鄧 耀
(1.五凌電力有限公司洪江電廠,湖南 懷化 418200;2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410004)
自并勵(lì)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是從半導(dǎo)體分立元件向集成化固體組件發(fā)展,換而言之是從模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器向數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器方向發(fā)展。國產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以劃分為半導(dǎo)體模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、微機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和混合式微機(jī)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器三大類。其中微機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分包括主機(jī)和外圍設(shè)備,如接口電路,模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量的輸入輸出通道和電源等,如果是雙微機(jī)、雙通道,則還包括雙機(jī)檢測(cè)切換及其通信連線;軟件部分包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。應(yīng)用軟件包括主程序和調(diào)節(jié)控制程序,系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序,對(duì)程序的編寫、調(diào)試、修改和運(yùn)行監(jiān)控等功能是由系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。
洪江電廠位于懷化市洪江區(qū)境內(nèi),電廠采用燈泡貫流機(jī)組,安裝6臺(tái)單機(jī)45 MW的燈泡貫流式機(jī)組,總裝機(jī)容量為270 MW,采用兩機(jī)一變接線方式,投產(chǎn)時(shí)為國內(nèi)單機(jī)容量最大燈泡貫流式機(jī)組。洪江電廠6臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)為數(shù)字式自并激靜止可控硅勵(lì)磁,其系統(tǒng)具體由勵(lì)磁變壓器、功率整流裝置、數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、交、直流勵(lì)磁電纜、輔助單元、起勵(lì)裝置、勵(lì)磁控制、保護(hù)裝置、變送器、電流電壓互感器等組成。自2003年投產(chǎn)以來,勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間太久,設(shè)備老化嚴(yán)重,近年來故障頻發(fā),開機(jī)過程多次出現(xiàn)過勵(lì)限制器動(dòng)作、建壓失敗等問題,只能采取切換通道后再次開機(jī)至空載,嚴(yán)重影響勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。為徹底消除以上缺陷,確保主設(shè)備安全,2018年、2021年洪江電廠分別完成1、2號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器升級(jí)改造,由ABB生產(chǎn)的UNNITROL5000換型為廣州擎天EXC9200型全數(shù)字式勵(lì)磁系統(tǒng)。其系統(tǒng)采用分布式控制架構(gòu),觸摸式帶閉鎖顯示屏,現(xiàn)地操作按鈕更為靈活,人機(jī)交互界面更為友好。改造后該勵(lì)磁系統(tǒng)順利投入運(yùn)行,運(yùn)行良好,且操作簡便,便于運(yùn)行與維護(hù)。
表1 勵(lì)磁系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
續(xù)表1
EXC9200勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器是具有多通道冗余能力的系統(tǒng),系統(tǒng)可配置為雙通道冗余或三通道冗余,通道間的切換基于優(yōu)先級(jí)方式,極大提高系統(tǒng)可工作性能,最大限度的降低勵(lì)磁裝置的強(qiáng)迫退出運(yùn)行的概率。系統(tǒng)基于高性能計(jì)算機(jī)平臺(tái),其核心控制單元采用高性能CPU為主處理器,大容量FPGA 芯片為協(xié)處理器,組成多CPU的高速實(shí)時(shí)采樣和處理系統(tǒng)。主處理器采用 RISC 架構(gòu),用于完成復(fù)雜邏輯控制、復(fù)雜運(yùn)算和通信。大容量FPGA 內(nèi)部集成RAM 和多路 DSP,用于多單元并行浮點(diǎn)運(yùn)算,進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。
EXC9200型勵(lì)磁系統(tǒng)采用分布式控制方式,各控制板件具備CAN總線能力,或光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信能力。系統(tǒng)內(nèi)部通信互連方式可以采用CAN總線互連方式和光纖通信互連方式;系統(tǒng)內(nèi)部具有兩種CAN總線,一種是調(diào)節(jié)器及開入開出板的連接采樣專用CAN總線,另一種是調(diào)節(jié)器與其他控制板件間進(jìn)行信息交互的系統(tǒng)CAN總線;系統(tǒng)內(nèi)部光纖通信互連采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式,各控制板件的信息(不包括脈沖信號(hào))通過光纖信息交互控制板進(jìn)行通信,增加電磁抗干擾能力,提高系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
洪江電廠原有的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為ABB公司生產(chǎn)的UNITROL5000,此次對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜整體進(jìn)行了更換,并涉及到滅磁開關(guān)柜、功率柜內(nèi)的輔助設(shè)備拆除和相關(guān)板件安裝。改造前勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜有COB板件、MUB板件、FIO板件、通信適配器、變送器及跳閘繼電器;滅磁開關(guān)柜有過壓保護(hù)單元、FIO板、非線性電阻、滅磁開關(guān)、轉(zhuǎn)子電壓采集單元、他勵(lì)起勵(lì)單元、非線性電阻;勵(lì)磁功率柜有阻熔保護(hù)單元、快熔保護(hù)單元、GDP顯示屏、整流器接口板、門驅(qū)接口、測(cè)溫探頭。
由于在機(jī)組檢修期間進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改造,機(jī)組保護(hù)裝置處于檢修狀態(tài):①確保保護(hù)裝置電氣二次安全措施已布置,確保CT不開路,PT不短路;②拉開勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、滅磁開關(guān)直流控制電源和發(fā)電機(jī)交流起勵(lì)電源,確保工作范圍內(nèi)設(shè)備停電;③由于改造需拆除原柜內(nèi)加熱器,由智能功率柜自動(dòng)控制啟動(dòng)散熱風(fēng)扇,開機(jī)過程自動(dòng)啟勵(lì)磁變風(fēng)機(jī),所以需要拉開勵(lì)磁柜頂風(fēng)扇、加熱器和勵(lì)磁變散熱風(fēng)機(jī)電源;④拉開滅磁開關(guān)柜、勵(lì)磁功率柜內(nèi)保險(xiǎn),解開滅磁開關(guān)柜內(nèi)至轉(zhuǎn)子側(cè)的電纜和勵(lì)磁電源柜內(nèi)至勵(lì)磁變低壓側(cè)的電纜,確保勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)都有斷開點(diǎn)。
現(xiàn)場(chǎng)施工方案要從組織措施、安全措施、危害辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防范措施三個(gè)方面做好充分的準(zhǔn)備,制定切實(shí)可行的施工方案。組織措施上制定具體人員名單,包括安全監(jiān)督人員和現(xiàn)場(chǎng)施工人員,確保人身設(shè)備安全和現(xiàn)場(chǎng)文明施工;安全措施上確保電氣二次安全措施布置到位,同機(jī)組保護(hù)裝置處于檢修狀態(tài),做好與運(yùn)行設(shè)備的隔離;危害辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防范措施上列出作業(yè)的具體風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),包括改造施工和調(diào)試試驗(yàn)階段,并制定針對(duì)性的控制措施。
具體施工內(nèi)容包括:
(1)將原ABB勵(lì)磁調(diào)節(jié)器UNITROL5000整體換型為廣州擎天有限公司生產(chǎn)的EXC9200型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。
(2)功率柜內(nèi)6只霍爾變送器、2塊功率柜控制板、2塊脈沖變板及2個(gè)智能操作屏安裝。
(3)滅磁柜內(nèi)控制板及BOD板安裝。
(4)勵(lì)磁變溫控器安裝及調(diào)試。
(5)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試及涉網(wǎng)試驗(yàn)。
具體施工步驟為:新勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器裝置及配套板件到貨驗(yàn)收→原勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器及功率柜板件、滅磁開關(guān)柜板件拆線→原勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器及功率柜板件、滅磁開關(guān)柜板件拆除→新勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器及功率柜板件、滅磁開關(guān)柜板件安裝→新裝置外部回路接線及內(nèi)部回路對(duì)接→勵(lì)磁變溫控器安裝及接線→上電調(diào)試及涉網(wǎng)試驗(yàn)→完成工程驗(yàn)收。
將舊勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)部電纜全部拆除并用絕緣膠帶分別包好,拆除二次回路接線時(shí)做好標(biāo)簽記號(hào),各電纜的型號(hào)及用途要標(biāo)注清楚,標(biāo)簽粘貼要牢固,便于新裝置外部回路接線及內(nèi)部回路對(duì)接;電纜拆除時(shí)禁止用力拖拽電纜,拆除后保持其自然狀態(tài),并做好保護(hù)措施;將柜內(nèi)元器件如勵(lì)磁調(diào)節(jié)器本體、電源模塊、電源濾波器、出口繼電器、變送器等拆除后用真空袋包好,做好記號(hào);最后拆除舊調(diào)節(jié)柜面板,注意屏柜搬運(yùn)時(shí)防止屏柜拆除過程中刮傷屏柜內(nèi)電纜絕緣層,先將動(dòng)力電纜和信號(hào)電纜分類綁扎好后緩慢放入電纜溝內(nèi),進(jìn)行裝置內(nèi)外接線對(duì)接時(shí)拖出電纜。
新勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜安裝調(diào)整完成后,先安裝好勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的摩爾電源,再按照相關(guān)板件安裝配置圖,將功率柜接口板件及滅磁開關(guān)柜板件進(jìn)行安裝,將新的顯示裝置嵌入屏柜;脈沖變壓器板、直流變送器板、COB板等元器件也按照安裝配置圖要求進(jìn)行牢固安裝。最后進(jìn)行新裝置外部回路接線及內(nèi)部回路對(duì)接時(shí),要嚴(yán)格按照外部設(shè)計(jì)圖紙來進(jìn)行接線,接線號(hào)碼管清晰可靠,接線號(hào)碼管標(biāo)明兩側(cè)標(biāo)示,備用芯用膠布單根包好拉直,接線完畢后由進(jìn)行核對(duì)檢查接線正確無誤。
在勵(lì)磁變柜門上安裝勵(lì)磁變溫控器,確保安裝牢固可靠,按照勵(lì)磁變壓器溫控器接線圖接線,如圖1所示。電纜兩端采用專用屏蔽線接地,防止干擾,并標(biāo)明回路,配備標(biāo)示牌,注明電纜規(guī)格、走向及用途。此次增加溫度高報(bào)警和過高報(bào)警兩組信號(hào)至監(jiān)控系統(tǒng),便于運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變壓器運(yùn)行溫度異常。
圖1 勵(lì)磁變溫控器接線圖
(1)檢查主回路電纜、銅排連接正確及螺釘安裝緊固,柜間連接線的正確。
(2)檢查插件、板卡及其它元器件安裝位置的正確性,各智能板跳線碼和撥碼開關(guān)位置正確。(3)檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及相關(guān)接口板件接線正確。(4)檢查TA端子和TV端子,確保TA不開路、TV不短路。
(5)用500 V兆歐表測(cè)量設(shè)備的帶電部分與金屬殼間的絕緣電阻應(yīng)大于5 MΩ,有特殊要求的,應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定;測(cè)量CAN總線的電阻值應(yīng)為60 Ω左右。
(6)系統(tǒng)內(nèi)所有電源設(shè)備的開關(guān)均應(yīng)處于關(guān)閉的位置。
(1)合上電源斷路器,給裝置通電,檢查調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)器人機(jī)界面顯示屏、智能I/O板、MC板、勵(lì)磁電流檢測(cè)板、開關(guān)量板、功率柜智能板、功率柜脈沖板、滅磁柜智能板、滅磁柜變送器板上電運(yùn)行是否正常,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無告警信息。
(2)進(jìn)行操作回路與信號(hào)模擬檢查,對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)外部輸入信號(hào)、勵(lì)磁系統(tǒng)開入及開出信號(hào)、勵(lì)磁系統(tǒng)其它信號(hào)、PMU信號(hào)進(jìn)行檢查,與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)定義核對(duì)。
(3)檢查無異常后,將核算后的相關(guān)定值參數(shù)輸入勵(lì)磁裝置,確保參數(shù)固化成功并設(shè)置修改閉鎖。
根據(jù)調(diào)試試驗(yàn)方案和電力行業(yè)相關(guān)試驗(yàn)內(nèi)容及項(xiàng)目進(jìn)行了勵(lì)磁裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。內(nèi)容包括:勵(lì)磁設(shè)備元器件完整性檢查、設(shè)備絕緣水平測(cè)試、模擬量校準(zhǔn)測(cè)試試驗(yàn)、小電流試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)升壓、開環(huán)常規(guī)試驗(yàn)、空載閉環(huán)試驗(yàn)和負(fù)載閉環(huán)試驗(yàn);此外根據(jù)DL/T 1870-2018《電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行了勵(lì)磁相關(guān)涉網(wǎng)試驗(yàn),包括勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)和PSS參數(shù)整定及投入效果驗(yàn)證試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均合格,可以投運(yùn)。
洪江電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)器升級(jí)改造完成投運(yùn)至今運(yùn)行良好,通過這段時(shí)間安全穩(wěn)定運(yùn)行,證明此次改造明顯提升了洪江電廠機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,表現(xiàn)在以下6個(gè)方面:
(1)開機(jī)過程未出現(xiàn)起勵(lì)不成功事件,監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到95%后向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出投入勵(lì)磁令,勵(lì)磁系統(tǒng)接到投入勵(lì)磁令后自動(dòng)合上滅磁開關(guān),進(jìn)入起勵(lì)建壓過程。
(2)勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行中,功率柜冷卻風(fēng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)、停止控制,并且雙功率柜智能均流功能使勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行溫度較之前單功率柜運(yùn)行明顯降低。
(3)人機(jī)界面操作進(jìn)一步優(yōu)化,設(shè)有操作密碼和功能閉鎖,增減磁、分合滅磁開關(guān)現(xiàn)地操作更為簡便,便于運(yùn)行與維護(hù)。
(4)勵(lì)磁系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換,監(jiān)控系統(tǒng)可以通過CAN總線和光纖通信兩種方式接收勵(lì)磁系統(tǒng)的狀態(tài)信息和故障信息,同時(shí)勵(lì)磁智能I/O板拓展了B碼對(duì)時(shí)等擴(kuò)展功能,能與監(jiān)控系統(tǒng)GPS進(jìn)行對(duì)時(shí),便于相關(guān)事件記錄和信號(hào)動(dòng)作的時(shí)效性。
(5)通過勵(lì)磁繼電器拓展板開出AVR狀態(tài)、PSS狀態(tài)、和勵(lì)磁限制器動(dòng)作信號(hào)等關(guān)鍵勵(lì)磁信號(hào)給PMU同步相量測(cè)量裝置,另外開出AVR電壓給定、PSS輸出信號(hào)、UK電壓輸出值模擬量信號(hào),便于電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。
(6)根據(jù)勵(lì)磁涉網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果修改了PSS參數(shù),以達(dá)到改善機(jī)組及系統(tǒng)的阻尼,提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定及安全運(yùn)行。