南瑞NES6100勵磁系統在潘家口電廠的應用

李赫明，付建忠

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

0 引言

潘家口電廠安裝3臺抽水蓄能機組，單臺機組裝機容量為90MW。機組有發電、抽水、發電調相、停機4種穩定工況。機組額定勵磁電壓為325V，額定勵磁電流為1991A，空載勵磁電壓為185V，空載勵磁電流為1153A。其中2號機組勵磁裝置已運行9年，現改造為南瑞NES6100勵磁裝置。南瑞勵磁裝置由1臺勵磁調節器柜、2臺可控硅整流裝置柜、1臺滅磁柜組成，為自并勵靜止整流勵磁系統。滿足在變頻啟動、背靠背啟動、發電、抽水等工況下的運行要求，具備發電、抽水兩種工況下的各種限制功能；具備發電機兩種變極工況下的限制功能。

1 潘家口電廠勵磁系統原理

改造后的南瑞NES6100發電機抽水蓄能勵磁系統是國電南瑞科技股份有限公司的第4代抽水蓄能勵磁系統，適用于同步發電機各種勵磁系統。

2 NES6100調節器功能配置

NES6100抽水蓄能勵磁系統的主要目的是精確地控制和調節同步發電機的端電壓和無功功率。為實現此目的，磁場電壓必須快速地對運行條件的變化作出反應，即響應時間不超過幾毫秒。為此NES6100抽水蓄能勵磁系統做為快速的控制器，不斷地將當前機端電壓給定值與反饋值進行比較，在盡可能短的時間內進行調節計算，最終去改變可控硅整流器的觸發角度，精準地為發電機提供勵磁電流。

圖2 勵磁調節回路框圖

2.1 5種運行控制方式

（1）恒機端電壓閉環方式；

（2）恒轉子電流閉環方式；

（3）定角度方式；

（4）恒無功功率運行；

（5）恒功率因數運行。

2.2 各種運行工況保證

（1）保證發電機按要求升壓、并網、增減無功負荷及逆變停機；

（2）保證發電機穩定運行于空載、發電、調相、停機等工況；

（3）主備勵無擾切換（選用）；

（4）余弦移相功能。

2.3 多種起勵方式可選

（1）快速零起升壓控制；

（2）機組軟起勵控制；

（3）自動初值起勵升壓。

2.4 限制器功能

為保證運行中的機組安全，保證機組與系統之間的運行穩定性，NES?6100配置了完善的限制功能。主要有如下限制器：

（1）最低勵磁電流瞬時限制；

（2）最大勵磁電流瞬時限制；

（3）過勵限制器；

（4）低勵限制器；

（5）過無功限制器；

（6）定子電流限制器；

（7）電壓/頻率限制器。

2.5 容錯功能

NES?6100抽水蓄能勵磁系統可自動識別模擬量測量的錯誤，切換調節器控制模式并報警，避免由此引發的振蕩或其他災難性嚴重后果。

（1）機端電壓測量容錯；

（2）定子電流測量容錯；

（3）轉子電流測量容錯；

（4）發電機頻率測量容錯；

（5）有功功率及無功功率測量容錯；

（6）開機令及停機令容錯；

（7）增、減磁信號容錯。

2.6 保護功能

勵磁調節裝置為保證機組安全，還具有如下保護功能：

（1）過電壓保護；

（2）PT斷線防誤強勵；

（3）初次開機異常保護功能。

2.7 限制功率單元出力控制

（1）高起始響應機組的勵磁機電壓限制器；

（2）負載阻抗補償控制，可任意設定正、負調差方式，且調差率大小可選擇；

（3）系統電壓跟蹤控制；

（4）用于水電機組制動用的柔性電制動控制器；

（5）系統電壓調節器；

（6）突然甩負荷限制器；

（7）勵磁系統穩定器。

3 改造過程介紹

3.1 前期準備

將勵磁系統與監控系統、保護系統、變頻器、勵磁變及開關之間連接的所有信號，包括開關量和模擬量，進行歸納總結，繪制新端子圖。

勵磁系統在機組各工況下的參數及監控流程圖與廠家交底，完成勵磁系統軟件編制工作。

確定施工所需的器具、材料及人員配備。

3.2 工作內容

（1）拆除舊盤柜，安裝新盤柜

將舊勵磁裝置盤柜內接線全部拆除并做好標記，整理好電纜；

拆除原勵磁裝置盤柜；

安裝新盤柜；

將所有電纜按照號頭進行接線；

首次送電，必須在廠家現場服務工程師的監護下進行。

（2）靜態試驗

勵磁裝置的絕緣測定；

整流功率柜冷卻系統的檢測；

自動手動切換及主調節器備用調節器切換；

自動及手動電壓調節范圍測定；

自動勵磁調節器的發電機電壓調差率的測定；

勵磁調節器各單元特性測定；

勵磁調節器總體靜態特性測定；

最大勵磁電流限制器的檢查；

低勵限制器的檢查；

檢查V/f限制器；

定子電流限制器的檢查；

勵磁系統操作、保護、限制及信號回路傳動。

（3）動態試驗

發電機空載試驗；

發電機各種工況（包括進相）時的帶負荷調節試驗；

發電機空載階躍響應試驗；

發電機負載階躍響應試驗；

峰值電壓及電壓響應時間試驗；

升壓試驗；

AVR/AER調節范圍試驗；

電壓頻率特性試驗；

調節器調節精度試驗；

低勵限制測試；

各限制單元及保護單元的整定與動作正確性試驗；

發電機短路試驗；

發電機甩負荷試驗；

勵磁系統PSS試驗；

勵磁系統模型參數確認試驗。

3.3 注意事項

參加勵磁裝置改造作業的人員必須經過三級安全教育并考試合格。

自覺遵守有關安全施工規定，嚴格執行安全工作規程及安全措施，不得違章作業。

作業中采用的新技術、新工藝、新設備應進行必要的培訓。

參加勵磁裝置改造作業的人員，工作前應充分了解和熟悉該系統及其設備。認真檢查所使用的工器具必須符合工作及安全要求。

作業前應全面了解系統設備的當前狀態，與已運行設備有聯系的系統應采取隔離措施。作業人員進入現場必須正確使用安全防護用具。遠方操作試驗時，操作人與現場監視人應在每次操作中相互聯系，及時處理異常情況。

4 調試時異常情況及處理

在機組變頻器抽水啟動過程中，定子電壓超過跳閘值，保護啟動電氣事故停機，導致抽水啟動失敗。

經分析發現變頻器至勵磁裝置0～20mA控制信號始終為15mA，不隨機組轉速變化而變化。檢查此信號在勵磁裝置中經過一臺一進二出的信號隔離模塊變為兩路0～20mA的信號分別送至兩套勵磁調節器，變頻器信號輸出模塊與勵磁裝置信號隔離模塊不兼容，出現信號傳輸錯誤的現象。將勵磁裝置中信號隔離模塊甩掉，將變頻器0～20mA信號量串聯接入兩套勵磁調節器中，此控制信號恢復正常，變頻器抽水啟動試驗成功。

5 結束語

本文對南瑞NES1600勵磁裝置在潘家口電廠的應用進行介紹，希望對類似電站的改造提供參考。