沙河抽水蓄能電站勵磁系統修后動態試驗

黃 銳，楊海學

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

0 引言

隨著經濟的飛速發展，電力系統規模也在不斷擴大，我國的電力系統已經進入大機組、高電壓、大網絡的發展階段。大容量的電源與網絡對于整個系統的穩定性提出了更高的要求。在這種背景下，勵磁系統裝置在機網協調運行中正體現出越來越重要的作用。它一方面是發電機組得以正常運行的保證，一方面又擔負著整個電網中無功以及電壓調節的重任，所以，研究勵磁系統的動態性能，是研究電網以及機組穩定性的基礎條件。

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖鎮境內，電站裝機容量100 MW，按日調節運行。沙河電站1號機組勵磁系統于2013年完成國產化升級改造，隨著設備運行時間的加長，操作次數的增加，設備穩定性下降逐漸顯現，近兩年發生的勵磁故障多與此原因有關。2021年，結合1號機組擴大性A級檢修，對勵磁系統再次進行升級改造，將RCS-9410型調節器整體升級為PCS-9410型調節器。本文通過對沙河電站勵磁系統的涉網動態試驗，采集到發電機以及勵磁系統的模型特征及其動態特性的相關數據，通過計算以及仿真校核，對涉網性能進行分析和計算，檢驗發電機負載變化時勵磁調節器對機端電壓的控制準確度。

1 發電機和勵磁變參數

沙河電站機組勵磁系統形式為自并勵勵磁方式。其發電機、勵磁變參數如表1：

表1 發電機、勵磁變參數表

沙河電站勵磁系統為南瑞繼保公司提供的PCS-9400設備，勵磁電源取自主變低壓側，主要由交流進線柜、滅磁柜、可控硅整流柜、勵磁調節柜組成。調節器采用雙通道，分為A、B通道，互為備用。

2 零起升壓試驗

將勵磁調節器PCS-9400的A、B通道切至就地控制，置“正常”環（電壓環）或“手動”環（電流環）運行，就地發投勵令，通過就地增磁進行手動零起升壓，機端電壓在10%～110%UGN范圍內可穩定平滑調節，記錄發電機空載額定工況下的相關數據，并對同步補償角、計算角度擬合系數、靜態均流角進行計算和調整，試驗結果滿足要求。

表2 記錄數據

3 發電機空載電壓5%階躍響應試驗

（1）發電機空載5%階躍響應試驗

發電機空載階躍響應試驗，主要檢驗勵磁動態條件品質，是在勵磁調節器輸入端加入一個階躍量，測量發電機機端電壓的變化，其電壓超調量和振蕩次數應該滿足規程規范要求。

試驗情況：維持發電機端電壓在95%UGN，在電壓閉環控制方式下，由調節器本地命令界面上發出命令，做電壓5%上下階躍響應試驗。

圖1 5%階躍響應試驗波形

根據試驗結果調整控制參數，直到時域響應符合要求，最終PID參數整定如表3。

表3 PID參數整定

最終時域響應效果如表4。（2）功率柜單橋投/退試驗

表4 時域響應

勵磁調節裝置正常運行，發電機電壓維持在100%UGN，選擇一個功率橋，投入定值切脈沖軟壓板，切除觸發脈沖，觀察單橋退出時，其它整流橋輸出全部勵磁電流，整流橋總輸出勵磁電流不變，發電機運行穩定，無波動。

勵磁調節裝置正常運行，功率橋有一橋退出運行，發電機電壓維持在100%UGN，退出定值切脈沖軟壓板，投入觸發脈沖，觀察單橋投入時，其它整流橋部分負荷轉移至該橋，整流橋輸出總勵磁電流不變，發電機運行穩定，無波動。

（3）伏-赫茲限制試驗

先退出伏-赫茲限制軟壓板，將伏-赫茲限制定值改低，一般改為1.02倍和0.1 s，再投入伏-赫茲限制軟壓板，就地增加發電機機端電壓，直到伏-赫茲限制動作，限制動作正確。

表5 伏-赫茲限制試驗

（4）空載最大勵磁電流限制試驗

先退出最大勵磁電流限制軟壓板，將空載最大勵磁電流限制定值整定為略高于當前機組的勵磁電流值，再投入最大勵磁電流限制軟壓板，就地增加勵磁電流直到最大勵磁電流限制動作，限制動作正確。

表6 空載最大勵磁電流限制試驗

（5）PT斷線試驗

勵磁調節器A套為主、B套為從正常運行，模擬A套PT斷線，A套裝置切換至電流環并將進行主從切換，切換過程中勵磁電流無波動，切換后發電機及勵磁系統運行穩定；A套PT斷線恢復后，再模擬B套斷線，此時B套裝置切換至電流環并將進行主從切換，試驗正常。

4 發電機逆變滅磁試驗及并網帶負荷試驗

（1）發電機逆變滅磁試驗

發電機逆變滅磁試驗一般在A修后開機時進行，目的是檢查發電機滅磁性能的好壞，防止轉子回路產生過電壓。具體做法是將發電機電壓升至額定電壓后，拉開勵磁開關，測量定子電壓下降至一定值時所需要的時間，與制造廠提供的曲線或上次試驗記錄相比較，檢查發電機滅磁性能的好壞。

試驗情況：將發電機維持在額定機端電壓10.5 kV，向勵磁調節裝置發出逆變命令，記錄發電機逆變滅磁波形。試驗波形如圖2所示，計算得出逆變滅磁時間常數為0.785 s。

圖2 發電機逆變滅磁波形

（2）并網帶負荷試驗

發電機空載運行時，勵磁調節器接受同期裝置發來的增減磁命令調整機端電壓，當達到并網條件后同期裝置發并網開關合閘令，當并網開關合閘后發電機進入并網發電狀態。

發電機并網運行后，檢查發電機定子CT的極性，校驗勵磁調節裝置測量的電壓、電流、有功功率、無功功率、勵磁電流采樣的準確性。試驗結果正常。

（3）負載切換（A/B通道切換）試驗

勵磁調節裝置均正常，A通道為主運行，B通道為從運行，進行A通道切換至B通道操作，切換過程穩定無波動；B通道為主運行，A通道為從運行，進行B通道切換至A通道操作，整個切換過程穩定無波動，負荷調節正常。

（4）電壓環/電流環切換試驗

勵磁調節裝置運行正常，置電壓閉環運行，進行電壓環切換至電流閉環操作，切換過程穩定無波動；置電流閉環運行，進行電流環切換至電壓閉環操作，切換過程穩定無波動，負荷調節正常。

5 過勵磁和欠勵磁限制試驗

為驗證勵磁系統過勵磁和欠勵磁限制功能的正確性，進行限制試驗。試驗方法為修改定值，驗證限制邏輯的正確性。

（1）過勵限制：先退出無功功率過勵限制軟壓板，將無功功率過勵限制定值整定為稍高于當前無功功率值，動作時間整定為1 s，再投入無功功率過勵限制軟壓板，就地發出增磁命令，增加發電機無功功率，直到無功功率過勵限制動作，檢查限制動作是否正確，試驗波形見圖3。

表7 過勵限制試驗

圖3 過勵磁限制波形

（2）欠勵限制：先退出無功功率低勵限制軟壓板，將無功功率低勵限制定值整定為稍低于當前無功功率值，再投入無功功率低勵限制軟壓板，就地發出減磁命令，降低發電機無功功率，直到無功功率低勵限制動作，檢查限制動作是否正確，試驗波形如圖4。

表8 欠勵限制試驗

圖4 欠勵磁限制波形

6 結語

抽水蓄能機組并網運行的穩定性對于電網整體的安全穩定至關重要，而電網所能夠提供的穩定環境對于機組本身的安全也不可或缺。勵磁系統性能是發電機組得以正常運行的保證，又是整個電網中無功以及電壓調節穩定性的保證。本文主要闡述了沙河電站機組勵磁系統修后動態試驗的過程，檢驗了發電機負載變化時勵磁調節器對機端電壓的控制準確度，為電力系統安全穩定運行提供保障。。