發電廠AVC系統存在問題及解決方案

龔愷愷

（浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

發電廠AVC系統存在問題及解決方案

龔愷愷

（浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

介紹了新泓口發電廠AVC（自動電壓無功控制）子站系統的配置情況，針對調試過程及實際運行中發現的問題，著重從AVC主站與子站的采樣偏差、高壓廠用變壓器檔位、無功分配策略、AVC與RTU（遠程終端）的通信、KVM延長器、AVC投退時機等方面入手，查找原因并給出解決方案，提高了AVC的投入率和調節合格率，并對同類機組AVC的調試和運行維護提出幾點建議。

AVC；RTU；配置；無功分配；策略

電廠側AVC是用于與調度AVC主站共同完成對發電廠母線電壓調控的系統。新泓口發電廠在安裝調試和實際運行過程中，遇到AVC主站與子站的采樣偏差、高壓廠用變壓器（廠變）檔位、無功分配策略、AVC與RTU的通信、KVM延長器、AVC投退時機等問題，通過查找原因并提出解決方案，提高了AVC投入率和調節合格率。

1 新泓口發電廠AVC系統概況

新泓口發電廠建設規模為2×350 MW級燃氣-蒸汽聯合循環供熱機組，采用“一拖一”多軸布置的裝機方案。11號、21號發電機型號均為QFN-252-2，12號、22號發電機型號均為QF-100-2。

電廠AVC系統選用南瑞繼保公司的PCS-9700廠站監控系統，其2套主備冗余的AVC主機布置在GIS樓網絡繼電器室，4臺AVC下位機測控裝置PCS-9705B隨各機組分別布置于對應的電氣保護室內，集控室值長臺設置2臺遠程操作顯示器。2套AVC系統同時接收省調主站下達的220 kVⅠ段、Ⅱ段母線目標電壓值，和每條母線的無功參考上/下限值；AVC主機根據目標電壓值，計算出電廠機組應承擔的總無功出力，在充分考慮各種約束條件后，AVC主機將總無功功率合理分配給每臺機組，由AVC下位機測控裝置輸出增/減磁脈沖至MARK VIe（11號、21號機組）和DCS（12號、22號機組），MARK VIe和DCS再分別向對應發電機的勵磁系統發送增/減磁信號以調節發電機無功功率，從而使電廠220 kVⅠ段、Ⅱ段母線達到目標電壓值。

2 AVC系統調試運行中的問題及解決方案

2．1 省調主站與電廠子站220 kV母線電壓采樣值偏差大

在與省調AVC主站調試核對數據過程中，發現省調AVC主站和電廠AVC子站畫面上的220 kV母線電壓相差0.3 kV左右，而省調AVC考核的調節死區為0.5 kV，嚴重影響了電廠AVC的調節合格率。

電廠220 kV母線電壓由NCS（網絡監控系統）的母線測控裝置采集，再通過網絡與RTU主機通信，由RTU主機分別將母線電壓值送至省調主站和電廠AVC子站。經檢查發現，RTU主機送省調的母線電壓值為A相電壓采樣值乘以而送電廠AVC子站的母線電壓值為AB相的線電壓采樣值，由于220 kV母線電壓不完全平衡，相與相之間有時存在0.2 kV的偏差，經過的系數放大后，偏差就會達到0.3 kV。

針對該問題，將RTU主機送省調的母線電壓也更改為AB相的線電壓采樣值后，省調AVC主站和電廠AVC子站畫面上的220 kV母線電壓采樣值基本一致。由于省調AVC主站是在收到的電廠AVC子站母線電壓實時采樣值的基礎上，加上或減去邏輯運算后的偏差量再下發電壓指令的，因此省調主站與電廠子站220 kV母線電壓采樣值偏差越小，AVC的調節合格率越高。

2．2 6 kV廠用母線電壓采樣跳變

每套聯合循環機組設有6 kV A段、B段母線，額定工作電壓為6.3 kV。廠用母線電壓由AVC下位機測控裝置從6 kV母線TV直接采集，PCS-9705B測控裝置每周波采樣80點，每0.1 s刷新1次后臺監控系統數據，參與AVC的閉鎖邏輯控制。

在試驗中發現，由于廠用電母線上接有燃機發電機勵磁變壓器、LCI隔離變壓器、凝結水泵變頻器等設備，因此母線電壓諧波含量較高，而測控裝置的交流采樣頻率較高，經常出現母線電壓采樣值0.1～0.15 kV幅值的跳變，導致廠用母線電壓提前到達上調節（6.6 kV）或下調節（6.3 kV）閉鎖定值，閉鎖了AVC對機組的調節，從而影響調節合格率。

考慮到普通交流電壓變送器為了獲得平滑的直流輸出，其內部都有較大的濾波電容，且一般響應時間為300～400 ms，其秒級的響應時間相對于AVC分鐘級的調節時間可以忽略不計，因此現場將6 kV廠用母線電壓更改為通過普通變送器采集，并將變送器的4～20 mA信號送至PCS-9705B測控裝置，利用變送器固有的響應時間，濾掉電壓尖峰變化量。更改采樣方式后，廠用母線電壓采樣值顯示穩定且無跳變，平穩達到廠用母線電壓上下調節閉鎖定值，提高了AVC的調節合格率。

2．3 高壓廠變檔位不合理

在停機狀態下，6 kV廠用電系統由220 kV母線電壓經主變壓器和高壓廠變2次降壓獲得。主變壓器為無載調壓（檔位置于235.95/15.75 kV），高壓廠變為有載調壓（變比為15.75±4×2.5%/6.3 kV）。由于電廠處于電網負荷末端，在停機狀態下220 kV母線電壓較低（一般在225～228 kV），因此高壓廠變檔位一般置于第6檔 （即15.75-2.5%/6.3 kV），將6 kV母線電壓控制在6.16～6.24 kV。在機組運行并且投入AVC后，發現當廠用母線電壓達到6.6 kV上調節閉鎖值時，機組無功及機端電壓距離閉鎖上限值還有很大裕量，嚴重影響了AVC系統的無功調節能力。調整高壓廠變檔位至第5檔（即15.75/6.3 kV）之后，廠用母線電壓上下調節閉鎖、機組無功上下調節閉鎖、機組機端電壓上下調節閉鎖基本同步，提高了AVC的調節合格率。

2．4 無功分配策略不合理

PCS-9700廠站監控系統提供了4種無功分配策略。

（1）等功率因數：把控制各臺機組功率因數相等作為調節目標。當電廠機組參數一致、有功出力相近時，其等同于相似調整裕度策略。

（2）相似視在功率：把控制各臺機組視在功率相等作為調節目標。當電廠機組參數一致時，有功出力大的機組少發無功，有功出力小的多發無功，這樣各機組電流相近，有利于從總體上降低機組和主變壓器的損耗。

（3）等無功備用：使所有發電機的無功運行點至其無功上、下限的距離有相同的百分比。

（4）相似調整裕度：把控制各臺機組具有相等的無功上、下備用裕度作為目標。電壓需要升高時，具有較多無功備用的機組多增發無功；電壓需要降低時，具有較多無功備用的機組多減發無功，此策略可保證電廠有最大的無功備用。

電廠AVC系統原本采用相似調整裕度策略，由于4臺發電機組容量不一致，在AVC調節過程中，導致12號、22號發電機組無功基本不調節，而11號、21號發電機組無功劇烈調節，不利于機組的安全穩定運行，更改為等無功備用策略后，所有機組的無功基本按照同百分比上下調節，調節效果良好。

2.5 AVC與RTU通信故障

電廠AVC系統需要接收升壓站內RTU采集到的發電機組、升壓站相關電氣設備的運行數據及調度部門下發的220 kV母線目標電壓指令，并將電廠AVC子站的遙信（例如子站的遠方控制模式）、遙測（例如目標電壓返回值）通過RTU傳至省調AVC主站。

電廠南瑞AVC與升壓站惠安RTU之間的通信模式為：當AVC作為子站與省調聯系時，由RCS-9798G遠動通信裝置利用有線網絡與惠安RTU通過104規約通信，將AVC的遙信、遙測傳至RTU，再由RTU上送至省調AVC主站，并接收RTU轉發的省調AVC主站下發的母線電壓目標值、死區、無功上下限等值；當AVC與惠安RTU建立聯系時，由南瑞RCS-9794通信裝置利用串口線與惠安RTU裝置通過101規約通信，AVC接收RTU轉發過來的發電機、220 kV母線的遙測和遙信值。

2014年5月7日，南瑞AVC的RCS-9798G更改配置重啟后，在調試過程中與省調AVC主站對點時，省調AVC主站無法收到電廠AVC子站的遙信和遙測信號，造成省調AVC主站收到的電廠AVC子站狀態與當地監控后臺的實際狀態不符。

強制RTU裝置內AVC子站的遙信點，發現省調AVC主站端相應變位無誤，由此判斷RTU與省調AVC主站間通信并無異常，而是惠安RTU和南瑞RCS-9798G遠動通信裝置之間的通信出現了故障。通過抓取報文和現場試驗發現：RCS-9798G重啟約30 s后，硬件通信端口就打開處于監聽狀態，但是通信進程需要4 min后才能夠完成，在此期間，RCS-9798G在通信進程未完全啟動的情況下，一旦發現有外部通信報文（惠安RTU發送過來的通信報文）介入，RCS-9798G會自行將端口關閉。RCS-9798G關閉端口后會使RTU的通信主站軟件判斷為通信失敗，RTU在間隔數秒后會再次申請連接，而RCS-9798G在關閉端口數秒后也會打開端口，為其通信子站軟件響應主站詢問做準備，在收到惠安RTU再次申請通信連接的報文后，又自行將通信端口關閉。如此反復幾次后，惠安RTU裝置軟件將接南瑞RCS-9798G的端口閉鎖為未激活狀態后，不再發出詢問，導致通信故障。

針對上述情況，考慮到南瑞RCS-9798G的軟/硬件啟動時間無法更改，因此將惠安RTU通信主站軟件內判斷鏈路重啟后的再次詢問時間修改為5 min，用來躲過RCS-9798G通信進程的4 min啟動時間；并在RCS-9798G通信進程未完成啟動前，在惠安RTU中對RCS-9798G發送過來的報文幀做延時和濾波處理。經上述修改后，現場多次重啟RCS-9798G裝置，均通信正常。

2.6 KVM延長器與主機不匹配

電廠AVC主機采用NEC公司的EXP481A服務器，放置于GIS升壓站的網絡繼電器室，由于運行值班的集控室距離網絡繼電器室的電纜路徑距離為200 m，投產時采用中間光纜傳輸，兩頭光電轉換，網線分別插入放置于集控室的SUN RAY3的KVM延長器和網絡繼電器室的NEC主機網口，利用標準的交換式以太網技術，將視頻信號通過主機的網口傳至KVM延長器，再將顯示器、鼠標、鍵盤接至KVM延長器，用于運行人員在集控室監視和操作AVC系統。在實際運行中，發現每隔22天會出現SUN RAY3的KVM延長器與NEC主機通信中斷，且無法自動恢復連接，從而導致集控室無法監視和操作AVC系統，只有就地重啟NEC主機后才能再次連上。為確認集控室遠程顯示器無顯示時，網絡繼電器室NEC主機顯示輸出是否正常，在NEC主機柜臨時加裝了1套顯示器鼠標鍵盤，發現當KVM延長器與NEC主機通信中斷導致集控室顯示器無顯示時，NEC主機中的顯示及操作一切正常。因此，考慮取消主機輸出的虛擬視頻信號通過網絡傳輸的模式，新增1套KVM延長器設備，直接將NEC主機輸出的視頻信號通過顯卡硬件口收集到KVM延長設備（發送端），然后通過光纖直連的方式傳送至集控室的KVM延長器（接收端），再將顯示器鼠標鍵盤接至KVM延長器（接收端）。由于采用光纖直連的方式，集控室直接通過2個KVM延長器完成對NEC主機視頻信號的發送與接收，因此只要NEC主機就地顯示和操作正常，則集控室的顯示和操作也正常。

2．7 AVC投退時機選擇不合理

根據規定，在機組負荷達到最低技術出力以上才進行AVC考核，電廠上報省調的11號、21號發電機最低技術出力為148 MW，12號、22號發電機最低技術出力為52 MW。新泓口發電廠《AVC系統運行操作規定及技術說明》規定，機組啟動時，11號、21號發電機在負荷大于100 MW時投入AVC系統，12號、22號發電機在負荷大于40 MW時投入AVC系統。

按照AVC系統運行操作規定，已經考慮到在機組達到最低技術出力之前并留有一定裕量的情況下提前投入機組AVC，但在實際運行過程中按此規定操作的AVC調節效果并不太理想。

選取2次較為典型的AVC投退歷史記錄（見表1），經數據分析可知，12月17日在22號機組達到最低技術出力時，21號機組雖然已經并網運行但還未投入AVC控制，而省調AVC主站下發的電廠220 kV母線目標電壓值及無功上下限是按并網機組的無功能力計算的，因此下發的指令已將21號機組的無功能力考慮在內。而此時21號機組由于未參與AVC調節，因此無功出力將維持不變，從而影響母線電壓的調節合格率。21號機組由于還未到最低技術出力，免于考核，但由于22號機組早就已經達到了最低技術出力，因此將影響22號機組的AVC調節合格率。

因此，為提高AVC的調節合格率，在整個升壓站第一臺機組并網時，AVC可在該機組到達最低技術出力前投入，但在第二臺機組要并網運行時，則該機組的AVC最好在并網后就立即投入，這樣可以使得新并網機組盡快提供無功出力支持，參與對母線電壓的調節，從而保證母線電壓的調節合格率。在此之后新并網的機組參照第二臺機組執行。

表1 AVC投退歷史記錄

3 AVC系統調試及運行的幾點建議

基于實際調試及運行經驗，對如何提高AVC系統的投入率和調節合格率，提出以下幾點建議：

（1）電廠AVC子站中220 kV母線電壓采樣要與RTU裝置送省調的母線電壓采樣同源，如均以采集AB相的線電壓為準，電廠AVC子站220 kV母線電壓實測值推薦通過AVC與RTU裝置通信獲得，以保證省調AVC主站與電廠AVC子站中參與邏輯運算的母線電壓數值保持一致，而不建議送省調AVC主站由測控裝置采樣、送電廠AVC子站的由電壓變送器采樣。

（2）電廠AVC子站中的廠用母線電壓采樣宜采用電壓變送器或具有濾諧波功能的測控裝置，以避免因廠用母線電壓諧波對采樣造成跳變而導致AVC提前上調節或下調節閉鎖，從而影響AVC的調節合格率。

（3）合理選擇高壓廠變有載調壓的檔位。在AVC調節時，應將高壓廠變檔位置于“機端電壓額定值/廠用電壓額定值”檔，以保證廠用母線電壓、機組無功功率和機端電壓基本同步達到上調節或下調節閉鎖定值，從而最大程度地發揮機組參與AVC調節的能力，提高AVC的調節合格率。

（4）根據機組的容量及配置合理選擇AVC的無功分配策略。AVC廠家一般都會提供幾種不同的無功分配策略供電廠選擇，電廠需根據機組實際容量及運行工況合理選擇無功分配策略，既保證每臺機組的安全穩定運行，又保證每臺機組的無功調節能力得到充分利用。

（5）RTU與AVC最好采用同一廠家的產品。調試過程中應多模擬各類故障及可能出現的各種運行工況，尤其是不同廠家設備之間的通信調試，比如確認RTU與AVC之間的通信在掉電重啟后是否正常。

（6）盡量不采用KVM延長器。如主機與操作臺距離較遠時，可以采用在操作臺上增加一臺操作員站的方式。如確實需要采用KVM延長器，則應將主機與操作臺顯示器距離控制在80 m以內，這樣KVM延長器之間可直接采用網線連接，采用網線連接的KVM延長器應經過市場考驗并已廣泛應用。

（7）合理選擇AVC投退時機。在保證機組安全運行的情況下，待機組并網后，確認機組各類參數在正常運行范圍時，即可投入AVC；在機組停機時，待到達解列負荷，再退出AVC。AVC投入越早，退出越晚，越有利于提高AVC的投入率和調節合格率。

[1]曹天明．淺談影響電廠AVC合格率的因素及解決方法[J]．電氣工程與自動化，2013（3）∶32-33．

[2]李傳波，段周朝，鄭衛東．自動電壓控制系統AVC在華能玉環電廠的工程設計[J]．電氣技術，2009（11）∶73-76．

[3]龔文強，陳曉強，陳海清．惠州液化天然氣電廠無功電壓自動控制裝置的應用[J]．廣東電力，2011，24（6）∶75-79．

[4]雷惠博．電量變送器及其檢測裝置[M]．北京：中國電力出版社，1999．

（本文編輯：方明霞）

Problems in Application of AVC in Power Plant and the Countermeasures

GONG Kaikai
（Zhejiang Zheneng Zhenhai Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315208，China）

The paper introduces configuration of AVC substation system in Xinhongkou power plant.In view of problem in commissioning and actual operation，the paper investigates problems and the solutions in terms of sampling deviation of AVC master station and substation，tap position of high-voltage auxiliary transformer，allocation strategy of reactive power，communication of AVC and RTU，KVM extender，switching time of AVC to improve the service rate and adjustment qualified rate of AVC.Furthermore，the paper proposes several operation and maintenance advices for AVC of the similar units.

AVC；RTU；configuration；reactive power allocation；strategy

TM762

B

1007-1881（2015）08-0034-04

2015-03-30

龔愷愷（1981），男，工程師，從事電力系統繼電保護和自動裝置管理工作。