国华定洲励磁系统改造

陆 巍 许其质

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106）

国华定洲励磁系统改造

陆 巍 许其质

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106）

文章介绍了国华定洲电厂1#发电机励磁系统改造的有关内容，介绍新改造的励磁系统技术特点、现场动态试验情况。

励磁改造；国华定洲电厂；动态试验效果分析

1 前言

国华定洲电厂一期建设两台 600MW 亚临界火力发电机组，两台机组分别于2004年4月、9月投入商业运行，此次在1号机组和2#机组的大修改造增容改造期间，对励磁系统也进行了整体改造。

2 改造前的励磁系统概述

原1#、2#机组励磁系统为ABB的UNITROL5000系列，整个励磁系统由调节器ER柜、灭磁电阻EE柜、灭磁开关ES柜、5台整流EG柜以及交流进线EA柜组成。自2004年投入商业运行，至今已有10多年之久，随着使用时间延长和科技的飞速发展，电网对励磁系统设备要求也是越来越多，现有的励磁系统目前主要存在以下问题：

（1）UN5000励磁系统ARCNET总线承担着励磁系统控制以及状态信号交换而且无冗余连接。由于总线接头松动或者干扰信号引起总线通信不正常，将会启动励磁系统事故停机，这是其影响机组运行的重大安全隐患。

（2）人机交互界面显示信息较少，不利于运行人员检查和现场调试。

（3）备品备件价格高昂，采购供货周期长，故障板件修复费以及维护成本较高，无法做到及时供应及时使用。同时随着国外产品升级换代，配件的缺失和元器件老化的问题已经开始显现，机组运行的可靠性大大降低，严重威胁了机组以及电网安全。

（4）进行单个整流柜试验时无法将各台功率柜完全隔离，只能拆除各整流柜的连接铜排，增加了试验操作时的复杂程度。

基于以上问题，在2015年1#、2#机组大修期间将励磁系统整体更换为南瑞电气控制分公司生产的NES6100励磁系统。

3 发电机励磁系统主要参数

额定功率：630MW；额定电压：20KV；

额定定子电流：20207A；额定功率因数：0.9；

额定励磁电压：424V；额定励磁电流：4317A；

空载额定励磁电压：139V；空载额定励磁电流：1480A。

4 改造后励磁系统配置及性能特点

4.1 NES6100励磁调节器

国电南瑞从事励磁产品的科研和生产已超过三十年，产品历经四代，NES6100调节器是目前最新一代产品，其采用的是分布式多处理器并行计算的设计，系统管理、采样管理、控制运算等采用独立处理器分工协作，每个励磁调节器通道所有组件均完全独立，互不公用，互不干扰。保证一套调节器发生任意故障时不会影响其它调节器的正常工作，可实现故障时自动切换，具有完善的控制逻辑和软件功能，可靠性非常高。

（1）调节器硬件，采用三层硬件架构，最底层由FPGA负责 AD采样控制、触发脉冲生成、脉冲检测、过流保护、双套切换、频率、相位、相序测量等高实时性的任务，时钟频率达100MHz；中间层B06 DSP负责AD采样、实时控制、限制告警、双套通讯等实时控制任务，任务周期达238us，加快了控制节拍，使控制模型更加接近理论模型，提高调节器的总体水平；上层B01 POWERPC负责对外通讯、录波、变位记录等功能；B02 DSP负责接收远方遥控、遥设等命令，根据工程实际需求，灵活组态顺序控制逻辑。

（2）调节器功能，采用PID+PSS调节规律，通过设置可选择并联或者串联PID、PSS2B和PSS4B功能。控制方式有电压闭环、电流闭环、恒无功、恒功率因数以及定角度，并且各控制方式实现无扰切换。调节器具有低励限制功能、过无功限制、过励反时限制器、定子电流限制器、发电机过激磁限制、功率柜限制、最小励磁电流瞬时限制以及最大励磁电流瞬时限制，其中过励反时限限制器、定子电流限制器、过激磁限制器等，可以灵活设置反时限曲线，与保护配合、负荷网源协调要求；同时还具有以下保护功能，初次开机异常保护功能、空载过电压保护、PT断线防误强励、低励保护、过励保护和过激磁保护，保证机组可靠稳定运行。

（3）调节器的特点，功能配置完善，灵活组合的装置插件配置，多种对时方式选择，完善的时间记录功能，友好的人机界面，专业后台调试工具，试验结果都可通过录波进行分析，故障、限制启动自动录波，具备故障限制开入开出等事件的记录功能。

4.2 功率整流柜

1#机组配置了 5台功率柜，每台功率柜单柜输出电流达到3000A，采用N+1冗余配置，保证机组在退出一台功率柜后还能够满足强励要求，退出两台功率柜能够保证以额定电流的 1.1倍长时间运行。功率柜配置带铝壳散热器可控硅组件，每个组件串联带接点快熔，柜前设计快熔指示器，方便运行人员检查。采用双窄脉冲和耐压达到 15KV的脉冲变保证可控硅导通精确可靠。功率柜采用并行风道强迫风冷设计，双风机冗余配置，各台风机电源相互独立，同时每台风机配有风压检测节点，单台风机故障实现自动切换。温控装置检测风道温度超过温度设定值启动双风机并输出报警信号。每台功率柜配置分布式阻容吸收回路用来抑制交流侧换相过电压和尖峰过电压。

4.3 灭磁以及转子过压保护

灭磁开关采用HPB-82S型高速断路器，转子灭磁时通过NES5160电子跨接器回路和机械跨接器回路接入线性电阻消耗能量，双回路的冗余配置保证灭磁电阻可靠接入。通过BOD过压检测回路接通ZNO阀片吸收转子过电压能量，同时也可在灭磁时吸收转子能量。正常停机时采用逆变灭磁，降低开关损耗，事故跳闸时采用跳灭磁开关同时闭锁脉冲的方式。

5 现场投运试验效果分析

改造后动态试验：短路升流试验；自动升压试验；逆变试验；阶跃试验；空载切换试验；灭磁时间常数；PT断线试验；过励限制试验；欠励限制试验；负载切换试验；PSS试验。

举例介绍如下：

5.1 阶跃试验

机端调整至95%，在调试窗口输入阶跃量5%做上阶跃试验，调节PID参数并最终确定一组参数KP=60、KI=20、KD=1。在此参数下的±5%阶跃响应试验录波见图1，分析录波曲线得到动态响应参数，结果说明调节器性能优越。

图1 电压阶跃试验

表1 阶跃试验结果分析

5.2 切换试验

励磁系统在发电机空载状态下进行 A、B套相互切换试验，电流闭环以及电压闭环相互切换试验，切换过程机端电压无扰动，试验波形见图2。

图2 电压闭环切换试验

5.3 自动升压试验

调节器在等待状态，投入起励电源，按下“建压”按钮，发电机机端电压自动升到额定机端电压的 95%停止，超调量0%，自动升压波形见图3。

图3 自动升压试验

5.4 逆变试验

发电机机端电压保持95%Ufn，按下“逆变”按钮，逆变灭磁机端电压降至0，逆变过程平稳，见图4。

图4 逆变试验

5.5 负载过励试验

发电机并网后，带一定负荷，由于现场负荷的限制，临时修改过励曲线的参数，并且手动增磁至过励限制动作，见图5。

图5 过励限制试验

5.6 PSS试验

发电机带负荷到额定功率的 90%以上，扫频确定励磁系统无补偿的相频特性，根据IEEE标准PSS-2A模型确定PSS参数，PSS的阻尼效果对比试验波形见图6、图7。

图6 不投PSS阶跃试验

图7 投入PSS阶跃试验

6 结束语

国华定洲1#机组励磁系统改造后，试验各项数据优于国标要求，NES6100励磁系统各项功能满足相关技术标准以及电网要求，具有方便的人机界面，以及故障录波功能，便于调试以及维护，同时备品备件采购方便快捷，较国外设备具有一定优势。

[1] 南瑞电气控制分公司.NES6100发电机励磁调节器用户手册[Z].南京:南瑞电气控制分公司,2013.

[2] 刘为群,许和平.扬州第二发电厂600MW机组自并激励磁系统改造[C]. Csee中国电机工程学会大电机专业委员会励磁学术讨论会,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

陆巍，男，供职于国电南瑞科技股份有限公司，从事发电机励磁技术方面的工作；许其质，男，供职于国电南瑞科技股份有限公司，从事发电机励磁技术方面的工作。