提高火力發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)投入率的措施

張?jiān)票?，柴海超，王欣?/p>

(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(kuò)大以及裝機(jī)容量的迅速增長(zhǎng)，對(duì)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(lái)越高，加上有關(guān)涉網(wǎng)設(shè)備考核標(biāo)準(zhǔn)《兩個(gè)細(xì)則》中獎(jiǎng)懲力度的提升，自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)的投入率直接與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益掛鉤。所以，為了提升企業(yè)的安全效益與經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)電企業(yè)越來(lái)越重視AVC系統(tǒng)的投入率。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

華電濰坊發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱濰坊發(fā)電公司)#2機(jī)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(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置， 2005年投運(yùn)，至今已運(yùn)行12 a，設(shè)備老化情況嚴(yán)重。近期頻繁出現(xiàn)AVC下位機(jī)采樣異常及調(diào)節(jié)異常等故障，設(shè)備可靠性及穩(wěn)定性不能滿足AVC系統(tǒng)正常運(yùn)行的需求，更無(wú)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(wú)功功率為控制目標(biāo)，通過(guò)調(diào)節(jié)各發(fā)電機(jī)無(wú)功功率來(lái)實(shí)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(guò)程中，充分考慮發(fā)電機(jī)的各種極限指標(biāo)，保證控制過(guò)程中發(fā)電機(jī)能在合格的參數(shù)下安全、穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

濰坊發(fā)電公司AVC系統(tǒng)由4臺(tái)AVC下位機(jī)(及其相關(guān)接口設(shè)備)、AVC上位機(jī)、AVC后臺(tái)機(jī)以及相關(guān)的通信設(shè)備構(gòu)成，如圖2所示(圖中：RTU為遠(yuǎn)程終端單元)。

圖2 AVC系統(tǒng)構(gòu)架Fig.2 AVC framework

AVC上位機(jī)將AVC主站下發(fā)高壓母線目標(biāo)值轉(zhuǎn)換為發(fā)電廠總無(wú)功功率目標(biāo)值，AVC上位機(jī)結(jié)合AVC下位機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在充分考慮各機(jī)組的各種極限指標(biāo)(廠用電上下限、機(jī)端電壓上下限、定子電流、轉(zhuǎn)子電流等)后，計(jì)算出單機(jī)無(wú)功功率目標(biāo)值，合理地分配給每臺(tái)AVC下位機(jī)并參與無(wú)功平衡控制。

同時(shí)，AVC上位機(jī)還是AVC裝置與運(yùn)行、管理人員的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)全廠AVC運(yùn)行狀態(tài)的圖形監(jiān)視、運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置、電廠出口電壓設(shè)定值的設(shè)定等功能。

經(jīng)分析，從AVC下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、AVC下位機(jī)與受控對(duì)象、AVC系統(tǒng)邏輯優(yōu)化、AVC系統(tǒng)通信這4個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，采取相應(yīng)措施，提高AVC系統(tǒng)的投入率。

3 處理措施

3.1 AVC下位機(jī)數(shù)據(jù)采集

3.1.1 AVC下位機(jī)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(zhǔn)確而造成AVC子站系統(tǒng)誤調(diào)節(jié)，AVC子站應(yīng)確保采集到的高壓側(cè)母線電壓和機(jī)組無(wú)功出力等關(guān)鍵模擬量必須精確可靠。AVC下位機(jī)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(jī)模擬量采集方式為：機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)各模擬量經(jīng)電壓互感器(PT)、電流互感器(CT)后送至相應(yīng)的變送器，各變送器再將輸出4～20 mA量接入AVC下位機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，用于AVC下位機(jī)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(guò)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)后，AVC下位機(jī)采集的關(guān)鍵模擬量不可靠且精度不滿足要求。

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

針對(duì)AVC下位機(jī)關(guān)鍵模擬量采集可靠性及采集精度不夠這一問(wèn)題，將AVC下位機(jī)模擬量采集方式改為，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)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(jī)(勵(lì)磁電流為勵(lì)磁電壓經(jīng)分流器轉(zhuǎn)為0～75mV，因AVC下位機(jī)無(wú)法直采mV量，故保留勵(lì)磁電流變送器)，如圖4所示。

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

此次改進(jìn)，一是將原AVC下位機(jī)模擬量的采集由變送器采集改為直采，提高了AVC下位機(jī)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(guān)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(jī)開(kāi)關(guān)量采集

機(jī)組投入AVC運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證發(fā)電機(jī)的電壓、電流、功率等參數(shù)在正常范圍內(nèi)，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)閉鎖AVC調(diào)節(jié)，以保證機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。

將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AVR)自動(dòng)信號(hào)、低勵(lì)限制信號(hào)、過(guò)勵(lì)限制信號(hào)、V/Hz限制信號(hào)、勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)[2]接至AVC下位機(jī)。調(diào)整之后可實(shí)現(xiàn)以下功能：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障信號(hào)動(dòng)作時(shí)，AVC下位機(jī)退出；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過(guò)勵(lì)限制信號(hào)、V/Hz限制信號(hào)動(dòng)作時(shí)，AVC禁止增勵(lì)磁；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制信號(hào)動(dòng)作時(shí)，AVC禁止減勵(lì)磁。

3.2 AVC下位機(jī)與受控對(duì)象

3.2.1 AVC下位機(jī)增、減磁輸出

分散控制系統(tǒng)(DCS)作為AVC下位機(jī)受控對(duì)象，其主要功能是接受AVC下位機(jī)增、減磁脈沖(干接點(diǎn))，并作用于AVR系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)增磁輸出為增磁繼電器直接出口，即AVC下位機(jī)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(jī)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(diǎn)發(fā)生黏連，將導(dǎo)致增磁輸出一直發(fā)出，DCS將一直作用于AVR增磁，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。

現(xiàn)AVC下位機(jī)增磁輸出為增磁繼電器常開(kāi)點(diǎn)、減磁繼電器常閉點(diǎn)、互鎖繼電器常開(kāi)點(diǎn)(AVC下位機(jī)投入后該節(jié)點(diǎn)閉合)串接，即需同時(shí)滿足AVC下位機(jī)增磁動(dòng)作、減磁不動(dòng)作、下位機(jī)投入3個(gè)條件，才能實(shí)現(xiàn)增磁輸出至DCS，如圖6所示。

圖6 現(xiàn)AVC下位機(jī)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(jī)增、減磁防黏連邏輯

為防止AVC下位機(jī)輸出至DCS增、減磁節(jié)點(diǎn)發(fā)生黏連，同時(shí)將增、減磁繼電器的常開(kāi)節(jié)點(diǎn)接至AVC下位機(jī)(用于AVC下位機(jī)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(jī)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(hào)為一個(gè)300 ms的脈沖，考慮網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)有延時(shí)，增、減磁動(dòng)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(hào)發(fā)出500 ms后，AVC下位機(jī)仍能監(jiān)測(cè)到增、減磁反饋信號(hào)，則說(shuō)明增、減磁繼電器黏連，此時(shí)退出AVC下位機(jī)。滿足以上邏輯時(shí)，AVC下位機(jī)會(huì)退出互鎖繼電器，斷開(kāi)增、減磁輸出。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)AVC下位機(jī)增、減磁出口方式及增、減磁邏輯，一方面可避免AVC下位機(jī)增、減磁誤輸出，另一方面可避免增、減磁繼電器黏連對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生危害，提升了系統(tǒng)的可靠性，確保了機(jī)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(jī)組各運(yùn)行極限值，對(duì)AVC系統(tǒng)定值參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確保機(jī)組在安全參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行。

(1)設(shè)置定子電壓、廠用電壓、無(wú)功功率、定子電流、轉(zhuǎn)子電流上死區(qū)值，當(dāng)進(jìn)入上死區(qū)時(shí)，本機(jī)AVC發(fā)增磁閉鎖，禁止機(jī)組增磁。

(2)設(shè)置定子電壓、廠用電壓、無(wú)功功率下死區(qū)值，當(dāng)進(jìn)入下死區(qū)時(shí)，本機(jī)AVC發(fā)減磁閉鎖，禁止機(jī)組減磁。

(3)設(shè)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(dāng)滿足任意定值時(shí)，AVC系統(tǒng)增、減磁閉鎖。

3.3.2 AVC系統(tǒng)邏輯[4]

設(shè)置AVC系統(tǒng)邏輯，確保各機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

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

(2)當(dāng)AVC系統(tǒng)檢測(cè)到“系統(tǒng)振蕩”“測(cè)值異?！薄芭c下位機(jī)連接失敗”“耦合校驗(yàn)失敗”中的任一條件時(shí)，退出AVC子站(即退出全廠AVC下位機(jī))。

3.3.3 AVC上位機(jī)報(bào)警輸出

AVC上位機(jī)及后臺(tái)機(jī)顯示器放置在#3機(jī)組繼電器室，距離檢修及運(yùn)行人員都較遠(yuǎn)，當(dāng)AVC主站與省電力調(diào)度中心通信中斷時(shí)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。若巡檢不及時(shí)，很容易造成AVC長(zhǎng)時(shí)間退出，影響AVC投入率。

考慮到上述問(wèn)題，對(duì)AVC上位機(jī)邏輯進(jìn)行修改，將“AVC主站指令超時(shí)”“AVC指令不跟蹤”報(bào)警信號(hào)(報(bào)警說(shuō)明見(jiàn)表1)輸出，接至運(yùn)行集控室DCS畫(huà)面顯示，確保當(dāng)AVC主站發(fā)生異常時(shí)，運(yùn)行人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，通知檢修人員及時(shí)處理，避免AVC長(zhǎng)時(shí)間退出，提高了AVC系統(tǒng)的投入率。

表1 AVC上位機(jī)新增報(bào)警點(diǎn)說(shuō)明Tab.1 New alarm points description of AVC master computer

3.3.4 AVC上位機(jī)運(yùn)行設(shè)置

如圖7所示，濰坊發(fā)電公司升壓站出線方式采取簡(jiǎn)單的母線運(yùn)行方式(4條高壓母線環(huán)網(wǎng)運(yùn)行)，所以調(diào)度統(tǒng)一下發(fā)一個(gè)線路目標(biāo)電壓，且默認(rèn)為IA母線電壓，故AVC上位機(jī)將AVC下位機(jī)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(yùn)行，造成AVC上位機(jī)采集不到 220 kV IA母線電壓，導(dǎo)致調(diào)度下發(fā)的AVC線路電壓目標(biāo)值無(wú)參考電壓，AVC上位機(jī)無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間AVC合格率過(guò)低的情況。

考慮到上述情況，對(duì)AVC上位機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行修改，修改后的邏輯為：AVC上位機(jī)無(wú)論接收哪一條母線電壓目標(biāo)，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(jī)、單平面通信，AVC下位機(jī)與AVC上位機(jī)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(jī)與AVC上位機(jī)通信方式改為網(wǎng)口通信，提升傳輸效率；在原有AVC上位機(jī)基礎(chǔ)上增加一個(gè)AVC上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)AVC系統(tǒng)雙機(jī)雙網(wǎng)熱備運(yùn)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(yǔ)

此次對(duì)濰坊發(fā)電公司#2機(jī)組AVC下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、AVC下位機(jī)與受控對(duì)象、AVC系統(tǒng)邏輯優(yōu)化、AVC系統(tǒng)通信環(huán)節(jié)進(jìn)行改造后，增強(qiáng)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(jì)效益。