陸 巍 許其質(zhì)

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

國(guó)華定洲勵(lì)磁系統(tǒng)改造

陸 巍 許其質(zhì)

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

文章介紹了國(guó)華定洲電廠(chǎng)1#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改造的有關(guān)內(nèi)容，介紹新改造的勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)情況。

勵(lì)磁改造；國(guó)華定洲電廠(chǎng)；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)效果分析

1 前言

國(guó)華定洲電廠(chǎng)一期建設(shè)兩臺(tái) 600MW 亞臨界火力發(fā)電機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組分別于2004年4月、9月投入商業(yè)運(yùn)行，此次在1號(hào)機(jī)組和2#機(jī)組的大修改造增容改造期間，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)也進(jìn)行了整體改造。

2 改造前的勵(lì)磁系統(tǒng)概述

原1#、2#機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)為ABB的UNITROL5000系列，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器ER柜、滅磁電阻EE柜、滅磁開(kāi)關(guān)ES柜、5臺(tái)整流EG柜以及交流進(jìn)線(xiàn)EA柜組成。自2004年投入商業(yè)運(yùn)行，至今已有10多年之久，隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)和科技的飛速發(fā)展，電網(wǎng)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備要求也是越來(lái)越多，現(xiàn)有的勵(lì)磁系統(tǒng)目前主要存在以下問(wèn)題：

（1）UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)ARCNET總線(xiàn)承擔(dān)著勵(lì)磁系統(tǒng)控制以及狀態(tài)信號(hào)交換而且無(wú)冗余連接。由于總線(xiàn)接頭松動(dòng)或者干擾信號(hào)引起總線(xiàn)通信不正常，將會(huì)啟動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)事故停機(jī)，這是其影響機(jī)組運(yùn)行的重大安全隱患。

（2）人機(jī)交互界面顯示信息較少，不利于運(yùn)行人員檢查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

（3）備品備件價(jià)格高昂，采購(gòu)供貨周期長(zhǎng)，故障板件修復(fù)費(fèi)以及維護(hù)成本較高，無(wú)法做到及時(shí)供應(yīng)及時(shí)使用。同時(shí)隨著國(guó)外產(chǎn)品升級(jí)換代，配件的缺失和元器件老化的問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行的可靠性大大降低，嚴(yán)重威脅了機(jī)組以及電網(wǎng)安全。

（4）進(jìn)行單個(gè)整流柜試驗(yàn)時(shí)無(wú)法將各臺(tái)功率柜完全隔離，只能拆除各整流柜的連接銅排，增加了試驗(yàn)操作時(shí)的復(fù)雜程度。

基于以上問(wèn)題，在2015年1#、2#機(jī)組大修期間將勵(lì)磁系統(tǒng)整體更換為南瑞電氣控制分公司生產(chǎn)的NES6100勵(lì)磁系統(tǒng)。

3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù)

額定功率：630MW；額定電壓：20KV；

額定定子電流：20207A；額定功率因數(shù)：0.9；

額定勵(lì)磁電壓：424V；額定勵(lì)磁電流：4317A；

空載額定勵(lì)磁電壓：139V；空載額定勵(lì)磁電流：1480A。

4 改造后勵(lì)磁系統(tǒng)配置及性能特點(diǎn)

4.1 NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

國(guó)電南瑞從事勵(lì)磁產(chǎn)品的科研和生產(chǎn)已超過(guò)三十年，產(chǎn)品歷經(jīng)四代，NES6100調(diào)節(jié)器是目前最新一代產(chǎn)品，其采用的是分布式多處理器并行計(jì)算的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)管理、采樣管理、控制運(yùn)算等采用獨(dú)立處理器分工協(xié)作，每個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道所有組件均完全獨(dú)立，互不公用，互不干擾。保證一套調(diào)節(jié)器發(fā)生任意故障時(shí)不會(huì)影響其它調(diào)節(jié)器的正常工作，可實(shí)現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換，具有完善的控制邏輯和軟件功能，可靠性非常高。

（1）調(diào)節(jié)器硬件，采用三層硬件架構(gòu)，最底層由FPGA負(fù)責(zé) AD采樣控制、觸發(fā)脈沖生成、脈沖檢測(cè)、過(guò)流保護(hù)、雙套切換、頻率、相位、相序測(cè)量等高實(shí)時(shí)性的任務(wù)，時(shí)鐘頻率達(dá)100MHz；中間層B06 DSP負(fù)責(zé)AD采樣、實(shí)時(shí)控制、限制告警、雙套通訊等實(shí)時(shí)控制任務(wù)，任務(wù)周期達(dá)238us，加快了控制節(jié)拍，使控制模型更加接近理論模型，提高調(diào)節(jié)器的總體水平；上層B01 POWERPC負(fù)責(zé)對(duì)外通訊、錄波、變位記錄等功能；B02 DSP負(fù)責(zé)接收遠(yuǎn)方遙控、遙設(shè)等命令，根據(jù)工程實(shí)際需求，靈活組態(tài)順序控制邏輯。

（2）調(diào)節(jié)器功能，采用PID+PSS調(diào)節(jié)規(guī)律，通過(guò)設(shè)置可選擇并聯(lián)或者串聯(lián)PID、PSS2B和PSS4B功能?？刂品绞接须妷洪]環(huán)、電流閉環(huán)、恒無(wú)功、恒功率因數(shù)以及定角度，并且各控制方式實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。調(diào)節(jié)器具有低勵(lì)限制功能、過(guò)無(wú)功限制、過(guò)勵(lì)反時(shí)限制器、定子電流限制器、發(fā)電機(jī)過(guò)激磁限制、功率柜限制、最小勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制以及最大勵(lì)磁電流瞬時(shí)限制，其中過(guò)勵(lì)反時(shí)限限制器、定子電流限制器、過(guò)激磁限制器等，可以靈活設(shè)置反時(shí)限曲線(xiàn)，與保護(hù)配合、負(fù)荷網(wǎng)源協(xié)調(diào)要求；同時(shí)還具有以下保護(hù)功能，初次開(kāi)機(jī)異常保護(hù)功能、空載過(guò)電壓保護(hù)、PT斷線(xiàn)防誤強(qiáng)勵(lì)、低勵(lì)保護(hù)、過(guò)勵(lì)保護(hù)和過(guò)激磁保護(hù)，保證機(jī)組可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)，功能配置完善，靈活組合的裝置插件配置，多種對(duì)時(shí)方式選擇，完善的時(shí)間記錄功能，友好的人機(jī)界面，專(zhuān)業(yè)后臺(tái)調(diào)試工具，試驗(yàn)結(jié)果都可通過(guò)錄波進(jìn)行分析，故障、限制啟動(dòng)自動(dòng)錄波，具備故障限制開(kāi)入開(kāi)出等事件的記錄功能。

4.2 功率整流柜

1#機(jī)組配置了 5臺(tái)功率柜，每臺(tái)功率柜單柜輸出電流達(dá)到3000A，采用N+1冗余配置，保證機(jī)組在退出一臺(tái)功率柜后還能夠滿(mǎn)足強(qiáng)勵(lì)要求，退出兩臺(tái)功率柜能夠保證以額定電流的 1.1倍長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。功率柜配置帶鋁殼散熱器可控硅組件，每個(gè)組件串聯(lián)帶接點(diǎn)快熔，柜前設(shè)計(jì)快熔指示器，方便運(yùn)行人員檢查。采用雙窄脈沖和耐壓達(dá)到 15KV的脈沖變保證可控硅導(dǎo)通精確可靠。功率柜采用并行風(fēng)道強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計(jì)，雙風(fēng)機(jī)冗余配置，各臺(tái)風(fēng)機(jī)電源相互獨(dú)立，同時(shí)每臺(tái)風(fēng)機(jī)配有風(fēng)壓檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。溫控裝置檢測(cè)風(fēng)道溫度超過(guò)溫度設(shè)定值啟動(dòng)雙風(fēng)機(jī)并輸出報(bào)警信號(hào)。每臺(tái)功率柜配置分布式阻容吸收回路用來(lái)抑制交流側(cè)換相過(guò)電壓和尖峰過(guò)電壓。

4.3 滅磁以及轉(zhuǎn)子過(guò)壓保護(hù)

滅磁開(kāi)關(guān)采用HPB-82S型高速斷路器，轉(zhuǎn)子滅磁時(shí)通過(guò)NES5160電子跨接器回路和機(jī)械跨接器回路接入線(xiàn)性電阻消耗能量，雙回路的冗余配置保證滅磁電阻可靠接入。通過(guò)BOD過(guò)壓檢測(cè)回路接通ZNO閥片吸收轉(zhuǎn)子過(guò)電壓能量，同時(shí)也可在滅磁時(shí)吸收轉(zhuǎn)子能量。正常停機(jī)時(shí)采用逆變滅磁，降低開(kāi)關(guān)損耗，事故跳閘時(shí)采用跳滅磁開(kāi)關(guān)同時(shí)閉鎖脈沖的方式。

5 現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)試驗(yàn)效果分析

改造后動(dòng)態(tài)試驗(yàn)：短路升流試驗(yàn)；自動(dòng)升壓試驗(yàn)；逆變?cè)囼?yàn)；階躍試驗(yàn)；空載切換試驗(yàn)；滅磁時(shí)間常數(shù)；PT斷線(xiàn)試驗(yàn)；過(guò)勵(lì)限制試驗(yàn)；欠勵(lì)限制試驗(yàn)；負(fù)載切換試驗(yàn)；PSS試驗(yàn)。

舉例介紹如下：

5.1 階躍試驗(yàn)

機(jī)端調(diào)整至95%，在調(diào)試窗口輸入階躍量5%做上階躍試驗(yàn)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)并最終確定一組參數(shù)KP=60、KI=20、KD=1。在此參數(shù)下的±5%階躍響應(yīng)試驗(yàn)錄波見(jiàn)圖1，分析錄波曲線(xiàn)得到動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)，結(jié)果說(shuō)明調(diào)節(jié)器性能優(yōu)越。

圖1 電壓階躍試驗(yàn)

表1 階躍試驗(yàn)結(jié)果分析

5.2 切換試驗(yàn)

勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)空載狀態(tài)下進(jìn)行 A、B套相互切換試驗(yàn)，電流閉環(huán)以及電壓閉環(huán)相互切換試驗(yàn)，切換過(guò)程機(jī)端電壓無(wú)擾動(dòng)，試驗(yàn)波形見(jiàn)圖2。

圖2 電壓閉環(huán)切換試驗(yàn)

5.3 自動(dòng)升壓試驗(yàn)

調(diào)節(jié)器在等待狀態(tài)，投入起勵(lì)電源，按下“建壓”按鈕，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)升到額定機(jī)端電壓的 95%停止，超調(diào)量0%，自動(dòng)升壓波形見(jiàn)圖3。

圖3 自動(dòng)升壓試驗(yàn)

5.4 逆變?cè)囼?yàn)

發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓保持95%Ufn，按下“逆變”按鈕，逆變滅磁機(jī)端電壓降至0，逆變過(guò)程平穩(wěn)，見(jiàn)圖4。

圖4 逆變?cè)囼?yàn)

5.5 負(fù)載過(guò)勵(lì)試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，帶一定負(fù)荷，由于現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的限制，臨時(shí)修改過(guò)勵(lì)曲線(xiàn)的參數(shù)，并且手動(dòng)增磁至過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作，見(jiàn)圖5。

圖5 過(guò)勵(lì)限制試驗(yàn)

5.6 PSS試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷到額定功率的 90%以上，掃頻確定勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償?shù)南囝l特性，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)PSS-2A模型確定PSS參數(shù)，PSS的阻尼效果對(duì)比試驗(yàn)波形見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 不投PSS階躍試驗(yàn)

圖7 投入PSS階躍試驗(yàn)

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)華定洲1#機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造后，試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求，NES6100勵(lì)磁系統(tǒng)各項(xiàng)功能滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及電網(wǎng)要求，具有方便的人機(jī)界面，以及故障錄波功能，便于調(diào)試以及維護(hù)，同時(shí)備品備件采購(gòu)方便快捷，較國(guó)外設(shè)備具有一定優(yōu)勢(shì)。

[1] 南瑞電氣控制分公司.NES6100發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器用戶(hù)手冊(cè)[Z].南京:南瑞電氣控制分公司,2013.

[2] 劉為群,許和平.揚(yáng)州第二發(fā)電廠(chǎng)600MW機(jī)組自并激勵(lì)磁系統(tǒng)改造[C]. Csee中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)勵(lì)磁學(xué)術(shù)討論會(huì),2001.

The reform of excitation system in Guohua Dingzhou Power Plant

This article describes the related content Guohua Dingzhou Power Plant # 1 generator excitation system, introduce new technical features of the excitation system and dynamic test.

Reform of excitation system; Guohua Dingzhou Power Plant; analysis of test results

TM76

A

1008-1151(2016)07-0060-03

2016-06-10

陸巍，男，供職于國(guó)電南瑞科技股份有限公司，從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)方面的工作；許其質(zhì)，男，供職于國(guó)電南瑞科技股份有限公司，從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)方面的工作。