張彥凱，口樂明，智　勇（.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅　蘭州　730050；.華能發(fā)電責任有限公司，甘肅　平?jīng)觥?4403）

平?jīng)鲭姀S#3機勵磁系統(tǒng)切換異常分析研究

張彥凱1，口樂明2，智勇1
（1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050；2.華能發(fā)電責任有限公司，甘肅平?jīng)?44032）

華能平?jīng)鲭姀S#3發(fā)電機勵磁系統(tǒng)由A、B兩套組成且調(diào)節(jié)器可以運行在恒電壓、恒電流、恒功率因數(shù)3個通道，還配有備勵通道。在機組投運初期進行過電壓與電流通道切換，且兩個通道切換時各個監(jiān)控量數(shù)據(jù)正常平穩(wěn)。2014年#3機組大修后在做勵磁調(diào)節(jié)器雙套電壓通道切換備勵時，發(fā)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流、定子電流、無功功率劇烈擺動。經(jīng)過調(diào)取事故發(fā)生時的錄波圖形，通過詳細的理論分析，對勵磁調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行修正，成功解決了電壓通道與備勵通道不能切換問題。經(jīng)實踐證明，系統(tǒng)改造后電壓通道與備勵通道可以可靠切換，目前應用于#2、#3、#4機組。

勵磁系統(tǒng)；備勵；增磁；切換

0　引言

華能平?jīng)鲭姀S#3機組在2014年大修投入運行后，現(xiàn)場運行人員在測試電壓閉環(huán)通道切至備勵通道運行時，切換后出現(xiàn)發(fā)電機的無功、轉(zhuǎn)子電壓、定子電流大幅升高甚至頂表，運行人員在遠方、就地減磁無效果，給電廠安全生產(chǎn)埋下了隱患。

1　勵磁系統(tǒng)原理

平?jīng)鲭姀S#3機采用發(fā)變組單元接線方式，勵磁為交流勵磁機靜止不可控整流器勵磁系統(tǒng)，勵磁調(diào)節(jié)器為南瑞生產(chǎn)的NES6100型數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器［1］。該勵磁調(diào)節(jié)器是雙通道勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式采用的是PID+PSS控制。根據(jù)勵磁系統(tǒng)的組成、勵磁調(diào)節(jié)器制造廠家提供的控制原理和邏輯，可以形成#3機勵磁系統(tǒng)原理方框，如圖1所示。

圖1　NES6100型勵磁調(diào)節(jié)器AVR數(shù)學模型

圖1是AVR主調(diào)節(jié)通道，即電壓調(diào)節(jié)器通道有測量單元，串并聯(lián)比例、積分、微分校正單元。其中，Ut為發(fā)電機電壓，Uref為給定參考電壓。

靜態(tài)勵磁系統(tǒng)（常稱自并勵）如圖2所示，勵磁電源取自發(fā)電機機端。同步發(fā)電機的磁場電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流橋供給。勵磁變壓器將發(fā)電機端電壓降低到可控硅整流橋所需的輸入電壓，為發(fā)電機端電壓和磁場繞組提供電氣隔離以及為可控硅整流橋提供整流阻抗［2-3］。電壓閉環(huán)通道（AC）是測量發(fā)電機端電壓和電流與給定電壓形成的偏差，經(jīng)綜合放大、移相而改變可控硅的導通角，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓和無功補償達到給定水平。電流閉環(huán)通道（DC）即恒無功調(diào)節(jié)方式，是測量主勵磁機轉(zhuǎn)子電流信號與給定參量形成的偏差，該偏差信號經(jīng)放大后移相觸發(fā)可控硅，調(diào)節(jié)主勵轉(zhuǎn)子電流到整定水平，從而間接維持發(fā)電機勵磁電壓恒定［3-9］。

圖2　平?jīng)?3三機主勵磁系統(tǒng)

并網(wǎng)后，平?jīng)鲭姀S勵磁系統(tǒng)長期工作于電壓閉環(huán)方式，調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓和無功功率，從未運行于電流閉環(huán)方式。

平?jīng)鲭姀S#3機組的主勵磁系統(tǒng)與備勵組成的勵磁系統(tǒng)如圖3所示，其中AC為勵磁調(diào)節(jié)器的電壓閉環(huán)方式，DC為電流閉環(huán)方式。

2　勵磁系統(tǒng)運行工況及分析

2.1主勵切換備勵

在#3機組帶負荷210MW，A、B、C、D磨煤機運行，機組各參數(shù)運行穩(wěn)定，#3發(fā)變組A、B柜保護正常投入，勵磁系統(tǒng)正常運行（A套主套運行、B套從套運行）的情況下，運行值班員進行勵磁調(diào)節(jié)器與備勵并列運行操作。運行人員合備用勵磁出口開關2K，進行增磁操作，大約311s后，運行人員發(fā)現(xiàn)DCS監(jiān)控畫面勵磁系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)突變，立即在遠方對備勵及勵磁調(diào)節(jié)器進行減磁操作，無效果，隨后就地通過備勵控制屏進行減磁操作，也無效果，同時發(fā)現(xiàn)感應調(diào)壓器伺服電機已到低限位。1 075s后斷開2K開關，瞬間勵磁系統(tǒng)參數(shù)突減，調(diào)節(jié)至正常。

在本次通道切換過程中，360s左右勵磁調(diào)節(jié)器A、B套報：（1）綜合限制報警；（2）V/Hz限制報警；（3）過勵限制報警。1100s#3機組發(fā)變組保護A、B柜發(fā)“失磁保護I段”動作，延時1.5s，啟動廠用快切；廠用快切裝置A、B套動作：啟動方式“保護啟動”，出口動作為“跳工作、合備用”實現(xiàn)方式為“快速”。1 245s B一次風機跳閘，B空預器主電機跳閘，輔電機聯(lián)啟正常，撈渣機跳閘，A、C空壓機跳閘。

表1是各不同時間點發(fā)電機有功、無功、機端電壓、主勵電壓、主勵電流值。

表1　主勵切備勵不同時間點下參數(shù)

圖4是在進行勵磁調(diào)節(jié)器切換備勵時，在DCS畫面中各參數(shù)的變化趨勢。

圖4　平?jīng)?3機組DCS數(shù)據(jù)趨勢圖

從DCS趨勢圖中可以看出，在 300s～1 075 s之間，勵磁系統(tǒng)勵磁電流170A與40A之間頻繁波動，勵磁電壓在33 V與10V之間頻繁波動。

由于平?jīng)鲭姀S#3機組長期運行于電壓閉環(huán)通道，故本次主勵切換備勵是在電壓閉環(huán)通道下進行的，電流閉環(huán)通道下并未進行切換。

2.2事故原理分析

通過對#3機組勵磁回路DCS數(shù)據(jù)趨勢及調(diào)節(jié)器故障錄波趨勢進行分析，#3機備勵在與調(diào)節(jié)器A、B柜并入運行后，運行人員在DCS畫面對備勵增磁操作過激，致使#3勵磁調(diào)節(jié)器“最小勵磁電流限制”觸發(fā)（從圖4可以看到，主勵倒換到備勵過程中，勵磁電流不斷減小，直至20.3％，觸發(fā)了最小勵磁電流限制，由于最小勵磁電流限制器是高值門，瞬時動作，但是報動作信號有0.5s延時，當主環(huán)輸出高于最小勵磁電流限制時，會對定時器清零。調(diào)節(jié)過程中波動較厲害，一直未能滿足達到持續(xù)0.5s延時的條件，因此未報出最小勵磁電流限制動作信號，但是實際上已經(jīng)在起作用了），造成#3發(fā)電機無功突增、備勵的電流突增、調(diào)節(jié)器過勵限制動作、輸出參數(shù)反復越變。并且調(diào)節(jié)器程序設計有“最小勵磁電流限制”，如果備勵并入后，杜絕備勵電流急增情況發(fā)生，確保調(diào)節(jié)器至少接帶30％的勵磁電流。調(diào)節(jié)器程序設計未考慮與備勵并列運行時硬接點閉鎖問題，只是在參數(shù)設置中進行限制。若接帶電流太快，容易觸發(fā)“最小勵磁電流限制”功能，致使發(fā)電機過勵限制，調(diào)節(jié)器輸出參數(shù)急劇波動。在進行上述操作前，技術(shù)人員將調(diào)節(jié)器“最小勵磁電流限制”參數(shù)修改至0，備勵退出后再將其修改回原定值。

3　結(jié)論

發(fā)電機的主勵磁與備勵切換平穩(wěn)關系到發(fā)電機能否安全穩(wěn)定運行，本文的研究分析得出了平?jīng)鲭姀S#3機組主勵與備勵切換異常的原因，并分析出了提高主、備勵切換操作的方法。通過該方法，提高了#3機組主勵與備勵切換可靠性，使得大型火電機組勵磁系統(tǒng)主、備勵切換操作時機組各參數(shù)變化平穩(wěn)，避免了對機組及系統(tǒng)的沖擊，同時避免機組發(fā)生失磁跳機。本研究為今后類似電廠進行備勵并入操作提供實際經(jīng)驗，防止類似事故發(fā)生；同時為調(diào)節(jié)器廠家在程序設計中提供借鑒，可將切換過程各參考量控制在合理范圍內(nèi)，具有一定的研究價值和工程實際效益。

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圖2　實時監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面

3　結(jié)論

Vert.x具有的實時通信、全新的異步響應式工作模式和分布式Event Bus等特性，使其必將在實時系統(tǒng)開發(fā)中得到廣泛應用。與Node.js相比，Vert.x以其性能壓倒性的絕對優(yōu)勢，必將推動實時Web的飛速發(fā)展，進而引起Web領域顛覆性的革命，徹底淘汰以AJAX為主的Web2.0，引領新的Web發(fā)展趨勢。

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（收稿日期：2015-01-20）

作者簡介：

呂海東（1964），男，本科，副教授，主要研究方向：企業(yè)級應用架構(gòu)，工業(yè)過程監(jiān)控，機器學習，大數(shù)據(jù)應用，移動應用開發(fā)。

Abnormal analysis of Pingliang power plant#3 excitation system switch

Zhang Yankai1，Kou Leming2，Zhi Yong1
（1.Gansu Electric Power Research Institute，LanZhou 730050，China；
2.Huaneng Pingliang Power Plant，Pingliang 744032，China）

Huaneng Pingliang power plant#3 generator excitation system consists of A，B and sets consisting regulator can run at three channels induding a constant voltage，constant current and constant power factor，as well as spare excitation channel.In the early days operation of over-voltage and current channel switching were carried out，and during switching the two channels monitoring data were normal and stable.After 2014#3 overhaul，double sets of excitation voltage regulator channel switched to spare excitation channel，resulting in dramatic swing voltage generator rotor，rotor current，stator current，reactive power.After calling the recorded wave graphic when the accident occurred，through detailed theoretical analysis，the parameters of the excitation correction were adjusted，and the problem of switching was solved successfully.Practical experience proved that after reformed the transformation voltage channel and the spare excitation channel of the system can reliably switch，which currently are used in#2，#3，#4 units.

excitation system；spare excitation；increases excitation；switching

TM1

A

1674-7720（2015）12-0082-03

2015-01-18）

張彥凱（1984-），男，工學碩士，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。

口樂明（1974-），男，工學學士，高級工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護。

智勇（1972-），男，工學學士，高級工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)及繼電保護。