黃 銳，楊海學(xué)

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，我國(guó)的電力系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大機(jī)組、高電壓、大網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段。大容量的電源與網(wǎng)絡(luò)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在這種背景下，勵(lì)磁系統(tǒng)裝置在機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行中正體現(xiàn)出越來(lái)越重要的作用。它一方面是發(fā)電機(jī)組得以正常運(yùn)行的保證，一方面又擔(dān)負(fù)著整個(gè)電網(wǎng)中無(wú)功以及電壓調(diào)節(jié)的重任，所以，研究勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，是研究電網(wǎng)以及機(jī)組穩(wěn)定性的基礎(chǔ)條件。

沙河抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱沙河電站）位于江蘇省溧陽(yáng)市天目湖鎮(zhèn)境內(nèi)，電站裝機(jī)容量100 MW，按日調(diào)節(jié)運(yùn)行。沙河電站1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)于2013年完成國(guó)產(chǎn)化升級(jí)改造，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，操作次數(shù)的增加，設(shè)備穩(wěn)定性下降逐漸顯現(xiàn)，近兩年發(fā)生的勵(lì)磁故障多與此原因有關(guān)。2021年，結(jié)合1號(hào)機(jī)組擴(kuò)大性A級(jí)檢修，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)再次進(jìn)行升級(jí)改造，將RCS-9410型調(diào)節(jié)器整體升級(jí)為PCS-9410型調(diào)節(jié)器。本文通過(guò)對(duì)沙河電站勵(lì)磁系統(tǒng)的涉網(wǎng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，采集到發(fā)電機(jī)以及勵(lì)磁系統(tǒng)的模型特征及其動(dòng)態(tài)特性的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算以及仿真校核，對(duì)涉網(wǎng)性能進(jìn)行分析和計(jì)算，檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的控制準(zhǔn)確度。

1 發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁變參數(shù)

沙河電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)形式為自并勵(lì)勵(lì)磁方式。其發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變參數(shù)如表1：

表1 發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變參數(shù)表

沙河電站勵(lì)磁系統(tǒng)為南瑞繼保公司提供的PCS-9400設(shè)備，勵(lì)磁電源取自主變低壓側(cè)，主要由交流進(jìn)線柜、滅磁柜、可控硅整流柜、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜組成。調(diào)節(jié)器采用雙通道，分為A、B通道，互為備用。

2 零起升壓試驗(yàn)

將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PCS-9400的A、B通道切至就地控制，置“正?！杯h(huán)（電壓環(huán)）或“手動(dòng)”環(huán)（電流環(huán)）運(yùn)行，就地發(fā)投勵(lì)令，通過(guò)就地增磁進(jìn)行手動(dòng)零起升壓，機(jī)端電壓在10%～110%UGN范圍內(nèi)可穩(wěn)定平滑調(diào)節(jié)，記錄發(fā)電機(jī)空載額定工況下的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)同步補(bǔ)償角、計(jì)算角度擬合系數(shù)、靜態(tài)均流角進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。

表2 記錄數(shù)據(jù)

3 發(fā)電機(jī)空載電壓5%階躍響應(yīng)試驗(yàn)

（1）發(fā)電機(jī)空載5%階躍響應(yīng)試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)，主要檢驗(yàn)勵(lì)磁動(dòng)態(tài)條件品質(zhì)，是在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個(gè)階躍量，測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化，其電壓超調(diào)量和振蕩次數(shù)應(yīng)該滿足規(guī)程規(guī)范要求。

試驗(yàn)情況：維持發(fā)電機(jī)端電壓在95%UGN，在電壓閉環(huán)控制方式下，由調(diào)節(jié)器本地命令界面上發(fā)出命令，做電壓5%上下階躍響應(yīng)試驗(yàn)。

圖1 5%階躍響應(yīng)試驗(yàn)波形

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)，直到時(shí)域響應(yīng)符合要求，最終PID參數(shù)整定如表3。

表3 PID參數(shù)整定

最終時(shí)域響應(yīng)效果如表4。（2）功率柜單橋投/退試驗(yàn)

表4 時(shí)域響應(yīng)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置正常運(yùn)行，發(fā)電機(jī)電壓維持在100%UGN，選擇一個(gè)功率橋，投入定值切脈沖軟壓板，切除觸發(fā)脈沖，觀察單橋退出時(shí)，其它整流橋輸出全部勵(lì)磁電流，整流橋總輸出勵(lì)磁電流不變，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)波動(dòng)。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置正常運(yùn)行，功率橋有一橋退出運(yùn)行，發(fā)電機(jī)電壓維持在100%UGN，退出定值切脈沖軟壓板，投入觸發(fā)脈沖，觀察單橋投入時(shí)，其它整流橋部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至該橋，整流橋輸出總勵(lì)磁電流不變，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)波動(dòng)。

（3）伏-赫茲限制試驗(yàn)

先退出伏-赫茲限制軟壓板，將伏-赫茲限制定值改低，一般改為1.02倍和0.1 s，再投入伏-赫茲限制軟壓板，就地增加發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，直到伏-赫茲限制動(dòng)作，限制動(dòng)作正確。

表5 伏-赫茲限制試驗(yàn)

（4）空載最大勵(lì)磁電流限制試驗(yàn)

先退出最大勵(lì)磁電流限制軟壓板，將空載最大勵(lì)磁電流限制定值整定為略高于當(dāng)前機(jī)組的勵(lì)磁電流值，再投入最大勵(lì)磁電流限制軟壓板，就地增加勵(lì)磁電流直到最大勵(lì)磁電流限制動(dòng)作，限制動(dòng)作正確。

表6 空載最大勵(lì)磁電流限制試驗(yàn)

（5）PT斷線試驗(yàn)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A套為主、B套為從正常運(yùn)行，模擬A套PT斷線，A套裝置切換至電流環(huán)并將進(jìn)行主從切換，切換過(guò)程中勵(lì)磁電流無(wú)波動(dòng)，切換后發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；A套PT斷線恢復(fù)后，再模擬B套斷線，此時(shí)B套裝置切換至電流環(huán)并將進(jìn)行主從切換，試驗(yàn)正常。

4 發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗(yàn)及并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)

（1）發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)逆變滅磁試驗(yàn)一般在A修后開機(jī)時(shí)進(jìn)行，目的是檢查發(fā)電機(jī)滅磁性能的好壞，防止轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生過(guò)電壓。具體做法是將發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓后，拉開勵(lì)磁開關(guān)，測(cè)量定子電壓下降至一定值時(shí)所需要的時(shí)間，與制造廠提供的曲線或上次試驗(yàn)記錄相比較，檢查發(fā)電機(jī)滅磁性能的好壞。

試驗(yàn)情況：將發(fā)電機(jī)維持在額定機(jī)端電壓10.5 kV，向勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置發(fā)出逆變命令，記錄發(fā)電機(jī)逆變滅磁波形。試驗(yàn)波形如圖2所示，計(jì)算得出逆變滅磁時(shí)間常數(shù)為0.785 s。

圖2 發(fā)電機(jī)逆變滅磁波形

（2）并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接受同期裝置發(fā)來(lái)的增減磁命令調(diào)整機(jī)端電壓，當(dāng)達(dá)到并網(wǎng)條件后同期裝置發(fā)并網(wǎng)開關(guān)合閘令，當(dāng)并網(wǎng)開關(guān)合閘后發(fā)電機(jī)進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，檢查發(fā)電機(jī)定子CT的極性，校驗(yàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置測(cè)量的電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、勵(lì)磁電流采樣的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)果正常。

（3）負(fù)載切換（A/B通道切換）試驗(yàn)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置均正常，A通道為主運(yùn)行，B通道為從運(yùn)行，進(jìn)行A通道切換至B通道操作，切換過(guò)程穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)；B通道為主運(yùn)行，A通道為從運(yùn)行，進(jìn)行B通道切換至A通道操作，整個(gè)切換過(guò)程穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)正常。

（4）電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗(yàn)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行正常，置電壓閉環(huán)運(yùn)行，進(jìn)行電壓環(huán)切換至電流閉環(huán)操作，切換過(guò)程穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)；置電流閉環(huán)運(yùn)行，進(jìn)行電流環(huán)切換至電壓閉環(huán)操作，切換過(guò)程穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)正常。

5 過(guò)勵(lì)磁和欠勵(lì)磁限制試驗(yàn)

為驗(yàn)證勵(lì)磁系統(tǒng)過(guò)勵(lì)磁和欠勵(lì)磁限制功能的正確性，進(jìn)行限制試驗(yàn)。試驗(yàn)方法為修改定值，驗(yàn)證限制邏輯的正確性。

（1）過(guò)勵(lì)限制：先退出無(wú)功功率過(guò)勵(lì)限制軟壓板，將無(wú)功功率過(guò)勵(lì)限制定值整定為稍高于當(dāng)前無(wú)功功率值，動(dòng)作時(shí)間整定為1 s，再投入無(wú)功功率過(guò)勵(lì)限制軟壓板，就地發(fā)出增磁命令，增加發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，直到無(wú)功功率過(guò)勵(lì)限制動(dòng)作，檢查限制動(dòng)作是否正確，試驗(yàn)波形見圖3。

表7 過(guò)勵(lì)限制試驗(yàn)

圖3 過(guò)勵(lì)磁限制波形

（2）欠勵(lì)限制：先退出無(wú)功功率低勵(lì)限制軟壓板，將無(wú)功功率低勵(lì)限制定值整定為稍低于當(dāng)前無(wú)功功率值，再投入無(wú)功功率低勵(lì)限制軟壓板，就地發(fā)出減磁命令，降低發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，直到無(wú)功功率低勵(lì)限制動(dòng)作，檢查限制動(dòng)作是否正確，試驗(yàn)波形如圖4。

表8 欠勵(lì)限制試驗(yàn)

圖4 欠勵(lì)磁限制波形

6 結(jié)語(yǔ)

抽水蓄能機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)于電網(wǎng)整體的安全穩(wěn)定至關(guān)重要，而電網(wǎng)所能夠提供的穩(wěn)定環(huán)境對(duì)于機(jī)組本身的安全也不可或缺。勵(lì)磁系統(tǒng)性能是發(fā)電機(jī)組得以正常運(yùn)行的保證，又是整個(gè)電網(wǎng)中無(wú)功以及電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的保證。本文主要闡述了沙河電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)修后動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的過(guò)程，檢驗(yàn)了發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的控制準(zhǔn)確度，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。。