飞云江珊溪水电厂励磁调节器技术改造

刘保红，师耀宏

（1.浙江珊溪经济发展有限责任公司，浙江 温州 325300；2.珊溪水力发电厂，浙江 文成 325304）

0 引言

珊溪水电厂位于浙江省温州市文成县境内的飞云江上，共安装4 台混流式水轮发电机组，总装机容量200 MW，年平均发电量3.55 亿kWh。 该水电厂首台机组于2000 年6 月并网发电，出线由220 kV 电压等级接入华东电网， 在华东电网中起调峰、调相和紧急事故备用等作用。

珊溪水电厂原励磁调节器是广州电器科学研究所生产的LTW6200 型3 通道励磁调节器，励磁系统未安装电力系统稳定器(PSS)。 随着设备老化，励磁调节器多次发生故障，造成3#机两次停机。 为确保机组和电网的安全运行，满足华东电网对机组的并网安全要求， 该厂于2010 年4 月决定对3#机组励磁调节器进行改造，即用广州电器科学研究所生产的EXC9000 型全数字式静态励磁调节器代替原励磁调节器。

1 EXC9000 励磁调节器新增特点

1.1 调节器软硬件

改造后的励磁调节器新增了PSS， 测量板新增数字信号处理器 (IXSP)。 EXC9000 型励磁系统中PSS 是一个标准软件，采用加速功率作反馈信号，克服了无功“反调”问题。 新增IXSP 可实现交流采样和PSS 功能，主CPU 可随时读取DSP 板的数据或运算结果。

1.2 调节器功能

调节器采用PID+PSS 控制模式，新增FCR 调节器功能、恒无功／功率因数附加调节等功能。 PSS 附加控制有效地抑制电力系统低频振荡。 DSP 芯片用于交流采样，与主CPU 进行数据交换，可实现残压起动。调节器直观地显示励磁系统的运行工况，可做现场调试工具，实现智能化调试。

1.3 功率柜整流桥功能

珊溪水电厂采用两个FJL 型整流柜并联，每个整流的三相全控整流桥采用两桥并联输出，当其中一个整流桥退出运行时，励磁装置仍能保证发电机在额定工况下运行。 整流桥过压保护接入压敏电阻，可吸收交流侧过电压。 整流桥可控硅在启动时采用全开放控制角，可实现残压启动，为机组零起升压、主变压器大修后的零启动实验和黑启动提供支持。

2 EXC9000 型励磁调节器的安装调试

2.1 EXC9000 型励磁调节器开环试验

切断、直流电源及灭磁开关，拆除PT 接线，确保设备不会带电。 三相调压器主边经开关向厂内供电， 副边整流桥与PT 端子并接。 将调压器调至零位，并标记调压器允许位置。

（1）模拟R631 信号动作值检查。 R631 信号动作值（PT 电压）为12.7 V, 返回值（PT 电压）为12.1 V。

（2）R632 信号（40%电压）电压对应的实际值。R632 信号动作值（PT 电压）为42.0 V，返回值（PT电压）为39.6 V。

（3）自动调节特性检查。 不改变给定，A、B 通道控制信号应能随PT 电压的升降而升降；C 通道控制信号不随PT 电压变化。 不改变PT 电压、增减磁时，控制信号及α 角与之成反比。

（4）整流桥输出波形检查。 分别置于A、B、C 通道，各个整流桥输出波形正常（每周期6 个波头，基本一致），增减调节变化连续，无突变现象。 试验时，C 通道采用恒控制角模式 （用跳线码短接模拟量板上JP1）。 试验完成，取出模拟量板JP1 上的跳线码。

（5）逆变去磁失败试验。 接受逆变命令10 s 后，发电机电压未小于10%额定值， 则逆变去磁失败，灭磁开关自动跳闸，相应的报警信号正确输出。

（6）分去磁开关切脉冲检查。 把开关量板上的QFG 端子线接好，确认灭磁开关无脉冲输出。

（7）通道自动切换试验。 调节器运行于A 通道时，分别模拟PT 断相、电源故障（指微机通道5V 电源故障）和调节器故障，可以自动切换到B 通道或C通道。 调节器运行于B 通道时，分别模拟以上故障，均自动切换到C 通道。

经过以上各项试验， 检验了励磁调节器的同步、移相、触发和晶闸管控制触发性能，并根据机端电压给定的范围、步长和速度自动变化，在每一点自动检测励磁调节器的输出（直流电压或触发脉冲角度），计算出每一点的开环放大倍数，得到被测励磁调节器的输入输出特性和开环放大倍数。 试验还检验了晶闸管控制触发性能、晶闸管整流装置输出能力，并对晶闸管的输出波形进行检查。 输出波形为对称不缺相的6 波头，且随给定大小的变化（按增磁或减磁），波形从最小到最大平滑变化，不失控。对试验结果进一步比对与分析，验证功率整流柜的参数及大电流工况下的温升参数，初步验证了励磁调节器系统工作可行性和回路的正确性。

2.2 EXC9000 型励磁调节器空载闭环试验

2.2.1 逆变试验

分别在3 个通道检查手动逆变和自动逆变。 试验结果为，励磁调节器在自动闭环调节状态发出逆变控制命令，励磁调节器立即进行逆变。α 角由工作控制角跳变到逆变控制角。 3 个通道检查手动逆变和自动逆变均正常。

2.2.2 阶跃试验

检验励磁系统的动态性能，试验数据如表1 所示。

表1 阶跃试验数据Table 1 step test data

DL／T650－1998 标准规定：发电机空载阶跃响应，阶跃量为发电机额定电压的5%，超调量不大于阶跃量的30%，振荡次数不大于3 次，上升时间不大于0.6 s，调节时间不大于5 s。 GB／T7409.3－1997标准规定：在空载额定情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3 次，调节时间不超过10 s。

2.3 EXC9000 型励磁调节器负载闭环试验

2.3.1 初次并网试验

第一次并网时，因无法确定机端CT 接线的正确性，故在C 通道或A、B 通道的手动方式下进行。并网后，根据调节器有功、无功显示值的情况，以及上位机的显示值，比较判断机端CT 接线正确后，切换至A 或B 通道的自动方式下运行。

2.3.2 对励磁调节器进行带负荷试验及欠励限制试验

根据现场试验数据和厂家资料，利用RTDS 建立发电机励磁系统闭环试验研究系统，进行空载阶跃响应和PSS 等仿真试验， 并与现场实测数据对比，以检验该发电机励磁系统的性能及PSS 的作用。

试验检测了励磁调节器在自动、手动方式下的调节范围，上、下限幅整定，电压调节速度和励磁调节器双通道的相互跟踪情况是否可快速跟踪并能够实现无扰动切换。 其结果表明，电压闭环调节是自动调节，在故障情况下，调节器用PT 断线，则电压闭环自动投入。 此功能本身拥有记忆功能，能保持故障前发电机励磁电流运行状态一段时间。

调节器中并没有预留专用的励磁电压模拟量输入端口，故将交流侧三相电压通过系统电压采样口采集，通过软件变送器得出励磁电压。 将励磁电压经过一阶惯性环节后，作为附加量叠加到电压测量值上，并将励磁电压带入电压闭环控制环节，达到控制目的。

2.3.3 PSS 仿真和现场试验

PSS 仿真和现场测试是为当前电力系统稳定计算提供可靠的数据，提高电力系统稳定计算的可信度,并使其性能和参数达到华东电网的要求，充分发挥励磁系统提高电力系统稳定性的作用。

针对珊溪水电厂设备特点和华东电网对电力系统稳定器（PSS）的要求，该厂委托浙江省电力试验研究所对励磁系统电力系统稳定器(PSS)进行了专项试验。 试验结果为：3#发电机空载阶跃仿真计算结果与现场试验结果一致，证明浙江省电力试验研究所提供的模型及其参数具有良好的可信度；3#机PSS 试验表明，PSS 有很好的阻尼低频振荡作用，有较宽的频率适应范围（在0.2 ～3.0 Hz 频率范围内相位补偿符合要求），有较好的稳定裕量，能满足华东电网要求。

3 结语

珊溪水电厂励磁系统改造实现了励磁调节器与未改造的功率柜及灭磁开关柜的无缝对接，解决了该厂励磁系统与电力系统稳定的缺陷。 经过运行考核, 证明该系统性能稳定、可靠,满足了华东电网的需求,降低了维护工作量,取得了很好的经济效益,达到了改造的目的。 同时，此次专门针对励磁调节器的改造，也为该厂其他机组励磁系统改造积累了宝贵经验。

[1] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2] Q/GDW143-2006，电力系统稳定器整定试验导则[S].

[3] DL/T 489-2006，大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程[S].

[4] 竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5] 曾洪涛，李朝辉，吴祚滨,等.高可靠智能型工业微机励磁调节器的研制[J].水电能源科学,2000（2）:38-40.

[6] 陈永亭，刘文武，黎雄.基于MCS196 下微机励磁调节器[J].继电器，2000(4)：41-43.

[7] 黄莹，崔静安.从几次误操作谈变压器过励磁保护原理的改进[J].继电器，2004（6）：55-59.