張云斌，柴海超，王欣荷

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及裝機容量的迅速增長，對提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量、降低系統(tǒng)網(wǎng)損、提高電壓穩(wěn)定的要求越來越高，加上有關涉網(wǎng)設備考核標準《兩個細則》中獎懲力度的提升，自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)的投入率直接與企業(yè)經(jīng)濟效益掛鉤。所以，為了提升企業(yè)的安全效益與經(jīng)濟效益，發(fā)電企業(yè)越來越重視AVC系統(tǒng)的投入率。

1 設備現(xiàn)狀

華電濰坊發(fā)電有限公司(以下簡稱濰坊發(fā)電公司)#2機組AVC系統(tǒng)采用上海銥控電力科技有限公司生產(chǎn)的TGY型自動電壓調(diào)節(jié)裝置， 2005年投運，至今已運行12 a，設備老化情況嚴重。近期頻繁出現(xiàn)AVC下位機采樣異常及調(diào)節(jié)異常等故障，設備可靠性及穩(wěn)定性不能滿足AVC系統(tǒng)正常運行的需求，更無法保證AVC系統(tǒng)的投入率。

2 AVC系統(tǒng)分析

如圖1所示，AVC系統(tǒng)以發(fā)電廠高壓母線電壓或總無功功率為控制目標，通過調(diào)節(jié)各發(fā)電機無功功率來實現(xiàn)電壓控制。

圖1 發(fā)電廠子站控制系統(tǒng)Fig.1 Control system of power plant slave station

在調(diào)節(jié)過程中，充分考慮發(fā)電機的各種極限指標，保證控制過程中發(fā)電機能在合格的參數(shù)下安全、穩(wěn)定運行[1]。

濰坊發(fā)電公司AVC系統(tǒng)由4臺AVC下位機(及其相關接口設備)、AVC上位機、AVC后臺機以及相關的通信設備構成，如圖2所示(圖中：RTU為遠程終端單元)。

圖2 AVC系統(tǒng)構架Fig.2 AVC framework

AVC上位機將AVC主站下發(fā)高壓母線目標值轉(zhuǎn)換為發(fā)電廠總無功功率目標值，AVC上位機結(jié)合AVC下位機采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，在充分考慮各機組的各種極限指標(廠用電上下限、機端電壓上下限、定子電流、轉(zhuǎn)子電流等)后，計算出單機無功功率目標值，合理地分配給每臺AVC下位機并參與無功平衡控制。

同時，AVC上位機還是AVC裝置與運行、管理人員的人機界面，實現(xiàn)全廠AVC運行狀態(tài)的圖形監(jiān)視、運行參數(shù)的設置、電廠出口電壓設定值的設定等功能。

經(jīng)分析，從AVC下位機數(shù)據(jù)采集、AVC下位機與受控對象、AVC系統(tǒng)邏輯優(yōu)化、AVC系統(tǒng)通信這4個環(huán)節(jié)出發(fā)，采取相應措施，提高AVC系統(tǒng)的投入率。

3 處理措施

3.1 AVC下位機數(shù)據(jù)采集

3.1.1 AVC下位機模擬量采集

為了保證AVC控制的安全性和可靠性，防止由于模擬量采集不準確而造成AVC子站系統(tǒng)誤調(diào)節(jié)，AVC子站應確保采集到的高壓側(cè)母線電壓和機組無功出力等關鍵模擬量必須精確可靠。AVC下位機采集的電壓類數(shù)據(jù)、電流類數(shù)據(jù)要求精度為0.2%，功率類數(shù)據(jù)要求精度為0.5%[2]。

如圖3所示，原AVC下位機模擬量采集方式為：機組現(xiàn)場各模擬量經(jīng)電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)后送至相應的變送器，各變送器再將輸出4～20 mA量接入AVC下位機。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，用于AVC下位機模擬量采集的電壓互感器、電流互感器采集精度為0.2%，電壓、電流變送器采集精度為0.2%，功率變送器采集精度為0.5%，所以經(jīng)過上述兩個環(huán)節(jié)后，AVC下位機采集的關鍵模擬量不可靠且精度不滿足要求。

圖3 原AVC下位機模擬量采樣Fig.3 Analog sampling of original AVC slave computer

針對AVC下位機關鍵模擬量采集可靠性及采集精度不夠這一問題，將AVC下位機模擬量采集方式改為，機組現(xiàn)場各模擬量經(jīng)電壓互感器、電流互感器后直接接至AVC下位機(勵磁電流為勵磁電壓經(jīng)分流器轉(zhuǎn)為0～75mV，因AVC下位機無法直采mV量，故保留勵磁電流變送器)，如圖4所示。

圖4 現(xiàn)AVC下位機模擬量采樣Fig.4 Analog sampling of current AVC slave computer

此次改進，一是將原AVC下位機模擬量的采集由變送器采集改為直采，提高了AVC下位機的采集精度，改造后的AVC系統(tǒng)采集更精確，調(diào)節(jié)精度更高；二是去除變送器，減少了中間環(huán)節(jié)，降低了故障發(fā)生的概率，確保了關鍵模擬量采集的可靠性，提升了AVC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.1.2 AVC下位機開關量采集

機組投入AVC運行時，應保證發(fā)電機的電壓、電流、功率等參數(shù)在正常范圍內(nèi)，當機組運行出現(xiàn)異常時，應及時閉鎖AVC調(diào)節(jié)，以保證機組安全、可靠運行。

將勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)自動信號、低勵限制信號、過勵限制信號、V/Hz限制信號、勵磁系統(tǒng)故障信號[2]接至AVC下位機。調(diào)整之后可實現(xiàn)以下功能：勵磁調(diào)節(jié)器故障信號動作時，AVC下位機退出；勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制信號、V/Hz限制信號動作時，AVC禁止增勵磁；勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制信號動作時，AVC禁止減勵磁。

3.2 AVC下位機與受控對象

3.2.1 AVC下位機增、減磁輸出

分散控制系統(tǒng)(DCS)作為AVC下位機受控對象，其主要功能是接受AVC下位機增、減磁脈沖(干接點)，并作用于AVR系統(tǒng)，實現(xiàn)機組的增、減磁調(diào)節(jié)。

如圖5所示，以增磁輸出為例，原AVC下位機增磁輸出為增磁繼電器直接出口，即AVC下位機增磁脈沖發(fā)出，增磁繼電器帶電，增磁輸出至DCS。

圖5 原AVC下位機增、減磁出口方式Fig.5 Excitation regulating exit mode of original AVC slave computer

采用此出口方式，若增磁繼電器節(jié)點發(fā)生黏連，將導致增磁輸出一直發(fā)出，DCS將一直作用于AVR增磁，不利于機組安全運行。

現(xiàn)AVC下位機增磁輸出為增磁繼電器常開點、減磁繼電器常閉點、互鎖繼電器常開點(AVC下位機投入后該節(jié)點閉合)串接，即需同時滿足AVC下位機增磁動作、減磁不動作、下位機投入3個條件，才能實現(xiàn)增磁輸出至DCS，如圖6所示。

圖6 現(xiàn)AVC下位機增、減磁出口方式Fig.6 Excitation regulating exit mode of current AVC slave computer

3.2.2 AVC下位機增、減磁防黏連邏輯

為防止AVC下位機輸出至DCS增、減磁節(jié)點發(fā)生黏連，同時將增、減磁繼電器的常開節(jié)點接至AVC下位機(用于AVC下位機判斷增、減磁脈沖發(fā)出，即增、減磁繼電器帶電)，用于AVC下位機增、減磁繼電器黏連邏輯判斷。AVC增、減磁繼電器黏連邏輯為：AVC增、減磁信號為一個300 ms的脈沖，考慮網(wǎng)絡監(jiān)測有延時，增、減磁動作與增、減磁反饋之間允許有200 ms的誤差，若AVC增、減磁脈沖信號發(fā)出500 ms后，AVC下位機仍能監(jiān)測到增、減磁反饋信號，則說明增、減磁繼電器黏連，此時退出AVC下位機。滿足以上邏輯時，AVC下位機會退出互鎖繼電器，斷開增、減磁輸出。

經(jīng)過改進AVC下位機增、減磁出口方式及增、減磁邏輯，一方面可避免AVC下位機增、減磁誤輸出，另一方面可避免增、減磁繼電器黏連對機組運行產(chǎn)生危害，提升了系統(tǒng)的可靠性，確保了機組安全。

3.3 AVC系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

3.3.1 AVC系統(tǒng)定值參數(shù)[3]

考慮機組各運行極限值，對AVC系統(tǒng)定值參數(shù)進行設置，確保機組在安全參數(shù)下穩(wěn)定運行。

(1)設置定子電壓、廠用電壓、無功功率、定子電流、轉(zhuǎn)子電流上死區(qū)值，當進入上死區(qū)時，本機AVC發(fā)增磁閉鎖，禁止機組增磁。

(2)設置定子電壓、廠用電壓、無功功率下死區(qū)值，當進入下死區(qū)時，本機AVC發(fā)減磁閉鎖，禁止機組減磁。

(3)設置AVR超速限值、有功功率大且母線電壓低限值、有功功率下限值、母線電壓死區(qū)值，當滿足任意定值時，AVC系統(tǒng)增、減磁閉鎖。

3.3.2 AVC系統(tǒng)邏輯[4]

設置AVC系統(tǒng)邏輯，確保各機組的穩(wěn)定運行。

(1)當AVC下位機檢測到“AVC與DCS握手失敗”“PT斷線”“增、減磁黏連”及“調(diào)節(jié)拒動”中的任一條件時，退出本機AVC下位機。

(2)當AVC系統(tǒng)檢測到“系統(tǒng)振蕩”“測值異常”“與下位機連接失敗”“耦合校驗失敗”中的任一條件時，退出AVC子站(即退出全廠AVC下位機)。

3.3.3 AVC上位機報警輸出

AVC上位機及后臺機顯示器放置在#3機組繼電器室，距離檢修及運行人員都較遠，當AVC主站與省電力調(diào)度中心通信中斷時，無法及時發(fā)現(xiàn)。若巡檢不及時，很容易造成AVC長時間退出，影響AVC投入率。

考慮到上述問題，對AVC上位機邏輯進行修改，將“AVC主站指令超時”“AVC指令不跟蹤”報警信號(報警說明見表1)輸出，接至運行集控室DCS畫面顯示，確保當AVC主站發(fā)生異常時，運行人員能及時發(fā)現(xiàn)異常，通知檢修人員及時處理，避免AVC長時間退出，提高了AVC系統(tǒng)的投入率。

表1 AVC上位機新增報警點說明Tab.1 New alarm points description of AVC master computer

3.3.4 AVC上位機運行設置

如圖7所示，濰坊發(fā)電公司升壓站出線方式采取簡單的母線運行方式(4條高壓母線環(huán)網(wǎng)運行)，所以調(diào)度統(tǒng)一下發(fā)一個線路目標電壓，且默認為IA母線電壓，故AVC上位機將AVC下位機采集的220 kV IA母線電壓作為參考電壓。

圖7 濰坊發(fā)電公司220 kV高壓母線連接Fig.7 220 kV high voltage busbar connection in Weifang Power Generation Company

濰坊發(fā)電公司曾出現(xiàn)由于220 kV IA母線空母線運行，造成AVC上位機采集不到 220 kV IA母線電壓，導致調(diào)度下發(fā)的AVC線路電壓目標值無參考電壓，AVC上位機無法進行調(diào)節(jié)，最終導致長時間AVC合格率過低的情況。

考慮到上述情況，對AVC上位機運行方式進行修改，修改后的邏輯為：AVC上位機無論接收哪一條母線電壓目標，均執(zhí)行，參考電壓取剩余帶電母線電壓的平均值。

3.4 AVC系統(tǒng)通信

原濰坊發(fā)電公司AVC子站與AVC主站通信采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信模式，其中AVC子站與AVC主站通信為單上位機、單平面通信，AVC下位機與AVC上位機通信方式為串口通信，如圖8所示。

圖8 原AVC系統(tǒng)通信方式Fig.8 Communication mode of original AVC system

將AVC下位機與AVC上位機通信方式改為網(wǎng)口通信，提升傳輸效率；在原有AVC上位機基礎上增加一個AVC上位機，實現(xiàn)AVC系統(tǒng)雙機雙網(wǎng)熱備運行，改造后的AVC系統(tǒng)通信方式如圖9所示。

圖9 現(xiàn)AVC系統(tǒng)通信方式Fig.9 Communication mode of current AVC system

4 結(jié)束語

此次對濰坊發(fā)電公司#2機組AVC下位機數(shù)據(jù)采集、AVC下位機與受控對象、AVC系統(tǒng)邏輯優(yōu)化、AVC系統(tǒng)通信環(huán)節(jié)進行改造后，增強了AVC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，提高了AVC系統(tǒng)的投入率，也在一定程度上提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。