一、前言
　　
　　揚州第二發電廠是江蘇省內的新建大型火力發電廠，電廠兩臺600MW機組分別于1998年8月和1999~4月投入運行。因原來配套的勵磺系統制造工藝差、結構復雜、可靠性低、故障時有發生，已發生過失磁事故2次以上。勵磁系統問題已嚴重威脅著機組的安全運行。因此，在我公司與揚州二電廠的共同努力下，我們對一號機組勵磁系統調節部分進行了改造，現在二號機組的改造工作正在進行中，本文對這次改造情況作一介紹。
　　
　　二，系統基本情況
　　
　　揚州二電廠機組單機容量600MW，采用自并激可控硅勵磁方式，整個勵磁系統共14臺柜，包括1臺調節器柜、2臺交流進線柜、2臺交流開關柜、1臺直流出線柜、4臺可控硅整流橋柜、2臺風機柜，1臺保護繼電器柜和1臺變送器及絕緣監視柜，勵磁系統由美國西屋公司生產，發電機組及勵磁參數如下：
　　
　　額定容量：741MVA額定功率：600MW
　　
　　定子電壓：20kV定子電流：21390A
　　
　　額定勵磁電瀕：6337A額定勵磁電壓：513V
　　
　　空載勵磁電流：206空載勵磁電壓；167．168V
　　
　　zui大勵磁電流（連續）：7000Azui大勵磁電壓（連續）：1250V
　　
　　三、勵磁系統的問題分析
　　
　　揚州二電廠的勵磁系統在運行中發生過多次異常，造成無功大范圍波動或切換至手動通道運行，嚴重地威脅著機組的安全運行。其主要問題集中在勵磁調節器上。
　　
　　勵磁調節器存在的的問題分析如下：
　　
　　（1）原調節器配備有雙自動通道和單手動通道，當一自動通道運行時，另一自動通道不能投入，只能作為冷備用，兩自動通道之間不是熱備用，不能自動切換，當運行的自動通道故障后，自動切至手動通道，待關閉故障通道后，才可啟動另一自動通道．這種一自動加一手動通道的配置方式，不能滿足象揚州二電廠600MW這樣大型機組的安全運行要求。
　　
　　（2）該調節器自動通道輸出的是機端電壓調節偏差信號，手動通道輸出的是轉子電流調節偏差信號，這兩個信號都要送到跟蹤模塊和脈沖形成模塊。勵磁調節中，跟蹤電路為手動通道和自動通道共用，當該部分發生故障時，勵磁調節器就不能運行。因此，該調節器的自動通道和手動通道不是*獨立的通道，有公共部分，可靠性不高。
　　
　　（3）該調節器的脈沖形成是由硬件電路實現的，且硬件有四重備份，四重電路全部并聯運行，其中一個故障會有可能影響其它三者，四重備份電路結構復雜，不利于調整和維護。
　　
　　（4）抗*力差，現場反映幾次故障發生后找不到原因，恢復后又時有發生，據西屋公司技術人員稱是干擾問題，但。在這樣的狀態下運行，勵磁系統的不穩定成為運行人員的心病。
　　
　　（5）故障沒有檢測、沒有報警，發生故障后不利于檢修，故障后也*錄波功能，對故障分析缺乏有用的數據。
　　
　　（6）原調節器整定數據保存需要電池供電，僅半年就需更換電池一次，影響機組的安全運行。
　　
　　綜上所述，該調節器技術落后，結構不合理，運行方式不靈活，系統硬件結構復雜，可靠性低。
　　
　　四、改造方案的說明
　　
　　1．改造內容及難點
　　
　　揚州二電廠600MW機組勵磁系統的改造內容是：使用南瑞公司的SJ800（D）雙微機勵磁調節器，更換原有調節器的雙自動通道，同時保留原手動通道。
　　
　　原有調節器的兩個自動通道全部退出使用，代之以SJ800（D）雙微機勵磁調節器的兩通道，保留原調節器的手動通道。勵磁系統改造后，有SJ800的兩個通道（含2個自動通道和2個手動通道）和原調節器的一個手動通道。改造以后，正常時由SJ800的兩個通道運行，其中A通道作為主通道運行，B通道作為熱備用通道運行，原調節器手動通道C作為后備通道運行，運行中，當A通道故障時，自動切至B通道運行；如A故障、B再故障，則切至C運行；切換中實現無擾動。運行中還可人為在A、B、C三通道之間進行無擾動切換。
　　
　　改造后的設備位置示意圖如圖1，其中黑框內為本次改造的內容。改造后的調節器系統結構示意圖如圖2，其中虛框內為本次改造新增內容。

　　
　　本方案的難點有兩個方面：
　　
　　（1）保留了原手動通道，原手動通道的脈沖不能改變，為實現自動通道與手動通道之間的相互切換，必須使自動通道的脈沖與手動通道的脈沖相同，這樣我們需要重新設計自動通道的脈沖。
　　
　　（2）保留了原手動通道作為備用通道，則必須解決手動通道與自動通道之間的相互跟蹤和相互切換問題。

　　
　　2．SJ800（D）型雙微機勵磁調節器
　　
　　對揚州第二發電廠600MW汽輪發電機組勵磁的改造，我們選用SJ800（D）雙微機勵磁調節器更新原調節器。SJ800（D）微機勵磁調節器是雙自動通道勵磁調節器，它是以IN工業單板機為核心、以PLC做邏輯處理、適用于大中型機組的智能化調節器。該調節器中的集成電路國外進口，軟件百分之九十五經過五年以上、近百臺機組的運行考驗。調節器設置雙自動通道，兩自動通道之間采用熱備用運行方式。兩通道同時接收輸入的控制與調節信號，并執行操作與調節，但只有處于工作狀態的通道有信號和觸發脈沖輸出，工作調節器發生故障時，則備用調節器自動投入運行，切換無擾動。
　　
　　（1）SJ800型勵磁調節器的硬件配置及特點
　　
　　①每通道配置IN工業計算機，完成所有調節運算和限制保護功能；
　　
　　②每通道配置帶隔離的模擬量輸入通道，直接交流采樣；
　　
　　⑧配置PLC以處理開關量輸入輸出，實現現場輸入輸出信號的開放式邏輯處理和有效電磁隔離；
　　
　　④每通道配置脈沖功率放大板，通過對信號的放大，保證可控硅可靠觸發；
　　
　　⑤每個通道配置一塊切換板，保證兩個通道之間的物理隔離，保證故障時的可靠切換。
　　
　　（2）勵磁調節器的功能
　　
　　①調節規律：PID控制方式+PSS。
　　
　　②運行方式：恒機端電壓閉環方式；恒轉子電流閉環方式。
　　
　　③輔助及勵磁限制功能：欠勵瞬時限制；過勵延時限制；強勵反時限制；V／F限制；PT斷線檢測及保護功能；空載過電壓限制；雙機互相跟蹤及無擾動切換；脈沖丟失及脈沖異常檢測功能；工作電源電壓監測及WatchDog功能。
　　
　　④功能：容錯控制；故障時的勵磁系統故障狀態記錄和電量波形錄波；智能化的調試、維護和試驗軟件功能和界面。
　　
　　⑤自檢和自診斷輸出：自檢和自診斷輸出設計成二級，*級為報警；第二級為切換至備用通道。
　　
　　3．勵磁調節器的脈沖設計及與原手動通道之間的脈沖切換
　　
　　（1）脈沖電路的設計
　　
　　原勵磁系統的脈沖原理圖如圖3，交流60V電源對脈沖儲能電容充電，充電末期電壓達到60√2￣V，當脈沖產生時回路接通電容放電，產生峰值達60√2￣V的脈沖。
　　
　　改造后的勵磁調節器脈沖觸發原理圖如圖4，該回路無儲能充電電容，脈沖直接由脈沖電源供電。　　經過仿真分析，選配參數，zui后使得新調節器脈沖觸發能量與原手動環節觸發能量相當，從而保證脈沖觸發的可靠性。
　　
　　（2）自動／手動切換裝置
　　
　　自動／手動切換裝置采用繼電器切換控制方式，將自動／手動、六路脈沖分別接至切換繼電器觸點上，控制繼電器分合，即可控制可控硅觸發脈沖信號，同時向勵磁系統傳送自動／手動工作信號。
　　
　　4．自動通道與手動通道之間的相互跟蹤和切換
　　
　　（1）手動通道（M300）的控制原理
　　
　　因西屋公司未提供手動通道的詳細原理說明，我們只能根據所提供的原理圖進行分析。M300手動控制裝置采用電流閉環方式進行勵磁調節，M300測量發電機轉子電流，并將轉子電流測量值和給定值的差值經過運算放大器計算后輸出觸發脈沖，觸發脈沖的角度與轉子電流給定值以及測量值與給定值的差值相關聯，從而維持發電機轉子電流與給定值的平衡。
　　
　　（2）手動通道跟蹤自動通道
　　
　　M300的FCM信號反應的是，手動環節的電流給定值與實際電流測量值之差。將M300的FCM信號送去自動勵磁調節器，調節器通過檢測M300的FCM端口電平，判斷手動輸出與自動輸出是否平衡。當該值在零附近，則平衡；當該值為正值或負值時，則手動輸出小或大，為不平衡，此時調節器對手動M300發增或減命令，調整手動給定值，zui終使手動環節的測量值與給定值相等。這樣，手動環節就能夠準確跟蹤自動通道工作的勵磁電流。如由自動切至手動，切換基本無擾動。
　　
　　（3）自動通道跟蹤手動通道
　　
　　手動通道工作時，自動調節器自動跟蹤轉子電流，自動通道測量勵磁電流值，根據預置的勵磁電流與觸發角關系表，查得對應的工作角度，同時設定給定值為當前測量值。這樣，自動通道的工況與當前的實際工況就基本相當了。如由手動切自動，切換基本無擾動。
　　
　　五、改造后的現場試驗
　　
　　對改造后的系統，進行了以下現場試驗：
　　
　　空載時的試驗，系統短路升流試驗；調節器零起升壓試驗及調壓范圍試驗；遞升加壓試驗；階躍響應試驗；逆變滅磁試驗；自動升壓試驗；切換試驗；頻率特性及V／F限制試驗。
　　
　　負載時的試驗：并網試驗；欠勵試驗；過勵試驗；電流閉環試驗；A、B套切換試驗；調差系數試驗。
　　
　　舉例介紹如下。
　　
　　1．空載階躍響應試驗
　　
　　升發電機機端電壓至額定值（100％UFN），通過計算機鍵入“TSTEP”命令，做±10％UFN階躍響應試驗，觀察調節性能，修改PID參數，并zui終選取一組參數：Kp=0FOH，KI=0080H，KD=02H。從在此參數下的±10％階躍響應試驗錄波圖上得到發電機動態響應參數（見下表），響應參數說明調節器的調節性能良好。　　
　　2．空載逆變滅磁試驗
　　
　　將機端電壓調至100％UFN，將裝置操作面板上“手動逆變”把手置“投”位，發電機逆變滅磁，機端電壓自動降到0。由錄波圖可見，裝置逆變平穩。
　　
　　3．空載自動升壓試驗
　　
　　將裝置操作面板上操作把手全置“切”位。滿足起勵條件，發電機自動建壓，機端電壓自動升至空載額定電壓的90％時停止。
　　
　　4．空載切換試驗
　　
　　電壓閉環與電流閉環之間切換，切換過程中機端電壓基本無波動；A套與B套之間相互切換，切換過程中機端電壓基本無波動；自動與手動之間相互切換，切換過程中機端電壓基本無波動。試驗說明，該裝置很好地解決了新設備的自動通道與老設備的手動通道之間的相互跟蹤和切換問題，保證了兩者間的相互備用關系。
　　
　　5．空載頻率特性及V／F限制試驗
　　
　　通過調節汽輪機轉速降低發電機電壓頻率。當頻率在48．5Hz以上時，發電機電壓給定值不變，發電機電壓維持在給定值上不變；當頻率下降到48．5Hz以下時，發電機的電壓給定值自動降低，發電機電壓跟隨給定值下降，在此過程中保證勵磁電流不上升；當頻率下降到45Hz時，調節器自動逆變滅磁。試驗記錄如下表：　　
　　試驗說明，調節器在發電機空載下當轉速降低時，V／P限制正確動作，自動降低機端電壓，有效避免低頻過流的發生。
　　
　　6．負載欠勵試驗
　　
　　欠勵曲線根據廠家給出數據制定。發電機并網后，由于不具備欠勵試驗的條件（機端電壓過低），因此征得用戶同意將欠勵動作值更改為-50MVAR后進行試驗。調整發電機無功至-51．0MVAR，調節裝置欠勵瞬時動作，欠勵指示燈亮，無功值回調至進相-44．0MVAR，不再變化。此時減磁，發電機無功不變。
　　
　　7．負載過勵試驗
　　
　　更改發電機過勵曲線為100MW進行試驗，調整發電機無功至Q=110．00MVAR，約20秒后調節器過勵限制動作，過勵指示燈亮，無功值回調，穩定時Q=90．31MVAR，不再變化。此時增磁，無功不變。
　　
　　8．負載切換試驗
　　
　　調節器在A套和B套之間切換，切換過程中機組無功不變化；在自動勵磁調節器和手動通道之間切換，切換過程中機組無功不變化。
　　
　　六、深度進相試驗
　　
　　2000年9月21日至2000年9月22日，揚州第二發電廠1號機組應華東總調的要求，為檢測進相運行能力，機組進行了深度進相試驗。試驗中為保證機組的安全運行，調節器始終在自動狀態下運行，欠勵限制始終投入，試驗過程中調節器工作正常，為試驗的順利進行創造了條件。
　　
　　1．試驗內容
　　
　　在機組功率為600MW、450MW、300MW三種工況下，做機組進相試驗。
　　
　　2．對勵磁系統的要求
　　
　　試驗過程中，自動勵磁調節器投入運行，欠勵限制曲線隨試驗深度的不同，作不同的整定，欠勵限制投入運行。
　　
　　3．試驗情況
　　
　　（1）P=600MW、Q=-180MVAR進相試驗
　　
　　欠勵限制曲線調整為（0，-270）到（600，-200）的直線。調節器運行正常，勵磁電流表計穩定，機端電壓表計穩定，試驗時間兩小時。
　　
　　（2）P=450MW、Q=-200MVAR進相試驗
　　
　　欠勵限制曲線調整為（0，-270）到（600，—220）的直線。調節器運行正常，勵磁電流表計穩定，機端電壓表計穩定，試驗時間兩小時。
　　
　　試驗中，無功有10~20MVAR的波動。將原PID調節的死區由±3碼減為±1碼，將負調差減小為-1％后，無功波動幅度減小至3~5MVAR，勵磁系統穩定。
　　
　　（3）P=300MW、Q=-250MVAR進相試驗
　　
　　欠勵試驗曲線調整為（0MW，-280MVAR）至（600MW，-280MVAR）的直線。調節器運行正常，勵磁電流穩定，機端電壓穩定，無功波動幅度3MVAR。在此試驗開始前，已將PID調節死區由±4碼改為±1碼，取消負調差。
　　
　　4．試驗結論
　　
　　此次試驗結果證明，微機勵磁調節器能滿足揚州二電廠1號機600MW機組進相運行工況的要求。為了更好地適應進相運行的工況，在正式進相運行前，已對進相運行欠勵曲線進行了修改，同時對調節器參數做了調整。
　　
　　七、結論
　　
　　揚州第二發電廠600MW汽輪發電機組自并激勵磁系統的改造，是*次用國產勵磁設備對600MW機組自并激勵磁系統進行改造。改造后的系統能夠適應機組的各種運行工況要求，包括進相運行、深度進相試驗工況。這次改造，一方面順利地將新調節系統投入，另一方面很成功地解決了新舊設備之間的接口和配合問題。新調節系統的調節性能品質較原設備有較大的提高；改造后的系統運行可靠性較原設備也有較大的提高，到2001年4月1日止，已安全穩定運行了10個月。揚州第二發電廠600MW汽輪發電機組自并激勵磁系統的改造成功，標志著國內勵磁技術水平*有能力為特大型機組提供改造或新建勵磁設備。