9E燃?xì)廨啓C(jī)國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)改造

彭 丹

(深圳鈺湖電力有限公司, 廣東深圳 518111)

Alstom公司為9E燃?xì)廨啓C(jī)配套設(shè)計(jì)的MICROREC K4.1型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機(jī)的重要控制設(shè)備，隨著勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，該類勵(lì)磁調(diào)節(jié)器存在諸多安全隱患，如調(diào)節(jié)器單通道設(shè)計(jì)，控制/功率單元與發(fā)電機(jī)保護(hù)單元混合布置，調(diào)節(jié)器保護(hù)/信號(hào)輸出繼電器布置分散、接線復(fù)雜，缺乏獨(dú)立的人機(jī)界面等。此外，該類勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置備件昂貴，設(shè)備售后維護(hù)及技術(shù)培訓(xùn)手續(xù)繁瑣，隨著機(jī)組運(yùn)行年限的增加，備件與維護(hù)費(fèi)用逐年增加。

經(jīng)調(diào)查研究，燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組核心技術(shù)均為國(guó)外掌握，進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)大廠如GE、三菱、西門子等控制系統(tǒng)均選擇自產(chǎn)配套勵(lì)磁設(shè)備，并且在通信、軟件、邏輯等各方面形成技術(shù)壁壘，給機(jī)組的后期維護(hù)增加了很多困難。而國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量過硬、性價(jià)比高，國(guó)內(nèi)和GE公司合作生產(chǎn)的9E機(jī)組早已全部采用國(guó)內(nèi)自己生產(chǎn)的雙冗余發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)口的9E機(jī)組中，也有武漢漢能電廠、鎮(zhèn)海9E電廠等采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備替代GE公司的EX2000和EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

9E燃?xì)廨啓C(jī)組控制系統(tǒng)采用Mark Ⅵ控制系統(tǒng)，使用一鍵啟停控制方式，與MICROREC K4.1型勵(lì)磁控制裝置存在多系統(tǒng)交錯(cuò)控制的問題。系統(tǒng)技術(shù)改造方式主要有兩種：一是硬接線控制連接，使用控制電纜配置實(shí)現(xiàn)，要求設(shè)備有足夠的輸入、輸出端子；二是通信系統(tǒng)連接，使用統(tǒng)一的通信系統(tǒng)，要求控制系統(tǒng)通信協(xié)議一致。通過調(diào)查研究，決定采用硬接線控制的方式實(shí)現(xiàn)新舊系統(tǒng)的切換。技術(shù)難點(diǎn)在于如何全面掌握Mark Ⅵ控制系統(tǒng)與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通信交互控制邏輯，清查DI/DO點(diǎn)；另外，如何在控制系統(tǒng)上對(duì)相關(guān)信號(hào)加以區(qū)分是改造的另一難點(diǎn)。筆者著重研究了9E燃?xì)廨啓C(jī)Mark Ⅵ控制系統(tǒng)與MICROREC K4.1型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的交互控制策略，解決了國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器代替進(jìn)口MICROREC K4.1型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)難點(diǎn)[1]。

1 技術(shù)改造

1.1 對(duì)改造前勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的研究

9E燃?xì)廨啓C(jī)MICROREC K4.1型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與燃?xì)廨啓C(jī)Mark Ⅵ控制系統(tǒng)間采用通信系統(tǒng)連接，其控制指令不僅包括常規(guī)的勵(lì)磁開/停機(jī)、增/減磁、保護(hù)跳閘指令等信號(hào)，還包括斷路器分/合、發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作等反饋信號(hào)和發(fā)電機(jī)電流、電壓、功率等模擬量參數(shù)信號(hào)。因?yàn)樵瓌?lì)磁調(diào)節(jié)器生產(chǎn)廠家不能提供Mark Ⅵ控制系統(tǒng)信號(hào)的含義和功能，必須通過研究原勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制策略及接線圖紙，才能設(shè)計(jì)出能替代原勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制方案。通過分析研究控制策略，找出所有在Mark Ⅵ控制系統(tǒng)中通過通信協(xié)議方式傳遞的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制指令及反饋信號(hào)，并確定其作用及控制邏輯，獲得改造需保留的邏輯程序[2-4]。

1.2 改造的主要技術(shù)工作

改造后國(guó)產(chǎn)RCS-9410A型微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)見圖1。

圖1 改造后國(guó)產(chǎn)RCS-9410A型勵(lì)磁系統(tǒng)圖

國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)包括兩套R(shí)CS-9410A型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，兩套可控硅整流裝置，采用原發(fā)電機(jī)電壓互感器壓變作為調(diào)節(jié)器第1組TV(電壓互感器)值，在發(fā)電機(jī)出線柜新裝一組TV，并將壓變引入調(diào)節(jié)器作為第2組TV值，在Mark Ⅵ控制系統(tǒng)新增勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流模擬量信號(hào)。由于原勵(lì)磁系統(tǒng)與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)存在特定的通信方式，與傳統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)、模擬量數(shù)據(jù)存在差異，改造過程中必須通過試驗(yàn)驗(yàn)證以下3個(gè)問題：

(1) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制指令、狀態(tài)反饋信號(hào)對(duì)Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的影響。

(2) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)Mark Ⅵ控制系統(tǒng)同期并網(wǎng)邏輯的影響。

(3) Mark Ⅵ控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令對(duì)新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用。

經(jīng)過一系列試驗(yàn)確定了改造后的勵(lì)磁系統(tǒng)與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)交互控制相關(guān)的控制、反饋信號(hào)，并能夠滿足與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的配合要求。表1為新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)的連接信號(hào)[5]。

表1 新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)連接信號(hào)表

表1(續(xù))

改造完成后，進(jìn)行了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)包括：手動(dòng)/自動(dòng)起勵(lì)升壓、主從通道切換、空載電壓環(huán)/電流環(huán)切換、階躍響應(yīng)、TV斷線、最大勵(lì)磁限制、逆變滅磁、空載分滅磁開關(guān)、伏赫茲限制等試驗(yàn)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)包括：并網(wǎng)帶負(fù)荷試驗(yàn)、負(fù)荷階躍試驗(yàn)、無(wú)功功率低勵(lì)限制等。試驗(yàn)結(jié)果表明：該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各項(xiàng)功能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足9E燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電運(yùn)行需要。

2 改造后勵(lì)磁系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元

新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特點(diǎn)如下：

(1) RCS-9410A數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置以超級(jí)哈弗結(jié)構(gòu)總線(SHARC)的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)作為計(jì)算控制的核心，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁控制的所有功能；以ARM(微處理器)為通信中心，實(shí)現(xiàn)多種方式對(duì)外通信；采用雙通道冗余結(jié)構(gòu)，獨(dú)立雙通道采用并聯(lián)互為在線備用的方式，不共用TV與電源。

(2) 兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用相互獨(dú)立的電源供電，充分保證勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作電源的可靠性。

(3) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置具有不間斷檢測(cè)自身各重要環(huán)節(jié)的狀況，對(duì)異常或發(fā)生錯(cuò)誤的環(huán)節(jié)進(jìn)行容錯(cuò)處理的功能，可根據(jù)相應(yīng)情況，閉鎖異常或錯(cuò)誤的通道。

(4) 調(diào)節(jié)器配置有1種控制方式(PID+PSS方式)；6種運(yùn)行方式(恒機(jī)端電壓閉環(huán)方式、恒轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)方式、恒功率因數(shù)運(yùn)行、恒無(wú)功功率運(yùn)行、開環(huán)運(yùn)行(試驗(yàn))、系統(tǒng)電壓跟蹤)；3種投勵(lì)升壓方式(手動(dòng)零起升壓、自動(dòng)初值起勵(lì)、升自動(dòng)軟起勵(lì)升壓)；7種勵(lì)磁限制(負(fù)載最小勵(lì)磁電流限制、欠勵(lì)限制、負(fù)載最大勵(lì)磁電流限制、過勵(lì)限制、V/F限制、空載最大勵(lì)磁電流限制、磁場(chǎng)過電流反時(shí)限制)；5種保護(hù)(低勵(lì)保護(hù)、過勵(lì)保護(hù)、伏赫茲過磁通保護(hù)、TV斷線保護(hù)、空載過電壓保護(hù))。

(5) 調(diào)節(jié)裝置配置有錄波功能，每組波形記錄所有模擬量和所有開關(guān)量在20 s內(nèi)的數(shù)值及變位信息，最大可儲(chǔ)存8組波形，停電不丟失[6]。

2.2 功率整流單元

功率整流單元采用進(jìn)口可控硅元件，可控硅組成三相全控整流橋，兩橋并聯(lián)輸出，均流系數(shù)可達(dá)0.9以上，單橋投運(yùn)時(shí)能確保機(jī)組安全運(yùn)行，在強(qiáng)勵(lì)工況下允許2倍額定電流運(yùn)行10 s。整流橋兩側(cè)均設(shè)置有過流、過壓保護(hù)，每個(gè)整流橋均設(shè)有開關(guān)，使發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性有較大的提高[6]。

3 改造后運(yùn)行情況和效益

通過實(shí)際運(yùn)行情況的驗(yàn)證，改造后的RCS-9410A型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行可靠，調(diào)節(jié)特性良好，與燃?xì)廨啓C(jī)Mark Ⅵ控制系統(tǒng)配合良好，徹底解決了原勵(lì)磁系統(tǒng)單通道運(yùn)行、元件老化、備件昂貴、維護(hù)困難等不利因素，大幅度降低了設(shè)備日常維護(hù)費(fèi)用。原勵(lì)磁系統(tǒng)若升級(jí)為GE公司或ABB公司的進(jìn)口勵(lì)磁系統(tǒng)，費(fèi)用至少100萬(wàn)元，而該項(xiàng)目國(guó)產(chǎn)化總投資僅35萬(wàn)元；原系統(tǒng)每年維護(hù)費(fèi)用約8萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)每年備件、維護(hù)費(fèi)用不超過3萬(wàn)元，且機(jī)組運(yùn)行可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

本次技術(shù)改造項(xiàng)目根據(jù)9E燃?xì)廨啓C(jī)MICROREC K4.1型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與Mark Ⅵ控制系統(tǒng)交錯(cuò)控制的特點(diǎn)，成功將國(guó)產(chǎn)RCS-9410A型數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于9E燃?xì)廨啓C(jī)，并完成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各項(xiàng)功能試驗(yàn)，改造后的勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完善、操作簡(jiǎn)單、調(diào)試方便，整體性能符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不僅滿足了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)要求，還兼顧了技術(shù)改造的經(jīng)濟(jì)性，為進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)組及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。