南網總調直調水電廠勵磁系統改造試驗管理概述

陳鈺林

（廣東能源集團天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 興義 562400）

0 引言

天一電廠裝機容量1 200 MW（4×300 MW），采用發變組單元接線形式，為南網總調直調電廠。2021年結合機組檢修，將勵磁系統由南瑞NES5100改造為廣州擎天事業有限公司EXC9200勵磁調節器，為自并勵勵磁系統，采用熱管+風機的冷卻方式，具備電制動功能，由勵磁調節器柜、電制動柜、功率柜（3面）、滅磁電阻柜、滅磁開關柜組成。

勵磁系統改造試驗全過程主要包括試驗單位確定、試驗方案編制、現場試驗、試驗報告編制與審核。其中試驗單位通過招標確定，試驗費用預算須包含試驗報告審核費用。

1 試驗單位確定

1.1 試驗單位資質、業績要求

根據《關于進一步規范發電機勵磁、PSS及調速系統實測和建模審核工作的通知》要求，試驗單位資質應滿足中國電力建設企業協會發布的《電力工程調試能力資格管理辦法（2013版）》及電監會2009年發布的《承裝（修、試）電力設施許可證管理辦法》的相關規定要求，電力工程調試能力資格（電源工程類）甲級及以上，且需被南網總調認可。試驗單位近3年至少完成1臺南網系統200 MW及以上水輪發電機組勵磁系統涉網試驗業績，試驗單位項目經理需具有豐富的項目實施管理經驗和相關經歷。

試驗單位在開展試驗前（試驗方案上傳前），需與南方電網機組勵磁系統涉網試驗方案、報告審核單位（南方電網科學研究院有限責任公司）簽訂試驗方案、試驗簡報和試驗報告審核費用合同，并及時支付該合同費用。如因未簽訂合同或支付不及時等導致試驗方案、簡報、報告的審核工作拖延而影響涉網試驗的開展，試驗單位將承擔相應的違約責任。

1.2 試驗單位主要工作內容

參加勵磁系統改造項目設計聯絡會，并根據設備情況提出技術改進意見。

勵磁系統參數實測與建模試驗：對被測試機組的勵磁系統進行頻率響應以及動態響應測試，確認勵磁系統模型參數和特性，為電力系統分析計算提供可信的模型數據。

勵磁系統PSS功能試驗：綜合考慮南網相關規定以及DL/T 1231-2018《電力系統穩定器試驗導則》要求，通過現場實測和仿真對比，選取合適的參數保證PSS投入后的振蕩頻率應為無PSS振蕩頻率的80%～120%，有PSS的有功功率應明顯減少，阻尼比應大于0.1[1]。

機組進相試驗：確定被測試機組進相運行參數，使該發電機能夠根據電網需要，安全投入進相運行。

2 試驗方案編制與審核

2.1 試驗方案總體要求

（1）試驗依據

勵磁系統改造試驗依據主要有：DL/T 1167-2019《同步發電機勵磁系統建模導則》、DL/T 1231-2018《電力系統穩定器整定試驗導則》、DL/T 1523-2016《同步發電機進相試驗導則》、《南方電網同步發電機勵磁系統參數實測與建模導則》、《南方電網同步發電機勵磁系統、原動機及其調節系統參數實測與建模工作管理規定》、《南方電網電力系統穩定器整定試驗導則》、《南方電網電力系統穩定器（PSS）配置、整定試驗及運行管理規定》、《中國南方電網電壓質量和無功電力管理標準》、《關于進一步規范發電機勵磁、PSS及調速系統實測和建模審核工作的通知》等標準和文件。

（2）試驗方案總體要求

試驗方案中應包括但不限于試驗單位、配合單位、試驗目的、發電廠和并網情況的整體介紹、試驗對象相關設備的基本資料（廠家、型號、銘牌參數、控制模式、傳遞函數、控制流程、參數設置等），各個試驗項目要明確試驗目的、試驗條件、試驗工況、試驗方法、試驗步驟、安全措施等內容，如有個別試驗無需開展應說明原因。

2.2 試驗內容

（1）勵磁系統參數實測與建模試驗

勵磁系統參數實測與建模試驗分為靜態試驗、發電機空載動態試驗、發電機負載動態試驗。

靜態試驗進行勵磁調節器各環節的測量和辨識。發電機空載動態試驗包括發電機空載特性試驗、AVR比例放大倍數特性試驗、發電機直軸瞬態開路時間常數實測試驗、發電機空載大干擾階躍響應試驗、發電機空載小干擾階躍響應試驗[2]。發電機空載動態試驗包括調差系數極性校核、調差系統測量。

（2）勵磁系統PSS試驗

勵磁系統PSS試驗包括測量PSS各環節輸入、輸出特性參數，整定PSS輸出限制值，PSS自動投入、退出值的試驗和整定，勵磁控制系統無補償頻率特性、PSS的相頻特性、勵磁控制系統有補償頻率特性，整定PSS增益，試驗校核PSS作用，PSS反調試驗，PSS投入時電壓和無功波動情況測試[3]。

（3）勵磁系統進相試驗

勵磁系統進相試驗的目的是測試機組真實進相能力，確保最大進相情況下機組及輔助系統安全穩定運行，要求進相深度滿足功率因數不小于0.97。

2.3 試驗工期安排

勵磁系統改造試驗總工期為7.5 d，其中涉網試驗時間為4.5 d。勵磁系統參數實測與建模靜態試驗工期為2 d，在機組啟動試驗前擇機開展。勵磁系統參數實測與建模發電機空載動態試驗工期為1 d。勵磁系統參數實測與建模發電機負載動態試驗工期為1 d。勵磁系統PSS試驗工期為2 d，其中包含試驗簡報編制審核時間，如遇周末或節假日，則需延長試驗時間。勵磁系統進相試驗工期為1.5 d，其中包含PSS定值單申請與執行時間。

2.4 試驗方案審核

勵磁系統試驗根據負荷要求分為涉網試驗和非涉網試驗，須執行南網總調關于計劃檢修的相關要求。勵磁系統參數實測與建模試驗和PSS試驗須執行機組涉網控制管理相關實驗要求。

非涉網試驗部分試驗方案按照電廠要求進行編制，執行編寫、審核、批準流程。涉網試驗部分試驗方案按照南網總調的要求進行編制，執行編寫、審核、批準和調度審核流程，在試驗開工前5個工作日的11：00之前報送南網總調審核。

勵磁系統參數實測與建模試驗方案和PSS試驗方案通過OMS系統子模塊“機組涉網控制管理（直調電廠）”提前20個工作日提交至技術監督單位（南網科研院）和南網總調進行審核。試驗方案審核通過后方能開展現場試驗工作。如果出現退回情況，則在退回后3個工作日內重新提交。

3 現場試驗條件

勵磁系統參數實測與建模靜態試驗、發電機空載動態試驗為非涉網試驗，由電廠結合現場實際情況開展。勵磁系統參數實測與建模發電機負載動態試驗要求調速器系統負載試驗已完成，機組并網帶負荷，機組穩定為前提，有功不作要求，無功不小于10%額定無功。

勵磁系統PSS試驗要求機組負荷為0～100%當前水頭最大負荷，無功小于10%額定無功。退出全廠AGC和AVC功能，退出機組一次調頻，機組PSS功能根據試驗需求現場投退。勵磁系統PSS試驗，綜合考慮南網相關規定和電力行業標準要求。

勵磁系統進相試驗要求機組有功功率0～100%當前水頭最大負荷，退出全廠AGC和AVC功能。機組勵磁系統試驗簡報經南網總調和南科院審核通過，勵磁系統PSS正常投入。現場試驗時選取0%、50%、75%、100%額定有功或當前水頭最大負荷4個點做進相試驗。進相試驗限制條件主要有電網電壓限制、廠用電10.5 kV母線電壓限制、廠用電400 V母線電壓限制、發電機定子電流限制、發電機各部溫升限制、發電機功角限制。試驗時退出勵磁調節器低勵限制功能，專人監視各限制條件，監視發電機失磁保護動作情況。試驗過程中應盡量避免啟動大型輔機，避免機組長時間在振動區運行。

4 試驗報告編制與審核

試驗簡報。現場試驗結束1個工作日內，提交試驗簡報至南網總調和南網科研院審核。簡報內容主要包括試驗概述（時間、地點、單位等）、試驗項目、試驗工況、主要試驗波形和指標、控制整定參數、試驗結論（包括性能指標能否滿足何種標準的規定，試驗內容能否滿足南方電網建模需要等）、試驗過程中的缺陷、缺陷對設備的影響及處理情況等。勵磁參數實測和PSS參數整定的試驗簡報需提交發電機模型參數及其勵磁系統的整定參數（BPA模型采用表格形式），以便仿真校核。如出現退回情況，則在退回后1個工作日內應重新提交。

試驗報告。現場試驗結束1個月內，提交詳細實測建模報告至南網總調和南網科研院審核。實測建模報告除要嚴格按照南方電網的相關建模導則要求外（即《南方電網同步發電機勵磁系統參數實測與建模導則》、《南方電網電力系統穩定器整定試驗導則》、《南方電網同步發電機原動機及調節系統參數測試與建模導則》），還要給出模型各參數取值來源，說明試驗時的運行參數、運行條件、試驗參數、記錄數據曲線、辨識中間過程公式等，完成各個環節辨識以及整體辨識，其指標應達到導則要求，并且附原始實測錄波數據（推薦為Excel文件）作為附件，便于審核時進行校核。待報告審核通過后方能更新機組穩定模型數據（BPA的SWI文件），更新人員應按照審核通過后的實測建模報告，正確無誤錄入和填寫，并由他人進行審核，保證BPA卡片數據的正確有效。

5 結語

本文對天一電廠勵磁系統改造試驗全過程管理經驗進行總結，該經驗可供水電機組勵磁系統試驗相關人員借鑒，開展好勵磁系統改造及試驗工作。