彭 丹

(深圳鈺湖電力有限公司, 廣東深圳 518111)

Alstom公司為9E燃氣輪機配套設(shè)計的MICROREC K4.1型自動勵磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機的重要控制設(shè)備，隨著勵磁系統(tǒng)相關(guān)標準的不斷提高，該類勵磁調(diào)節(jié)器存在諸多安全隱患，如調(diào)節(jié)器單通道設(shè)計，控制/功率單元與發(fā)電機保護單元混合布置，調(diào)節(jié)器保護/信號輸出繼電器布置分散、接線復(fù)雜，缺乏獨立的人機界面等。此外，該類勵磁調(diào)節(jié)裝置備件昂貴，設(shè)備售后維護及技術(shù)培訓(xùn)手續(xù)繁瑣，隨著機組運行年限的增加，備件與維護費用逐年增加。

經(jīng)調(diào)查研究，燃氣輪發(fā)電機組核心技術(shù)均為國外掌握，進口燃氣輪機生產(chǎn)大廠如GE、三菱、西門子等控制系統(tǒng)均選擇自產(chǎn)配套勵磁設(shè)備，并且在通信、軟件、邏輯等各方面形成技術(shù)壁壘，給機組的后期維護增加了很多困難。而國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量過硬、性價比高，國內(nèi)和GE公司合作生產(chǎn)的9E機組早已全部采用國內(nèi)自己生產(chǎn)的雙冗余發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進口的9E機組中，也有武漢漢能電廠、鎮(zhèn)海9E電廠等采用國產(chǎn)設(shè)備替代GE公司的EX2000和EX2100勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

9E燃氣輪機組控制系統(tǒng)采用Mark Ⅵ控制系統(tǒng)，使用一鍵啟?？刂品绞?，與MICROREC K4.1型勵磁控制裝置存在多系統(tǒng)交錯控制的問題。系統(tǒng)技術(shù)改造方式主要有兩種：一是硬接線控制連接，使用控制電纜配置實現(xiàn)，要求設(shè)備有足夠的輸入、輸出端子；二是通信系統(tǒng)連接，使用統(tǒng)一的通信系統(tǒng)，要求控制系統(tǒng)通信協(xié)議一致。通過調(diào)查研究，決定采用硬接線控制的方式實現(xiàn)新舊系統(tǒng)的切換。技術(shù)難點在于如何全面掌握Mark Ⅵ控制系統(tǒng)與勵磁調(diào)節(jié)器通信交互控制邏輯，清查DI/DO點；另外，如何在控制系統(tǒng)上對相關(guān)信號加以區(qū)分是改造的另一難點。筆者著重研究了9E燃氣輪機Mark Ⅵ控制系統(tǒng)與MICROREC K4.1型勵磁調(diào)節(jié)器的交互控制策略，解決了國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器代替進口MICROREC K4.1型勵磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)難點[1]。

1 技術(shù)改造

1.1 對改造前勵磁調(diào)節(jié)器的研究

9E燃氣輪機MICROREC K4.1型勵磁調(diào)節(jié)器與燃氣輪機Mark Ⅵ控制系統(tǒng)間采用通信系統(tǒng)連接，其控制指令不僅包括常規(guī)的勵磁開/停機、增/減磁、保護跳閘指令等信號，還包括斷路器分/合、發(fā)電機保護動作等反饋信號和發(fā)電機電流、電壓、功率等模擬量參數(shù)信號。因為原勵磁調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠家不能提供Mark Ⅵ控制系統(tǒng)信號的含義和功能，必須通過研究原勵磁調(diào)節(jié)器控制策略及接線圖紙，才能設(shè)計出能替代原勵磁調(diào)節(jié)器的控制方案。通過分析研究控制策略，找出所有在Mark Ⅵ控制系統(tǒng)中通過通信協(xié)議方式傳遞的勵磁調(diào)節(jié)器控制指令及反饋信號，并確定其作用及控制邏輯，獲得改造需保留的邏輯程序[2-4]。

1.2 改造的主要技術(shù)工作

改造后國產(chǎn)RCS-9410A型微機勵磁系統(tǒng)見圖1。

圖1 改造后國產(chǎn)RCS-9410A型勵磁系統(tǒng)圖

國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)包括兩套RCS-9410A型勵磁調(diào)節(jié)器，兩套可控硅整流裝置，采用原發(fā)電機電壓互感器壓變作為調(diào)節(jié)器第1組TV(電壓互感器)值，在發(fā)電機出線柜新裝一組TV，并將壓變引入調(diào)節(jié)器作為第2組TV值，在Mark Ⅵ控制系統(tǒng)新增勵磁電壓、勵磁電流模擬量信號。由于原勵磁系統(tǒng)與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)存在特定的通信方式，與傳統(tǒng)開關(guān)量信號、模擬量數(shù)據(jù)存在差異，改造過程中必須通過試驗驗證以下3個問題：

(1) 勵磁調(diào)節(jié)器的控制指令、狀態(tài)反饋信號對Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的影響。

(2) 勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)信號對Mark Ⅵ控制系統(tǒng)同期并網(wǎng)邏輯的影響。

(3) Mark Ⅵ控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令對新勵磁調(diào)節(jié)器的作用。

經(jīng)過一系列試驗確定了改造后的勵磁系統(tǒng)與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)交互控制相關(guān)的控制、反饋信號，并能夠滿足與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的配合要求。表1為新勵磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的連接信號[5]。

表1 新勵磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)連接信號表

表1(續(xù))

改造完成后，進行了勵磁調(diào)節(jié)器的靜、動態(tài)試驗。靜態(tài)試驗包括：手動/自動起勵升壓、主從通道切換、空載電壓環(huán)/電流環(huán)切換、階躍響應(yīng)、TV斷線、最大勵磁限制、逆變滅磁、空載分滅磁開關(guān)、伏赫茲限制等試驗。動態(tài)試驗包括：并網(wǎng)帶負荷試驗、負荷階躍試驗、無功功率低勵限制等。試驗結(jié)果表明：該勵磁調(diào)節(jié)器各項功能均達到設(shè)計要求，滿足9E燃氣輪機發(fā)電運行需要。

2 改造后勵磁系統(tǒng)的功能及特點

2.1 勵磁調(diào)節(jié)單元

新勵磁調(diào)節(jié)器特點如下：

(1) RCS-9410A數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)裝置以超級哈弗結(jié)構(gòu)總線(SHARC)的DSP(數(shù)字信號處理器)作為計算控制的核心，實現(xiàn)勵磁控制的所有功能；以ARM(微處理器)為通信中心，實現(xiàn)多種方式對外通信；采用雙通道冗余結(jié)構(gòu)，獨立雙通道采用并聯(lián)互為在線備用的方式，不共用TV與電源。

(2) 兩套勵磁調(diào)節(jié)器采用相互獨立的電源供電，充分保證勵磁調(diào)節(jié)器工作電源的可靠性。

(3) 勵磁調(diào)節(jié)裝置具有不間斷檢測自身各重要環(huán)節(jié)的狀況，對異?；虬l(fā)生錯誤的環(huán)節(jié)進行容錯處理的功能，可根據(jù)相應(yīng)情況，閉鎖異?；蝈e誤的通道。

(4) 調(diào)節(jié)器配置有1種控制方式(PID+PSS方式)；6種運行方式(恒機端電壓閉環(huán)方式、恒轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)方式、恒功率因數(shù)運行、恒無功功率運行、開環(huán)運行(試驗)、系統(tǒng)電壓跟蹤)；3種投勵升壓方式(手動零起升壓、自動初值起勵、升自動軟起勵升壓)；7種勵磁限制(負載最小勵磁電流限制、欠勵限制、負載最大勵磁電流限制、過勵限制、V/F限制、空載最大勵磁電流限制、磁場過電流反時限制)；5種保護(低勵保護、過勵保護、伏赫茲過磁通保護、TV斷線保護、空載過電壓保護)。

(5) 調(diào)節(jié)裝置配置有錄波功能，每組波形記錄所有模擬量和所有開關(guān)量在20 s內(nèi)的數(shù)值及變位信息，最大可儲存8組波形，停電不丟失[6]。

2.2 功率整流單元

功率整流單元采用進口可控硅元件，可控硅組成三相全控整流橋，兩橋并聯(lián)輸出，均流系數(shù)可達0.9以上，單橋投運時能確保機組安全運行，在強勵工況下允許2倍額定電流運行10 s。整流橋兩側(cè)均設(shè)置有過流、過壓保護，每個整流橋均設(shè)有開關(guān)，使發(fā)電機組運行的安全性和可靠性有較大的提高[6]。

3 改造后運行情況和效益

通過實際運行情況的驗證，改造后的RCS-9410A型勵磁調(diào)節(jié)器運行可靠，調(diào)節(jié)特性良好，與燃氣輪機Mark Ⅵ控制系統(tǒng)配合良好，徹底解決了原勵磁系統(tǒng)單通道運行、元件老化、備件昂貴、維護困難等不利因素，大幅度降低了設(shè)備日常維護費用。原勵磁系統(tǒng)若升級為GE公司或ABB公司的進口勵磁系統(tǒng)，費用至少100萬元，而該項目國產(chǎn)化總投資僅35萬元；原系統(tǒng)每年維護費用約8萬元，國產(chǎn)化系統(tǒng)每年備件、維護費用不超過3萬元，且機組運行可靠。

4 結(jié)語

本次技術(shù)改造項目根據(jù)9E燃氣輪機MICROREC K4.1型勵磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)交錯控制的特點，成功將國產(chǎn)RCS-9410A型數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于9E燃氣輪機，并完成勵磁調(diào)節(jié)器各項功能試驗，改造后的勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、操作簡單、調(diào)試方便，整體性能符合國家及行業(yè)標準，不僅滿足了機組安全穩(wěn)定運行的各項技術(shù)要求，還兼顧了技術(shù)改造的經(jīng)濟性，為進一步提高發(fā)電機組及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。