EXC9200勵磁系統改造的實踐與效果研究

鄧 耀

（1.五凌電力有限公司洪江電廠，湖南 懷化 418200；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

自并勵靜止整流勵磁系統的勵磁調節器是從半導體分立元件向集成化固體組件發展，換而言之是從模擬式勵磁調節器向數字式勵磁調節器方向發展。國產勵磁調節器可以劃分為半導體模擬式勵磁調節器、微機數字式勵磁調節器和混合式微機模擬式勵磁調節器三大類。其中微機數字式勵磁調節器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分包括主機和外圍設備，如接口電路，模擬量、數字量和開關量的輸入輸出通道和電源等，如果是雙微機、雙通道，則還包括雙機檢測切換及其通信連線；軟件部分包括應用軟件和系統軟件。應用軟件包括主程序和調節控制程序，系統軟件包括操作系統、編譯程序、調試程序和監控程序，對程序的編寫、調試、修改和運行監控等功能是由系統軟件實現的。

洪江電廠位于懷化市洪江區境內，電廠采用燈泡貫流機組，安裝6臺單機45 MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量為270 MW，采用兩機一變接線方式，投產時為國內單機容量最大燈泡貫流式機組。洪江電廠6臺機組的勵磁系統為數字式自并激靜止可控硅勵磁，其系統具體由勵磁變壓器、功率整流裝置、數字式勵磁調節器、交、直流勵磁電纜、輔助單元、起勵裝置、勵磁控制、保護裝置、變送器、電流電壓互感器等組成。自2003年投產以來，勵磁系統運行時間太久，設備老化嚴重，近年來故障頻發，開機過程多次出現過勵限制器動作、建壓失敗等問題，只能采取切換通道后再次開機至空載，嚴重影響勵磁系統運行的安全可靠性。為徹底消除以上缺陷，確保主設備安全，2018年、2021年洪江電廠分別完成1、2號機組勵磁調節器升級改造，由ABB生產的UNNITROL5000換型為廣州擎天EXC9200型全數字式勵磁系統。其系統采用分布式控制架構，觸摸式帶閉鎖顯示屏，現地操作按鈕更為靈活，人機交互界面更為友好。改造后該勵磁系統順利投入運行，運行良好，且操作簡便，便于運行與維護。

2 改造方案的制定和實施

2.1 勵磁系統主要技術參數

表1 勵磁系統主要技術參數

續表1

2.2 勵磁調節器特點

EXC9200勵磁系統的調節器是具有多通道冗余能力的系統，系統可配置為雙通道冗余或三通道冗余，通道間的切換基于優先級方式，極大提高系統可工作性能，最大限度的降低勵磁裝置的強迫退出運行的概率。系統基于高性能計算機平臺，其核心控制單元采用高性能CPU為主處理器，大容量FPGA 芯片為協處理器，組成多CPU的高速實時采樣和處理系統。主處理器采用 RISC 架構，用于完成復雜邏輯控制、復雜運算和通信。大容量FPGA 內部集成RAM 和多路 DSP，用于多單元并行浮點運算，進行數字信號處理。

EXC9200型勵磁系統采用分布式控制方式，各控制板件具備CAN總線能力，或光纖點對點通信能力。系統內部通信互連方式可以采用CAN總線互連方式和光纖通信互連方式；系統內部具有兩種CAN總線，一種是調節器及開入開出板的連接采樣專用CAN總線，另一種是調節器與其他控制板件間進行信息交互的系統CAN總線；系統內部光纖通信互連采用點對點通信方式，各控制板件的信息（不包括脈沖信號）通過光纖信息交互控制板進行通信，增加電磁抗干擾能力，提高系統信號傳輸的可靠性。

2.3 改造前的現場情況及采取的措施

洪江電廠原有的勵磁調節器為ABB公司生產的UNITROL5000，此次對勵磁調節柜整體進行了更換，并涉及到滅磁開關柜、功率柜內的輔助設備拆除和相關板件安裝。改造前勵磁調節柜有COB板件、MUB板件、FIO板件、通信適配器、變送器及跳閘繼電器；滅磁開關柜有過壓保護單元、FIO板、非線性電阻、滅磁開關、轉子電壓采集單元、他勵起勵單元、非線性電阻；勵磁功率柜有阻熔保護單元、快熔保護單元、GDP顯示屏、整流器接口板、門驅接口、測溫探頭。

由于在機組檢修期間進行勵磁調節器改造，機組保護裝置處于檢修狀態：①確保保護裝置電氣二次安全措施已布置，確保CT不開路，PT不短路；②拉開勵磁調節器、滅磁開關直流控制電源和發電機交流起勵電源，確保工作范圍內設備停電；③由于改造需拆除原柜內加熱器，由智能功率柜自動控制啟動散熱風扇，開機過程自動啟勵磁變風機，所以需要拉開勵磁柜頂風扇、加熱器和勵磁變散熱風機電源；④拉開滅磁開關柜、勵磁功率柜內保險，解開滅磁開關柜內至轉子側的電纜和勵磁電源柜內至勵磁變低壓側的電纜，確保勵磁調節器、勵磁功率單元、發電機轉子側都有斷開點。

2.4 現場施工方案的制定及內容步驟

現場施工方案要從組織措施、安全措施、危害辨識與風險評估及防范措施三個方面做好充分的準備，制定切實可行的施工方案。組織措施上制定具體人員名單，包括安全監督人員和現場施工人員，確保人身設備安全和現場文明施工；安全措施上確保電氣二次安全措施布置到位，同機組保護裝置處于檢修狀態，做好與運行設備的隔離；危害辨識與風險評估及防范措施上列出作業的具體風險點，包括改造施工和調試試驗階段，并制定針對性的控制措施。

具體施工內容包括：

（1）將原ABB勵磁調節器UNITROL5000整體換型為廣州擎天有限公司生產的EXC9200型勵磁調節器。

（2）功率柜內6只霍爾變送器、2塊功率柜控制板、2塊脈沖變板及2個智能操作屏安裝。

（3）滅磁柜內控制板及BOD板安裝。

（4）勵磁變溫控器安裝及調試。

（5）勵磁系統調試及涉網試驗。

具體施工步驟為：新勵磁系統調節器裝置及配套板件到貨驗收→原勵磁系統調節器及功率柜板件、滅磁開關柜板件拆線→原勵磁系統調節器及功率柜板件、滅磁開關柜板件拆除→新勵磁系統調節器及功率柜板件、滅磁開關柜板件安裝→新裝置外部回路接線及內部回路對接→勵磁變溫控器安裝及接線→上電調試及涉網試驗→完成工程驗收。

3 勵磁調節柜整體換型

3.1 舊勵磁調節柜拆除

將舊勵磁調節柜內部電纜全部拆除并用絕緣膠帶分別包好，拆除二次回路接線時做好標簽記號，各電纜的型號及用途要標注清楚，標簽粘貼要牢固，便于新裝置外部回路接線及內部回路對接；電纜拆除時禁止用力拖拽電纜，拆除后保持其自然狀態，并做好保護措施；將柜內元器件如勵磁調節器本體、電源模塊、電源濾波器、出口繼電器、變送器等拆除后用真空袋包好，做好記號；最后拆除舊調節柜面板，注意屏柜搬運時防止屏柜拆除過程中刮傷屏柜內電纜絕緣層，先將動力電纜和信號電纜分類綁扎好后緩慢放入電纜溝內，進行裝置內外接線對接時拖出電纜。

3.2 新勵磁調節柜安裝

新勵磁調節柜安裝調整完成后，先安裝好勵磁調節器的摩爾電源，再按照相關板件安裝配置圖，將功率柜接口板件及滅磁開關柜板件進行安裝，將新的顯示裝置嵌入屏柜；脈沖變壓器板、直流變送器板、COB板等元器件也按照安裝配置圖要求進行牢固安裝。最后進行新裝置外部回路接線及內部回路對接時，要嚴格按照外部設計圖紙來進行接線，接線號碼管清晰可靠，接線號碼管標明兩側標示，備用芯用膠布單根包好拉直，接線完畢后由進行核對檢查接線正確無誤。

4 勵磁變溫控器安裝

在勵磁變柜門上安裝勵磁變溫控器，確保安裝牢固可靠，按照勵磁變壓器溫控器接線圖接線，如圖1所示。電纜兩端采用專用屏蔽線接地，防止干擾，并標明回路，配備標示牌，注明電纜規格、走向及用途。此次增加溫度高報警和過高報警兩組信號至監控系統，便于運維人員及時發現勵磁變壓器運行溫度異常。

圖1 勵磁變溫控器接線圖

5 設備整體調試

5.1 設備調試前檢查

（1）檢查主回路電纜、銅排連接正確及螺釘安裝緊固，柜間連接線的正確。

（2）檢查插件、板卡及其它元器件安裝位置的正確性，各智能板跳線碼和撥碼開關位置正確。（3）檢查勵磁調節器及相關接口板件接線正確。（4）檢查TA端子和TV端子，確保TA不開路、TV不短路。

（5）用500 V兆歐表測量設備的帶電部分與金屬殼間的絕緣電阻應大于5 MΩ，有特殊要求的，應符合相關規定；測量CAN總線的電阻值應為60 Ω左右。

（6）系統內所有電源設備的開關均應處于關閉的位置。

5.2 設備通電調試

（1）合上電源斷路器，給裝置通電，檢查調節器、調節器人機界面顯示屏、智能I/O板、MC板、勵磁電流檢測板、開關量板、功率柜智能板、功率柜脈沖板、滅磁柜智能板、滅磁柜變送器板上電運行是否正常，勵磁調節器無告警信息。

（2）進行操作回路與信號模擬檢查，對勵磁系統外部輸入信號、勵磁系統開入及開出信號、勵磁系統其它信號、PMU信號進行檢查，與監控系統進行信號定義核對。

（3）檢查無異常后，將核算后的相關定值參數輸入勵磁裝置，確保參數固化成功并設置修改閉鎖。

5.3 勵磁系統靜態及動態試驗

根據調試試驗方案和電力行業相關試驗內容及項目進行了勵磁裝置現場試驗。內容包括：勵磁設備元器件完整性檢查、設備絕緣水平測試、模擬量校準測試試驗、小電流試驗、發電機升壓、開環常規試驗、空載閉環試驗和負載閉環試驗；此外根據DL/T 1870-2018《電力系統網源協調技術規范》進行了勵磁相關涉網試驗，包括勵磁系統模型和參數測試試驗和PSS參數整定及投入效果驗證試驗，各項試驗結果均合格，可以投運。

6 結語

洪江電廠勵磁調節器升級改造完成投運至今運行良好，通過這段時間安全穩定運行，證明此次改造明顯提升了洪江電廠機組勵磁系統運行的可靠性，表現在以下6個方面：

（1）開機過程未出現起勵不成功事件，監控系統監測到機組轉速達到95%后向勵磁系統發出投入勵磁令，勵磁系統接到投入勵磁令后自動合上滅磁開關，進入起勵建壓過程。

（2）勵磁系統正常運行中，功率柜冷卻風機自動進行啟動、停止控制，并且雙功率柜智能均流功能使勵磁系統運行溫度較之前單功率柜運行明顯降低。

（3）人機界面操作進一步優化，設有操作密碼和功能閉鎖，增減磁、分合滅磁開關現地操作更為簡便，便于運行與維護。

（4）勵磁系統和監控系統的數據進行交換，監控系統可以通過CAN總線和光纖通信兩種方式接收勵磁系統的狀態信息和故障信息，同時勵磁智能I/O板拓展了B碼對時等擴展功能，能與監控系統GPS進行對時，便于相關事件記錄和信號動作的時效性。

（5）通過勵磁繼電器拓展板開出AVR狀態、PSS狀態、和勵磁限制器動作信號等關鍵勵磁信號給PMU同步相量測量裝置，另外開出AVR電壓給定、PSS輸出信號、UK電壓輸出值模擬量信號，便于電網系統運行數據分析。

（6）根據勵磁涉網試驗結果修改了PSS參數，以達到改善機組及系統的阻尼，提高系統動態穩定及安全運行。