三峽右岸電站勵磁系統調試

巨民尚

（西安熱工研究院，陜西 西安 710032）

三峽右岸電站勵磁系統調試

巨民尚

（西安熱工研究院，陜西 西安 710032）

三峽右岸電站機組的安裝和調試于2006年開始，右岸電站機組勵磁系統采用南瑞集團與德國SIEMENS合作提供的THYRIPOL勵磁系統設備，調試過程中順利完成了甩負荷、電氣制動等試驗。從調試完成后的機組運行情況來看，本系統硬件配置合理，軟件流程編制符合機組實際運行要求，機組整體運行穩定。用于完成本系統調試的整套調試流程充分發揮了其技術指導性作用，值的同行借鑒和參考。

三峽右岸電站；勵磁系統；調試

三峽右岸電站共安裝有12臺單機容量為700MW的混流式水輪發電機組，發電機機端額定電壓20kV，額定電流22453A，額定功率因數0.9（滯后），機組額定空載勵磁電壓176V，機組額定空載勵磁電流2145A，機組額定負載勵磁電壓481V，機組額定負載勵磁電流3948A，發電機最大勵磁電壓506V，發電機頂值勵磁電壓1609V，發電機頂值勵磁電流7896A，勵磁系統允許強勵時間20s，機組勵磁方式為可控硅自并勵勵磁方式。三峽發電機勵磁系統也是當時世界上勵磁電流最大的水力發電機勵磁系統，因此對勵磁系統的調試能夠檢驗勵磁系統中的隱患，保證今后機組的安全穩定運行。

1 三峽機組勵磁系統的特點和功能

1.1 三峽右岸電站勵磁系統概述

由于三峽電站在華中電網中主要擔負基荷調節任務，所以機組勵磁系統更多的時候表現為調節電力系統無功功率負荷，這樣對于700MW的大機組而言能夠充分發揮其自身優勢，而且對電網的安全經濟運行將起到顯著作用。

三峽右岸電站勵磁系統主設備包括勵磁調節器柜，輔助繼電器柜、功率柜、滅磁柜、轉子接地檢測柜等。該系統采用Simadyn-d型勵磁調節器，控制程序采用的是Struc-G軟件程序，該程序為SEIMENS公司開發的一種PLC工業程序，其運用到電廠勵磁系統中后能明顯提高發電機的運行穩定性，三峽左岸電站同樣采用該軟件，從軟件在機組運行過程中所發揮的實際效應來看，該軟件控制性能可靠、軟件整體運行穩定。

三峽右岸電站勵磁系統采用雙通道勵磁調節系統，兩套調節器具有相同的硬件裝置，以及相同的調節功能。每個勵磁調節器由2個微機調節通道組成每個微機調節通道又分為2種勵磁控制模式，即AVR模式和ECR模式，AVR模式為發電機自動電壓控制模式，取發電機機端電壓信號進行閉環調節ECR模式為發電機手動控制模式，取發電機轉子勵磁電流進行閉環調節。機組正常運行時2個微機調節通道都同時運行，其中1通道在線控制機組運行2通道處于熱備用狀態，如果在線運行通道發生故障，調節器在閉鎖其故障通道的同時，熱備用通道轉入在線運行。

另外為了保證勵磁系統的可靠工作，調節器采用雙冗余電源供電，并且可以自動或手動及時分段觸發脈沖。

1.2 勵磁調節器的主要功能

勵磁系統具有調節、保護、制動、滅磁等各項功能，能夠適應三峽電廠對機組正常運行的各種要求下面就主要的功能予以簡單介紹：

（1）閉環調節和開環調節。勵磁系統閉環調節主要包括發電機機端電壓閉環調節、勵磁電流閉環調節、無功功率閉環調節、功率因數閉環調節等。機組在各種閉環調節模式下運行時，其自動控制的給定值須在其自動控制范圍內，超出其有效范圍的給定值，勵磁調節器視其為無效。開環調節模式為勵磁系統手動調節模式，手動調節模式又分為正常模式和試驗模式（unlocked模式），試驗模式與正常模式相比，其開機條件比AVR/ECR的給定范圍限制較寬，這為勵磁系統現場調試提供了便利條件。

（2）電氣制動。勵磁系統判定機組轉速降至50%ne以下時投入電氣制動模式，本模式為勵磁電流閉環調節模式，按預先設定的給定值進行閉環控制，在機組轉速降至10%ne以下時或機組電氣制動時長超過600s時，本模式自動退出運行。

（3）滅磁和限制。勵磁系統滅磁分為逆變滅磁和強行滅磁兩種方式。逆變滅磁為機組正常停機時所采用，滅磁電阻不起耗能作用，交流滅磁開關分斷；強行滅磁為機組事故停機或緊急事故停機時所采用，強行滅磁分兩種情況，第一種情況是直流滅磁開關接到跳閘令后可靠動作，直流滅磁開關的輔助觸頭先于其主觸頭的分段而接通，非線性電阻投入滅磁回路，在直流滅磁開關響應跳閘指令的同時，勵磁調節器接到跳閘指令后進行逆變滅磁。第二種情況是直流滅磁開關接到跳閘指令后拒動，但跳閘指令的發出在觸發了跨接器中的可控硅后，同樣可以使非線性電阻投入滅磁回路。

勵磁系統限制功能主要包括過勵限制、欠勵限制、轉子電流限制、定子電流限制和伏頻限制等。在各種限制功能中過勵限制和欠勵限制實質是機組提供無功功率的限制，由于勵磁系統在過勵條件下提供無功功率的能力對防止電力系統發生電壓失穩非常關鍵，所以勵磁系統限制功能發揮其應有作用對發電機的運行穩定性至關重要。鑒于過勵限制的重要性本文給出了它與保護協聯調節的曲線圖（見圖1），轉子電流限制和定子電流限制在一定條件下受轉子和定子繞組發熱極限的限制，換言之，轉子及定子的溫度在一定條件下正比于轉子及定子的電流。伏頻限制為防止與發電機所連接的變壓器鐵芯發生磁滯飽和而設定。

圖1 發電機過勵限制與保護協調

（4）為了保證勵磁調節器可靠工作，勵磁系統設有在線監測和保護功能，如PT斷線判定功能、觸發脈沖丟失判定功能、電源模塊失電保護功能、功率柜停風保護功能、勵磁變溫高判定功能、勵磁柜門誤開保護功能等。

（5）過電壓保護功能。在非線性電阻柜設置有Si非線性電阻保護元件和過電壓跨接器，而阻容保護作為常規過電壓保護及浪涌吸收元件存在于過電壓保護回路當中。無論是對轉子回路的正向過電壓還是反向過電壓，過電壓跨接器都會嚴格的將電壓限制在不超過±3000V范圍內。

（6）轉子一點接地保護和轉子失磁保護功能。本保護功能的實現由機組繼電保護系統綜合判定后動作出口。

（7）過電流保護功能。勵磁系統非正常運行時會在轉子回路產生過電壓，這是勵磁系統過電壓保護回路中過流繼電器動作的根本原因。

2 勵磁系統無水調試

2.1 勵磁系統二次接線校核

為確保勵磁系統二次硬接線的正確性，在其系統設備還未帶電之前，用通燈對二次接線的接線位置進行校核，連接系統設備之間的線纜分為信號線和指令線，勵磁系統通過信號線把系統內的事件、故障、事故等信號上送至監控系統，勵磁系統通過指令線接收監控和保護系統所發出的開機指令、停機指令、調節指令、及跳閘指令等；勵磁系統設備與監控及保護設備都上電之后，進行系統設備間的傳點測試，依據點表逐一進行校核。

勵磁系統盤柜內部二次接線的校核就是具體核實調節器的I/O端接線定義、電源板接線定義AI/AO端接線定義及其他信號采集回路接線定義，系統設備上電后用繼電保護測試儀校核系統設置參數，模擬機組運行的各種工況，檢驗勵磁系統能否實現其各項設計功能。以下實驗均以21號機組調試為例進行介紹。

2.2 勵磁系統靜態特性試驗

完成對勵磁系統接線檢查、絕緣測試、性能測試工作后，可使勵磁系統設備帶電，用假負載替代轉子負載，調節功率柜輸出不大于50A的勵磁電流，考核勵磁調節器調節性能。

3 勵磁系統有水調試

3.1 發電機升流和升壓

本試驗采用10kV臨時電源使勵磁變高壓側帶電，第一次升流至5%Ig，檢查CT回路及極性的正確性，再次升流至30%Ig，進行發電機保護試驗。其后拆除發變組升流短路點連線，進行升壓試驗，檢查PT回路及相序的正確性。

3.2 勵磁系統特性測試

勵磁系統特性測試是檢驗勵磁系統各種功能是否正常的關鍵步驟，主要包括以下幾個方面：

（1）ECR階躍試驗。在完成發變組升流和升壓試驗之后進行手動勵磁調節通道的±5%Ig階躍試驗，試驗之前將發電機過電壓保護定值修改為115%Ug，無延時出口，以免保護延遲動作。

（2）在機組自并勵模式下進行勵磁系統調節通道切換試驗，用以檢驗勵磁系統的無擾動切換性能。

（3）頂值勵磁電壓測試。Kp、Ki和Kd參數保持不變，減小勵磁頂值電壓限制時間Tn至0.1s（隨現場調試而定），調節勵磁系統輸出一定勵磁電壓值，隨后減小可控硅觸發角α至10°以下，測試到勵磁系統響應的正向頂值電壓達到1537V，負向頂值勵磁電壓達到-1406V，計算頂值勵磁倍數大于2.9。

（4）過勵限制及欠勵限制功能性試驗。過勵限制和欠勵限制試驗中通過改變限制器限制值的方法來測試勵磁系統限制器動作特性。欠勵限制試驗要求機組輸出一定的無功負荷，設定限制值小于實際值10%的值，用下階躍的測試手段促使欠勵限制器動作。過勵限制器動作時間反比于勵磁回路的過勵值

（5）U/f限制性能的測試。須調節機端電壓到110%Ug，機組空載狀態下在20s內把機組頻率從50Hz降到45Hz，同時測錄U/f限制特性曲線，經過對本次測錄曲線的計算，驗證限制器限制特性的要求，當機頻變化1%時，機端電壓變化率遠小于±0.25%。

（6）定子電流限制試驗。機組在AVR1控制模式下帶75%有功和15%無功，設置定子電流限制值比實際定子電流值小2%的值，經過大約3min后，發電機定子電流限制器動作。

（7）甩負荷試驗。在機組分別帶20%Pn、40%Pn 70%Pn、100%Pn負荷情況下進行AVR模式下的機組甩負荷試驗，經過對不同負荷測錄波形的分析機端電壓在機組甩不同負荷時都會有短暫的升高但其超調量都在技術要求范圍之內，計算值小于15%～20%的超調范圍，本次甩負荷超調次數均為次，調節時間小于5s。

本次甩負荷過程中頻率受到影響程度和機組所帶有功負荷的大小有關，甩負荷典型實例見三峽右岸電站21號機2次甩負荷的錄制波形圖（圖2、圖3）。

（8）PSS試驗。用白噪聲作為擾動信號源，分別測試機組勵磁系統PID調節時的頻率、電壓變化趨勢和PID+PSS調節時的頻率、電壓變化趨勢，經過對比分析，投入PSS的調節方式雖然對擾動發生時的低頻振蕩有所抑制，但電壓趨于收斂的速度放慢，通過調整投入PSS調節后的PID參數有助于提高系統電壓穩定性。

（9）機組72h連續試運行正常。

4 結語

三峽右岸電站勵磁系統調試是分步有序展開的，每一步驟的調試都有其嚴格的調試條件。在整個調試過程中，每一階段完成后對系統接線和設置參數的反復檢查也尤為重要，這對機組的長期安全、穩定運行是非常有利的。經過對勵磁系統的調試，在后續的運行過程中，勵磁系統各項功能良好，沒有出現大的事故。

[1]中國水電四局.三峽右岸電廠21號機勵磁系統調試報告[R]2007.

[2]國電南瑞.三峽右岸電廠21號機勵磁系統投運報告[R]，2007.

[3]泰勒.電力系統電壓穩定[M].王偉勝，譯.北京：中國電力出版社，2002.

[4]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].3版.北京：中國電力出版社，2007.

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1672-5387（2013）05-0018-04

2013-08-08

巨民尚（1979-），男，助理工程師，從事水力機組安裝調試工作。