秦一厂OLE项目励磁系统改造设计及接口优化

张晓伟，张 旭，李戈超，王东博，李 鑫，郭 兴，郭少杰，钱厚军，陈富杰，汪运律

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

秦一厂机组延寿前的励磁系统为三机有刷励磁方式，由于设备投运已基本达到使用年限，设备内电子元器件的老化、备品备件供应成本增加，导致技术支持薄弱且无法满足相关网源协调新要求(如增加PSS功能等)，使得励磁系统潜在的运行风险加大，对机组的安全、稳定运行产生负面影响[1]。为解决以上问题，基于OLE项目励磁系统改造范围，从设计和接口方面进行改造后的励磁系统适应性优化研究，可为行业同类型改造的现场优化工作提供参考。

1 系统改造范围

电厂原三机励磁系统主设备由永磁机、主励磁机、AVR装置、整流及灭磁装置、发电机滑环及电刷等组成。项目工作主要包括工程设计、设备供货、现场施工、技术服务等。除原励磁系统直流出线柜至发电机集电环的直流共箱母线利旧之外，其余部分均需更新改造，以满足机组延寿增容改造需要。励磁系统更新改造前后的系统结构如图1所示。

图1 励磁系统改造前后系统结构图示

原三机励磁系统改造为静态自并励励磁系统，除直流出线柜至发电机集电环的直流共箱母线保留，主励磁机、永磁机、AVR装置、整流灭磁装置等原励磁系统相关设备拆除。

2 设计优化

优化一：关键回路采用大功率继电器

根据相关反措要求，所有涉及直接跳闸的重要回路，应采用动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围以内的中间继电器，并要求其动作功率不低于5 W。

因此，针对励磁调节器接受来自发变组保护的跳闸信号回路中的中间继电器，采用NR0521系列大功率继电器，在满足动作功率不低于5 W要求的同时，可以有效防止交流220 V的串入，进一步保障回路的正确动作，提高系统可靠性。

优化二：励磁过流反时限特性校核

根据GBT 7064—2008《隐极同步发电机技术要求》中第4.29条款对转子过负荷能力的说明，发电机磁场绕组应具有下列规定的过电流能力，时间10～120 s。

(I2-1)t=33.75

同时，励磁系统内励磁电流过流反时限特性曲线需与发电机磁场绕组的过流特性相匹配，且励磁电流限制器具体参数设置时，留取一定的动作级差或裕度。

在ABB UNITROL 6800型励磁系统中，其励磁电流限制器提供4种动作延时特性供具体项目选择，包括：固定延时特性、反时限特性、强反时限特性，以及超强反时限特性。各特性的对应计算公式如图2所示。

图2 励磁限制器动作时间特性

以励磁电流限制器为例，当选取第4种延时动作特性时，代入设置参数，其动作延时为：

因此，ABB UNITROL 6800型励磁系统反时限特性满足国标和项目应用要求。

优化三：PT慢熔检测功能完善

在常规励磁调节器中，PT断线判别存在逻辑不完善、定值整定偏大(如：15%)的问题，根据判别条件，在发电机机端PT(包括一次和二次)保险丝慢熔情况下，无法判定为PT断线情况，因此，不会切至备用通道或手动模式以维持机组稳定运行。此情况容易引发机组过励磁，导致发电机机端过压、励磁电流和无功增大等异常工况，严重时会引起机组事故停机。

在保留原软件内部PT断线判断逻辑的基础上，对软件部分进行升级完善，使其具备PT回路保险慢熔鉴别能力。

新增加PT慢熔检测逻辑如图3所示。

图3 新增PT慢熔检测判断逻辑图

当励磁系统运行时，运行通道和备用通道机端电压做比较，如果(备用通道电压值-运行通道电压值)>偏差设定值1，或者(运行通道同步电压标幺值-运行通道电压值)>偏差设定值2时，励磁系统延时2 s，报用户事件1，励磁系统自动从运行通道自动方式切换到备用通道自动方式运行。

其中，用户事件1，将其事件类型定义为2，即为“事件类型定义为通道自动当有此事件时，励磁系统自动切换到备用通道自动方式”。

3 接口优化

励磁改造设计完成后，需要确定和电厂各个系统如：报警系统、计算机系统、发变组保护、厂变保护、远动系统、故障录波的接口，接口众多且烦琐复杂，确认过程中容易发生遗漏及错误，对接口的优化是很有必要的。

优化一：标准化电缆编号规则

励磁系统改造电缆较多，电缆去向不单一，在进行电缆端接、梳理、调试及后期查找时存在较大的操作难度，本项目对电缆编号进行了标准化，统一规则为励磁系统命名+电缆编号-电缆芯号/本侧端子排号：端子号/回路号或功能号(若有)。为了和上次励磁电缆改造编号进行区分，本次电缆编号前缀确定为FBLC，后缀第一个数字为本侧系统号，第二位数字为对侧系统号，系统分类原则如下：

表1 励磁改造电缆标准化原则

为了方便改造后的查找，电缆统一标示本侧端子号，也方便了施工过程中的核线和校对。

优化二：信号触发优化

原励磁变温控器故障/励磁变柜门未关闭报警信号为常闭串联关系，这就导致系统停用时仍会出发温控器故障报警，干扰运行人员监盘甚至造成误判，本方案将该信号优化为常开并联，解决了上述问题。

励磁变绕组温度高，信号同样存在上述问题，该信号同样使用常闭接点。励磁变停用及正常情况下报警不触发，只有励磁变温度高时才会输出，因此无法通过修改接点类型进行优化。针对这个问题，考虑加入电源开关判据进行辅助识别，有效地区分了系统停用和正常状态，实现了正常信号触发。

优化三：双向闭锁完善

根据并网后正常运行工况，为了防止误操作导致停机停堆，对主变2001B侧断路器及灭磁开关操作逻辑进行了优化，增加2001B开关地刀和灭磁开关的双向闭锁逻辑，并进行了双向验证，2001B的两把地刀任意一把闭合灭磁开关都无法操作，同时灭磁开关在合闸状态时2001B地刀也无法操作。本项优化经传动验证，提高了电气系统的可靠性。

4 结论

秦一厂1号发电机励磁系统更新改造，实现了机组增容和延寿的改造目标，是国内首台核电机组完成的三机励磁改自并励系统。改造后的励磁系统性能优良、成熟可靠、运维方便，主要性能优于国内外相关标准要求，达到国际先进水平。同时，对于后续类似改造项目具有良好的示范作用和推广价值。本次改造的设计、施工及试验过程中，项目组经过充分讨论提出了很多优化方案，应用到产品和现场中达到了预期的设想，优化了系统逻辑，完善了设备性能，简化和标准化了接口设计，同时提高了设备的可靠性，为改造后机组的稳定运行提供了保障，为行业同类改造提供了参考。