MEC5230自動勵磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應用

MEC5230自動勵磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應用

ApplicationoftheMEC5230modelAutomaticExcitationRegulatorofHuanengYuhuanPowerPlant

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

自動;勵磁;調(diào)節(jié)器;華能;玉環(huán);應用Keywords：

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

HUANENGYUHUANPOWERPLANT華能玉環(huán)電廠規(guī)劃設計為4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，是我國“十五”期間重點項目。是國家“863”計劃中引進超超臨界機組技術，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化的依托工程。發(fā)電機組是由上海汽輪發(fā)電機廠和西門子聯(lián)合設計制造的水氫氫冷卻、無刷勵磁汽輪發(fā)電機組。本項目于2004年5月開工，2006年11月和12月#1、#2機組分別正式投產(chǎn)發(fā)電，目前機組運行良好。發(fā)電機參數(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，強勵倍數(shù)1.8，強勵時間20s。主勵磁機數(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、勵磁系統(tǒng)介紹

IntroductionofAVR發(fā)電機采用有輔助勵磁機的無刷勵磁系統(tǒng),由永磁副勵磁機、主勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器、調(diào)節(jié)器等構成。調(diào)節(jié)器采用日本三菱公司生產(chǎn)的MEC5230型數(shù)字式自動勵磁調(diào)節(jié)器，另外配置一套手動勵磁調(diào)節(jié)器作為自動勵磁調(diào)節(jié)器的后備調(diào)節(jié)方式。采用無刷勵磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：（1）結(jié)構緊湊；（2）沒有滑環(huán)和炭刷，不需要進行這方面的維護工作，也不會因此發(fā)生故障，運行的可靠性提高了；（3）因為沒有炭粉和銅末引起電機繞組污染，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)境中有易燃氣體存在，也不會因整流子、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)境中運行。但無刷勵磁系統(tǒng)取消了滑環(huán)和炭刷后也帶來了一些新問題，包括要求半導體元件的可靠性高，無法直接測量轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度，必須采用間接的特殊測量手段等。同時，由于無刷勵磁系統(tǒng)不可能采用常規(guī)的滅磁方法（即在發(fā)電機勵磁回路設置滅磁開關和滅磁電阻），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年投運了MEC5000型系列微機勵磁調(diào)節(jié)器，采用32位微處理機的CPU卡，結(jié)合自行研制的專用控制板組成，具有結(jié)構緊湊、可靠性高的優(yōu)點。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用廣泛。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT1、裝置構成

StructureofAVR整套勵磁調(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、實時跟蹤卡、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，除實時跟蹤卡外以，其余卡件均為2塊，位于同一層機箱內(nèi)，兩塊卡件之間互為備用，工作卡件出現(xiàn)故障后，自動切換至備用卡件。

這樣，即使有不同類型的兩塊卡件同時出現(xiàn)故障，CPU單元也可以正常工作。柜2內(nèi)為勵磁主電源回路，包括勵磁接地檢測器單元、可控硅整流橋單元（3個）、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“自動方式”。合上磁場斷路器后，發(fā)電機機端電壓自動升至額定值（也可以進行設定）。在這種方式下，調(diào)節(jié)器自動保持發(fā)電機的機端電壓在額定值。（2）勵磁恒定方式(FieldConstant)

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

當2塊CPU卡件均出現(xiàn)故障時，通過外部的增/減磁命令可進行勵磁調(diào)節(jié)。由于玉環(huán)電廠配置了一套手動勵磁調(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)故障時會自動切換到手動柜運行，本后備手動操作方式不使用。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

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

MEL的作用是保護發(fā)電機不會因欠勵磁運行而失去穩(wěn)定。自動勵磁調(diào)節(jié)器檢測到MEL的條件滿足時，程序中的下限限制器（即VAMIN）從-10pu變?yōu)檎狄栽黾觿畲?。MEL的曲線可以根據(jù)實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）過勵限制/保護功能OEL/OEP

（OverExcitationLimiter/Protection）過勵限制/保護功能作用是防止勵磁繞組過熱。如圖2所示，其動作曲線是反時限的，位于發(fā)電機勵磁繞組的過熱允許曲線以下。當OEL的延時時間達到后，裝置會發(fā)出報警，同時AVR中正側(cè)的限制器被限制住，以防止勵磁電流超過額定值。當勵磁電流小于額定勵磁電流的95%時，OEL報警和限制器自動復位。裝置里可以設定有載和空載兩組OEL定值，以滿足不同的運行方式。當OEP-1的延時達到時，裝置發(fā)出報警，同時AVR的運行方式自動轉(zhuǎn)換為手動方式。當OEP-2的延時達到時，裝置發(fā)出報警，同時機組跳閘。圖2華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（3）電壓頻率限制/保護功能VFL/VFP(VoltageperFrequencyLimiter/Protection)電壓頻率限制/保護功能的作用是防止發(fā)電機、主變等設備過激磁。如圖3所示。它檢測發(fā)電機的電壓頻率比值，如果比值超過設定值，VFL功能向自動設定點發(fā)出減勵磁信號并報警。VFP-1/2功能可發(fā)出報警并輸出跳閘命令。圖3華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（4）瞬時過流限制功能ICL（InstantCurrentLimiter）用于保護勵磁繞組瞬時過電流。如果勵磁電流超過設定點（I段限制），調(diào)節(jié)器將勵磁電流降低至額定電流并輸出報警。如果勵磁電流超過設定點（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)電機的定子電流，當超過105％的額定電流時，通過改變電壓設定值，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）線路電壓降補償功能LDC(LineDropCompensator)圖4如果按圖4所示連接發(fā)電機，如果發(fā)電機無功功率滯后，由于主變壓器電抗的影響，系統(tǒng)電壓會有所降低。LDC功能用于補償此電壓降。如果滯后的無功功率增加，補償信號（）將加到自動電壓設定點上，LDC功能將提高發(fā)電機的電壓。華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）交叉電流補償功能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，如果每臺發(fā)電機的電壓設定值不同，發(fā)電機之間會有交叉電流流過。CCC功能用于補償此交叉電流。如果滯后的無功功率增加，自動電壓設定點上會減去補償信號（），CCC功能將降低發(fā)電機的電壓。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回路提供一個補充控制信號，以提高電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。（抑制電網(wǎng)振蕩的）電力功率信號被用作PSS的輸入信號。如圖6所示。圖6華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（4）自動無功/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）的定值設定、投入或退出均可以在AVR柜上的維護面板觸摸屏上進行。圖7華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

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

在調(diào)節(jié)器的輸出端接了一只直流電壓繼電器，當直流電壓超過定值時，可延時動作于發(fā)信或跳閘。（2）發(fā)電機勵磁接地檢測器（GeneratorFieldGroundingDetector）如圖8所示，通過測量滑環(huán)，將發(fā)電機勵磁線圈的一極和大軸（接地點）引接至AVR柜，再通過專用的測量回路就可以測量出發(fā)電機勵磁繞組的對地電阻值。阻值低于設定值時，動作于信號或跳閘。5、保護功能

Functionofprotection圖8華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（3）勵磁機勵磁接地檢測器（ExtiterFieldGroundingDetector）如圖9所示，通過專用的測量回路直接測量調(diào)節(jié)器的輸出對地之間的絕緣電阻值。阻值低于設定值時，動作于信號或跳閘。圖9華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT5、保護功能

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

Eventrecorderfunction華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure1、靜態(tài)測試項目（Itemsofstatictest）（1）可控硅整流回路輕負載試驗（ThyristorRectifierLight-loadTest）試驗接線如圖10所示。在維護面板觸摸屏上可選擇輕負載試驗模式，然后設定不同的手動勵磁給定值，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）保護功能試驗（Protectionfunctiontest）使用試驗儀器加入各種模擬量，分別校驗OEP、ICL、VFP等保護的動作情況，均動作良好。2、空載試驗項目(TestsperformedduringgeneratorNo-loadoperation)

主要進行了以下幾個項目的測試工作：（1）短路試驗(Shortcircuittest)（2）手動方式下的發(fā)電機空載升壓試驗

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

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

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure通過對模型進行空載階躍仿真計算并與現(xiàn)場實測結(jié)果對比，以檢驗該模型參數(shù)的可信度。進行發(fā)電機空載10%、5%給定階躍響應的現(xiàn)場實測，結(jié)果見表1。和仿真計算結(jié)果進行了比較，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)仿真計算使用。表1華能玉環(huán)電廠1號機空載電壓給定階躍響應試驗通道階躍量超調(diào)量最大值時間上升時間振蕩次數(shù)實測+10%19.4%0.760.46s1.5次詳細模型仿真+10%17.0%0.790.47s1.5次實測+5%25.1%0.730.44s1.5次詳細模型仿真+5%17.0%0.790.461.5次華能玉環(huán)電廠

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、調(diào)試過程

Testprocedure3、帶載試驗項目(TestsperformedduringgeneratorOn-loadoperation)

依次進行了以下幾個項目的測試工作：（1）低勵限制（MEL）試驗（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進行了低勵試驗，試驗結(jié)果和計算結(jié)果一致。

（2）PSS整定、校核及反調(diào)試驗（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)試驗確定了PSS的整定參數(shù)后，進行了有無PSS階躍響應試驗，以檢驗PSS的作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進行±4%的階躍響應試驗，記錄機端電壓Ug、有功功率P和無功功率Q的動態(tài)過程，見圖12～15。分析數(shù)據(jù)見表2。表2PSS投入前后機組工況條件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的負載階躍響應圖13CH1通道，新PSS參數(shù)下的負載階躍響應圖14CH2通道，無PSS的負載階躍響應圖15CH2通道，新PSS參數(shù)下的負載階躍響應由PSS校核性結(jié)果可得有功功率波動特征，見表3。試驗表明，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投入前后機組有功功率波動特征狀態(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電廠設定可能出現(xiàn)的正常發(fā)電機有功功率最大調(diào)整速度為15MW/分，在PSS投入情況下，在DCS上將發(fā)電機有功從950MW快速減少到900MW再從900MW快速上升到930MW，發(fā)電機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)電機有功從950MW快速減少到900MW時PSS反調(diào)響應圖17CH1通道，發(fā)電機有功從900MW快速上升到930MW時反調(diào)響應

PSS試驗表明，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，可以投入運行。（3）定子電流限制（SCL）試驗（SCLtest