扬州第二发电厂600MW机组自并激励磁系统改造

　　一、前言
　　
　　扬州第二发电厂是江苏省内的新建大型火力发电厂，电厂两台600MW机组分别于1998年8月和1999~4月投入运行。因原来配套的励磺系统制造工艺差、结构复杂、可靠性低、故障时有发生，已发生过失磁事故2次以上。励磁系统问题已严重威胁着机组的安全运行。因此，在我公司与扬州二电厂的共同努力下，我们对一号机组励磁系统调节部分进行了改造，现在二号机组的改造工作正在进行中，本文对这次改造情况作一介绍。
　　
　　二，系统基本情况
　　
　　扬州二电厂机组单机容量600MW，采用自并激可控硅励磁方式，整个励磁系统共14台柜，包括1台调节器柜、2台交流进线柜、2台交流开关柜、1台直流出线柜、4台可控硅整流桥柜、2台风机柜，1台保护继电器柜和1台变送器及绝缘监视柜，励磁系统由美国西屋公司生产，发电机组及励磁参数如下：
　　
　　额定容量：741MVA额定功率：600MW
　　
　　定子电压：20kV定子电流：21390A
　　
　　额定励磁电濒：6337A额定励磁电压：513V
　　
　　空载励磁电流：206空载励磁电压；167．168V
　　
　　zui大励磁电流（连续）：7000Azui大励磁电压（连续）：1250V
　　
　　三、励磁系统的问题分析
　　
　　扬州二电厂的励磁系统在运行中发生过多次异常，造成无功大范围波动或切换至手动通道运行，严重地威胁着机组的安全运行。其主要问题集中在励磁调节器上。
　　
　　励磁调节器存在的的问题分析如下：
　　
　　（1）原调节器配备有双自动通道和单手动通道，当一自动通道运行时，另一自动通道不能投入，只能作为冷备用，两自动通道之间不是热备用，不能自动切换，当运行的自动通道故障后，自动切至手动通道，待关闭故障通道后，才可启动另一自动通道．这种一自动加一手动通道的配置方式，不能满足象扬州二电厂600MW这样大型机组的安全运行要求。
　　
　　（2）该调节器自动通道输出的是机端电压调节偏差信号，手动通道输出的是转子电流调节偏差信号，这两个信号都要送到跟踪模块和脉冲形成模块。励磁调节中，跟踪电路为手动通道和自动通道共用，当该部分发生故障时，励磁调节器就不能运行。因此，该调节器的自动通道和手动通道不是*独立的通道，有公共部分，可靠性不高。
　　
　　（3）该调节器的脉冲形成是由硬件电路实现的，且硬件有四重备份，四重电路全部并联运行，其中一个故障会有可能影响其它三者，四重备份电路结构复杂，不利于调整和维护。
　　
　　（4）抗*力差，现场反映几次故障发生后找不到原因，恢复后又时有发生，据西屋公司技术人员称是干扰问题，但。在这样的状态下运行，励磁系统的不稳定成为运行人员的心病。
　　
　　（5）故障没有检测、没有报警，发生故障后不利于检修，故障后也*录波功能，对故障分析缺乏有用的数据。
　　
　　（6）原调节器整定数据保存需要电池供电，仅半年就需更换电池一次，影响机组的安全运行。
　　
　　综上所述，该调节器技术落后，结构不合理，运行方式不灵活，系统硬件结构复杂，可靠性低。
　　
　　四、改造方案的说明
　　
　　1．改造内容及难点
　　
　　扬州二电厂600MW机组励磁系统的改造内容是：使用南瑞公司的SJ800（D）双微机励磁调节器，更换原有调节器的双自动通道，同时保留原手动通道。
　　
　　原有调节器的两个自动通道全部退出使用，代之以SJ800（D）双微机励磁调节器的两通道，保留原调节器的手动通道。励磁系统改造后，有SJ800的两个通道（含2个自动通道和2个手动通道）和原调节器的一个手动通道。改造以后，正常时由SJ800的两个通道运行，其中A通道作为主通道运行，B通道作为热备用通道运行，原调节器手动通道C作为后备通道运行，运行中，当A通道故障时，自动切至B通道运行；如A故障、B再故障，则切至C运行；切换中实现无扰动。运行中还可人为在A、B、C三通道之间进行无扰动切换。
　　
　　改造后的设备位置示意图如图1，其中黑框内为本次改造的内容。改造后的调节器系统结构示意图如图2，其中虚框内为本次改造新增内容。

　　
　　本方案的难点有两个方面：
　　
　　（1）保留了原手动通道，原手动通道的脉冲不能改变，为实现自动通道与手动通道之间的相互切换，必须使自动通道的脉冲与手动通道的脉冲相同，这样我们需要重新设计自动通道的脉冲。
　　
　　（2）保留了原手动通道作为备用通道，则必须解决手动通道与自动通道之间的相互跟踪和相互切换问题。

　　
　　2．SJ800（D）型双微机励磁调节器
　　
　　对扬州第二发电厂600MW汽轮发电机组励磁的改造，我们选用SJ800（D）双微机励磁调节器更新原调节器。SJ800（D）微机励磁调节器是双自动通道励磁调节器，它是以IN工业单板机为核心、以PLC做逻辑处理、适用于大中型机组的智能化调节器。该调节器中的集成电路国外进口，软件百分之九十五经过五年以上、近百台机组的运行考验。调节器设置双自动通道，两自动通道之间采用热备用运行方式。两通道同时接收输入的控制与调节信号，并执行操作与调节，但只有处于工作状态的通道有信号和触发脉冲输出，工作调节器发生故障时，则备用调节器自动投入运行，切换无扰动。
　　
　　（1）SJ800型励磁调节器的硬件配置及特点
　　
　　①每通道配置IN工业计算机，完成所有调节运算和限制保护功能；
　　
　　②每通道配置带隔离的模拟量输入通道，直接交流采样；
　　
　　⑧配置PLC以处理开关量输入输出，实现现场输入输出信号的开放式逻辑处理和有效电磁隔离；
　　
　　④每通道配置脉冲功率放大板，通过对信号的放大，保证可控硅可靠触发；
　　
　　⑤每个通道配置一块切换板，保证两个通道之间的物理隔离，保证故障时的可靠切换。
　　
　　（2）励磁调节器的功能
　　
　　①调节规律：PID控制方式+PSS。
　　
　　②运行方式：恒机端电压闭环方式；恒转子电流闭环方式。
　　
　　③辅助及励磁限制功能：欠励瞬时限制；过励延时限制；强励反时限制；V／F限制；PT断线检测及保护功能；空载过电压限制；双机互相跟踪及无扰动切换；脉冲丢失及脉冲异常检测功能；工作电源电压监测及WatchDog功能。
　　
　　④功能：容错控制；故障时的励磁系统故障状态记录和电量波形录波；智能化的调试、维护和试验软件功能和界面。
　　
　　⑤自检和自诊断输出：自检和自诊断输出设计成二级，*级为报警；第二级为切换至备用通道。
　　
　　3．励磁调节器的脉冲设计及与原手动通道之间的脉冲切换
　　
　　（1）脉冲电路的设计
　　
　　原励磁系统的脉冲原理图如图3，交流60V电源对脉冲储能电容充电，充电末期电压达到60√2￣V，当脉冲产生时回路接通电容放电，产生峰值达60√2￣V的脉冲。
　　
　　改造后的励磁调节器脉冲触发原理图如图4，该回路无储能充电电容，脉冲直接由脉冲电源供电。　　经过仿真分析，选配参数，zui后使得新调节器脉冲触发能量与原手动环节触发能量相当，从而保证脉冲触发的可靠性。
　　
　　（2）自动／手动切换装置
　　
　　自动／手动切换装置采用继电器切换控制方式，将自动／手动、六路脉冲分别接至切换继电器触点上，控制继电器分合，即可控制可控硅触发脉冲信号，同时向励磁系统传送自动／手动工作信号。
　　
　　4．自动通道与手动通道之间的相互跟踪和切换
　　
　　（1）手动通道（M300）的控制原理
　　
　　因西屋公司未提供手动通道的详细原理说明，我们只能根据所提供的原理图进行分析。M300手动控制装置采用电流闭环方式进行励磁调节，M300测量发电机转子电流，并将转子电流测量值和给定值的差值经过运算放大器计算后输出触发脉冲，触发脉冲的角度与转子电流给定值以及测量值与给定值的差值相关联，从而维持发电机转子电流与给定值的平衡。
　　
　　（2）手动通道跟踪自动通道
　　
　　M300的FCM信号反应的是，手动环节的电流给定值与实际电流测量值之差。将M300的FCM信号送去自动励磁调节器，调节器通过检测M300的FCM端口电平，判断手动输出与自动输出是否平衡。当该值在零附近，则平衡；当该值为正值或负值时，则手动输出小或大，为不平衡，此时调节器对手动M300发增或减命令，调整手动给定值，zui终使手动环节的测量值与给定值相等。这样，手动环节就能够准确跟踪自动通道工作的励磁电流。如由自动切至手动，切换基本无扰动。
　　
　　（3）自动通道跟踪手动通道
　　
　　手动通道工作时，自动调节器自动跟踪转子电流，自动通道测量励磁电流值，根据预置的励磁电流与触发角关系表，查得对应的工作角度，同时设定给定值为当前测量值。这样，自动通道的工况与当前的实际工况就基本相当了。如由手动切自动，切换基本无扰动。
　　
　　五、改造后的现场试验
　　
　　对改造后的系统，进行了以下现场试验：
　　
　　空载时的试验，系统短路升流试验；调节器零起升压试验及调压范围试验；递升加压试验；阶跃响应试验；逆变灭磁试验；自动升压试验；切换试验；频率特性及V／F限制试验。
　　
　　负载时的试验：并网试验；欠励试验；过励试验；电流闭环试验；A、B套切换试验；调差系数试验。
　　
　　举例介绍如下。
　　
　　1．空载阶跃响应试验
　　
　　升发电机机端电压至额定值（100％UFN），通过计算机键入“TSTEP”命令，做±10％UFN阶跃响应试验，观察调节性能，修改PID参数，并zui终选取一组参数：Kp=0FOH，KI=0080H，KD=02H。从在此参数下的±10％阶跃响应试验录波图上得到发电机动态响应参数（见下表），响应参数说明调节器的调节性能良好。　　
　　2．空载逆变灭磁试验
　　
　　将机端电压调至100％UFN，将装置操作面板上“手动逆变”把手置“投”位，发电机逆变灭磁，机端电压自动降到0。由录波图可见，装置逆变平稳。
　　
　　3．空载自动升压试验
　　
　　将装置操作面板上操作把手全置“切”位。满足起励条件，发电机自动建压，机端电压自动升至空载额定电压的90％时停止。
　　
　　4．空载切换试验
　　
　　电压闭环与电流闭环之间切换，切换过程中机端电压基本无波动；A套与B套之间相互切换，切换过程中机端电压基本无波动；自动与手动之间相互切换，切换过程中机端电压基本无波动。试验说明，该装置很好地解决了新设备的自动通道与老设备的手动通道之间的相互跟踪和切换问题，保证了两者间的相互备用关系。
　　
　　5．空载频率特性及V／F限制试验
　　
　　通过调节汽轮机转速降低发电机电压频率。当频率在48．5Hz以上时，发电机电压给定值不变，发电机电压维持在给定值上不变；当频率下降到48．5Hz以下时，发电机的电压给定值自动降低，发电机电压跟随给定值下降，在此过程中保证励磁电流不上升；当频率下降到45Hz时，调节器自动逆变灭磁。试验记录如下表：　　
　　试验说明，调节器在发电机空载下当转速降低时，V／P限制正确动作，自动降低机端电压，有效避免低频过流的发生。
　　
　　6．负载欠励试验
　　
　　欠励曲线根据厂家给出数据制定。发电机并网后，由于不具备欠励试验的条件（机端电压过低），因此征得用户同意将欠励动作值更改为-50MVAR后进行试验。调整发电机无功至-51．0MVAR，调节装置欠励瞬时动作，欠励指示灯亮，无功值回调至进相-44．0MVAR，不再变化。此时减磁，发电机无功不变。
　　
　　7．负载过励试验
　　
　　更改发电机过励曲线为100MW进行试验，调整发电机无功至Q=110．00MVAR，约20秒后调节器过励限制动作，过励指示灯亮，无功值回调，稳定时Q=90．31MVAR，不再变化。此时增磁，无功不变。
　　
　　8．负载切换试验
　　
　　调节器在A套和B套之间切换，切换过程中机组无功不变化；在自动励磁调节器和手动通道之间切换，切换过程中机组无功不变化。
　　
　　六、深度进相试验
　　
　　2000年9月21日至2000年9月22日，扬州第二发电厂1号机组应华东总调的要求，为检测进相运行能力，机组进行了深度进相试验。试验中为保证机组的安全运行，调节器始终在自动状态下运行，欠励限制始终投入，试验过程中调节器工作正常，为试验的顺利进行创造了条件。
　　
　　1．试验内容
　　
　　在机组功率为600MW、450MW、300MW三种工况下，做机组进相试验。
　　
　　2．对励磁系统的要求
　　
　　试验过程中，自动励磁调节器投入运行，欠励限制曲线随试验深度的不同，作不同的整定，欠励限制投入运行。
　　
　　3．试验情况
　　
　　（1）P=600MW、Q=-180MVAR进相试验
　　
　　欠励限制曲线调整为（0，-270）到（600，-200）的直线。调节器运行正常，励磁电流表计稳定，机端电压表计稳定，试验时间两小时。
　　
　　（2）P=450MW、Q=-200MVAR进相试验
　　
　　欠励限制曲线调整为（0，-270）到（600，—220）的直线。调节器运行正常，励磁电流表计稳定，机端电压表计稳定，试验时间两小时。
　　
　　试验中，无功有10~20MVAR的波动。将原PID调节的死区由±3码减为±1码，将负调差减小为-1％后，无功波动幅度减小至3~5MVAR，励磁系统稳定。
　　
　　（3）P=300MW、Q=-250MVAR进相试验
　　
　　欠励试验曲线调整为（0MW，-280MVAR）至（600MW，-280MVAR）的直线。调节器运行正常，励磁电流稳定，机端电压稳定，无功波动幅度3MVAR。在此试验开始前，已将PID调节死区由±4码改为±1码，取消负调差。
　　
　　4．试验结论
　　
　　此次试验结果证明，微机励磁调节器能满足扬州二电厂1号机600MW机组进相运行工况的要求。为了更好地适应进相运行的工况，在正式进相运行前，已对进相运行欠励曲线进行了修改，同时对调节器参数做了调整。
　　
　　七、结论
　　
　　扬州第二发电厂600MW汽轮发电机组自并激励磁系统的改造，是*次用国产励磁设备对600MW机组自并激励磁系统进行改造。改造后的系统能够适应机组的各种运行工况要求，包括进相运行、深度进相试验工况。这次改造，一方面顺利地将新调节系统投入，另一方面很成功地解决了新旧设备之间的接口和配合问题。新调节系统的调节性能品质较原设备有较大的提高；改造后的系统运行可靠性较原设备也有较大的提高，到2001年4月1日止，已安全稳定运行了10个月。扬州第二发电厂600MW汽轮发电机组自并激励磁系统的改造成功，标志着国内励磁技术水平*有能力为特大型机组提供改造或新建励磁设备。