EX2000勵磁系統國產化改造及應用

葛鶯鏖

（浙江浙能鎮海聯合發電有限公司，浙江省寧波市，315200）

1 項目背景和要求

某燃機電廠EX2000靜態微機型勵磁調節裝置由GE公司為9E型燃機配套設計生產，采用自并勵勵磁方式，功率柜為三相全控單橋形式。在多年的實際運行中因勵磁調節器設計上存在很多局限，如調節器設計為單橋單控，缺乏備用；勵磁調節器的控制單元同功率單元布置在同一柜體內，不僅易相互干擾，而且控制卡件間的連接扁平電纜易受功率塊冷卻風機的振動引起接觸不良；采用常閉接點邏輯保護形式，運行中任一常閉接點動作或接觸不良都會引起機組跳閘等。此外EX2000勵磁調節器的備件價格昂貴，隨著機組運行年限的增加，維護費用逐年增加。

針對以上問題，該燃機電廠決定采用可靠成熟的國產勵磁調節器，既可大幅提高設備的可靠性，又實現設備的國產化，降低維護成本，更重要的是要打破進口設備的技術壟斷。該項目改造的關鍵難點在于，必須通過對9E燃機控制系統MKV與勵磁調節器EX2000二者之間配合關系的試驗研究，得到二者之間的最佳組合關系，解決采用國產勵磁系統替代EX2000勵磁調節器的技術瓶頸。

2 主要改造技術工作

2.1 改造前對9E燃機勵磁系統的控制策略研究

9E燃機EX2000勵磁調節器的特點是它與機組MKV控制系統間采用通訊連接的方式，不僅包括常規的機組勵磁啟停、升降等指令信號，還包括很多其他反饋信號和發電機的許多模擬量參數信號。因原生產廠商不提供這些傳遞到MKV控制系統的信號的含義和功能，必須通過試驗研究破解9E燃機勵磁系統的控制策略，才能設計出原系統非標準通訊協議的替代方案。通過研究控制策略，找到所有在MKV控制系統中通過通訊方式傳遞的勵磁調節器數據，并確定其邏輯及作用，得出改造后需保留的邏輯程序。

原廠商為9E燃機配套生產的EX2000勵磁系統圖如圖1所示。

2.2 改造主要技術工作

改造采用國內某廠家生產的RCS－9400型勵磁系統，如圖2所示。

國產勵磁調節器包括可控硅整流裝置柜2臺，勵磁調節器柜1臺，滅磁、過壓保護、起勵裝置柜1臺。改造后，將原測量壓變3YH引入調節器作為第2組PT值；將原A、C相發電機定子電流反饋改為A、B、C三相電流反饋；新增勵磁電流(勵磁變低壓側)反饋。由于EX2000與MKV的數據交換通過特定的通訊方式實現，與傳統的模擬量數據、開關量信號存在差異，改造中通過試驗確認了調節器狀態反饋量對MKV控制系統的影響、調節器信號對MKV中同期并網邏輯的影響以及MKV控制系統中調節量對勵磁調節器的作用。

經過這一系列試驗，確定了改造后的勵磁調節器與MKV控制系統間的連接信號，并能夠滿足與MKV控制系統的配合要求。連接信號見表1。

表1 勵磁調節器與MKV間的通訊信號一覽表Tab.1 Communication signals between exciter regulator and MKV

改造完成后進行了靜態模擬試驗和動態試驗，其中，發電機空載動態試驗包括：開機升壓試驗、階躍響應試驗、逆變試驗、A/B通道切換試驗、電壓環/電流環切換試驗、勵磁TV斷線試驗、空載分滅磁開關試驗、空載最大勵磁電流限制試驗、伏赫茲限制試驗；發電機負載動態試驗包括：并網帶負荷、磁場過流過熱限制、滯相定子過流反時限制、無功功率欠勵限制。試驗結果表明國產化的勵磁系統完全能滿足9E燃機的發電運行需要，并且控制和保護邏輯設定準確、作用正常。

2.3 勵磁系統模型參數和電力系統穩定器試驗

勵磁系統模型見圖3，參數見表2，PSS模型見圖4，PSS參數見表3。電壓調差率為0。

表2 9E燃機勵磁系統原型模型參數Tab.2 PE gas-turbine exciting system model parameters

通過對模型進行發電機空載5%給定階躍響應的仿真計算和現場實測響應作比較，仿真計算結果與現場試驗結果一致，證明所提供的模型參數具有良好的可信度，可供電力系統仿真計算使用。

通過勵磁系統滯后特性的測量以及PSS有補償響應，并分別在PSS退出和投入的情況下，進行±3%的階躍響應試驗，錄取機端電壓Ug、有功功率P和無功功率Q的動態過程。試驗表明，PSS投入后，阻尼比有明顯提高，振蕩次數明顯減少，PSS作用正確。PSS試驗表明，PSS有很好的阻尼低頻振蕩作用，在0.2～2.0 Hz頻率范圍內相位補償符合要求，有很好的穩定裕量。

表3 PSS整定參數Tab.3 PSS setting parameters

2.4 改造后的運行情況和效益

通過實際運行工況的考驗,該燃機發電機勵磁調節器運行平穩，調節特性良好，與機組MKV控制系統的配合無任何沖突，改變了原調節器EX2000單控單橋的運行方式，不僅提高了運行可靠性，而且大幅降低了設備的日常維護費用。原EX2000勵磁系統升級至EX2100費用至少需60萬美元，而本項目國產化改造總投資僅約70萬元，原EX2000勵磁系統維護費用每年約40萬元，國產化改造后每年維修費用不超過5萬元。并且，提高供電可靠性、減少燃機的非計劃停運所產生的社會效益已不能簡單用發電量來衡量了。

3 結論

該改造項目根據9E型燃機EX2000勵磁系統與MARK V燃機控制系統一體化設計的特點，通過破解原系統的控制策略提出了非標準通訊協議的替代方案，成功地將國產RCS-9400微機勵磁調節器應用于9E燃機，并完成勵磁系統模型參數測辨和電力系統穩定器整定試驗。各項勵磁系統試驗結果表明國產微機勵磁系統性能優越，運行穩定，調試簡便迅速，整體性能符合國家及行業勵磁標準，滿足燃機安全穩定運行的各項技術要求。同時建立了可反映強勵、限幅、PID和電力系統穩定器特性的RCS-9400勵磁系統詳細模型，空載階躍仿真計算結果與現場試驗結果一致，模型參數可信度高。PSS試驗分析也證實了在提供系統阻尼、抑制低頻等方面的優越性。

[1]GE.EX2000 Digital Exciter User’s Manual[M].GEH-6120A，1994.

[2]南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS－9400微機勵磁系統現場用資料匯編[R].

[3]劉飛.燃氣輪發電機組自動同期中某些問題的分析[J].燃氣輪機技術，2000(1)：47-48.

[4]劉文俊,朱紅偉.新一代發電機勵磁調節裝置的研究與應用[J].華電技術，2008(1)：59-62.

[5]袁訓奎,劉世富,趙義術.山東電網勵磁系統模型參數確認試驗的分析[J].電力建設，2008,29(7)：32-34.

[6]朱朝軍.EX2000勵磁系統簡介[J].上海電力，1999(3).

[7]竺士章,方思立.浙江電網電力系統穩定器PSS試驗綜述[J].浙江電力，2000,19(1):1-4.

[8]朱劍利.電力系統穩定器（PSS）設計應用的探討[J].新疆電力技術，2008(4):9-11.

[9]徐鵬煜,王靈會,陳強.發電機勵磁系統參數測試及仿真[J].河南電力，2008(2)：14-16.

[10]馬曉靜.燃機電廠電氣設計特點[J].電力建設,2006,27(5):41-44.

[11]祝紅英.淺析鎮海燃機工程調概投資增減主要原因[J].電力建設,1997,18(3):60-62.

[12]張允,鄒云屏,吳振興,等.勵磁電流補償方法的電流控制型單相動態電壓恢復器的仿真研究[J].中國電機工程學報,2008,28(22):152-158.

[13]戴衛力,王慧貞,嚴仰光.電勵磁雙凸極電機的提前角度控制[J].中國電機工程學報,2007,27(27):88-93.

[14]魏佳丹,姜雷,周波.基于全橋變換器的電勵磁雙凸極電機中點電位的研究[J].中國電機工程學報,2007,27(30):82-86.

[15]白華,趙爭鳴,胡弦,等.三電平變頻調速系統中直流預勵磁試驗研究[J].中國電機工程學報,2006,26(3):159-163.

[16]邵偉,徐政.勵磁系統參數整定研究[J].中國電機工程學報,2002,22(10):12-17.

[17]楊順昌,廖勇.交流勵磁發電機參數變化時的解耦勵磁控制[J].中國電機工程學報,1999,19(2):37-40,46.

[18]竺士章.發電機勵磁系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.