MEC5230自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應(yīng)用

MEC5230自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應(yīng)用

ApplicationoftheMEC5230modelAutomaticExcitationRegulatorofHuanengYuhuanPowerPlant

摘要：本文詳細(xì)介紹了三菱公司的MEC5230型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本功能，結(jié)合試驗(yàn)及使用情況，分析了該調(diào)節(jié)器的特性。Abstract:ThisthesisintroducesthebasicfunctionoftheMEC5230modelAutomaticExcitationRegulatorofMitsubishiElectricCorp..Combinewiththetestandapplication,analyzesthecharacteristicoftheRegulator.關(guān)鍵詞：

自動(dòng);勵(lì)磁;調(diào)節(jié)器;華能;玉環(huán);應(yīng)用Keywords：

Automatic;Excitation;Regulator;Huaneng;Yuhuan;Application華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT華能玉環(huán)電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)為4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，是我國“十五”期間重點(diǎn)項(xiàng)目。是國家“863”計(jì)劃中引進(jìn)超超臨界機(jī)組技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的依托工程。發(fā)電機(jī)組是由上海汽輪發(fā)電機(jī)廠和西門子聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的水氫氫冷卻、無刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)組。本項(xiàng)目于2004年5月開工，2006年11月和12月#1、#2機(jī)組分別正式投產(chǎn)發(fā)電，目前機(jī)組運(yùn)行良好。發(fā)電機(jī)參數(shù)：額定電壓Vn=27kV,額定容量Sn=1112MVA,額定電流In=23778A，額定功率Pn=1000MW,功率因素cosφ=0.9，轉(zhuǎn)子電壓Ufn=437V，轉(zhuǎn)子電流Ifn=5887A，空載額定轉(zhuǎn)子電壓Uf0=144V，空載額定轉(zhuǎn)子電流If0=1952A，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)1.8，強(qiáng)勵(lì)時(shí)間20s。主勵(lì)磁機(jī)數(shù)據(jù)：額定功率4500kW,額定電壓600V,額定電流7500A，頻率150Hz。永磁機(jī)數(shù)據(jù)：額定容量65kVA,額定電壓220V,額定電流195A，頻率400Hz。華能玉環(huán)電廠介紹

IntroductionofHuaneng

YuhuanPowerPlant華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT一、勵(lì)磁系統(tǒng)介紹

IntroductionofAVR發(fā)電機(jī)采用有輔助勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁系統(tǒng),由永磁副勵(lì)磁機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、調(diào)節(jié)器等構(gòu)成。調(diào)節(jié)器采用日本三菱公司生產(chǎn)的MEC5230型數(shù)字式自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，另外配置一套手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作為自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的后備調(diào)節(jié)方式。采用無刷勵(lì)磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)緊湊；（2）沒有滑環(huán)和炭刷，不需要進(jìn)行這方面的維護(hù)工作，也不會(huì)因此發(fā)生故障，運(yùn)行的可靠性提高了；（3）因?yàn)闆]有炭粉和銅末引起電機(jī)繞組污染，故絕緣的壽命較長；（4）由于無滑環(huán)、炭刷，所以即使周圍環(huán)境中有易燃?xì)怏w存在，也不會(huì)因整流子、滑環(huán)和炭刷間產(chǎn)生火花而造成事故。因此，適于在條件較惡劣的環(huán)境中運(yùn)行。但無刷勵(lì)磁系統(tǒng)取消了滑環(huán)和炭刷后也帶來了一些新問題，包括要求半導(dǎo)體元件的可靠性高，無法直接測(cè)量轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度，必須采用間接的特殊測(cè)量手段等。同時(shí)，由于無刷勵(lì)磁系統(tǒng)不可能采用常規(guī)的滅磁方法（即在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路設(shè)置滅磁開關(guān)和滅磁電阻），所以快速滅磁一直未能得到很好的解決。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT二、勵(lì)磁系統(tǒng)模型

ExcitationsystemtransferfunctiondiagramMELCO模型華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT三、調(diào)節(jié)器功能介紹

FunctionofAVR日本三菱公司1993年投運(yùn)了MEC5000型系列微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，采用32位微處理機(jī)的CPU卡，結(jié)合自行研制的專用控制板組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。調(diào)節(jié)器采用PID+PSS控制方式，各種控制、限制功能比較完善，裝置整體制造水平較高。在日本的核電站中應(yīng)用廣泛。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT1、裝置構(gòu)成

StructureofAVR整套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由兩面柜組成柜1內(nèi)為調(diào)節(jié)器的控制回路，包括直流電源單元、同步變壓器單元、維護(hù)面板（觸摸屏）、CPU單元、輔助PT和CT單元等，所有的單元均為雙重化配置。CPU單元由6種卡件組成，包括有CPU卡、實(shí)時(shí)跟蹤卡、模擬量輸入卡、觸發(fā)脈沖板、數(shù)字量輸入/輸出卡、電源卡，均為雙重化配置。與傳統(tǒng)意義上的整套調(diào)節(jié)裝置雙重化不同，采用的是卡件配置雙重化，除實(shí)時(shí)跟蹤卡外以，其余卡件均為2塊，位于同一層機(jī)箱內(nèi)，兩塊卡件之間互為備用，工作卡件出現(xiàn)故障后，自動(dòng)切換至備用卡件。

這樣，即使有不同類型的兩塊卡件同時(shí)出現(xiàn)故障，CPU單元也可以正常工作。柜2內(nèi)為勵(lì)磁主電源回路，包括勵(lì)磁接地檢測(cè)器單元、可控硅整流橋單元（3個(gè)）、磁場斷路器。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT2、工作方式

ModeofAVR（1）電壓恒定方式(VoltageConstant)

這種方式也稱為“自動(dòng)方式”。合上磁場斷路器后，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)升至額定值（也可以進(jìn)行設(shè)定）。在這種方式下，調(diào)節(jié)器自動(dòng)保持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在額定值。（2）勵(lì)磁恒定方式(FieldConstant)

這種方式也稱為“手動(dòng)方式”。在這種方式下，勵(lì)磁電流隨著運(yùn)行人員的增/減磁操作而變化。（3）后備手動(dòng)操作方式(BackManualOperation)

當(dāng)2塊CPU卡件均出現(xiàn)故障時(shí)，通過外部的增/減磁命令可進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)。由于玉環(huán)電廠配置了一套手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作為AVR的后備調(diào)節(jié)方式，2塊CPU卡件均出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)切換到手動(dòng)柜運(yùn)行，本后備手動(dòng)操作方式不使用。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（1）低勵(lì)限制功能MEL（MinimumExcitationLimiter）

MEL的作用是保護(hù)發(fā)電機(jī)不會(huì)因欠勵(lì)磁運(yùn)行而失去穩(wěn)定。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測(cè)到MEL的條件滿足時(shí)，程序中的下限限制器（即VAMIN）從-10pu變?yōu)檎狄栽黾觿?lì)磁。MEL的曲線可以根據(jù)實(shí)際需要選擇直線特性或圓特性。如圖1所示。圖1華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）過勵(lì)限制/保護(hù)功能OEL/OEP

（OverExcitationLimiter/Protection）過勵(lì)限制/保護(hù)功能作用是防止勵(lì)磁繞組過熱。如圖2所示，其動(dòng)作曲線是反時(shí)限的，位于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的過熱允許曲線以下。當(dāng)OEL的延時(shí)時(shí)間達(dá)到后，裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)AVR中正側(cè)的限制器被限制住，以防止勵(lì)磁電流超過額定值。當(dāng)勵(lì)磁電流小于額定勵(lì)磁電流的95%時(shí)，OEL報(bào)警和限制器自動(dòng)復(fù)位。裝置里可以設(shè)定有載和空載兩組OEL定值，以滿足不同的運(yùn)行方式。當(dāng)OEP-1的延時(shí)達(dá)到時(shí)，裝置發(fā)出報(bào)警，同時(shí)AVR的運(yùn)行方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)方式。當(dāng)OEP-2的延時(shí)達(dá)到時(shí)，裝置發(fā)出報(bào)警，同時(shí)機(jī)組跳閘。圖2華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（3）電壓頻率限制/保護(hù)功能VFL/VFP(VoltageperFrequencyLimiter/Protection)電壓頻率限制/保護(hù)功能的作用是防止發(fā)電機(jī)、主變等設(shè)備過激磁。如圖3所示。它檢測(cè)發(fā)電機(jī)的電壓頻率比值，如果比值超過設(shè)定值，VFL功能向自動(dòng)設(shè)定點(diǎn)發(fā)出減勵(lì)磁信號(hào)并報(bào)警。VFP-1/2功能可發(fā)出報(bào)警并輸出跳閘命令。圖3華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（4）瞬時(shí)過流限制功能ICL（InstantCurrentLimiter）用于保護(hù)勵(lì)磁繞組瞬時(shí)過電流。如果勵(lì)磁電流超過設(shè)定點(diǎn)（I段限制），調(diào)節(jié)器將勵(lì)磁電流降低至額定電流并輸出報(bào)警。如果勵(lì)磁電流超過設(shè)定點(diǎn)（Ⅱ段限制），磁場斷路器跳閘。（5）定子電流限制功能SCL（StatorCurrentLimiter）調(diào)節(jié)器監(jiān)視發(fā)電機(jī)的定子電流，當(dāng)超過105％的額定電流時(shí)，通過改變電壓設(shè)定值，減少無功功率，將功率因數(shù)控制到1.0附近，從而將發(fā)電機(jī)電流限制在額定范圍內(nèi)。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（1）線路電壓降補(bǔ)償功能LDC(LineDropCompensator)圖4如果按圖4所示連接發(fā)電機(jī)，如果發(fā)電機(jī)無功功率滯后，由于主變壓器電抗的影響，系統(tǒng)電壓會(huì)有所降低。LDC功能用于補(bǔ)償此電壓降。如果滯后的無功功率增加，補(bǔ)償信號(hào)（）將加到自動(dòng)電壓設(shè)定點(diǎn)上，LDC功能將提高發(fā)電機(jī)的電壓。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）交叉電流補(bǔ)償功能CCC（CrossCurrentCompensator）圖5該功能在國內(nèi)又叫無功調(diào)差（率）功能。如果按圖5所示連接發(fā)電機(jī)，如果每臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓設(shè)定值不同，發(fā)電機(jī)之間會(huì)有交叉電流流過。CCC功能用于補(bǔ)償此交叉電流。如果滯后的無功功率增加，自動(dòng)電壓設(shè)定點(diǎn)上會(huì)減去補(bǔ)償信號(hào)（），CCC功能將降低發(fā)電機(jī)的電壓。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（3）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能PSS（PowerSystemStabilizer）

PSS的作用是向AVR回路提供一個(gè)補(bǔ)充控制信號(hào)，以提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。（抑制電網(wǎng)振蕩的）電力功率信號(hào)被用作PSS的輸入信號(hào)。如圖6所示。圖6華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（4）自動(dòng)無功/功率因數(shù)調(diào)節(jié)功能AQR/APFR(AutomaticQ/PowerFactorRegulator)

如圖7所示，AQR/APFR功能通過調(diào)整自動(dòng)電壓給定值（90R），可以將Q（無功功率）/PF（功率因數(shù)）控制在恒定值。

AQR和APFR（a=0，b）的定值設(shè)定、投入或退出均可以在AVR柜上的維護(hù)面板觸摸屏上進(jìn)行。圖7華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVRAVR具有以下的保護(hù)功能：（1）勵(lì)磁回路過電壓保護(hù)OVP（OverVoltageProtection）

在調(diào)節(jié)器的輸出端接了一只直流電壓繼電器，當(dāng)直流電壓超過定值時(shí)，可延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信或跳閘。（2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁接地檢測(cè)器（GeneratorFieldGroundingDetector）如圖8所示，通過測(cè)量滑環(huán)，將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈的一極和大軸（接地點(diǎn)）引接至AVR柜，再通過專用的測(cè)量回路就可以測(cè)量出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的對(duì)地電阻值。阻值低于設(shè)定值時(shí)，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。5、保護(hù)功能

Functionofprotection圖8華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（3）勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁接地檢測(cè)器（ExtiterFieldGroundingDetector）如圖9所示，通過專用的測(cè)量回路直接測(cè)量調(diào)節(jié)器的輸出對(duì)地之間的絕緣電阻值。阻值低于設(shè)定值時(shí)，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。圖9華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT5、保護(hù)功能

Functionofprotection當(dāng)外部觸發(fā)條件滿足時(shí)（如磁場斷路器異常分閘），通過實(shí)時(shí)跟蹤卡件，AVR可以記錄16點(diǎn)的故障信息。6、錄波功能

Eventrecorderfunction華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure1、靜態(tài)測(cè)試項(xiàng)目（Itemsofstatictest）（1）可控硅整流回路輕負(fù)載試驗(yàn)（ThyristorRectifierLight-loadTest）試驗(yàn)接線如圖10所示。在維護(hù)面板觸摸屏上可選擇輕負(fù)載試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑缓笤O(shè)定不同的手動(dòng)勵(lì)磁給定值，通過記錄磁場電壓來檢查可控硅整流回路工作是否正常。圖10華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）保護(hù)功能試驗(yàn)（Protectionfunctiontest）使用試驗(yàn)儀器加入各種模擬量，分別校驗(yàn)OEP、ICL、VFP等保護(hù)的動(dòng)作情況，均動(dòng)作良好。2、空載試驗(yàn)項(xiàng)目(TestsperformedduringgeneratorNo-loadoperation)

主要進(jìn)行了以下幾個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試工作：（1）短路試驗(yàn)(Shortcircuittest)（2）手動(dòng)方式下的發(fā)電機(jī)空載升壓試驗(yàn)

(Generatorvoltagebuilduptest--FieldConstant)（3）手動(dòng)方式和自動(dòng)方式雙向切換試驗(yàn)

(FieldConstant--VoltageConstantChangeOverTest)（4）階躍響應(yīng)試驗(yàn)(Stepresponsetest)（5）過勵(lì)限制（OEL）試驗(yàn)(OELtest)（6）電壓頻率限制(VFL)試驗(yàn)(Volt/HertzLimitertest)（7）自動(dòng)方式下的發(fā)電機(jī)空載升壓試驗(yàn)(Generatorvoltagebuilduptest--VoltageConstant)（8）通道（卡件）切換試驗(yàn)(Channelchangeovertest)（9）AVR至手動(dòng)調(diào)節(jié)柜切換試驗(yàn)(Manualcubiclechangeovertest)（10）滅磁試驗(yàn)(Excitationextinguishtest)（11）勵(lì)磁系統(tǒng)建模試驗(yàn)(PSSmodeltest)華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure通過對(duì)模型進(jìn)行空載階躍仿真計(jì)算并與現(xiàn)場實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，以檢驗(yàn)該模型參數(shù)的可信度。進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載10%、5%給定階躍響應(yīng)的現(xiàn)場實(shí)測(cè)，結(jié)果見表1。和仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，證明三菱公司所提供的模型參數(shù)具有良好的可信度，可供電力系統(tǒng)仿真計(jì)算使用。表1華能玉環(huán)電廠1號(hào)機(jī)空載電壓給定階躍響應(yīng)試驗(yàn)通道階躍量超調(diào)量最大值時(shí)間上升時(shí)間振蕩次數(shù)實(shí)測(cè)+10%19.4%0.760.46s1.5次詳細(xì)模型仿真+10%17.0%0.790.47s1.5次實(shí)測(cè)+5%25.1%0.730.44s1.5次詳細(xì)模型仿真+5%17.0%0.790.461.5次華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure3、帶載試驗(yàn)項(xiàng)目(TestsperformedduringgeneratorOn-loadoperation)

依次進(jìn)行了以下幾個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試工作：（1）低勵(lì)限制（MEL）試驗(yàn)（MELtest）玉環(huán)電廠的MEL限制曲線使用的是圓弧類型曲線，分別在800MW、1000MW進(jìn)行了低勵(lì)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果一致。

（2）PSS整定、校核及反調(diào)試驗(yàn)（PSStest）PSS模型如圖11所示：圖11華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure經(jīng)試驗(yàn)確定了PSS的整定參數(shù)后，進(jìn)行了有無PSS階躍響應(yīng)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)PSS的作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進(jìn)行±4%的階躍響應(yīng)試驗(yàn)，記錄機(jī)端電壓Ug、有功功率P和無功功率Q的動(dòng)態(tài)過程，見圖12～15。分析數(shù)據(jù)見表2。表2PSS投入前后機(jī)組工況條件Vt(kV)Q(MVar)PSS退出+4%階躍前26.1074.32+4%階躍后27.12225.94PSS投入+4%階躍前13.3770.13+4%階躍后13.87223.78華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure圖12CH1通道，無PSS的負(fù)載階躍響應(yīng)圖13CH1通道，新PSS參數(shù)下的負(fù)載階躍響應(yīng)圖14CH2通道，無PSS的負(fù)載階躍響應(yīng)圖15CH2通道，新PSS參數(shù)下的負(fù)載階躍響應(yīng)由PSS校核性結(jié)果可得有功功率波動(dòng)特征，見表3。試驗(yàn)表明，PSS投入后，阻尼比有明顯提高，振蕩次數(shù)明顯減少，表明PSS作用正確。表3PSS投入前后機(jī)組有功功率波動(dòng)特征狀態(tài)頻率f(Hz)阻尼比D(%)無PSS，4%階躍1.188.71新參數(shù)下有PSS，4%階躍1.1319.74電廠設(shè)定可能出現(xiàn)的正常發(fā)電機(jī)有功功率最大調(diào)整速度為15MW/分，在PSS投入情況下，在DCS上將發(fā)電機(jī)有功從950MW快速減少到900MW再從900MW快速上升到930MW，發(fā)電機(jī)無功功率的上升或下降很小，說明PSS反調(diào)的影響在正常范圍內(nèi)，錄波圖見圖16、17。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure圖16CH1通道，發(fā)電機(jī)有功從950MW快速減少到900MW時(shí)PSS反調(diào)響應(yīng)圖17CH1通道，發(fā)電機(jī)有功從900MW快速上升到930MW時(shí)反調(diào)響應(yīng)

PSS試驗(yàn)表明，PSS有較好的阻尼低頻振蕩作用，在0.2Hz～2.0Hz頻率范圍內(nèi)相位補(bǔ)償符合要求，有較好的穩(wěn)定裕量。PSS功能及參數(shù)正常，可以投入運(yùn)行。（3）定子電流限制（SCL）試驗(yàn)（SCLtest