(shí)機(jī)等方面入手,查找原因并給出解決方案,提高了AVC的投入率和調(diào)節(jié)合格率,并對同類機(jī)組AVC的調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)提出幾點(diǎn)建議。
AVC;RTU;配置;無功分配;策略
電廠側(cè)AVC是用于與調(diào)度AVC主站共同完成對發(fā)電廠母線電壓調(diào)控的系統(tǒng)。新泓口發(fā)電廠在安裝調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行過程中,遇到AVC主站與子站的采樣偏差、高壓廠用變壓器(廠變)檔位、無功分配策略、AVC與RTU的通信、KVM延長器、AVC投退時(shí)機(jī)等問題,通過查找原因并提出解決方案,提高了AVC投入率和調(diào)節(jié)合格率。
新泓口發(fā)電廠建設(shè)規(guī)模為2×350 MW級燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組,采用“一拖一”多軸布置的裝機(jī)方案。11號、21號發(fā)電機(jī)型號均為QFN-252-2,12號、22號發(fā)電機(jī)型號均為QF-100-2。
電廠AVC系統(tǒng)選用南瑞繼保公司的PCS-9700廠站監(jiān)控系統(tǒng),其2套主備冗余的AVC主機(jī)布置在GIS樓網(wǎng)絡(luò)繼電器室,4臺AVC下位機(jī)測控裝置PCS-9705B隨各機(jī)組分別布置于對應(yīng)的電氣保護(hù)室內(nèi),集控室值長臺設(shè)置2臺遠(yuǎn)程操作顯示器。2套AVC系統(tǒng)同時(shí)接收省調(diào)主站下達(dá)的220 kVⅠ段、Ⅱ段母線目標(biāo)電壓值,和每條母線的無功參考上/下限值;AVC主機(jī)根據(jù)目標(biāo)電壓值,計(jì)算出電廠機(jī)組應(yīng)承擔(dān)的總無功出力,在充分考慮各種約束條件后,AVC主機(jī)將總無功功率合理分配給每臺機(jī)組,由AVC下位機(jī)測控裝置輸出增/減磁脈沖至MARK VIe(11號、21號機(jī)組)和DCS(12號、22號機(jī)組),MARK VIe和DCS再分別向?qū)?yīng)發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)發(fā)送增/減磁信號以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功功率,從而使電廠220 kVⅠ段、Ⅱ段母線達(dá)到目標(biāo)電壓值。
2.1 省調(diào)主站與電廠子站220 kV母線電壓采樣值偏差大
在與省調(diào)AVC主站調(diào)試核對數(shù)據(jù)過程中,發(fā)現(xiàn)省調(diào)AVC主站和電廠AVC子站畫面上的220 kV母線電壓相差0.3 kV左右,而省調(diào)AVC考核的調(diào)節(jié)死區(qū)為0.5 kV,嚴(yán)重影響了電廠AVC的調(diào)節(jié)合格率。
電廠220 kV母線電壓由NCS(網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng))的母線測控裝置采集,再通過網(wǎng)絡(luò)與RTU主機(jī)通信,由RTU主機(jī)分別將母線電壓值送至省調(diào)主站和電廠AVC子站。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),RTU主機(jī)送省調(diào)的母線電壓值為A相電壓采樣值乘以而送電廠AVC子站的母線電壓值為AB相的線電壓采樣值,由于220 kV母線電壓不完全平衡,相與相之間有時(shí)存在0.2 kV的偏差,經(jīng)過的系數(shù)放大后,偏差就會達(dá)到0.3 kV。
針對該問題,將RTU主機(jī)送省調(diào)的母線電壓也更改為AB相的線電壓采樣值后,省調(diào)AVC主站和電廠AVC子站畫面上的220 kV母線電壓采樣值基本一致。由于省調(diào)AVC主站是在收到的電廠AVC子站母線電壓實(shí)時(shí)采樣值的基礎(chǔ)上,加上或減去邏輯運(yùn)算后的偏差量再下發(fā)電壓指令的,因此省調(diào)主站與電廠子站220 kV母線電壓采樣值偏差越小,AVC的調(diào)節(jié)合格率越高。
2.2 6 kV廠用母線電壓采樣跳變
每套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組設(shè)有6 kV A段、B段母線,額定工作電壓為6.3 kV。廠用母線電壓由AVC下位機(jī)測控裝置從6 kV母線TV直接采集,PCS-9705B測控裝置每周波采樣80點(diǎn),每0.1 s刷新1次后臺監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù),參與AVC的閉鎖邏輯控制。
在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),由于廠用電母線上接有燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵磁變壓器、LCI隔離變壓器、凝結(jié)水泵變頻器等設(shè)備,因此母線電壓諧波含量較高,而測控裝置的交流采樣頻率較高,經(jīng)常出現(xiàn)母線電壓采樣值0.1~0.15 kV幅值的跳變,導(dǎo)致廠用母線電壓提前到達(dá)上調(diào)節(jié)(6.6 kV)或下調(diào)節(jié)(6.3 kV)閉鎖定值,閉鎖了AVC對機(jī)組的調(diào)節(jié),從而影響調(diào)節(jié)合格率。
考慮到普通交流電壓變送器為了獲得平滑的直流輸出,其內(nèi)部都有較大的濾波電容,且一般響應(yīng)時(shí)間為300~400 ms,其秒級的響應(yīng)時(shí)間相對于AVC分鐘級的調(diào)節(jié)時(shí)間可以忽略不計(jì),因此現(xiàn)場將6 kV廠用母線電壓更改為通過普通變送器采集,并將變送器的4~20 mA信號送至PCS-9705B測控裝置,利用變送器固有的響應(yīng)時(shí)間,濾掉電壓尖峰變化量。更改采樣方式后,廠用母線電壓采樣值顯示穩(wěn)定且無跳變,平穩(wěn)達(dá)到廠用母線電壓上下調(diào)節(jié)閉鎖定值,提高了AVC的調(diào)節(jié)合格率。
2.3 高壓廠變檔位不合理
在停機(jī)狀態(tài)下,6 kV廠用電系統(tǒng)由220 kV母線電壓經(jīng)主變壓器和高壓廠變2次降壓獲得。主變壓器為無載調(diào)壓(檔位置于235.95/15.75 kV),高壓廠變?yōu)橛休d調(diào)壓(變比為15.75±4×2.5%/6.3 kV)。由于電廠處于電網(wǎng)負(fù)荷末端,在停機(jī)狀態(tài)下220 kV母線電壓較低(一般在225~228 kV),因此高壓廠變檔位一般置于第6檔 (即15.75-2.5%/6.3 kV),將6 kV母線電壓控制在6.16~6.24 kV。在機(jī)組運(yùn)行并且投入AVC后,發(fā)現(xiàn)當(dāng)廠用母線電壓達(dá)到6.6 kV上調(diào)節(jié)閉鎖值時(shí),機(jī)組無功及機(jī)端電壓距離閉鎖上限值還有很大裕量,嚴(yán)重影響了AVC系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)能力。調(diào)整高壓廠變檔位至第5檔(即15.75/6.3 kV)之后,廠用母線電壓上下調(diào)節(jié)閉鎖、機(jī)組無功上下調(diào)節(jié)閉鎖、機(jī)組機(jī)端電壓上下調(diào)節(jié)閉鎖基本同步,提高了AVC的調(diào)節(jié)合格率。
2.4 無功分配策略不合理
PCS-9700廠站監(jiān)控系統(tǒng)提供了4種無功分配策略。
(1)等功率因數(shù):把控制各臺機(jī)組功率因數(shù)相等作為調(diào)節(jié)目標(biāo)。當(dāng)電廠機(jī)組參數(shù)一致、有功出力相近時(shí),其等同于相似調(diào)整裕度策略。
(2)相似視在功率:把控制各臺機(jī)組視在功率相等作為調(diào)節(jié)目標(biāo)。當(dāng)電廠機(jī)組參數(shù)一致時(shí),有功出力大的機(jī)組少發(fā)無功,有功出力小的多發(fā)無功,這樣各機(jī)組電流相近,有利于從總體上降低機(jī)組和主變壓器的損耗。
(3)等無功備用:使所有發(fā)電機(jī)的無功運(yùn)行點(diǎn)至其無功上、下限的距離有相同的百分比。
(4)相似調(diào)整裕度:把控制各臺機(jī)組具有相等的無功上、下備用裕度作為目標(biāo)。電壓需要升高時(shí),具有較多無功備用的機(jī)組多增發(fā)無功;電壓需要降低時(shí),具有較多無功備用的機(jī)組多減發(fā)無功,此策略可保證電廠有最大的無功備用。
電廠AVC系統(tǒng)原本采用相似調(diào)整裕度策略,由于4臺發(fā)電機(jī)組容量不一致,在AVC調(diào)節(jié)過程中,導(dǎo)致12號、22號發(fā)電機(jī)組無功基本不調(diào)節(jié),而11號、21號發(fā)電機(jī)組無功劇烈調(diào)節(jié),不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,更改為等無功備用策略后,所有機(jī)組的無功基本按照同百分比上下調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)效果良好。
2.5 AVC與RTU通信故障
電廠AVC系統(tǒng)需要接收升壓站內(nèi)RTU采集到的發(fā)電機(jī)組、升壓站相關(guān)電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)及調(diào)度部門下發(fā)的220 kV母線目標(biāo)電壓指令,并將電廠AVC子站的遙信(例如子站的遠(yuǎn)方控制模式)、遙測(例如目標(biāo)電壓返回值)通過RTU傳至省調(diào)AVC主站。
電廠南瑞AVC與升壓站惠安RTU之間的通信模式為:當(dāng)AVC作為子站與省調(diào)聯(lián)系時(shí),由RCS-9798G遠(yuǎn)動通信裝置利用有線網(wǎng)絡(luò)與惠安RTU通過104規(guī)約通信,將AVC的遙信、遙測傳至RTU,再由RTU上送至省調(diào)AVC主站,并接收RTU轉(zhuǎn)發(fā)的省調(diào)AVC主站下發(fā)的母線電壓目標(biāo)值、死區(qū)、無功上下限等值;當(dāng)AVC與惠安RTU建立聯(lián)系時(shí),由南瑞RCS-9794通信裝置利用串口線與惠安RTU裝置通過101規(guī)約通信,AVC接收RTU轉(zhuǎn)發(fā)過來的發(fā)電機(jī)、220 kV母線的遙測和遙信值。
2014年5月7日,南瑞AVC的RCS-9798G更改配置重啟后,在調(diào)試過程中與省調(diào)AVC主站對點(diǎn)時(shí),省調(diào)AVC主站無法收到電廠AVC子站的遙信和遙測信號,造成省調(diào)AVC主站收到的電廠AVC子站狀態(tài)與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控后臺的實(shí)際狀態(tài)不符。
強(qiáng)制RTU裝置內(nèi)AVC子站的遙信點(diǎn),發(fā)現(xiàn)省調(diào)AVC主站端相應(yīng)變位無誤,由此判斷RTU與省調(diào)AVC主站間通信并無異常,而是惠安RTU和南瑞RCS-9798G遠(yuǎn)動通信裝置之間的通信出現(xiàn)了故障。通過抓取報(bào)文和現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):RCS-9798G重啟約30 s后,硬件通信端口就打開處于監(jiān)聽狀態(tài),但是通信進(jìn)程需要4 min后才能夠完成,在此期間,RCS-9798G在通信進(jìn)程未完全啟動的情況下,一旦發(fā)現(xiàn)有外部通信報(bào)文(惠安RTU發(fā)送過來的通信報(bào)文)介入,RCS-9798G會自行將端口關(guān)閉。RCS-9798G關(guān)閉端口后會使RTU的通信主站軟件判斷為通信失敗,RTU在間隔數(shù)秒后會再次申請連接,而RCS-9798G在關(guān)閉端口數(shù)秒后也會打開端口,為其通信子站軟件響應(yīng)主站詢問做準(zhǔn)備,在收到惠安RTU再次申請通信連接的報(bào)文后,又自行將通信端口關(guān)閉。如此反復(fù)幾次后,惠安RTU裝置軟件將接南瑞RCS-9798G的端口閉鎖為未激活狀態(tài)后,不再發(fā)出詢問,導(dǎo)致通信故障。
針對上述情況,考慮到南瑞RCS-9798G的軟/硬件啟動時(shí)間無法更改,因此將惠安RTU通信主站軟件內(nèi)判斷鏈路重啟后的再次詢問時(shí)間修改為5 min,用來躲過RCS-9798G通信進(jìn)程的4 min啟動時(shí)間;并在RCS-9798G通信進(jìn)程未完成啟動前,在惠安RTU中對RCS-9798G發(fā)送過來的報(bào)文幀做延時(shí)和濾波處理。經(jīng)上述修改后,現(xiàn)場多次重啟RCS-9798G裝置,均通信正常。
2.6 KVM延長器與主機(jī)不匹配
電廠AVC主機(jī)采用NEC公司的EXP481A服務(wù)器,放置于GIS升壓站的網(wǎng)絡(luò)繼電器室,由于運(yùn)行值班的集控室距離網(wǎng)絡(luò)繼電器室的電纜路徑距離為200 m,投產(chǎn)時(shí)采用中間光纜傳輸,兩頭光電轉(zhuǎn)換,網(wǎng)線分別插入放置于集控室的SUN RAY3的KVM延長器和網(wǎng)絡(luò)繼電器室的NEC主機(jī)網(wǎng)口,利用標(biāo)準(zhǔn)的交換式以太網(wǎng)技術(shù),將視頻信號通過主機(jī)的網(wǎng)口傳至KVM延長器,再將顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤接至KVM延長器,用于運(yùn)行人員在集控室監(jiān)視和操作AVC系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中,發(fā)現(xiàn)每隔22天會出現(xiàn)SUN RAY3的KVM延長器與NEC主機(jī)通信中斷,且無法自動恢復(fù)連接,從而導(dǎo)致集控室無法監(jiān)視和操作AVC系統(tǒng),只有就地重啟NEC主機(jī)后才能再次連上。為確認(rèn)集控室遠(yuǎn)程顯示器無顯示時(shí),網(wǎng)絡(luò)繼電器室NEC主機(jī)顯示輸出是否正常,在NEC主機(jī)柜臨時(shí)加裝了1套顯示器鼠標(biāo)鍵盤,發(fā)現(xiàn)當(dāng)KVM延長器與NEC主機(jī)通信中斷導(dǎo)致集控室顯示器無顯示時(shí),NEC主機(jī)中的顯示及操作一切正常。因此,考慮取消主機(jī)輸出的虛擬視頻信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪J?,新?套KVM延長器設(shè)備,直接將NEC主機(jī)輸出的視頻信號通過顯卡硬件口收集到KVM延長設(shè)備(發(fā)送端),然后通過光纖直連的方式傳送至集控室的KVM延長器(接收端),再將顯示器鼠標(biāo)鍵盤接至KVM延長器(接收端)。由于采用光纖直連的方式,集控室直接通過2個(gè)KVM延長器完成對NEC主機(jī)視頻信號的發(fā)送與接收,因此只要NEC主機(jī)就地顯示和操作正常,則集控室的顯示和操作也正常。
2.7 AVC投退時(shí)機(jī)選擇不合理
根據(jù)規(guī)定,在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到最低技術(shù)出力以上才進(jìn)行AVC考核,電廠上報(bào)省調(diào)的11號、21號發(fā)電機(jī)最低技術(shù)出力為148 MW,12號、22號發(fā)電機(jī)最低技術(shù)出力為52 MW。新泓口發(fā)電廠《AVC系統(tǒng)運(yùn)行操作規(guī)定及技術(shù)說明》規(guī)定,機(jī)組啟動時(shí),11號、21號發(fā)電機(jī)在負(fù)荷大于100 MW時(shí)投入AVC系統(tǒng),12號、22號發(fā)電機(jī)在負(fù)荷大于40 MW時(shí)投入AVC系統(tǒng)。
按照AVC系統(tǒng)運(yùn)行操作規(guī)定,已經(jīng)考慮到在機(jī)組達(dá)到最低技術(shù)出力之前并留有一定裕量的情況下提前投入機(jī)組AVC,但在實(shí)際運(yùn)行過程中按此規(guī)定操作的AVC調(diào)節(jié)效果并不太理想。
選取2次較為典型的AVC投退歷史記錄(見表1),經(jīng)數(shù)據(jù)分析可知,12月17日在22號機(jī)組達(dá)到最低技術(shù)出力時(shí),21號機(jī)組雖然已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行但還未投入AVC控制,而省調(diào)AVC主站下發(fā)的電廠220 kV母線目標(biāo)電壓值及無功上下限是按并網(wǎng)機(jī)組的無功能力計(jì)算的,因此下發(fā)的指令已將21號機(jī)組的無功能力考慮在內(nèi)。而此時(shí)21號機(jī)組由于未參與AVC調(diào)節(jié),因此無功出力將維持不變,從而影響母線電壓的調(diào)節(jié)合格率。21號機(jī)組由于還未到最低技術(shù)出力,免于考核,但由于22號機(jī)組早就已經(jīng)達(dá)到了最低技術(shù)出力,因此將影響22號機(jī)組的AVC調(diào)節(jié)合格率。
因此,為提高AVC的調(diào)節(jié)合格率,在整個(gè)升壓站第一臺機(jī)組并網(wǎng)時(shí),AVC可在該機(jī)組到達(dá)最低技術(shù)出力前投入,但在第二臺機(jī)組要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),則該機(jī)組的AVC最好在并網(wǎng)后就立即投入,這樣可以使得新并網(wǎng)機(jī)組盡快提供無功出力支持,參與對母線電壓的調(diào)節(jié),從而保證母線電壓的調(diào)節(jié)合格率。在此之后新并網(wǎng)的機(jī)組參照第二臺機(jī)組執(zhí)行。
表1 AVC投退歷史記錄
基于實(shí)際調(diào)試及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對如何提高AVC系統(tǒng)的投入率和調(diào)節(jié)合格率,提出以下幾點(diǎn)建議:
(1)電廠AVC子站中220 kV母線電壓采樣要與RTU裝置送省調(diào)的母線電壓采樣同源,如均以采集AB相的線電壓為準(zhǔn),電廠AVC子站220 kV母線電壓實(shí)測值推薦通過AVC與RTU裝置通信獲得,以保證省調(diào)AVC主站與電廠AVC子站中參與邏輯運(yùn)算的母線電壓數(shù)值保持一致,而不建議送省調(diào)AVC主站由測控裝置采樣、送電廠AVC子站的由電壓變送器采樣。
(2)電廠AVC子站中的廠用母線電壓采樣宜采用電壓變送器或具有濾諧波功能的測控裝置,以避免因廠用母線電壓諧波對采樣造成跳變而導(dǎo)致AVC提前上調(diào)節(jié)或下調(diào)節(jié)閉鎖,從而影響AVC的調(diào)節(jié)合格率。
(3)合理選擇高壓廠變有載調(diào)壓的檔位。在AVC調(diào)節(jié)時(shí),應(yīng)將高壓廠變檔位置于“機(jī)端電壓額定值/廠用電壓額定值”檔,以保證廠用母線電壓、機(jī)組無功功率和機(jī)端電壓基本同步達(dá)到上調(diào)節(jié)或下調(diào)節(jié)閉鎖定值,從而最大程度地發(fā)揮機(jī)組參與AVC調(diào)節(jié)的能力,提高AVC的調(diào)節(jié)合格率。
(4)根據(jù)機(jī)組的容量及配置合理選擇AVC的無功分配策略。AVC廠家一般都會提供幾種不同的無功分配策略供電廠選擇,電廠需根據(jù)機(jī)組實(shí)際容量及運(yùn)行工況合理選擇無功分配策略,既保證每臺機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,又保證每臺機(jī)組的無功調(diào)節(jié)能力得到充分利用。
(5)RTU與AVC最好采用同一廠家的產(chǎn)品。調(diào)試過程中應(yīng)多模擬各類故障及可能出現(xiàn)的各種運(yùn)行工況,尤其是不同廠家設(shè)備之間的通信調(diào)試,比如確認(rèn)RTU與AVC之間的通信在掉電重啟后是否正常。
(6)盡量不采用KVM延長器。如主機(jī)與操作臺距離較遠(yuǎn)時(shí),可以采用在操作臺上增加一臺操作員站的方式。如確實(shí)需要采用KVM延長器,則應(yīng)將主機(jī)與操作臺顯示器距離控制在80 m以內(nèi),這樣KVM延長器之間可直接采用網(wǎng)線連接,采用網(wǎng)線連接的KVM延長器應(yīng)經(jīng)過市場考驗(yàn)并已廣泛應(yīng)用。
(7)合理選擇AVC投退時(shí)機(jī)。在保證機(jī)組安全運(yùn)行的情況下,待機(jī)組并網(wǎng)后,確認(rèn)機(jī)組各類參數(shù)在正常運(yùn)行范圍時(shí),即可投入AVC;在機(jī)組停機(jī)時(shí),待到達(dá)解列負(fù)荷,再退出AVC。AVC投入越早,退出越晚,越有利于提高AVC的投入率和調(diào)節(jié)合格率。
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[2]李傳波,段周朝,鄭衛(wèi)東.自動電壓控制系統(tǒng)AVC在華能玉環(huán)電廠的工程設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù),2009(11)∶73-76.
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(本文編輯:方明霞)
Problems in Application of AVC in Power Plant and the Countermeasures
GONG Kaikai
(Zhejiang Zheneng Zhenhai Power Generation Co.,Ltd.,Ningbo Zhejiang 315208,China)
The paper introduces configuration of AVC substation system in Xinhongkou power plant.In view of problem in commissioning and actual operation,the paper investigates problems and the solutions in terms of sampling deviation of AVC master station and substation,tap position of high-voltage auxiliary transformer,allocation strategy of reactive power,communication of AVC and RTU,KVM extender,switching time of AVC to improve the service rate and adjustment qualified rate of AVC.Furthermore,the paper proposes several operation and maintenance advices for AVC of the similar units.
AVC;RTU;configuration;reactive power allocation;strategy
TM762
B
1007-1881(2015)08-0034-04
2015-03-30
龔愷愷(1981),男,工程師,從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動裝置管理工作。