國(guó)能（福州）熱電有限公司 余文斌

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是電廠的重要系統(tǒng)，起到調(diào)節(jié)機(jī)端電壓、控制無功功率、提高并網(wǎng)機(jī)組電力穩(wěn)定性的重要作用。我公司為2臺(tái)600MW火電機(jī)組，投產(chǎn)時(shí)間已超過10年，勵(lì)磁系統(tǒng)故障率提高，并且隨著電網(wǎng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)要求的逐步提高，我廠勵(lì)磁系統(tǒng)AVR控制部分進(jìn)行了升級(jí)改造。我廠原勵(lì)磁系統(tǒng)為日本三菱MEC5000型勵(lì)磁系統(tǒng)，額定勵(lì)磁電壓為407V、額定勵(lì)磁電流為4145A，勵(lì)磁方式為自并勵(lì)方式，滅磁方式為交流滅磁。下面將從改造前的勵(lì)磁系統(tǒng)存在的問題、改造的實(shí)施過程、改造過程中故障處理、改造后主要改進(jìn)的控制功能來進(jìn)行論述。

改造前，我廠勵(lì)磁系統(tǒng)近兩年先后出現(xiàn)了CPU A板卡故障，電壓采樣模塊采樣值偏差大等控制系統(tǒng)故障。說明我廠勵(lì)磁控制系統(tǒng)運(yùn)行12年后板卡電子元器件出現(xiàn)老化，需要升級(jí)改造勵(lì)磁控制系統(tǒng)。但從成本考慮升級(jí)日本三菱控制系統(tǒng)價(jià)格高昂，通過與國(guó)內(nèi)多家勵(lì)磁系統(tǒng)廠家進(jìn)行討論后，認(rèn)為完全可以僅改造勵(lì)磁系統(tǒng)AVR控制部分，將勵(lì)磁系統(tǒng)可控硅整流、滅磁、起勵(lì)部分進(jìn)行保留，仍然為原日本三菱的設(shè)備。

1 改造的實(shí)施過程

通過公開招標(biāo)與南瑞繼保有限公司進(jìn)行合作，將勵(lì)磁系統(tǒng)AVR控制器由日本三菱MEC5000控制系統(tǒng)改造為南瑞PCS-9410控制系統(tǒng)。在改造過程中，主要將勵(lì)磁系統(tǒng)控制電源、控制模塊、脈沖信號(hào)、同步信號(hào)、開關(guān)量以及模擬量信號(hào)相關(guān)的盤柜、板卡、接線進(jìn)行了重新改造。在改造中發(fā)現(xiàn)有以下重點(diǎn)的注意事項(xiàng)：

重點(diǎn)要理順外部接口信號(hào)，其中定子和轉(zhuǎn)子電壓電流的采樣信號(hào)、增減磁指令、整流逆變指令、保護(hù)跳閘指令尤為重要。定子和轉(zhuǎn)子的電壓電流信號(hào)回路有的是勵(lì)磁系統(tǒng)專用的回路，有的是與其他裝置公用，例如我廠的第二組定子電流CT二次線與其他變送屏采樣回路串聯(lián)使用，不能直接封死，否則會(huì)影響其他設(shè)備投運(yùn)。勵(lì)磁系統(tǒng)增減磁指令與AVC系統(tǒng)、同期裝置、DCS控制等多個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，整流逆變指令、保護(hù)跳閘指令也與DCS控制、繼電保護(hù)裝置相關(guān)聯(lián)，十分重要。

與AVR控制柜相關(guān)的盤間的信號(hào)需要重新設(shè)計(jì)敷設(shè)，其中可控硅的脈沖信號(hào)至關(guān)重要、不能有誤。由于是將日本三菱以及南瑞繼保兩家不同的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行整合，需要結(jié)合兩家的圖紙，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制回路進(jìn)行重新配線。其中勵(lì)磁控制最主要的控制功能就是控制可控硅的開斷、調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，對(duì)于可控硅的脈沖控制回路一定通過小電流實(shí)驗(yàn)的方式，在勵(lì)磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子輸出端加上假負(fù)載，通過示波器觀察其輸出波形正確。

在控制回路的改造過程中，原有回路如不再使用一定要將電源回路拆除，否則有可能發(fā)生短路等安全事故，應(yīng)仔細(xì)核對(duì)。

在所有的改造現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，需要對(duì)所有的控制回路進(jìn)行調(diào)試，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行空載下的勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)。按照勵(lì)磁系統(tǒng)改造的相關(guān)要求，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行建模試驗(yàn)、PSS試驗(yàn)等一系列的涉網(wǎng)試驗(yàn)。最終改造勵(lì)磁系統(tǒng)AVR控制器后試驗(yàn)項(xiàng)目都已合格，并正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。

2 改造過程中故障處理

我廠可控硅整流部分采用標(biāo)準(zhǔn)n+1冗余模式設(shè)計(jì)，在改造后靜態(tài)調(diào)試過程中，通過小電流試驗(yàn)檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本控制功能、脈沖可靠觸發(fā)的能力、晶閘管完好性等。檢查同步信號(hào)回路的相序和相位,主要是看調(diào)節(jié)器的脈沖觸發(fā)是否正確,檢查晶間管功率橋均能可靠觸發(fā)，檢查晶閘管輸出波形。在做小電流分橋試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)第三組整流橋輸出波形不是標(biāo)準(zhǔn)波形，而且改變交流側(cè)輸入電壓與可控硅觸發(fā)角度、錄波數(shù)據(jù)不能正常顯示。

按照經(jīng)驗(yàn)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試初步判定為可控硅被擊穿。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)，晶閘管被擊穿，保險(xiǎn)機(jī)械回路中觸發(fā)告警的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)該彈出，觸發(fā)一組可控硅故障送至盤前提醒運(yùn)行人員，但在機(jī)組正常運(yùn)行期間系統(tǒng)未觸發(fā)任何報(bào)警信息。更換整個(gè)可控硅組件之后再次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)波形依舊是故障態(tài)波形，在經(jīng)過對(duì)整個(gè)可控硅整流模塊回路分解檢查后，發(fā)現(xiàn)故障整流模塊中的一個(gè)保險(xiǎn)兩端不導(dǎo)通，由此得出了故障原因：晶閘管被擊穿；保險(xiǎn)本身內(nèi)部已經(jīng)損壞，無法觸發(fā)可控硅故障告警。在更換保險(xiǎn)后再次試驗(yàn)，得到了標(biāo)準(zhǔn)波形。

圖1 脈沖觸發(fā)控制回路原理圖

3 改造后改進(jìn)的主要控制功能

我廠勵(lì)磁控制系統(tǒng)改造后，相較于原控制系統(tǒng)，在雙重化配置、勵(lì)磁限制功能、滅磁系統(tǒng)安全、人機(jī)界面數(shù)字化能力等幾個(gè)方面有了重大改進(jìn)。

在雙重化配置上，原日本三菱勵(lì)磁系統(tǒng)雖然各個(gè)控制板都是按照兩套系統(tǒng)進(jìn)行配置，但所有控制模塊卻公用一塊背板，存在較大的安全隱患。勵(lì)磁系統(tǒng)改造后采用了兩套完全獨(dú)立的控制裝置，沒有公共部分，極大的提高了設(shè)備的可靠性。

在勵(lì)磁系統(tǒng)的限制功能上，根據(jù)網(wǎng)源協(xié)調(diào)的配合要求，勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制、過勵(lì)限制、定子過流限制、V/Hz限制需分別與發(fā)變組保護(hù)的失磁保護(hù)、轉(zhuǎn)子過流保護(hù)、定子過流保護(hù)、過激磁保護(hù)進(jìn)行配合，以保證勵(lì)磁系統(tǒng)先于發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作前進(jìn)行限制，同時(shí)不能限制發(fā)電機(jī)的能力。日本三菱勵(lì)磁系統(tǒng)在定子過流限制和V/Hz限制上只能采用定時(shí)限方式，對(duì)于原勵(lì)磁系統(tǒng)，定子過流限制在1.1倍額定定子電流時(shí)限制動(dòng)作、動(dòng)作時(shí)間0秒，V/Hz限制在1.05倍定值時(shí)動(dòng)作、動(dòng)作時(shí)間0秒。而發(fā)變組保護(hù)對(duì)應(yīng)的定子過流保護(hù)、過激磁保護(hù)則為反時(shí)限方式，動(dòng)作值越大動(dòng)作時(shí)間越快。在勵(lì)磁系統(tǒng)改造后，定子過流限制和V/Hz限制都可以設(shè)置為反時(shí)限方式，到限制啟動(dòng)值后0秒動(dòng)作，且能與發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作曲線完美配合，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的控制能力。

在滅磁系統(tǒng)上，改造前后同為交流側(cè)滅磁。但在原來的勵(lì)磁系統(tǒng)中，停機(jī)時(shí)只能直接跳開勵(lì)磁系統(tǒng)交流側(cè)41E開關(guān)，轉(zhuǎn)子能量通過滅磁電阻進(jìn)行釋放。改造后正常停機(jī)時(shí)可以先選擇進(jìn)行逆變，將轉(zhuǎn)子能量回饋到交流側(cè)，然后再斷開勵(lì)磁系統(tǒng)交流側(cè)41E開關(guān)，降低了滅磁電阻需釋放的轉(zhuǎn)子能量，這對(duì)于滅磁電阻使用的壽命以及滅磁的安全性都得到了提高。

勵(lì)磁系統(tǒng)改造后數(shù)字化功能增強(qiáng)。新的勵(lì)磁系統(tǒng)采用windows系統(tǒng)的人機(jī)界面，增加了后臺(tái)監(jiān)控報(bào)警畫面，具有故障錄波的功能以及同步時(shí)鐘功能，便于運(yùn)行人員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視。例如勵(lì)磁系統(tǒng)在進(jìn)行增減磁操作時(shí)，在后臺(tái)畫面上對(duì)每次操作都進(jìn)行了詳細(xì)記錄，再結(jié)合同步時(shí)鐘系統(tǒng)，可以對(duì)發(fā)電機(jī)故障、AVC、同期裝置調(diào)試、故障分析等過程提供重要的分析數(shù)據(jù)。

綜上，本次勵(lì)磁系統(tǒng)改造是首次將日本三菱的MEC5000勵(lì)磁系統(tǒng)與南瑞繼保PCS-9410的AVR控制柜相融合，節(jié)約了成本，改造后各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均合格，設(shè)備投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定。改造后勵(lì)磁系統(tǒng)的控制得到了優(yōu)化，數(shù)字化能力提升，達(dá)到了原來預(yù)期的效果，圓滿完成了勵(lì)磁系統(tǒng)控制部分改造目的。