某電廠ABB勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的升級(jí)改造

晏青松

(黃岡大別山發(fā)電有限責(zé)任公司，湖北 黃岡 438000)

某電廠ABB勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的升級(jí)改造

晏青松

(黃岡大別山發(fā)電有限責(zé)任公司，湖北 黃岡 438000)

介紹了某電廠1，2號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改造前的基本參數(shù)及系統(tǒng)缺點(diǎn)，闡述了改造內(nèi)容和新勵(lì)磁系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，提出了改造過(guò)程中應(yīng)注意的前期準(zhǔn)備、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的拆除和安裝方案、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置改造等內(nèi)容。改造完成后，提高了機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；升級(jí)改造；試驗(yàn)

0 引言

某電廠1，2號(hào)機(jī)組于2008年投入商業(yè)運(yùn)行，采用瑞士ABB公司的Unitrol5000靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，系統(tǒng)型號(hào)為Q5S-0/U261-S5000。2015年發(fā)生過(guò)1次因ARCnet通訊故障引起的機(jī)組非停事故，其余時(shí)間運(yùn)行較為穩(wěn)定。2016年5月和10月，該電廠分別對(duì)2臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行了升級(jí)改造。

1 改造前的勵(lì)磁系統(tǒng)概況

1.1 1，2號(hào)發(fā)電機(jī)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(lì)磁電壓 461V，額定勵(lì)磁電流 4756A；額定空載勵(lì)磁電壓 176V，額定空載勵(lì)磁電流 1942A。

1.2 5000勵(lì)磁系統(tǒng)缺點(diǎn)

(1)無(wú)冗余連接。5000勵(lì)磁系統(tǒng)ARCnet總線(xiàn)承擔(dān)著勵(lì)磁系統(tǒng)控制以及狀態(tài)信號(hào)交換功能，無(wú)冗余連接。總線(xiàn)接頭松動(dòng)或干擾信號(hào)引起總線(xiàn)通信不正常，將會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)事故停機(jī)，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行。

(2)5000勵(lì)磁系統(tǒng)人機(jī)交互界面顯示信息較少，不利于運(yùn)行人員檢查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

2 改造內(nèi)容及改造后的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

2.1 改造內(nèi)容

本著經(jīng)濟(jì)和可靠的原則，保留勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原有的滅磁開(kāi)關(guān)、滅磁電阻、整流橋、起勵(lì)回路，主要更換勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制部件、整流橋控制部件、過(guò)電壓吸收裝置、控制電源回路、人機(jī)操作界面等。

整套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器需運(yùn)至工廠進(jìn)行升級(jí)改造。

升級(jí)后的勵(lì)磁系統(tǒng)型號(hào)為T(mén)6S-0/U261-S6000。該勵(lì)磁系統(tǒng)采用“雙通道+后備通道”冗余配置，每個(gè)通道含有1塊主控板PEC800、1塊測(cè)量通訊板CCM，具有1個(gè)自動(dòng)通道(機(jī)端電壓調(diào)節(jié)模式)、1個(gè)手動(dòng)通道(勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模式)和1個(gè)后備手動(dòng)通道。后備手動(dòng)通道作為緊急情況下的備用通道，采用手動(dòng)控制模式。

2.2 改造后的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

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

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

(2)采用光纖冗余方式進(jìn)行內(nèi)部通訊，避免了5000勵(lì)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(gè)整流柜單獨(dú)采集同步電壓、勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流方式，避免了5000勵(lì)磁系統(tǒng)中因用PSI板帶來(lái)的系統(tǒng)安全問(wèn)題。

(4)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)采用電流繼電器來(lái)檢測(cè)漏電流，避免了5000勵(lì)磁系統(tǒng)中因霍爾元件易受干擾造成誤報(bào)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓并導(dǎo)致機(jī)組的非停。

(5)風(fēng)機(jī)電源采用每個(gè)整流柜獨(dú)立分布電源方式，避免了5000勵(lì)磁系統(tǒng)中因總電源繼電器故障造成的風(fēng)機(jī)回路失電而帶來(lái)的非停事故。

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

3 改造過(guò)程中的注意事項(xiàng)

3.1 改造前期工作

(1)改造前，電廠技術(shù)人員應(yīng)去具備改造資質(zhì)的廠家進(jìn)行實(shí)地考察，了解該廠家的改造業(yè)績(jī)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(lì)磁改造的電廠了解注意事項(xiàng)，確定改造合同。

(3)在項(xiàng)目正式實(shí)施之前，對(duì)廠家提供的圖紙進(jìn)行審核，注意改造后的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與外部設(shè)備接口部分。

(4)對(duì)照廠家圖紙，繪制出勵(lì)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(lì)磁調(diào)節(jié)器拆除和吊運(yùn)

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

3.2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器拆除

該電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)器位于汽機(jī)房6kV配電室內(nèi)，相對(duì)于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器位于汽機(jī)房13.7m平臺(tái)上的電廠而言，拆除難度較大。拆除勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的外部接線(xiàn)，將勵(lì)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(xiàn)柜(EE)，第2部分為6面整流柜(EG)和交流進(jìn)線(xiàn)柜(EA)。

3.2.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器吊運(yùn)

1號(hào)機(jī)組通過(guò)拆除勵(lì)磁小室和6kV配電室的墻面，將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器平移至能使用汽機(jī)房行車(chē)的地方進(jìn)行起吊。

2號(hào)機(jī)組因無(wú)法使用行車(chē)，用2臺(tái)20t流動(dòng)式汽車(chē)吊配合完成起吊工作。其中，在2號(hào)機(jī)組搭設(shè)9.1m高的腳手架平臺(tái)，用于起重指揮等工作。

3.3 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置改造

原5000勵(lì)磁系統(tǒng)采用ABB公司自帶的UNS3020a-Z型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置(疊加交流電壓測(cè)量導(dǎo)納的惠斯通電橋原理)，容易受汽機(jī)側(cè)大軸接地狀況影響，引起對(duì)地電容值發(fā)生變化而使裝置誤動(dòng)作。該裝置無(wú)法有效在線(xiàn)監(jiān)視發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣狀況及轉(zhuǎn)子正負(fù)極對(duì)地電壓大小，也不能區(qū)分發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地故障；同時(shí)該裝置還存在人機(jī)界面不友好、定值修改困難等缺陷，不利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)參考文獻(xiàn)2，該電廠廢棄了原轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，在勵(lì)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(hù)裝置。正常運(yùn)行時(shí)，投入雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置。

3.4 廠家靜態(tài)試驗(yàn)

工廠試驗(yàn)一般按照標(biāo)準(zhǔn)程序執(zhí)行，主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括：主回路及控制回路交直流耐壓試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)、設(shè)備參數(shù)設(shè)置與核對(duì)、數(shù)字量與模擬量核對(duì)、跨接器過(guò)壓試驗(yàn)、小電流試驗(yàn)、大電流試驗(yàn)。設(shè)備回裝，連接好外部接線(xiàn)后，核對(duì)外部開(kāi)入和開(kāi)出量、模擬量等。

在靜態(tài)試驗(yàn)過(guò)程時(shí)，ABB廠家對(duì)PT慢熔邏輯(即PT斷線(xiàn)保護(hù))和增減磁防粘連程序進(jìn)行升級(jí)。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(shè)置)。PT慢熔原理是：比較2組機(jī)端PT線(xiàn)電壓，若壓差超過(guò)定值，自動(dòng)切換至備用通道。

3.5 調(diào)試過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題

(1)1號(hào)機(jī)組發(fā)生過(guò)廠家將滅磁開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)中“C”與“c”接反事故。正確接線(xiàn)應(yīng)該是“C”接機(jī)組110V直流正極，“c”接勵(lì)磁柜內(nèi)電源模塊24V_N，而24V_N是接地的。工廠配線(xiàn)將線(xiàn)接反以后，直接導(dǎo)致機(jī)組110V直流系統(tǒng)接地報(bào)警。

(2)2號(hào)機(jī)組發(fā)生過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)合分閘回路電阻R21和R22引腳“1”線(xiàn)接反事故，如圖1，2所示。R21為4.7Ω，R22為19.8Ω，YC/O線(xiàn)圈電阻為7.8Ω，正確接線(xiàn)時(shí)該線(xiàn)圈電壓為14.96V，一旦接反，分閘接觸器K12合閘后，YC/O線(xiàn)圈中承受的電壓為62.5V，導(dǎo)致在試驗(yàn)過(guò)程中偶爾發(fā)生滅磁開(kāi)關(guān)脫扣的情況。

(3)2號(hào)機(jī)組發(fā)生過(guò)正常停機(jī)跳滅磁開(kāi)關(guān)后ECT上報(bào)警“CrowbarFlt”(跨接器故障)。正常停機(jī)產(chǎn)生反向過(guò)電壓，跨接器V2，V3導(dǎo)通，電流互感器T02.1檢測(cè)漏電流后，其接點(diǎn)觸發(fā)A51的DI5動(dòng)作。正向過(guò)電壓時(shí)，跨接器V1導(dǎo)通，T02.2檢測(cè)漏電流后，其接點(diǎn)觸發(fā)A51的DI6動(dòng)作。

從ECT故障錄波圖看，發(fā)現(xiàn)滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，DI6開(kāi)入至A51，DI5沒(méi)有開(kāi)入，而軟件里面定義“CrowbarFlt”(跨接器故障)為DI5有開(kāi)入，從而判斷DI5和DI6接線(xiàn)錯(cuò)誤。

圖1 錯(cuò)誤接線(xiàn)

圖2 正確接線(xiàn)

3.6 廠家動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

在發(fā)電機(jī)空載情況下，需要做通道1、通道2和后備通道的手自動(dòng)模式起勵(lì)、階躍、逆變滅磁、跳開(kāi)關(guān)滅磁、手自動(dòng)模式切換、V/Hz限制器試驗(yàn)以及通道切換試驗(yàn)。手動(dòng)和自動(dòng)模式下，起勵(lì)正常，建壓平滑，無(wú)明顯超調(diào)。手動(dòng)和自動(dòng)模式下，階躍試驗(yàn)顯示系統(tǒng)的調(diào)節(jié)響應(yīng)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(dòng)模式切換試驗(yàn)結(jié)果顯示切換平滑，基本無(wú)擾動(dòng)，證明系統(tǒng)的手自動(dòng)模式跟蹤正常。通道切換試驗(yàn)證明2個(gè)通道之間的跟蹤正常。

在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件下，試驗(yàn)項(xiàng)目包括:手自動(dòng)模式階躍、手自動(dòng)模式切換、勵(lì)磁電流限制器、定子電流限制器、PQ限制器和通道切換試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：手自動(dòng)切換試驗(yàn)、通道切換試驗(yàn)均顯示系統(tǒng)工作，跟蹤良好；各個(gè)限制器試驗(yàn)證明限制器動(dòng)作正常。

3.7 勵(lì)磁參數(shù)測(cè)試和PSS試驗(yàn)

按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》11.2.4條“勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備改造后，應(yīng)重新進(jìn)行階躍擾動(dòng)性試驗(yàn)和各種限制環(huán)節(jié)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能的試驗(yàn)，確認(rèn)新的勵(lì)磁系統(tǒng)工作正常，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求”的規(guī)定，當(dāng)改造完成后，需要重新開(kāi)展勵(lì)磁參數(shù)測(cè)試和PSS試驗(yàn)。

(1)勵(lì)磁參數(shù)測(cè)試。主要是發(fā)電機(jī)空載特性、發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)空載大階躍試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)測(cè)試和調(diào)差極性校核試驗(yàn)。通過(guò)將仿真結(jié)果與實(shí)際空載階躍響應(yīng)結(jié)果比對(duì)，驗(yàn)證了機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)的正確性?！胺抡鎱?shù)”可以作為“實(shí)用參數(shù)”，用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算。

(2)PSS試驗(yàn)。主要是勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償頻率特性測(cè)量、在線(xiàn)有補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性仿真、PSS臨界增益確定、PSS阻尼效果校核試驗(yàn)、機(jī)組“反調(diào)”現(xiàn)象檢查。試驗(yàn)結(jié)果表明：PSS相位補(bǔ)償合理，為系統(tǒng)提供了正阻尼，對(duì)低頻振蕩有較好的抑制作用。PSS運(yùn)行試驗(yàn)及“反調(diào)”試驗(yàn)表明PSS可以正常投入運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

該電廠勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)改造后，勵(lì)磁系統(tǒng)各項(xiàng)功能滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及電網(wǎng)要求，具有簡(jiǎn)潔便利的人機(jī)界面以及故障錄波功能，便于調(diào)試及維護(hù)，有效提高了機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

1周志凱．某電廠因UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)通信故障致機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置國(guó)產(chǎn)化改造的研究與應(yīng)用[J]．浙江電力，2012，31(1)：49-51.

3劉?。笮推啺l(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)與仿真[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2007．

2017-04-11。

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