發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究

張 珺

(華南理工大學(xué) 環(huán)境與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006)

目前，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)是電力系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)、有效的控制方式之一，是一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域，且勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其功能涵蓋了勵(lì)磁系統(tǒng)所具有的測(cè)量、控制、限制、調(diào)節(jié)、保護(hù)等，大大簡(jiǎn)化了硬件電路，調(diào)試工作量也大為減少。其制造成本較低、便于維護(hù)，在國(guó)內(nèi)外均已有較為成熟的發(fā)展，廣泛用于系統(tǒng)供電[1，2]。同時(shí)，調(diào)節(jié)器的控制及設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，理論先進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)方便，并且內(nèi)部結(jié)合了傅氏計(jì)算方法，具有良好的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力[3]，但在實(shí)踐運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其在二次控制回路銜接上具有較多問(wèn)題。

為促進(jìn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)與控制工程實(shí)踐應(yīng)用的進(jìn)一步開展，并最終提高現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和運(yùn)行質(zhì)量，本文將結(jié)合設(shè)備在陜西省寶雞第二發(fā)電有限公司的具體運(yùn)用實(shí)例說(shuō)明這一研究領(lǐng)域的核心問(wèn)題所在，試圖在試驗(yàn)參數(shù)的選取、回路設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方案等方面問(wèn)題上作以說(shuō)明，以更好的解決勵(lì)磁機(jī)在實(shí)際電廠的應(yīng)用。

1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件

1.1 WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行參數(shù)及主要保護(hù)功能

WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為中國(guó)電力科學(xué)研究院并生產(chǎn)的第二代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。它繼承了第一代WKKL系列微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的全部調(diào)節(jié)、控制及限制保護(hù)功能，并結(jié)合了WKKL系列微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器300余臺(tái)套的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開發(fā)研制的升級(jí)換代產(chǎn)品。WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在計(jì)算速度、抗電磁干擾，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。WKKL-2000適用于從三機(jī)勵(lì)磁到自并勵(lì)等各種方式的可控硅勵(lì)磁，是現(xiàn)代大、中型同步發(fā)電機(jī)理想的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。

WKKL-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓恒定，通過(guò)合理的調(diào)差設(shè)置保證并列運(yùn)行的機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配，通過(guò)快速的勵(lì)磁響應(yīng)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)穩(wěn)定。除了以上基本的控制調(diào)節(jié)功能外，WKKL-2000還具有故障錄波、事件記錄、系統(tǒng)自檢、智能調(diào)試等輔助功能。本文發(fā)電機(jī)WKKL-2000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)如下:

表1 發(fā)電機(jī)WKKL-2000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)表

注:A、B柜參數(shù)相同

低勵(lì)限制和保護(hù)(進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)):勵(lì)磁調(diào)節(jié)A柜B柜低勵(lì)限制和保護(hù)正確，40MW發(fā)信號(hào)50MW(1.25倍)切手動(dòng)，延時(shí)2秒跳至Q4，Q5開關(guān)。#3發(fā)電機(jī)有功功率在200Mw左右，#3發(fā)電機(jī)允許進(jìn)相吸收電網(wǎng)無(wú)功65Mw;#3發(fā)電機(jī)有功功率在300Mw左右，#3發(fā)電機(jī)允許進(jìn)相吸收電網(wǎng)無(wú)功50M。

V/Hz限制:將參數(shù)設(shè)定的V/Hz限制定值設(shè)為1.15倍。將發(fā)電機(jī)電壓加到大于1.15倍小于1.2倍，V/Hz限制動(dòng)作，加到大于1.2倍切手動(dòng)，1.5秒后退出。

過(guò)勵(lì)限制:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流大小與兩柜退出運(yùn)行關(guān)系如下:

表2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流大小與兩柜退出運(yùn)行關(guān)系表

1.2 RCS-9400發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行參數(shù)

發(fā)電機(jī)RCS-9400勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)

表3 發(fā)電機(jī)RCS-9400勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)表[進(jìn)相運(yùn)行定值]

A柜 B柜無(wú)功欠勵(lì)限制2點(diǎn)Q:200.0MW 200.0MW無(wú)功欠勵(lì)限制3點(diǎn)Q:-59.9MVar -59.9MVar無(wú)功欠勵(lì)限制3點(diǎn)P:300.1MW 300.1MW無(wú)功欠勵(lì)限制4點(diǎn)Q:-59.9MVar -59.9MVar無(wú)功欠勵(lì)限制4點(diǎn)P:-49.9MVar -49.9MVar QUEL調(diào)節(jié)增益系數(shù):0.125 0.125 QUEL動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:0.06S 0.06S低勵(lì)限制返回時(shí)間:1.00S 1.00S伏赫茲電壓整定值:20.997kV 20.997kV伏赫茲頻率整定值:95.00% 95.00%伏赫茲逆變頻率值:90.00% 90.00%HXL動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:1.00S 1.00S HXL返回延時(shí)時(shí)間:1.00S 1.00S

表4 發(fā)電機(jī)RCS-9400勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)表[勵(lì)磁調(diào)節(jié)模型定值]

2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目

2.1 階躍響應(yīng)試驗(yàn)

維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在16kV左右，分別做5%、10%、20%階躍響應(yīng)試驗(yàn)，觀察發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在階躍過(guò)程中調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)性能，記錄試驗(yàn)波形。

表5 試驗(yàn)記錄表

2.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)試驗(yàn)

勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性測(cè)量:PSS退出運(yùn)行，80%Pn，無(wú)功盡可能少帶，在PSS輸出信號(hào)迭加點(diǎn)輸入白噪聲信號(hào)，用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓對(duì)于PSS輸出信號(hào)迭加點(diǎn)的相頻特性即勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性。

PSS超前滯后參數(shù)整定:根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性和PSS的傳遞函數(shù)計(jì)算滿足PSS相位補(bǔ)償特性要求的PSS相位補(bǔ)償參數(shù)。

PSS臨界增益測(cè)量:從Kpss=0.8，開始逐步增加PSS的增益，觀察發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和無(wú)功功率的波動(dòng)情況，確定PSS的臨界增益。

PSS增益整定PSS的實(shí)際增益取臨界增益的20%～30%。

發(fā)電機(jī)電壓給定階躍試驗(yàn):80%Pn，無(wú)功盡可能少帶，在PSS投入和退出兩種情況下進(jìn)行發(fā)電機(jī)電壓2%階躍試驗(yàn)并錄波，比較PSS投入和退出兩種情況下有功功率的波動(dòng)情況。

表6 階躍試驗(yàn)記錄表

反調(diào)試驗(yàn):機(jī)組帶60%Pn，少量無(wú)功，在PSS投入的情況下，電廠正常運(yùn)行情況下最快速度的增加有功功率，同時(shí)，錄取發(fā)電機(jī)有功無(wú)功波形，觀察發(fā)電機(jī)無(wú)功功率無(wú)明顯功振蕩現(xiàn)象。

2.3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)相運(yùn)行及低勵(lì)限制功能試驗(yàn)

整定調(diào)節(jié)器無(wú)功低勵(lì)定值為-10MVar，減發(fā)電機(jī)無(wú)功至限制區(qū)域，調(diào)節(jié)器無(wú)功低勵(lì)限制正確動(dòng)作。

2.4 滅磁試驗(yàn)及通道切換試驗(yàn)

A/B通道切換試驗(yàn):檢查自動(dòng)柜控制方式在電壓方式，A套為主通道運(yùn)行，操作增減磁把手，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升至18kV，切調(diào)節(jié)器通道選擇把手至B主，檢查調(diào)節(jié)器運(yùn)行穩(wěn)定，再切調(diào)節(jié)器通道選擇開關(guān)至A主。

電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗(yàn):勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行正常，置調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)于恒電壓閉環(huán)運(yùn)行。切調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)至If投入。檢查調(diào)節(jié)器運(yùn)行穩(wěn)定，切調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)至恒電壓運(yùn)行。

電壓環(huán)/恒角度開環(huán)切換試:勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行正常，置調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)于恒電壓閉環(huán)運(yùn)行，切調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)至恒角度開環(huán)運(yùn)行。檢查調(diào)節(jié)器運(yùn)行穩(wěn)定，切調(diào)節(jié)器控制方式開關(guān)至恒電壓閉環(huán)運(yùn)行。

3 WKKL-2000、RCS-9400勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行

(1)WKKL-2000、RCS-9400微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器均設(shè)有A柜和B柜，每柜均有自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行方式可供選擇，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，以雙柜均流運(yùn)判斷故障方式運(yùn)行。

(2)調(diào)節(jié)器的正常運(yùn)行方式是雙柜并列運(yùn)行方式。A、B柜并列運(yùn)行的目的不僅是每柜輸出電流減小一半，同時(shí)也是兩個(gè)調(diào)節(jié)器柜工作處于主輔工作方式，單柜故障退出時(shí)不影響發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。

(3)在A、B自動(dòng)運(yùn)行的情況下，人為地切除或發(fā)生故障自動(dòng)切除任一柜都不會(huì)引起發(fā)電機(jī)無(wú)功波動(dòng)，另一柜自動(dòng)承擔(dān)勵(lì)磁電流輸出。

(4)自動(dòng)柜與手動(dòng)柜并列運(yùn)行方式不是好的運(yùn)行方式，因?yàn)槭謩?dòng)輸出將影響自動(dòng)柜的調(diào)節(jié)能力，所以操作時(shí)應(yīng)盡量避免這種方。

(5)微型雙自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的退出:雙柜運(yùn)行退出一柜檢修:將待退出柜的勵(lì)磁切換開關(guān)打至“切除”位置，再根據(jù)需要停用1QS，2QS，及可控硅的輸入和輸出開關(guān)將調(diào)節(jié)器退出。正常停機(jī)時(shí)，將勵(lì)磁切換開關(guān)切至“切除”位置即可。

(6)WKKL-2000手動(dòng)、自動(dòng)切換試驗(yàn):調(diào)節(jié)器在手動(dòng)輸出電流下穩(wěn)定30秒以上進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)切換，否則容易發(fā)生較大的輸出波動(dòng)。

(7)微型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器一般故障處理。故障后裝置一般會(huì)切至手動(dòng)位運(yùn)行，切手動(dòng)后，及時(shí)將控制柜上的切至自動(dòng)動(dòng)位，以保持與裝置運(yùn)行狀態(tài)同步。根據(jù)故障信號(hào)指示，查看裝置液晶屏上所顯示的故障，排除故障，復(fù)歸故障信號(hào)，把方式控制開關(guān)切至自動(dòng)位運(yùn)行。功率單元故障時(shí)，相應(yīng)的功率單元面板上的指示燈點(diǎn)亮，A、B柜任一柜裝置自檢故障時(shí)退出該調(diào)節(jié)柜運(yùn)行。信號(hào)復(fù)歸，使用面板上的復(fù)歸按鈕，該按鈕只復(fù)歸信號(hào)，不復(fù)歸程序。RCS-9400上位機(jī)故障時(shí)，不影響#4發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)功能，上位機(jī)功能為監(jiān)控和故障分析。

4 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

WKKL-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定既滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況技術(shù)要求，又維持了電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。

反調(diào)試驗(yàn)波形如圖1、2所示，說(shuō)明PSS環(huán)節(jié)中抗“反調(diào)”功能正常。

進(jìn)相運(yùn)行及低勵(lì)限制功能試驗(yàn)波形如圖3所示，限制動(dòng)作后發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖3 無(wú)功低勵(lì)限制波形

RCS-9400發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)試驗(yàn)波形圖如圖4、5、6、7 所示，5%、10%、15%階躍實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)時(shí)間依次增大，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號(hào)由發(fā)電機(jī)出口開關(guān)輔助接點(diǎn)狀態(tài)來(lái)判斷，接點(diǎn)狀態(tài)長(zhǎng)距離電纜傳輸使時(shí)間延滯。

圖4 5%階躍試驗(yàn)波形

發(fā)電機(jī)電壓給定階躍試驗(yàn)波形圖如圖8、9所示，有PSS情況下振動(dòng)次數(shù)有減少，峰值與谷值差值略有減小。

電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗(yàn)波形如圖8所示，切換過(guò)程發(fā)電機(jī)電壓平穩(wěn)，無(wú)波動(dòng)。

電壓環(huán)/恒角度開環(huán)切換試波形如圖9所示，切換過(guò)程發(fā)電機(jī)電壓平穩(wěn)，無(wú)波動(dòng)。

光電隔離較弱，接口線路勵(lì)磁調(diào)節(jié)過(guò)負(fù)荷，影響到發(fā)電機(jī)的抗干擾性與穩(wěn)定性。

三相短路滅磁時(shí)間測(cè)定曲線圖如圖10所示。

圖10 發(fā)電機(jī)短路滅磁曲線

A/B通道切換試驗(yàn)波形如圖11所示，切換過(guò)程發(fā)電機(jī)電壓平穩(wěn)，無(wú)波動(dòng)。

圖11 A/B通道切換試驗(yàn)波形

5 發(fā)電機(jī)機(jī)組改進(jìn)方案

通過(guò)以上試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果分析，給出發(fā)電機(jī)機(jī)組改進(jìn)方案

(1)半導(dǎo)體可控硅選用300A管子，代替原200A可控硅管子，因?yàn)榭煽毓韫茏硬恍枰獜?qiáng)迫通風(fēng)冷卻即能滿足發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行工況，減少可控硅故障率以及和冷卻風(fēng)機(jī)引起的一次、二次設(shè)備積灰引起的設(shè)備損壞幾率。

(2)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置工作電源采用永磁機(jī)機(jī)端電壓和Dc220V雙電源供電，Q4、Q5、開關(guān)及相關(guān)開入量采用DC24V雙電源控制，解決了直流電源消失或直流系統(tǒng)異常對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的影響。

(3)主勵(lì)轉(zhuǎn)子回路采用了非線性ZnO電阻滅磁技術(shù)，擊逆變滅磁技術(shù)能有效的吸收主勵(lì)轉(zhuǎn)子能量防止操作過(guò)電壓對(duì)主勵(lì)轉(zhuǎn)子絕緣的危害。

(4)增加Q4、Q5開關(guān)，KQD1、KQD2開關(guān)聯(lián)跳 Q7開關(guān)回路。取消了原主勵(lì)磁機(jī)過(guò)負(fù)荷減勵(lì)磁的接線，由勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)根據(jù)轉(zhuǎn)子電流大小來(lái)判斷，以及機(jī)端電壓來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

(5)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號(hào)原由發(fā)電機(jī)出口開關(guān)輔助接點(diǎn)狀態(tài)來(lái)判斷，現(xiàn)改為由發(fā)電機(jī)定子電流大小來(lái)判斷，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號(hào)作為輔助判據(jù)，解決了接點(diǎn)狀態(tài)長(zhǎng)距離電纜傳輸所帶來(lái)的干擾問(wèn)題，以及并網(wǎng)信號(hào)消失導(dǎo)致的機(jī)組甩負(fù)荷故障發(fā)生。電壓檢測(cè)兩柜均采用0.5級(jí)的(1YH)儀用PT二次電壓，提高測(cè)量電壓的精度解決了PT一、二次回路斷線對(duì)調(diào)節(jié)器輸出穩(wěn)定性的影響。

(6)發(fā)電機(jī)解裂滅磁原由發(fā)電機(jī)出口開關(guān)輔助接點(diǎn)狀態(tài)來(lái)判斷，現(xiàn)改為由發(fā)電機(jī)Q7開關(guān)輔助接點(diǎn)狀態(tài)及發(fā)電機(jī)電流來(lái)判斷，并實(shí)現(xiàn)了光電隔離，提高了抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

WkkL-2000、RCS-9400發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)恒機(jī)端電壓和恒轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)的兩種調(diào)控方式運(yùn)行，并能相互跟蹤實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。同時(shí)，設(shè)有欠勵(lì)、過(guò)勵(lì)、V/H限制及保護(hù)功能，并滿足發(fā)電機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的要求，及PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器投入要求。

勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用在供電系統(tǒng)中非常廣泛，尤其對(duì)于處于超高壓電網(wǎng)連接樞紐位置，超高壓系統(tǒng)的潛供電流在系統(tǒng)低載的電網(wǎng)，合理應(yīng)用勵(lì)磁控制系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)穩(wěn)定及電壓水平。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術(shù)改造，勵(lì)磁調(diào)節(jié)參數(shù)測(cè)定，進(jìn)相運(yùn)行參數(shù)測(cè)定，PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)差測(cè)定，電廠系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中線路故障明顯下降，電網(wǎng)電壓水平趨于合理，使系統(tǒng)得以優(yōu)化和完善，為當(dāng)?shù)貛?lái)了諸多經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和安全效益。

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