三菱MEC5000型励磁系统AVR控制部分改造

国能（福州）热电有限公司 余文斌

发电机励磁系统是电厂的重要系统，起到调节机端电压、控制无功功率、提高并网机组电力稳定性的重要作用。我公司为2台600MW火电机组，投产时间已超过10年，励磁系统故障率提高，并且随着电网网源协调要求的逐步提高，我厂励磁系统AVR控制部分进行了升级改造。我厂原励磁系统为日本三菱MEC5000型励磁系统，额定励磁电压为407V、额定励磁电流为4145A，励磁方式为自并励方式，灭磁方式为交流灭磁。下面将从改造前的励磁系统存在的问题、改造的实施过程、改造过程中故障处理、改造后主要改进的控制功能来进行论述。

改造前，我厂励磁系统近两年先后出现了CPU A板卡故障，电压采样模块采样值偏差大等控制系统故障。说明我厂励磁控制系统运行12年后板卡电子元器件出现老化，需要升级改造励磁控制系统。但从成本考虑升级日本三菱控制系统价格高昂，通过与国内多家励磁系统厂家进行讨论后，认为完全可以仅改造励磁系统AVR控制部分，将励磁系统可控硅整流、灭磁、起励部分进行保留，仍然为原日本三菱的设备。

1 改造的实施过程

通过公开招标与南瑞继保有限公司进行合作，将励磁系统AVR控制器由日本三菱MEC5000控制系统改造为南瑞PCS-9410控制系统。在改造过程中，主要将励磁系统控制电源、控制模块、脉冲信号、同步信号、开关量以及模拟量信号相关的盘柜、板卡、接线进行了重新改造。在改造中发现有以下重点的注意事项：

重点要理顺外部接口信号，其中定子和转子电压电流的采样信号、增减磁指令、整流逆变指令、保护跳闸指令尤为重要。定子和转子的电压电流信号回路有的是励磁系统专用的回路，有的是与其他装置公用，例如我厂的第二组定子电流CT二次线与其他变送屏采样回路串联使用，不能直接封死，否则会影响其他设备投运。励磁系统增减磁指令与AVC系统、同期装置、DCS控制等多个自动控制系统相关联，整流逆变指令、保护跳闸指令也与DCS控制、继电保护装置相关联，十分重要。

与AVR控制柜相关的盘间的信号需要重新设计敷设，其中可控硅的脉冲信号至关重要、不能有误。由于是将日本三菱以及南瑞继保两家不同的励磁系统进行整合，需要结合两家的图纸，并在现场对控制回路进行重新配线。其中励磁控制最主要的控制功能就是控制可控硅的开断、调节励磁电流，对于可控硅的脉冲控制回路一定通过小电流实验的方式，在励磁系统转子输出端加上假负载，通过示波器观察其输出波形正确。

在控制回路的改造过程中，原有回路如不再使用一定要将电源回路拆除，否则有可能发生短路等安全事故，应仔细核对。

在所有的改造现场施工完成后，需要对所有的控制回路进行调试，设置相关参数，并进行空载下的励磁系统试验。按照励磁系统改造的相关要求，对励磁系统进行建模试验、PSS试验等一系列的涉网试验。最终改造励磁系统AVR控制器后试验项目都已合格，并正式投入生产运行。

2 改造过程中故障处理

我厂可控硅整流部分采用标准n+1冗余模式设计，在改造后静态调试过程中，通过小电流试验检查励磁调节器的基本控制功能、脉冲可靠触发的能力、晶闸管完好性等。检查同步信号回路的相序和相位,主要是看调节器的脉冲触发是否正确,检查晶间管功率桥均能可靠触发，检查晶闸管输出波形。在做小电流分桥试验过程中，发现第三组整流桥输出波形不是标准波形，而且改变交流侧输入电压与可控硅触发角度、录波数据不能正常显示。

按照经验分析，结合现场测试初步判定为可控硅被击穿。按照系统设计，晶闸管被击穿，保险机械回路中触发告警的机械结构应该弹出，触发一组可控硅故障送至盘前提醒运行人员，但在机组正常运行期间系统未触发任何报警信息。更换整个可控硅组件之后再次试验，发现波形依旧是故障态波形，在经过对整个可控硅整流模块回路分解检查后，发现故障整流模块中的一个保险两端不导通，由此得出了故障原因：晶闸管被击穿；保险本身内部已经损坏，无法触发可控硅故障告警。在更换保险后再次试验，得到了标准波形。

图1 脉冲触发控制回路原理图

3 改造后改进的主要控制功能

我厂励磁控制系统改造后，相较于原控制系统，在双重化配置、励磁限制功能、灭磁系统安全、人机界面数字化能力等几个方面有了重大改进。

在双重化配置上，原日本三菱励磁系统虽然各个控制板都是按照两套系统进行配置，但所有控制模块却公用一块背板，存在较大的安全隐患。励磁系统改造后采用了两套完全独立的控制装置，没有公共部分，极大的提高了设备的可靠性。

在励磁系统的限制功能上，根据网源协调的配合要求，励磁系统的低励限制、过励限制、定子过流限制、V/Hz限制需分别与发变组保护的失磁保护、转子过流保护、定子过流保护、过激磁保护进行配合，以保证励磁系统先于发变组保护动作前进行限制，同时不能限制发电机的能力。日本三菱励磁系统在定子过流限制和V/Hz限制上只能采用定时限方式，对于原励磁系统，定子过流限制在1.1倍额定定子电流时限制动作、动作时间0秒，V/Hz限制在1.05倍定值时动作、动作时间0秒。而发变组保护对应的定子过流保护、过激磁保护则为反时限方式，动作值越大动作时间越快。在励磁系统改造后，定子过流限制和V/Hz限制都可以设置为反时限方式，到限制启动值后0秒动作，且能与发变组保护动作曲线完美配合，提高了励磁系统的控制能力。

在灭磁系统上，改造前后同为交流侧灭磁。但在原来的励磁系统中，停机时只能直接跳开励磁系统交流侧41E开关，转子能量通过灭磁电阻进行释放。改造后正常停机时可以先选择进行逆变，将转子能量回馈到交流侧，然后再断开励磁系统交流侧41E开关，降低了灭磁电阻需释放的转子能量，这对于灭磁电阻使用的寿命以及灭磁的安全性都得到了提高。

励磁系统改造后数字化功能增强。新的励磁系统采用windows系统的人机界面，增加了后台监控报警画面，具有故障录波的功能以及同步时钟功能，便于运行人员进行状态监视。例如励磁系统在进行增减磁操作时，在后台画面上对每次操作都进行了详细记录，再结合同步时钟系统，可以对发电机故障、AVC、同期装置调试、故障分析等过程提供重要的分析数据。

综上，本次励磁系统改造是首次将日本三菱的MEC5000励磁系统与南瑞继保PCS-9410的AVR控制柜相融合，节约了成本，改造后各项试验结果均合格，设备投运后运行稳定。改造后励磁系统的控制得到了优化，数字化能力提升，达到了原来预期的效果，圆满完成了励磁系统控制部分改造目的。