PSVR 100發電機勵磁調節器在半山電廠的應用
摘要：分析了國電南京自動化股份有限公司新一代發電機勵磁調節器PSVRIO0的系統功能及特點，介紹了杭州華電半山發電有限公司4、5號機勵磁系統改造方案及新型調節器的應用情況。
關鍵詞：PSVR 100；發電機；勵磁
Abstract：PSVR 100 is a new generation of generator excitation regulating equipment of Guodian Nanjing Automation Company．It was successfully applied in excitation system reconstruction of NO．4 and 5 unit of Hangzhou Huadian Banshan power plant．This paper expounds the alteration scheme and analyses system functions and characteristics ofPSVR 100．
Key word：PSVR 100；generator；excitation
發電機勵磁調節器的主要任務是維持機端電壓恒定，滿足發電機正常發電的需要，控制發電機組之間無功功率的合理分配，同時提高電力系統的穩定性，以確保電力系統安全穩定運行⋯。
杭州華電半山發電有限公司4、5號發電機組的勵磁方式采用中頻副勵磁機、100 Hz主勵磁機及發電機的三機勵磁系統。由于勵磁設備運行近十年，元器件老化等因素給勵磁系統設備運行帶來隱患。為保證機組安全穩定運行，決定對4、5號機勵磁控制系統進行技術改造。經過綜合考慮，選用了國電南京自動化股份有限公司研制的具有自主知識產權的新一代發電機勵磁調節器PSVR 100。
運行情況表明，PSVR 100能滿足發電機組及電網的要求，運行穩定可靠，對同類機組的勵磁改造工程具有一定的借鑒作用。
1 勵磁系統改造方案
1．1 原勵磁調節器存在的問題
（1）調節器為雙柜并列運行方式，由2套調節器同時進行調節，可能發生均流越限，當任何一套有故障時即不能進行正常調節。尤其當一套死機后，誤強勵時有發生。
（2）元器件老化，抗干擾能力差。
（3）參數不能在線修改，無事件及事故記錄，不利于對事故的分析。
（4）調試、維護不方便。由于設計上的原因，造成勵磁柜內元器件多而無序，不僅使調試、維修不方便，而且降低了設備運行的可靠性。
1．2 改造方案
更換勵磁系統中的勵磁調節器，以解決原微機勵磁調節器中存在的問題為首要任務，保留原50 Hz工頻手動勵磁；應考慮到機組對提高電力系統穩定性（PSS）的要求；需處理好新、舊設備間的接口連接及信號的配合，做到界面清晰。
具體方案是將原WKKL型勵磁調節器改為PSVR 100型器，由并列運行改為主從運行，保留50 Hz工頻手動勵磁柜，使之與PSVR 100建立相互跟蹤、切換的邏輯關系。這樣，勵磁系統改造后，將有2個自動通道和1個手動通道。正常運行時，一個自動通道作為主通道，另一自動通道作為熱備用通道，50 Hz手動通道作為緊急后備通道，增加了運行的可靠性。
2 PSVR 100的技術特點
PSVR 100具有自主知識產權的關鍵技術有：
（1）勵磁外設管理器設計。采用一塊大規模邏輯可編程器件FPGA加上少量的外圍電路構成外設管理器，集開關邏輯控制、高速l6位AD控制、測頻、測速、相位跟蹤、同步捕捉、脈沖觸發、脈沖檢測和對CPU等重要硬件的監視等各種處理功能于一體，硬件結構簡單可靠，實時性強。
（2）多變量跟蹤切換。調節器采取從套跟蹤主套控制量、機端電壓、勵磁電壓、勵磁電流、有功、無功的多變量跟蹤切換方式。正常運行時，從套跟蹤主套控制量進行切換；當主套發生故障時，從套跟蹤系統相關的物理量，可以避免由于主套故障產生的不利影響。
（3）圖形化配置與編程。開發了專用圖形化配置與編程軟件平臺。該軟件平臺通過把成熟、通用的算法和邏輯控制技術封裝成算法邏輯圖，通過配置邏輯圖完成勵磁控制過程，縮短軟件的開發周期，提高軟件的可維護性。同時，平臺采用硬件配置編程技術完成模擬量輸入、通訊、開關量輸入、輸出接點定義，采用軟件配置編程技術完成定值設置、標志量設置、測量值設置，可根據現場的需求進行靈活配置。
（4）無源信號處理。模擬量采集全部采用無源互感器、無源RC濾波、高靈敏施密特比較器、高阻抗AD等器件，同時取消轉子電壓、轉子電流有源變送器，采取對勵磁機（或勵磁變）定子側Tv、TA信號進行高速交流采樣的方式，計算出轉子電壓和轉子電流。
（5）閉環實時自檢。對采樣回路、脈沖觸發回路、控制回路等閉環系統的所有單元進行實時監視和綜合保護判斷，有效防止了勵磁系統失磁和誤強勵。
（6）實時異常狀態檢測和診斷。每次上電時，會自動對裝置進行自檢，裝置正常運行中，也會定時進行自檢，用戶也可以手動自檢，當自檢過程中發生異常時， 自動報警，提醒檢修人員。
3 應用情況
在勵磁調節器完成改造后投運時，對PSVR100勵磁系統進行了空載電壓階躍和PSS試驗。
3．1 發電機空載電壓階躍試驗
通過空載試驗，獲得了理想的PID參數及轉子負反饋放大倍數。在95％額定電壓下進行±5％電壓階躍試驗， 自動方式下發電機電壓的超調量、上升時間、調節時間、振蕩次數等指標見表1。
3．2 PSS校核性試驗
通過并網負載試驗，確定了PSS參數，并進行有無PSS階躍響應試驗，檢驗PSS作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進行±3％的階躍響應試驗，得到有功功率波動特征見表2。試驗結果表明，PSS投人后，阻尼比有明顯提高，表明PSS作用正確。
關鍵詞：PSVR 100；發電機；勵磁
Application of PSVR 100 Generator Excitation Regulating Equipm ent in Banshan Power Plant
CHEN Hui．qiang ， XU Yuan-yuan ， ZHU Hong-wei
（1．Hangzhou Huadian Banshan Power Generation Co．Ltd．，Hangzhou 310015，China；2．Guodian Nanjing Automation Co．Ltd．，Nanjing 210003，China）CHEN Hui．qiang ， XU Yuan-yuan ， ZHU Hong-wei
Abstract：PSVR 100 is a new generation of generator excitation regulating equipment of Guodian Nanjing Automation Company．It was successfully applied in excitation system reconstruction of NO．4 and 5 unit of Hangzhou Huadian Banshan power plant．This paper expounds the alteration scheme and analyses system functions and characteristics ofPSVR 100．
Key word：PSVR 100；generator；excitation
發電機勵磁調節器的主要任務是維持機端電壓恒定，滿足發電機正常發電的需要，控制發電機組之間無功功率的合理分配，同時提高電力系統的穩定性，以確保電力系統安全穩定運行⋯。
杭州華電半山發電有限公司4、5號發電機組的勵磁方式采用中頻副勵磁機、100 Hz主勵磁機及發電機的三機勵磁系統。由于勵磁設備運行近十年，元器件老化等因素給勵磁系統設備運行帶來隱患。為保證機組安全穩定運行，決定對4、5號機勵磁控制系統進行技術改造。經過綜合考慮，選用了國電南京自動化股份有限公司研制的具有自主知識產權的新一代發電機勵磁調節器PSVR 100。
運行情況表明，PSVR 100能滿足發電機組及電網的要求，運行穩定可靠，對同類機組的勵磁改造工程具有一定的借鑒作用。
1 勵磁系統改造方案
1．1 原勵磁調節器存在的問題
（1）調節器為雙柜并列運行方式，由2套調節器同時進行調節，可能發生均流越限，當任何一套有故障時即不能進行正常調節。尤其當一套死機后，誤強勵時有發生。
（2）元器件老化，抗干擾能力差。
（3）參數不能在線修改，無事件及事故記錄，不利于對事故的分析。
（4）調試、維護不方便。由于設計上的原因，造成勵磁柜內元器件多而無序，不僅使調試、維修不方便，而且降低了設備運行的可靠性。
1．2 改造方案
更換勵磁系統中的勵磁調節器，以解決原微機勵磁調節器中存在的問題為首要任務，保留原50 Hz工頻手動勵磁；應考慮到機組對提高電力系統穩定性（PSS）的要求；需處理好新、舊設備間的接口連接及信號的配合，做到界面清晰。
具體方案是將原WKKL型勵磁調節器改為PSVR 100型器，由并列運行改為主從運行，保留50 Hz工頻手動勵磁柜，使之與PSVR 100建立相互跟蹤、切換的邏輯關系。這樣，勵磁系統改造后，將有2個自動通道和1個手動通道。正常運行時，一個自動通道作為主通道，另一自動通道作為熱備用通道，50 Hz手動通道作為緊急后備通道，增加了運行的可靠性。
2 PSVR 100的技術特點
PSVR 100具有自主知識產權的關鍵技術有：
（1）勵磁外設管理器設計。采用一塊大規模邏輯可編程器件FPGA加上少量的外圍電路構成外設管理器，集開關邏輯控制、高速l6位AD控制、測頻、測速、相位跟蹤、同步捕捉、脈沖觸發、脈沖檢測和對CPU等重要硬件的監視等各種處理功能于一體，硬件結構簡單可靠，實時性強。
（2）多變量跟蹤切換。調節器采取從套跟蹤主套控制量、機端電壓、勵磁電壓、勵磁電流、有功、無功的多變量跟蹤切換方式。正常運行時，從套跟蹤主套控制量進行切換；當主套發生故障時，從套跟蹤系統相關的物理量，可以避免由于主套故障產生的不利影響。
（3）圖形化配置與編程。開發了專用圖形化配置與編程軟件平臺。該軟件平臺通過把成熟、通用的算法和邏輯控制技術封裝成算法邏輯圖，通過配置邏輯圖完成勵磁控制過程，縮短軟件的開發周期，提高軟件的可維護性。同時，平臺采用硬件配置編程技術完成模擬量輸入、通訊、開關量輸入、輸出接點定義，采用軟件配置編程技術完成定值設置、標志量設置、測量值設置，可根據現場的需求進行靈活配置。
（4）無源信號處理。模擬量采集全部采用無源互感器、無源RC濾波、高靈敏施密特比較器、高阻抗AD等器件，同時取消轉子電壓、轉子電流有源變送器，采取對勵磁機（或勵磁變）定子側Tv、TA信號進行高速交流采樣的方式，計算出轉子電壓和轉子電流。
（5）閉環實時自檢。對采樣回路、脈沖觸發回路、控制回路等閉環系統的所有單元進行實時監視和綜合保護判斷，有效防止了勵磁系統失磁和誤強勵。
（6）實時異常狀態檢測和診斷。每次上電時，會自動對裝置進行自檢，裝置正常運行中，也會定時進行自檢，用戶也可以手動自檢，當自檢過程中發生異常時， 自動報警，提醒檢修人員。
3 應用情況
在勵磁調節器完成改造后投運時，對PSVR100勵磁系統進行了空載電壓階躍和PSS試驗。
3．1 發電機空載電壓階躍試驗
通過空載試驗，獲得了理想的PID參數及轉子負反饋放大倍數。在95％額定電壓下進行±5％電壓階躍試驗， 自動方式下發電機電壓的超調量、上升時間、調節時間、振蕩次數等指標見表1。
3．2 PSS校核性試驗
通過并網負載試驗，確定了PSS參數，并進行有無PSS階躍響應試驗，檢驗PSS作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進行±3％的階躍響應試驗，得到有功功率波動特征見表2。試驗結果表明，PSS投人后，阻尼比有明顯提高，表明PSS作用正確。
3．3 運行情況
設備改造后，勵磁系統運行穩定、可靠，未出現任何影響機組安全穩定運行的故障；能實現自動錄波功能，便于調試與故障分析。運行和維護簡單可靠，滿足了電網安全運行的要求。
到目前為止，2臺PSVR 100裝置的投運率均為100％。運行中，勵磁柜的各項輸出參數均較為穩定，未出現波動現象，主、從套跟蹤和手動跟蹤情況很好，滿足了無擾切換的要求；低勵限制功能正常，滿足了機組進相運行的需要。
4 結束語
多功能型勵磁調節器是目前勵磁系統的發展方向，杭州華電半山發電有限公司4、5號機勵磁改造后的運行情況表明，PSVR 100發電機勵磁調節器功能齊全、操作簡便、工作可靠、調節平穩，滿足發電機組及電網的要求，對同類機組的勵磁系統改造具有一定的借鑒作用。
參考文獻：[1] 竺士章．發電機勵磁系統試驗【M】．北京：中國電力出版社，2005．
[2] 南京電力自動化設備總廠．WKKL一1、2系列同步發電
[3] 國電南京自動化股份有限公司．PSVR 100發電機勵磁調節裝置技術說明書【G】．
編輯：黃令軍
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