晏青松

(黃岡大別山發(fā)電有限責任公司，湖北 黃岡 438000)

某電廠ABB勵磁調(diào)節(jié)器的升級改造

晏青松

(黃岡大別山發(fā)電有限責任公司，湖北 黃岡 438000)

介紹了某電廠1，2號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)改造前的基本參數(shù)及系統(tǒng)缺點，闡述了改造內(nèi)容和新勵磁系統(tǒng)的技術(shù)特點，提出了改造過程中應注意的前期準備、勵磁調(diào)節(jié)器的拆除和安裝方案、轉(zhuǎn)子接地保護裝置改造等內(nèi)容。改造完成后，提高了機組勵磁系統(tǒng)的安全運行水平。

勵磁調(diào)節(jié)器；升級改造；試驗

0 引言

某電廠1，2號機組于2008年投入商業(yè)運行，采用瑞士ABB公司的Unitrol5000靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，系統(tǒng)型號為Q5S-0/U261-S5000。2015年發(fā)生過1次因ARCnet通訊故障引起的機組非停事故，其余時間運行較為穩(wěn)定。2016年5月和10月，該電廠分別對2臺機組的勵磁調(diào)節(jié)器進行了升級改造。

1 改造前的勵磁系統(tǒng)概況

1.1 1，2號發(fā)電機基本參數(shù)

額定功率 644.44MW，額定電壓 22kV；額定定子電流18790A，額定功率因數(shù)0.9；額定勵磁電壓 461V，額定勵磁電流 4756A；額定空載勵磁電壓 176V，額定空載勵磁電流 1942A。

1.2 5000勵磁系統(tǒng)缺點

(1)無冗余連接。5000勵磁系統(tǒng)ARCnet總線承擔著勵磁系統(tǒng)控制以及狀態(tài)信號交換功能，無冗余連接?？偩€接頭松動或干擾信號引起總線通信不正常，將會導致勵磁系統(tǒng)事故停機，嚴重影響機組運行。

(2)5000勵磁系統(tǒng)人機交互界面顯示信息較少，不利于運行人員檢查和現(xiàn)場調(diào)試。

2 改造內(nèi)容及改造后的系統(tǒng)優(yōu)點

2.1 改造內(nèi)容

本著經(jīng)濟和可靠的原則，保留勵磁調(diào)節(jié)器原有的滅磁開關(guān)、滅磁電阻、整流橋、起勵回路，主要更換勵磁調(diào)節(jié)器控制部件、整流橋控制部件、過電壓吸收裝置、控制電源回路、人機操作界面等。

整套勵磁調(diào)節(jié)器需運至工廠進行升級改造。

升級后的勵磁系統(tǒng)型號為T6S-0/U261-S6000。該勵磁系統(tǒng)采用“雙通道+后備通道”冗余配置，每個通道含有1塊主控板PEC800、1塊測量通訊板CCM，具有1個自動通道(機端電壓調(diào)節(jié)模式)、1個手動通道(勵磁電流調(diào)節(jié)模式)和1個后備手動通道。后備手動通道作為緊急情況下的備用通道，采用手動控制模式。

2.2 改造后的系統(tǒng)優(yōu)點

改造后的系統(tǒng)為6000勵磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點。

(1)利用光纖冗余方式傳輸觸發(fā)脈沖，消除了5000勵磁系統(tǒng)中因扁平電纜的老化和破損給機組運行帶來的隱患。

(2)采用光纖冗余方式進行內(nèi)部通訊，避免了5000勵磁系統(tǒng)中因ARCnet串行通訊中斷造成的非停事故。

(3)采用每個整流柜單獨采集同步電壓、勵磁電壓和勵磁電流方式，避免了5000勵磁系統(tǒng)中因用PSI板帶來的系統(tǒng)安全問題。

(4)轉(zhuǎn)子過電壓保護采用電流繼電器來檢測漏電流，避免了5000勵磁系統(tǒng)中因霍爾元件易受干擾造成誤報轉(zhuǎn)子過電壓并導致機組的非停。

(5)風機電源采用每個整流柜獨立分布電源方式，避免了5000勵磁系統(tǒng)中因總電源繼電器故障造成的風機回路失電而帶來的非停事故。

(6)板卡均獨立安裝，且每塊板卡采用雙電源供電，每路電源均有獨立開關(guān)，使得在線維護和故障處理更加安全可靠。

3 改造過程中的注意事項

3.1 改造前期工作

(1)改造前，電廠技術(shù)人員應去具備改造資質(zhì)的廠家進行實地考察，了解該廠家的改造業(yè)績及改造能力。

(2)與廠家技術(shù)人員確定改造范圍并向已完成勵磁改造的電廠了解注意事項，確定改造合同。

(3)在項目正式實施之前，對廠家提供的圖紙進行審核，注意改造后的勵磁調(diào)節(jié)器與外部設備接口部分。

(4)對照廠家圖紙，繪制出勵磁改造的接口圖紙，確定是否需要新增電纜、DCS組態(tài)是否需要改變。

3.2 勵磁調(diào)節(jié)器拆除和吊運

因受場地和試驗條件限制，雙方協(xié)商將整套勵磁調(diào)節(jié)器返回ABB公司進行改造，所以需要將整套勵磁調(diào)節(jié)器拆除、返廠。

3.2.1 勵磁調(diào)節(jié)器拆除

該電廠勵磁調(diào)節(jié)器位于汽機房6kV配電室內(nèi)，相對于勵磁調(diào)節(jié)器位于汽機房13.7m平臺上的電廠而言，拆除難度較大。拆除勵磁調(diào)節(jié)器的外部接線，將勵磁調(diào)節(jié)器拆分為2部分：第1部分為調(diào)節(jié)柜(ER)、滅磁柜(ES)和直流出線柜(EE)，第2部分為6面整流柜(EG)和交流進線柜(EA)。

3.2.2 勵磁調(diào)節(jié)器吊運

1號機組通過拆除勵磁小室和6kV配電室的墻面，將勵磁調(diào)節(jié)器平移至能使用汽機房行車的地方進行起吊。

2號機組因無法使用行車，用2臺20t流動式汽車吊配合完成起吊工作。其中，在2號機組搭設9.1m高的腳手架平臺，用于起重指揮等工作。

3.3 轉(zhuǎn)子接地保護裝置改造

原5000勵磁系統(tǒng)采用ABB公司自帶的UNS3020a-Z型轉(zhuǎn)子接地保護裝置(疊加交流電壓測量導納的惠斯通電橋原理)，容易受汽機側(cè)大軸接地狀況影響，引起對地電容值發(fā)生變化而使裝置誤動作。該裝置無法有效在線監(jiān)視發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣狀況及轉(zhuǎn)子正負極對地電壓大小，也不能區(qū)分發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地和兩點接地故障；同時該裝置還存在人機界面不友好、定值修改困難等缺陷，不利于運行和維護人員對發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣的監(jiān)測。

根據(jù)參考文獻2，該電廠廢棄了原轉(zhuǎn)子接地保護裝置，在勵磁調(diào)節(jié)柜旁新增1面屏柜，使用南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-985RE乒乓式和雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置。正常運行時，投入雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護裝置。

3.4 廠家靜態(tài)試驗

工廠試驗一般按照標準程序執(zhí)行，主要試驗項目包括：主回路及控制回路交直流耐壓試驗、絕緣試驗、設備參數(shù)設置與核對、數(shù)字量與模擬量核對、跨接器過壓試驗、小電流試驗、大電流試驗。設備回裝，連接好外部接線后，核對外部開入和開出量、模擬量等。

在靜態(tài)試驗過程時，ABB廠家對PT慢熔邏輯(即PT斷線保護)和增減磁防粘連程序進行升級。增減磁防粘連原理是：調(diào)節(jié)器捕捉外部增減磁脈沖上升沿，捕捉到上升沿后就將脈沖展寬500ms(可設置)。PT慢熔原理是：比較2組機端PT線電壓，若壓差超過定值，自動切換至備用通道。

3.5 調(diào)試過程中發(fā)生的問題

(1)1號機組發(fā)生過廠家將滅磁開關(guān)輔助接點中“C”與“c”接反事故。正確接線應該是“C”接機組110V直流正極，“c”接勵磁柜內(nèi)電源模塊24V_N，而24V_N是接地的。工廠配線將線接反以后，直接導致機組110V直流系統(tǒng)接地報警。

(2)2號機組發(fā)生過滅磁開關(guān)合分閘回路電阻R21和R22引腳“1”線接反事故，如圖1，2所示。R21為4.7Ω，R22為19.8Ω，YC/O線圈電阻為7.8Ω，正確接線時該線圈電壓為14.96V，一旦接反，分閘接觸器K12合閘后，YC/O線圈中承受的電壓為62.5V，導致在試驗過程中偶爾發(fā)生滅磁開關(guān)脫扣的情況。

(3)2號機組發(fā)生過正常停機跳滅磁開關(guān)后ECT上報警“CrowbarFlt”(跨接器故障)。正常停機產(chǎn)生反向過電壓，跨接器V2，V3導通，電流互感器T02.1檢測漏電流后，其接點觸發(fā)A51的DI5動作。正向過電壓時，跨接器V1導通，T02.2檢測漏電流后，其接點觸發(fā)A51的DI6動作。

從ECT故障錄波圖看，發(fā)現(xiàn)滅磁開關(guān)跳開后，DI6開入至A51，DI5沒有開入，而軟件里面定義“CrowbarFlt”(跨接器故障)為DI5有開入，從而判斷DI5和DI6接線錯誤。

圖1 錯誤接線

圖2 正確接線

3.6 廠家動態(tài)試驗

在發(fā)電機空載情況下，需要做通道1、通道2和后備通道的手自動模式起勵、階躍、逆變滅磁、跳開關(guān)滅磁、手自動模式切換、V/Hz限制器試驗以及通道切換試驗。手動和自動模式下，起勵正常，建壓平滑，無明顯超調(diào)。手動和自動模式下，階躍試驗顯示系統(tǒng)的調(diào)節(jié)響應速率快、超調(diào)小，可以得出系統(tǒng)的PID環(huán)節(jié)工作正常。手自動模式切換試驗結(jié)果顯示切換平滑，基本無擾動，證明系統(tǒng)的手自動模式跟蹤正常。通道切換試驗證明2個通道之間的跟蹤正常。

在發(fā)電機并網(wǎng)條件下，試驗項目包括:手自動模式階躍、手自動模式切換、勵磁電流限制器、定子電流限制器、PQ限制器和通道切換試驗。試驗結(jié)果表明：手自動切換試驗、通道切換試驗均顯示系統(tǒng)工作，跟蹤良好；各個限制器試驗證明限制器動作正常。

3.7 勵磁參數(shù)測試和PSS試驗

按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》11.2.4條“勵磁系統(tǒng)設備改造后，應重新進行階躍擾動性試驗和各種限制環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能的試驗，確認新的勵磁系統(tǒng)工作正常，滿足標準的要求”的規(guī)定，當改造完成后，需要重新開展勵磁參數(shù)測試和PSS試驗。

(1)勵磁參數(shù)測試。主要是發(fā)電機空載特性、發(fā)電機空載階躍響應特性試驗、發(fā)電機空載大階躍試驗、發(fā)電機時間常數(shù)測試和調(diào)差極性校核試驗。通過將仿真結(jié)果與實際空載階躍響應結(jié)果比對，驗證了機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)的正確性?！胺抡鎱?shù)”可以作為“實用參數(shù)”，用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算。

(2)PSS試驗。主要是勵磁系統(tǒng)無補償頻率特性測量、在線有補償勵磁系統(tǒng)頻率響應特性仿真、PSS臨界增益確定、PSS阻尼效果校核試驗、機組“反調(diào)”現(xiàn)象檢查。試驗結(jié)果表明：PSS相位補償合理，為系統(tǒng)提供了正阻尼，對低頻振蕩有較好的抑制作用。PSS運行試驗及“反調(diào)”試驗表明PSS可以正常投入運行。

4 結(jié)束語

該電廠勵磁系統(tǒng)升級改造后，勵磁系統(tǒng)各項功能滿足相關(guān)技術(shù)標準以及電網(wǎng)要求，具有簡潔便利的人機界面以及故障錄波功能，便于調(diào)試及維護，有效提高了機組勵磁系統(tǒng)的安全運行水平。

1周志凱．某電廠因UNITROL5000勵磁系統(tǒng)通信故障致機組跳閘事件分析[J]．廣東電力，2016，29(7)：35-38.

2劉建平．ABB發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護裝置國產(chǎn)化改造的研究與應用[J]．浙江電力，2012，31(1)：49-51.

3劉健．大型汽輪發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)分析設計與仿真[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學，2007．

2017-04-11。

晏青松(1985—)，男，助理工程師，主要從事火電廠汽機維護工作，email：vyqs@163.com。