秦一廠OLE項目勵磁系統改造設計及接口優化

張曉偉，張 旭，李戈超，王東博，李 鑫，郭 興，郭少杰，錢厚軍，陳富杰，汪運律

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

秦一廠機組延壽前的勵磁系統為三機有刷勵磁方式，由于設備投運已基本達到使用年限，設備內電子元器件的老化、備品備件供應成本增加，導致技術支持薄弱且無法滿足相關網源協調新要求(如增加PSS功能等)，使得勵磁系統潛在的運行風險加大，對機組的安全、穩定運行產生負面影響[1]。為解決以上問題，基于OLE項目勵磁系統改造范圍，從設計和接口方面進行改造后的勵磁系統適應性優化研究，可為行業同類型改造的現場優化工作提供參考。

1 系統改造范圍

電廠原三機勵磁系統主設備由永磁機、主勵磁機、AVR裝置、整流及滅磁裝置、發電機滑環及電刷等組成。項目工作主要包括工程設計、設備供貨、現場施工、技術服務等。除原勵磁系統直流出線柜至發電機集電環的直流共箱母線利舊之外，其余部分均需更新改造，以滿足機組延壽增容改造需要。勵磁系統更新改造前后的系統結構如圖1所示。

圖1 勵磁系統改造前后系統結構圖示

原三機勵磁系統改造為靜態自并勵勵磁系統，除直流出線柜至發電機集電環的直流共箱母線保留，主勵磁機、永磁機、AVR裝置、整流滅磁裝置等原勵磁系統相關設備拆除。

2 設計優化

優化一：關鍵回路采用大功率繼電器

根據相關反措要求，所有涉及直接跳閘的重要回路，應采用動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍以內的中間繼電器，并要求其動作功率不低于5 W。

因此，針對勵磁調節器接受來自發變組保護的跳閘信號回路中的中間繼電器，采用NR0521系列大功率繼電器，在滿足動作功率不低于5 W要求的同時，可以有效防止交流220 V的串入，進一步保障回路的正確動作，提高系統可靠性。

優化二：勵磁過流反時限特性校核

根據GBT 7064—2008《隱極同步發電機技術要求》中第4.29條款對轉子過負荷能力的說明，發電機磁場繞組應具有下列規定的過電流能力，時間10～120 s。

(I2-1)t=33.75

同時，勵磁系統內勵磁電流過流反時限特性曲線需與發電機磁場繞組的過流特性相匹配，且勵磁電流限制器具體參數設置時，留取一定的動作級差或裕度。

在ABB UNITROL 6800型勵磁系統中，其勵磁電流限制器提供4種動作延時特性供具體項目選擇，包括：固定延時特性、反時限特性、強反時限特性，以及超強反時限特性。各特性的對應計算公式如圖2所示。

圖2 勵磁限制器動作時間特性

以勵磁電流限制器為例，當選取第4種延時動作特性時，代入設置參數，其動作延時為：

因此，ABB UNITROL 6800型勵磁系統反時限特性滿足國標和項目應用要求。

優化三：PT慢熔檢測功能完善

在常規勵磁調節器中，PT斷線判別存在邏輯不完善、定值整定偏大(如：15%)的問題，根據判別條件，在發電機機端PT(包括一次和二次)保險絲慢熔情況下，無法判定為PT斷線情況，因此，不會切至備用通道或手動模式以維持機組穩定運行。此情況容易引發機組過勵磁，導致發電機機端過壓、勵磁電流和無功增大等異常工況，嚴重時會引起機組事故停機。

在保留原軟件內部PT斷線判斷邏輯的基礎上，對軟件部分進行升級完善，使其具備PT回路保險慢熔鑒別能力。

新增加PT慢熔檢測邏輯如圖3所示。

圖3 新增PT慢熔檢測判斷邏輯圖

當勵磁系統運行時，運行通道和備用通道機端電壓做比較，如果(備用通道電壓值-運行通道電壓值)>偏差設定值1，或者(運行通道同步電壓標幺值-運行通道電壓值)>偏差設定值2時，勵磁系統延時2 s，報用戶事件1，勵磁系統自動從運行通道自動方式切換到備用通道自動方式運行。

其中，用戶事件1，將其事件類型定義為2，即為“事件類型定義為通道自動當有此事件時，勵磁系統自動切換到備用通道自動方式”。

3 接口優化

勵磁改造設計完成后，需要確定和電廠各個系統如：報警系統、計算機系統、發變組保護、廠變保護、遠動系統、故障錄波的接口，接口眾多且煩瑣復雜，確認過程中容易發生遺漏及錯誤，對接口的優化是很有必要的。

優化一：標準化電纜編號規則

勵磁系統改造電纜較多，電纜去向不單一，在進行電纜端接、梳理、調試及后期查找時存在較大的操作難度，本項目對電纜編號進行了標準化，統一規則為勵磁系統命名+電纜編號-電纜芯號/本側端子排號：端子號/回路號或功能號(若有)。為了和上次勵磁電纜改造編號進行區分，本次電纜編號前綴確定為FBLC，后綴第一個數字為本側系統號，第二位數字為對側系統號，系統分類原則如下：

表1 勵磁改造電纜標準化原則

為了方便改造后的查找，電纜統一標示本側端子號，也方便了施工過程中的核線和校對。

優化二：信號觸發優化

原勵磁變溫控器故障/勵磁變柜門未關閉報警信號為常閉串聯關系，這就導致系統停用時仍會出發溫控器故障報警，干擾運行人員監盤甚至造成誤判，本方案將該信號優化為常開并聯，解決了上述問題。

勵磁變繞組溫度高，信號同樣存在上述問題，該信號同樣使用常閉接點。勵磁變停用及正常情況下報警不觸發，只有勵磁變溫度高時才會輸出，因此無法通過修改接點類型進行優化。針對這個問題，考慮加入電源開關判據進行輔助識別，有效地區分了系統停用和正常狀態，實現了正常信號觸發。

優化三：雙向閉鎖完善

根據并網后正常運行工況，為了防止誤操作導致停機停堆，對主變2001B側斷路器及滅磁開關操作邏輯進行了優化，增加2001B開關地刀和滅磁開關的雙向閉鎖邏輯，并進行了雙向驗證，2001B的兩把地刀任意一把閉合滅磁開關都無法操作，同時滅磁開關在合閘狀態時2001B地刀也無法操作。本項優化經傳動驗證，提高了電氣系統的可靠性。

4 結論

秦一廠1號發電機勵磁系統更新改造，實現了機組增容和延壽的改造目標，是國內首臺核電機組完成的三機勵磁改自并勵系統。改造后的勵磁系統性能優良、成熟可靠、運維方便，主要性能優于國內外相關標準要求，達到國際先進水平。同時，對于后續類似改造項目具有良好的示范作用和推廣價值。本次改造的設計、施工及試驗過程中，項目組經過充分討論提出了很多優化方案，應用到產品和現場中達到了預期的設想，優化了系統邏輯，完善了設備性能，簡化和標準化了接口設計，同時提高了設備的可靠性，為改造后機組的穩定運行提供了保障，為行業同類改造提供了參考。