MEC5230自動勵磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠應(yīng)用

1、MEC5230MEC5230自動勵磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應(yīng)用自動勵磁調(diào)節(jié)器在華能玉環(huán)電廠的應(yīng)用 Application of the MEC5230 model Automatic Excitation Regulator of Huaneng Yuhuan Power Plant l摘要：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。lAbstract: This thesis introduces the basic function of the MEC5230 model Automatic Excitation Reg

2、ulator of Mitsubishi Electric Corp. Combine with the test and application, analyzes the characteristic of the Regulator.l關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 自動; 勵磁; 調(diào)節(jié)器; 華能; 玉環(huán); 應(yīng)用lKeywords： Automatic; Excitation; Regulator; Huaneng; Yuhuan; Application華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANTl華能玉環(huán)電廠規(guī)劃設(shè)計為41000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，是我國“十五

3、”期間重點項目。是國家“863”計劃中引進超超臨界機組技術(shù)，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(shè)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。l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cos=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。l主勵磁機數(shù)據(jù)：額定功率

4、4500kW,額定電壓600V,額定電流7500A，頻率150Hz。l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)電廠介紹華能玉環(huán)電廠介紹Introduction of Huaneng Yuhuan Power Plant華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT一、勵磁系統(tǒng)介紹一、勵磁系統(tǒng)介紹 Introduction of AVRl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(gòu)成。調(diào)節(jié)器采用日本三菱公司生產(chǎn)的MEC5230型數(shù)字式自動勵磁調(diào)節(jié)器，另外配置一套手動勵磁調(diào)節(jié)

5、器作為自動勵磁調(diào)節(jié)器的后備調(diào)節(jié)方式。l采用無刷勵磁系統(tǒng)具有下列優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)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。l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(dǎo)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(shè)

6、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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT二、勵磁系統(tǒng)模型二、勵磁系統(tǒng)模型 Excitation system transfer function diagramMELCO 模型模型華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT三、調(diào)節(jié)器功能介紹三、調(diào)節(jié)器功能介紹 Function of AVRl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(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點。調(diào)節(jié)器采用PID+PSS

7、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。l在日本的核電站中應(yīng)用廣泛。華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT1、裝置構(gòu)成、裝置構(gòu)成 Structure of AVRl整套勵磁調(diào)節(jié)器由兩面柜組成l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

8、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。l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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT2、工作方式、工作方式 Mode of AVRl（1）電壓恒定方式 (Voltage Constant) 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(shè)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。l（2）勵磁恒定方

9、式 (Field Constant) 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。l（3）后備手動操作方式 (Back Manual Operation) 當(dāng)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT3 3、基本限制功能、基本限制功能 Basic limit functions of AVR（1）低勵限制功能 MEL

10、（Minimum Excitation Limiter） 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-10 pu變?yōu)檎狄栽黾觿畲拧EL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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT（2）過勵限制/保護功能 OEL/OEP （Over Excitation Limiter/Protection）l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(dāng)OEL

11、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(dāng)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(fù)位。 裝置里可以設(shè)定有載和空載兩組OEL定值，以滿足不同的運行方式。l當(dāng)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。l當(dāng)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT3 3、基本限制功能、基本限制功能 Basic limit functions of AVR（3）電壓頻率限制/保護功能 VFL/VFP (Voltage

12、 per Frequency Limiter/Protection)l電壓頻率限制/保護功能的作用是防止發(fā)電機、主變等設(shè)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(shè)定值，VFL功能向自動設(shè)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT3 3、基本限制功能、基本限制功能 Basic limit functions of AVR（4）瞬時過流限制功能 ICL（Instant Current Limiter）l用于保護勵磁繞組瞬時過電流。l如果勵磁電流超過設(shè)定點（I段限制），調(diào)

13、節(jié)器將勵磁電流降低至額定電流并輸出報警。l如果勵磁電流超過設(shè)定點（段限制），磁場斷路器跳閘。（5）定子電流限制功能 SCL（Stator Current Limiter）l調(diào)節(jié)器監(jiān)視發(fā)電機的定子電流，當(dāng)超過105的額定電流時，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)電機電流限制在額定范圍內(nèi)。華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT3 3、基本限制功能、基本限制功能 Basic limit functions of AVR4、附加功能、附加功能 Additional functions for AVR（1）線路電壓降補償功能 LD

14、C (Line Drop Compensator)LDCXVtQ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(shè)定點上，LDC功能將提高發(fā)電機的電壓。華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT（2）交叉電流補償功能 CCC（Cross Current Compensator）CCCXVtQ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(shè)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

15、此交叉電流。如果滯后的無功功率增加，自動電壓設(shè)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT4、附加功能、附加功能 Additional functions for AVRl（3）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能 PSS （Power System Stabilizer） 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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT4、附加功能、附加功能 Add

16、itional functions for AVRl（4）自動無功/功率因數(shù)調(diào)節(jié)功能 AQR/APFR (Automatic Q/Power Factor Regulator) 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(shè)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT4、附加功能、附加功能 Additional functions for AVRlAVR具有以下的保護功能：l（1）勵磁回路過電

17、壓保護 OVP （Over Voltage Protection） 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，可延時動作于發(fā)信或跳閘。l（2）發(fā)電機勵磁接地檢測器 （Generator Field Grounding Detector） 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(shè)定值時，動作于信號或跳閘。5、保護功能、保護功能 Function of protection圖8華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANTl（3）勵磁機勵磁

18、接地檢測器（Extiter Field Grounding Detector） 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(shè)定值時，動作于信號或跳閘。圖9華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT5、保護功能、保護功能 Function of protectionl當(dāng)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、錄波功能 Event recorder function華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程

19、 Test procedurel1、靜態(tài)測試項目、靜態(tài)測試項目 （Items of static test） （1）可控硅整流回路輕負載試驗 （Thyristor Rectifier Light-load Test） 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?zāi)Ｊ剑缓笤O(shè)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT （2）保護功能試驗 （Protection function test） 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

20、良好。l2、空載試驗項目、空載試驗項目 (Tests performed during generator No-load operation) 主要進行了以下幾個項目的測試工作：（1）短路試驗 (Short circuit test) （2）手動方式下的發(fā)電機空載升壓試驗 (Generator voltage build up test-Field Constant)（3）手動方式和自動方式雙向切換試驗 (Field Constant-Voltage Constant Change Over Test )（4）階躍響應(yīng)試驗 (Step response test)（5）過勵限制（OEL）試驗

21、 (OEL test)（6）電壓頻率限制(VFL)試驗 (Volt/Hertz Limiter test)（7）自動方式下的發(fā)電機空載升壓試驗 (Generator voltage build up test-Voltage Constant)（8）通道（卡件）切換試驗 (Channel change over test)（9）AVR至手動調(diào)節(jié)柜切換試驗 (Manual cubicle change over test)（10）滅磁試驗 (Excitation extinguish test)（11）勵磁系統(tǒng)建模試驗 (PSS model test) 華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG Y

22、UHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程 Test procedure 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(yīng)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(yīng)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%

23、0.790.461.5 次華能玉環(huán)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程 Test procedurel3、帶載試驗項目、帶載試驗項目 (Tests performed during generator On-load operation) 依次進行了以下幾個項目的測試工作： （1）低勵限制（MEL）試驗 （MEL test） 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 （PSS test）PSS模型如圖11所示：圖11華能玉環(huán)電廠華能玉

24、環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程 Test procedure 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(yīng)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(yīng)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1215。分析數(shù)據(jù)見表2。表2 PSS 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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG

25、 YUHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程 Test procedure圖12 CH1 通道， 無PSS 的負載階躍響應(yīng) 圖13 CH1 通道， 新PSS 參數(shù)下的負載階躍響應(yīng) 圖14 CH2 通道， 無PSS 的負載階躍響應(yīng) 圖15 CH2 通道， 新PSS 參數(shù)下的負載階躍響應(yīng)l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3 PSS 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1.18 8.71 新參數(shù)下有PSS，4%階躍1.13 19.74 l

26、 電廠設(shè)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)電廠華能玉環(huán)電廠HUANENG YUHUAN POWER PLANT四、調(diào)試過程調(diào)試過程 Test procedure圖16 CH1 通道， 發(fā)電機有功從950MW 快速減少到900MW 時PSS 反調(diào)響應(yīng) 圖17 CH1 通道， 發(fā)電機有功從900MW 快速上升到930MW 時反調(diào)響應(yīng) PSS 試驗表明，PSS有較好的阻尼低頻振蕩作用，在0.2Hz2.0Hz 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。l（3）定子電流限制（SCL）試驗 （SCL test）l（4）甩負荷試驗