武汉洪山电工30MW汽轮发电机励磁系统技术方案.doc

30MW 汽轮发电机组励磁系统 技 术 方 案 供方 武汉洪山电工科技股份有限公司供方 武汉洪山电工科技股份有限公司 地址 武汉东湖高新华中科技大学科技园地址 武汉东湖高新华中科技大学科技园 时间 二零一一年十一月时间 二零一一年十一月 联系 叶明志联系 叶明志 1398608858313986088583 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 2 电话 电话 027 87180089 目目 录录 一 概述一 概述 4 二 引用标准及规范二 引用标准及规范 4 三 系统配置方案三 系统配置方案 6 3 1 发电机技术参数 6 3 2 系统结构配置 6 3 3 供货范围 7 3 3 1 备品备件及专用工具 7 3 3 2 重要部件一览表 8 3 4 我公司产品的技术特点简介 9 3 4 1 励磁系统的高可靠性分析 9 3 4 2 调节柜特点 10 3 4 3 功率灭磁柜 11 3 4 4 灭磁部分特点 11 3 4 5 装配工艺特点 11 四 四 ZL 088ZL 088 励磁系统性能保证励磁系统性能保证 12 五 励磁系统性能参数描述五 励磁系统性能参数描述 14 5 1 一般技术条件 14 5 1 1 环境条件 14 5 1 2 供电电源 14 5 1 3 励磁系统技术指标 14 5 2 微机励磁控制柜 15 5 2 1 调节性能 15 5 2 2 调节器主要特点 16 5 2 3 励磁监控单元 17 5 2 4 励磁系统双通道 18 5 2 5 控制及调节功能 19 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 3 电话 电话 027 87180089 5 2 6 功率加频率型 PSS 控制器 20 5 3 可控硅功率整流装置 22 5 3 1 概述 22 5 3 2 功率单元技术指标 23 5 3 3 整流装置技术性能 23 5 4 灭磁及过压保护装置 25 5 4 1 简述 25 5 4 3灭磁方式的选择 26 5 4 4灭磁及过电压保护方案 30 5 4 5磁场断路器的选择 31 5 4 6灭磁电阻的选择 32 5 4 7 转子过压保护 34 5 6 励磁变压器 34 5 6 1 概述 34 5 6 2 技术指标 35 5 7 励磁系统控制及信号 36 5 7 1 励磁系统所设置的保护 36 5 7 2 励磁系统所设置的信号 37 5 8 柜体结构 38 5 8 1 柜内接线具体要求 38 5 8 2 铭牌和标志 39 5 8 3 工艺具体要求 39 5 9 功率加频率型 PSS 控制器 39 5 9 1 PSS 电力系统稳定器 40 5 9 2 我公司 PSS 实现方式 40 5 9 3 PSS 电力系统稳定器性能特点 41 5 9 4 我公司 PSS2A 模型 44 5 9 5 华北电力科学研究院PSS测试报告 46 5 9 6 PSS 投运业绩 57 七 技术文件 图纸的提交七 技术文件 图纸的提交 59 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 4 电话 电话 027 87180089 八 励磁检验 试验八 励磁检验 试验 60 8 1 外观检查 60 8 2 电气试验项目 60 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 5 电话 电话 027 87180089 一 概述一 概述 1 1 本技术方案书规定了 1 30MW 发电机组励磁系统的设计 制造 检验 试验 技术资料 验收 供货及运输 现场调试 售后服务等各项工作 1 2 洪山电工所提供产品为符合需方要求的优质产品 1 3 洪山电工所提供产品为电力部和原国电公司推荐使用的产品 1 4 供方所提供产品为性能稳定 运行可靠 广泛应用在全国各大中小型电厂并受 到用户好评的产品 二 引用标准及规范二 引用标准及规范 武汉洪山电工提供的励磁系统涉及的技术条件均符合国家和电力行业以下最新标 准和规范 如果标准之间有差异 以较高标准执行 1 机构 协会和其他组织 名称 缩写 1 中国国家标准 GB 2 前中国电力工业部标准 DL 3 前中国水利电力部标准 SD 4 中国水利部标准 SL 5 中国机械电子工业部标准 JB 6 国际电工委员会标准 IEC 7 国际标准化组织 ISO 2 引用技术标准 GB1497 低压电器基本标准 GB4728 电气简图用图形符号 GB7159 电气技术中的文字符号制订通则 GB T7409 1 1997 同步电机励磁系统定义 GB T7409 2 1997 同步电机励磁系统 电力系统研究用模型 GB T7409 3 1997 同步电机励磁系统大 中型同步电机励磁系统技术要求 GB T10585 中小型同步电机励磁系统基本技术要求 GB T17626 电磁兼容试验和测量技术 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 6 电话 电话 027 87180089 GB1094 1 GB1094 5 电力变压器 GB6450 干式电力变压器 GB T17211 干式电力变压器负载导则 GB T10228 1997 干式电力变压器技术参数和要求 GBJ148 1990 电力变压器 油浸电抗器 互感器施工及验收规范 GB50150 1991 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 GB1208 1997 电流互感器 GB1207 1997 电压互感器 DL T583 2006 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件 DL T490 92 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置安装 验收规程 DL T489 92 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程 DL T491 1999 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置运行 检修规程 DL T725 2000 电力用电流互感器订货技术条件 DL T726 2000 电力用电压互感器订货技术条件 3 其他标准 国际电工委员会 IEC 有关标准 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 7 电话 电话 027 87180089 三 系统配置三 系统配置方案方案 3 13 1 发电机技术参数发电机技术参数 发电机机组参数 励磁电压 励磁电流参数为根据我公司已投运类似电站的估算 值 名名 称称参数值参数值名名 称称参数值参数值 额定功率 1 30MW 功率因数0 8 滞后 额定励磁电压 190V 额定励磁电流 395A 额定电压 10 5KV 额定频率 50Hz 3 23 2 系统系统结构配置结构配置 根据 30MW 发电机组励磁系统的特点 提出 ZL 088 全数字化的微机励磁方式系统 该系统采用二柜结构 由 HWJT 09CS 型励磁调节屏 功率屏 灭磁屏组成 励磁 系统控制 监控 整流 起励 灭磁 过压保护 直流电压 电流变送器整流等装置 分置其中 单套配置表单套配置表 序号序号设备名称设备名称数量数量配置配置 1 励磁调节屏1 面 T320 系列 32 位高端工业控制专用 DSP 芯片 PSS2A 功率加频率型 PSS 调节单元 微机型双 自动 手动 通道励磁调节器 双通道互为热备用 相互无扰动切换 10 寸液晶触摸屏中文显示友好人机界面 参数在线修改 配备与电站计算机监控系统接口的硬件和软件 2 功率灭磁屏1 面 三相全控整流桥 单柜双桥布置 优质可控硅元件 额定参数 600A 2000V 单桥 2 倍强励能力 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 8 电话 电话 027 87180089 序号序号设备名称设备名称数量数量配置配置 德国 EBM S4D400 低噪声风机 进口原装 ABB 磁场断路器 E1B EMS 800 直流起励装置 过压保护 3 励磁变压器1 台三相环氧干式变压器 250KVA F 级绝缘 自冷 3 33 3 供货范围供货范围 序号序号设备名称及型号设备名称及型号单位单位数量数量备注备注 1 励磁调节屏面 1 含控制 检测 保护 电气 制动保护调节设备 2 功率灭磁屏面 1 单柜双桥布置 含灭磁 起 励及过电压保护 3 励磁变压器台 1 250KVA 干式变 4 规定的备品备件及专用套 1 见备件专用工具清单 3 3 13 3 1 备品备件备品备件及专用工具及专用工具 项目项目名名 称称规格型号规格型号单位单位数量数量备注备注 一备品备件 1 继电器JTX 型只 3 2 控制开关 LA38 只 3 3 熔芯 6A 只 5 二专用工具 1 调试电缆根 1 2 调试软件 ES3000 套 1 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 9 电话 电话 027 87180089 3 3 23 3 2 重要部件重要部件一览表一览表 序号序号名称名称型号型号产地产地厂家厂家 1 可控硅 KP600A 2000V 西安西整 2 灭磁开关 E1B EMS 800 意大利 ABB 3 AD 转换器 ADS8314 美国 AD 4 接插件 HARTIN 德国哈丁 5 大规模集成电路 美国 AD 6 保护电容 1 f 1200V 美国 CDE 7 开关电源 S 100 24 台湾明纬 8 触摸屏 TPC7062KS 北京昆仑通态 9 线性电阻 RXG20 安徽安徽蚌埠 10DSPTMS320F 美国 TI 11 变送器 PAS 北京柏艾斯 12 继电器 MK 日本欧姆龙 13 端子 保险 德国菲尼克斯 14 空气开关 C65 法国施耐德 15 风机 S4D400 德国 EBM 16 过电压保护非线 性电阻 MYN 合肥合肥科聚 17 励磁变压器 ZLSCB9 250 国产国内知名厂家 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 10 电话 电话 027 87180089 3 43 4 我公司产品的技术特点简介我公司产品的技术特点简介 3 4 13 4 1 励磁系统的高可靠性分析励磁系统的高可靠性分析 PIDPID 和和 PSSPSS 全面符合国标和行标要求全面符合国标和行标要求 应华北电网公司要求 我公司微机励磁调节器的 PID PSS 模型及相关保护和限制 功能在华北电科院全面通过了目前国际上最先进的 RTDS 实时数字仿真 系统构建的 300MW 自并激励磁及三机励磁两种方式的单机对无穷大系统 以及单机对 20 台机群系 统的模型辨识和比对测试 各项技术指标及 PSS 稳定补偿性能满足或优于国标和行标 技术要求 DSPDSP 主处理器 主处理器 采用 32 位定点 DSP TMS320F2812 外频为 25MHz 晶振 主频为 125MHz 可升级到 150MHZ 主要功能 A D 采样采用交流采样输入 丰富的输入输出量接口 完善的通讯 口功能 脉冲输出专用模块 其专业性 可靠性稳定性相当高 在励磁控制应用上属 国内领先 可靠性设计理念可靠性设计理念 高可靠性是励磁产品生命线 我公司生产的励磁系统各元件均有充分裕度 电子元件采用军级或工业级元件 并经过严格的老化筛选 失效设计失效设计 产品的设计和生产参照了 MIL HDBK 217C 的标准 根据励磁设备中的半导体器 件 电阻 电容 电感及变压器等元器件在各种运行方式下的温度和电应力的工况 分析其基本失效率 失效机理 选择基本失效率的数学模型 据此精心设计 减额使用设计减额使用设计 我公司在励磁产品设计中采用了三点式减额曲线原则 选取最佳减额区 元器件 在这个区域工作不会引起可靠性的降低 这个区域也是可靠性与费用之比的最佳区域 电磁兼容性和抗干扰能力电磁兼容性和抗干扰能力 我公司的微机励磁调节器通过国家级试验室的电磁兼容性检验 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 11 电话 电话 027 87180089 3 4 23 4 2 调节柜特点调节柜特点 简洁专业是提高可靠性的重要手段 简洁专业是提高可靠性的重要手段 设计的专用性 保证了控制单元的最小化 表 现为控制的专用性 专用硬件平台 自行研制设计专用的微机励磁控制系统 专用硬件平台 自行研制设计专用的微机励磁控制系统 不存在因 通用性 功能 全面 适用范围宽 隐藏的 可靠性降低和底层软件不可控 等隐患 专业性硬件 平台在重要且实时性要求很高的励磁控制系统中更合适 智能化的附加控制功能智能化的附加控制功能 提高设备运行效率的必要手段提高设备运行效率的必要手段 励磁控制的基本功能由运行 稳定 抗干扰性强 可靠性高的专用控制器 前台 来实现 可实现友好全面的界 面显示 多规格的通讯功能 励磁系统各环节的智能监控 试验录波 事件顺序纪 录 故障录波 静态实验仿真等智能化的附加控制功能 完全电气隔离智能检测监控单元 友好人机界面 完全电气隔离智能检测监控单元 友好人机界面 兼顾系统的可靠性又实现了系统 功能的智能化 检测监控单元与励磁主控单元完全电气隔离 不参与励磁系统的调 节 不影响励磁系统的及时性和可靠性 双输入信号 功率加频率 双输入信号 功率加频率 PSSPSS 功能 可选择 功能 可选择 我公司微机励磁采用 PSS2A 模型 的电力系统稳定器 已通过 RDTS 仿真测试 0 1 2Hz 范围内补偿性能良好 无单 功率反馈型 PSS 的 反调 问题 完全独立隔离 完全冗余结构设计 完全独立隔离 完全冗余结构设计 双微机通道 完独立的电源供电系统 保证调 节控制装置供电的可靠性 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 12 电话 电话 027 87180089 3 4 33 4 3 功率灭磁功率灭磁柜柜 功率散热部分功率散热部分 每个功率桥六只可控硅平面布置 采用敞开式安装布置方式 大大提高了停风运 行能力 均流设计均流设计 通过可控硅检测和安装工艺的提高 通过参数的匹配 合理的装配工艺及良好的 散热 可控硅为负温度器件 即可以保证正常运行情况下均流系数不小于 0 85 独立的风机电源 双电源控制单元独立的风机电源 双电源控制单元 每个风机电源设有独立的双电源 双电源取一路取自厂用电源 一路取自励磁变 两路电源互为为备用 调节器自动选择工作电源 并能无扰动切换 低噪声高效免维护风机低噪声高效免维护风机 冷却风机采用德国原装进口的 S4D400 低噪声高效免维护风机 其使用寿命大于 50000 小时 在柜旁 1 米处感受到的噪音水平小于 65dB 3 4 43 4 4 灭磁部分特点灭磁部分特点 灭磁其实就是一种故障情况下的重要保护 在特殊状态下对主机设备 发电机定转 子 变压器及高压电缆 提供可靠的保护 我公司在灭磁及过电压保护装置的容量 方案及特殊故障下的保护等方面有以下考虑 滑差保护 滑差保护 我公司设计的灭磁及过电压保护回路可以使灭磁电阻 YMR 并接于转 子两端 限制转子两端的正相过电压 并吸收过电压能量 机组滑差运行过程中 灭磁电阻会吸收异步运行是转子储能保护发电机转子 灭磁 灭磁 运用交流灭磁 采用 ABB E1B EMS 800 系列开关 非线性电阻灭磁方式 3 4 53 4 5 装配工艺特点装配工艺特点 采用目前国际上通用柜型 美观大方 面板的防护等级符合 IEC529 及 GB4208 93 标准 采用丝印工艺标识 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 13 电话 电话 027 87180089 四 四 ZL 088ZL 088 励磁系统性能保证励磁系统性能保证 1 励磁系统满足发电 调峰 调频 调相 同期 手动准同期 自动准同期 进相运行等要求 2 励磁系统满足发电机最大额定容量的要求 3 励磁系统能满足发电机各种工况的运行要求 当发电机端正序电压为额定值的 80 时 还能提供不小于 2 倍额定励磁电压 持续时间不小于 20 秒 4 励磁系统顶值电压倍数为 2 励磁系统顶值电流倍数为 2 励磁系统在输出顶 值电流情况下 允许持续时间不小于 20S 5 励磁系统电压响应时间上升不大于 0 08s 下降不大于 0 15s 6 在下述厂用电电源电压及频率偏差范围内 励磁系统能长期连续正常工作 1 交流 380 220V 系统电压偏差范围为额定值的 20 15 频率偏差范围为 3HZ 2HZ 2 直流 220V 系统 电压偏差范围为额定值的 20 10 7 发电机空载运行时 频率变化 1 励磁系统保证发电机端电压波动不大于额 定值 0 15 8 励磁系统在机端电源频率为 45Hz 75 5Hz 范围内 维持正确工作 9 励磁装置采用残压起励模式 配置有交直流电源辅助起励 直流起励回路有封 闭二极管 起励回路有起励后自动退出和起励不成功的保护电路 起励电流限制在 10 空载励磁电流之内 10 励磁系统装设有过电流过电压保护及励磁绕组回路过电压保护装置 电压互 感器断线保护 电源消失及断线保护 11 励磁系统保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负荷下励磁电流和电压 的 1 1 倍时 能长期连续运行 12 励磁系统保证在励磁电流小于 1 1 倍额定励磁电流长期运行时 励磁绕组机 两端电压的最大瞬时值不超过出厂试验时该绕组对地耐压试验电压幅值的 30 13 在其他任何情况下 励磁绕组两端过电压的瞬时值不超过出厂试验时绕组对 地耐压试验电压幅值的 70 14 励磁系统满足在发电机保证充电容量不小于 15Mvar 的情况下对 11KV 线路初 始充电要求 充电时电压调整范围为 30 100 发电机额定电压 15 励磁系统能现地和远方控制 可手动也可自动调节 送至计算机监控系统的 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 14 电话 电话 027 87180089 直流模拟量为 送至计算机监控系统的直流模拟量为 4 20mA 励磁系统配备与计算机 监控系统接口的软件和硬件 接口采用 RS485 串行口通讯口 16 励磁系统中与励磁绕组直接或经整流器相连的电器设备或组件 励磁系统中 各器件出厂试验电压为 10 倍额定励磁电压 最低不小于 1500V 对操作直流电源 220V 回路试验电压为 2500V 对厂用系统 380 220V 回路 出厂试验电压为 3800V 其他出 厂试验电压按有关规定执行 17 在稳定负载状态下 能维持发电机定子电压无摆动 在发电机最大容量范围 内 机端电压调节精度不低于 0 5 18 保证机端电压调差率整定范围不小于 15 并按 0 01 的档距分档 调差特 性有良好的线性度 19 在发电机空载运行状态下 频率值每变化 1 励磁调节器保证发电机电压变 化值不大于额定值的 0 15 20 自动励磁调节器能在发电机额定电压的 10 110 范围内进行稳定 平滑调节 21 手动电压调节范围为空载额定电压的 5 130 范围内进行稳定 平滑地调 节 22 空载状态下 给定电压的变化速率为每秒不大于空载电压的 1 s 不小于额 定电压的 0 3 s 23 发电机空载运行 转速在 0 95 1 5 倍额定转速范围内 突然投入励磁 使 发电机机端电压从零上升至额定值时 电压超调量不大于额定电压的 3 振荡次数不 超过 2 次 调节时间不大于 3s 24 发电机突然甩额定有功 无功负荷时 其电压超调量不大于额定电压的 5 振荡次数不超过 3 次 调节时间不大于 3s 25 发电机空载运行在额定电压下突增阶跃响应 10 其电压超调量不大于额定 电压的 5 调节时间不大于 3s 26 采用交流采样技术 能真实 全面 快速地测量发电机和励磁装置的状态 27 励磁系统在受到现场任何电气操作 雷电 静电及无线电收发讯机等电磁干 扰时不发生误调 失调 误动 拒动等情况 28 装置支持数字操作和监视 29 容错技术和自诊断处理 在线故障自诊断功能能够及时发出有关信号 自动 采取措施避免和减少故障影响 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 15 电话 电话 027 87180089 五 五 励磁系统励磁系统性能参数描述性能参数描述 5 15 1 一般技术条件一般技术条件 5 1 15 1 1 环境条件环境条件 安装地点 室内 环境温度 20 45 海拔高度 2000 米 地震设防烈度 级 无线电干扰 电磁干扰 EMI 1V m 电磁兼容性 EMC 10V m 5 1 25 1 2 供电电源供电电源 交流电压偏差 20 15 电压不对称不超过 5 频率偏差 5 直流电压偏差 20 10 5 1 35 1 3 励磁系统技术励磁系统技术指标指标 制造厂洪山电工 励磁方式静止式自并激励磁系统 励磁强励电压2 倍额定 励磁强励电流2 倍额定 允许强励时间 励磁顶值电流 大于 20s 可设定 励磁系统电压响应上升时间 不大于 0 08s 励磁系统电压响应下降时间不大于 0 15s 励磁系统的延迟时间小于 0 02s 励磁系统平均故障间隔时间 MTBF 不小于50000h 励磁系统年强行退出比 FOR 小于 0 04 励磁装置平均故障时间99 9 励磁系统的故障率15 年 励磁电源变压器的使用寿命 20 年 电磁兼容性能能承受三级抗扰度试验 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 16 电话 电话 027 87180089 5 25 2 微机励磁控制柜微机励磁控制柜 5 2 15 2 1 调节性能调节性能 调节器型号 HWJT 09CS 调节柜外部尺寸 高 宽 深 2260 800 800mm 通道设置 双 自动 手动 通道 调节器给定方式I O 接点脉宽方式或串行通讯 调节器电源型式高频开关电源 调节器微机机型工业控制 MPU 系统 调节器供电电源双电源 交直流并列供电 微处理器性能微处理器性能 CPU 字长 32 位 外频 内频 25 125MHz A D 分辨率 2 16 D A 分辨率 2 16 调节周期 3 0ms 参数显示位数 6 位 调节器性能调节器性能 自动通道 电压调节速度 0 5 额定电压 s 自动通道 电压调节精度 0 1 手动通道 电流 电压 变化速度 0 5 额定励磁电流 电压 s 手动通道 电流 电压 调节精度 0 2 恒无功功率调节精度 优于 1 0 额定无功 恒功率因数调节精度 优于 1 0 保证发电机机端静差率 不大于 0 2 调差范围及分档 15 0 01 频率值变化 1 机端电压变化值 0 15 环境温度在 10 45 内 机端电压变化值 0 15 励磁调节器可靠工作频率范围 45 75 5Hz 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 17 电话 电话 027 87180089 余弦移相角度 10 150 度 控制方式 P PI PD PID PSS 或线性 EOC 控制方式 阶跃 阶跃量可以在线调整 范围 1 20 之间 步长 0 1 空载阶跃 阶跃量 5 10 超调量 5 阶跃量 上升时间 0 06s 振荡次数 3 次 调节时间 3s 100 零起升压 超调量 3 额定电压 振荡次数 2 次 调节时间 2s 甩额定负荷 电压超调量 5 额定电压 振荡次数 3 次 调节时间 3s 手动励磁调节通道电流调节范围 5 130 额定容量 电磁兼容性能 能承受三级抗扰度试验 通讯接口 串行 CAN 等现场总线 5 2 25 2 2 调节器主要特点调节器主要特点 完全独立的 32 位微机自动 手动调节通道 长期积累的容错控制专家系统 通过国家三级抗扰度电磁兼容 EMC 性能测试 PID PSS 控制 自动模式调节规律 P PI PID 可选 功率加频率型 PSS 无反调 能够有效地抑制各种低频振荡 数字余弦移相技术 移相角度 10 150 度 交流采样 数字滤波 电压测量单元的时间常数小于 20ms 采用高性能开关电源 适用于励磁系统在线尖峰 中频波形畸变 电压扰动范围大 时可靠工作 且交直流可互换使用 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 18 电话 电话 027 87180089 远方 现地选择调节控制 互锁除灭磁开关跳闸外的软硬件控制信号 远方控制可接受无源节点信号 也可接受数据 电压 无功 功率因数 设定控制 双通道独立并联工作 任意通道均可为主工作通道 备用通道智能跟踪主通道 无 扰切换 自动停机 并网自动减无功到零 解裂回空载电压或灭磁 功能 软硬件开关 恒无功 恒功率因数功能 软硬件开关 远程 现地设置目标值 高可靠液晶触摸屏 零起升压自动跟踪系统电压 硬件模块化 可以方便升级和扩展 软件标准化 外部特性向上兼容 可以升级和扩充 各项技术指标满足或优于国标和行业标准 5 2 35 2 3 励磁监控单元励磁监控单元 1 自动调节通道按机端电压偏差与无功功率调差进行综合之后自动调节 调节规 律为 PI 或 PID 手动调节通道按励磁电流偏差进行自动调节 2 两套调节通道可相互跟踪并保持调节输出一致 在工作通道发生故障时自动切 换至备用通道 并保证实现通道切换无扰动 3 各通道之间能进行手动切换 为保证手动切换无扰动 对相互之间的跟踪进行 监视 当调节输出不一致时对待切换通道进行闭锁 待切换通道的调节输出可以用手 动操作方式进行调整 4 所有通道的励磁电压或励磁电流整定均以软件方式实现 整定的变化速度可在 0 3 s 至 1 s 之间进行调整 调差系数也用软件方式改变 且可在线修改 在调节 规律固定在一种方式时调节参数可以软件的方式进行修改 上述所有调节参数的人工 修改设置口令来加以保护 5 当调节器以绝对值方式接受电站发电机机端的电压整定信号时 调节器的控制 管理机能将整定绝对值转换成脉冲串 其脉宽和周期符合整定速度的要求 6 机组停机过程完成后 各个调节通道的整定值能自动恢复到初始状态 7 机组开机时 各个调节通道的初始整定值能自动跟踪高压母线电压以方便准同 期并网 机组并网后自动闭锁该功能 8 通道切换可靠 通道切换环节的可靠性指标高于单个通道 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 19 电话 电话 027 87180089 9 人机联系通过触摸屏和控制管理机实现 触摸屏选用彩色 LCD 屏幕尺寸 7 通过触摸屏实现以下主要功能 开机前显示当前运行通道号 磁场断路器位置信号 整流功率柜投入情况 励 磁变压器温度 转子温度 整定初始值等 开机后除显示上述信息外 还可显示发电机有功功率 无功功率 定子电流 定子电压 转子电流 转子电压以及发电机内功角等参数 事故故障信号显示 调节参数显示及修改 历史资料存储及故障追忆 调节器具有与电站计算机监控系统进行通信的接口电路 交换的信息包括上行 运行信息和下行控制信息 下行信息主要有电压整定值 整定方式 成组或单机运行 方式 上行信息主要有励磁系统运行方式 运行状态以及事故故障信号等 通信规约 满足锁儿头电站监控系统的要求 投标人负责向电站监控系统承包人提供通信协议及 内容 具体信息内容在设计联络会上协商确定 10 励磁调节器还具有故障自诊断功能 自诊断功能能将故障点准确定位到具体 板件 5 2 45 2 4 励磁系统双通道励磁系统双通道 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 20 电话 电话 027 87180089 双通道自动跟踪功能及自动切换原理图 目前采用的控制系统在系统冗余方面通常为双通道互为备用 但在备用方式上通 常需区分冷备用及热备用两种方式 所谓冷备用 是指在正常运行方式下 系统中只 有一个通道在输出 另一通道跟踪主通道运行 只有在运行通道故障的情况下 系统 通过切换装置将运行通道退出 同时将备用通道投入运行 通常也称该方式为主 备冗 余方式 该方式的关键技术在切换方面 切换过程需可靠 同时备用通道需长期跟踪 工作通道的运行 独立于双通道的判断及切换电路是该方式的不足之处 往往易造成 切换问题 即从主通道切换至备用通道常常切换不过来 双通道微机励磁调节器标准配置采用的是双通道互为热备用方式 双通道并联 运行方式 该方式的最大特点是 在正常运行的方式下 双通道同时输出 出现某通 道故障 控制系统通过其自身的软 硬件诊断系统 WATCHDOG 及相互通讯 自 动地将故障通道退出 该方式的优点在于从根本上避免了主 备方式下的切换及判断所 带来的一系列问题 系统的可靠性要高 根据用户要求或在特殊励磁方式下 也可采用主从备用方式 5 2 55 2 5 控制及调节功能控制及调节功能 5 2 5 15 2 5 1 PIDPID 控制控制 数字 PID 技术是将测量到的发电机电压与给定值求差 再经线性放大 再进入超 前滞后校准环节 使系统具有快速的响应能力 保证系统稳态精度并使系统稳定运行 K LL P pss F GU I ST ST ST ST k U U S U 2 2 1 1 1 1 1 1 02 0 1 1 5 2 5 25 2 5 2 手动控制手动控制 手动控制是一种备用控制方式 当自动控制故障时自动切换到手动运行 手动控 制在调试和故障时会用到 手动控制以发电机转子电流作反馈量 经过 PI 校正后输出控制量 手动控制和自动控制互相自动跟踪 手动控制调节范围 5 130 额定励磁电流 电压 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 21 电话 电话 027 87180089 5 2 5 35 2 5 3 运行方式运行方式 恒机端电压闭环运行方式 恒转子电流闭环运行方式 恒无功闭环运行方式 恒定触发角运行 恒功率因数运行方式 系统电压跟踪方式 5 2 5 45 2 5 4 调差调差 为保持多台机组并联运行 实现机组之间无功的稳定分配 调节器设置正调差功 能 另一方面为缩短单元接线机组与系统的电气距离 补偿主变的阻抗压降 设置负 调差功能 实际运行时根据发电机主接线方式选择 范围为 15 整定步长为 0 01 5 2 5 55 2 5 5 升压方式升压方式 手动零起升压 自动零起升压 自动软起升压 手动零起升压是指发电机达到额定转速后 手动调节调节器给定电压 实现机端 电压逐渐升压 该方式是在调节器首次进行升压试验或定子短路试验等情况下使用 自动零起升压是指系统收到开机命令后 自动将机端电压升到 95 100 额定值 该方式作为发电机正常运行的升压方式 自动软起升压是指系统收到开机命令后 首先将机端电压升到 20 额定值 然后 由调节器逐渐增加给定值使机端电压达到额定 该方式是为了满足在有些特殊情况下 零起升压要求 5 2 65 2 6 功率加频率型功率加频率型 PSSPSS 控制器控制器 PSS 控制器是大型发电机励磁调节器的一个标准软件模块 它的作用是辅助控制励 磁输出 以抑制发电机的低频振荡 提高电网的稳定性 用于电力系统稳定器 PSS 的输入一般有发电机的电功率 机组的轴速度和端电压 的频率 但使用最多 最普遍的还是发电机的电功率 使用电功率作为输入信号的最主要的缺点是无功功率的 反调 问题 即在机组 正常增减原动机功率输入时 发电机的无功功率会有比较大的 不能允许的减少或增 加 我国现正在实行各大区联网 经权威科研院所的大量仿真计算和现场调试 区域 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 22 电话 电话 027 87180089 电网之间存在 0 1 0 3Hz 的低频振荡模式 采用单一电功率为输入信号的 PSS 在 采用满足对 0 1 2 0Hz 频率范围内的低频振荡提供正阻尼的参数后 往往会使 反 调 现象变得严重 我公司在研发 HWJT 09CS 励磁调节器的软件时 参考 IEEE PSS2A 模型 国内科 研院所以及高校的理论研究成果 研制了双输入信号 功率加频率 PSS 经过动模试 验 RTDS 对比测试和现场试验 效果理想 励磁调节器通过交流采样发电机 PT CT 的电压电流值 可快速精确的测量出转子 的角频率或机端电压的电频率 f 及电功率信号 Pe 在扰动发生时 根据有功偏差 P 和转速偏差 的大小 经过 PSS 校正环节 计算出 PSS 输出值并叠加在调节器 PID 环节的输出上 通过相关校正方法 在较宽的频率范围内向发电机提供一个阻尼低频 振荡的附加力矩 动态地改变机组电磁功率输出 增加功率阻尼系数 从而有效地抑 制电力系统的低频振荡 提高机组的静稳特性 PSS 数学模型符合 IEEE Std 421 2A 的规定 其详细的数学模型如图所示 特别地 该模型可以代表如下所述的两种截然不同的双输入稳定器的实现方式 在系统振荡的频率范围内 稳定器起电气功率输入稳定器的作用 它们用转速或 频率作为输入以产生等值的机械功率信号 使总信号对机械功率的变化不敏感 稳定器使用转速 或频率 和电气功率的综合信号 这类系统通常直接使用转速 信号 即没有相位超前补偿环节 增加一个电气功率的比例环节以取得满意的 对 稳定信号的整形 同一模型用于上述两种双输入稳定器 当取得相当的稳定作用时 模型的参数可 能大不相同 对于每一输入 两级隔直 Tw1 至 Tw4 可能和传感器时间常数 积分时 间常数 T6 T7 一起表示 对于第一种双输入的稳定器 Ks3 一般为 1 K2 为 T7 2H 这里 H 是同步电机的转动惯量 Vsi1 一般代表速度或频率 Vsi2 是功率信号 指数 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 23 电话 电话 027 87180089 N 最大为 4 的整数 和 M 最大为 2 的整数 代表 斜坡跟踪 或简单的滤波特性 相位补偿功能由两级超前 滞后或滞后 超前模块 T1 至 T4 提供 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 24 电话 电话 027 87180089 5 5 3 3 可控硅功率整流装置可控硅功率整流装置 5 3 15 3 1 概述概述 随着大功率高耐压硅整流元件的出现 在发电机励磁系统中 现多采用可控硅整 流器 将交流电源转换成直流电源 给发电机的转子励磁绕组提供励磁电流 本方案功率灭磁装置 晶闸管采用强迫风冷却 铝材散热器 采用敞开式 装置 更能适应恶劣环境条件 并且功率灭磁柜配置低噪声风机在正常工况条件下自动启动 风机 满足运行条件下的要求 1 可控硅元件在满负荷运行温度下及阻断期间 其额定反峰电压不小于励磁变压 器二次侧最大峰值电压的 2 5 倍 2 每一个可控硅支路配一个限流熔断器 如果在一个可控硅元件故障时 断开此 支路 避免其它可控硅元件及熔断器受到损坏 3 可控硅设暂态过压保护设备 以使整流器免受交直流系统的暂态过压的损坏 4 优选参数性能相匹配的硅晶闸管元件 使整流器并联运行的各支路之间均流 系数不低于 0 9 均压系数不低于 0 9 5 可控硅元件及熔断器为组件 并具有互换性 6 在整流装置的交 直流侧均应设置相应的过流 过压保护 并相互配合协调 每个硅晶闸管元件均应并联 RC 回路 以抑制硅晶闸管换相过电压 7 整流装置各并联桥路均装于一个整流功率柜内 为保证可靠性 晶闸管整流元 件采用板式安装 晶闸管整流元件及其保护元件都置于风道内 为便于检修 每个并 联支路共阳极三个硅晶闸管整流元件和共阴极三个硅晶闸管整流元件及其保护元件分 别采用箱式结构设计 安装 整流功率柜采用强迫风冷 每个整流柜设置国外专业公司制造并原装进口的低噪 声 免维护风机 其使用寿命要求大于 50000 小时 在柜旁 1 米处感受到的噪音水平 不超过 65dB 风机能长期无故障运行 风路为底部进风顶部排风方式 风机设计考虑 维修方便和快速更换 8 在额定负载运行温度下 晶闸管在阻断时承受反向峰值电压的能力不小于 2 75 倍的励磁变压器低压侧峰值电压 9 整流功率柜设置硅晶闸管元件 快速熔断器故障指示灯 为便于检修 每个整 流功率柜在交流侧及直流侧都设置具有足够承受负载能力的隔离刀闸 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 25 电话 电话 027 87180089 5 3 25 3 2 功率单元技术指标功率单元技术指标 功率灭磁柜尺寸 高 宽 深 2260 800 600mm 晶闸管整流桥数量 2 晶闸管整流桥并联支路数 2 晶闸管元件厂家及型号 KP2000V 600A 晶闸管元件额定正向平均电流 600 晶闸管元件反向峰值电压 2000V 晶闸管允许结温125 晶闸管整流桥支臂串联快速熔断器参数 600V 700A 噪音水平 65dB 整流桥的额定负荷能力 1 1 倍额定 整流桥的强励能力 2 倍额定 大于 20s 整流桥冷却方式强迫风冷 5 3 35 3 3 整流装置技术性能整流装置技术性能 5 3 3 15 3 3 1 均流系数均流系数 通过对可控硅参数的匹配及配线工艺使得正常运行情况下均流系数不小于 0 9 非 正常情况下通过调节器控制 调节实现动态均流 也能保证理想的均流效果 需要特 别指出的是 元件的管压降与元件的发热相关 当采用相同条件的优良散热器后 元 件的均流会有更好的效果 5 3 3 25 3 3 2 停风运行能力停风运行能力 当风机停运后 整流桥输出能力如下表 允许运行时间 分钟 允许运行时间 分钟 60120180 长期 输出电流额定比 输出电流额定比 1101009080 5 3 3 35 3 3 3 过流保护过流保护 元件设置快速熔断器过流保护 当快速熔断器过流熔断 发出报警信号 5 3 3 45 3 3 4 交 直流过电压保护交 直流过电压保护 HGL 系列整流装置的过压保护 如下图所示 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 26 电话 电话 027 87180089 同步发电机的励磁系统 产生过电压的原因 主要有如下四种 大气过电压 操作过电压 如自同期并网 过流继电器动作 快速熔断器熔断等引起 发电机失步 相间短路 相对地短路时在励磁绕组中产生的过电压 换相过电压 整流元件交替地导通和截止所引起的过电压 产生过电压的物理本质 是由于电路中积累的电磁能量消散不掉 要保护元件免 受过电压的冲击 其实质就是要减少加在元件上的电磁能量 采取的措施是吸收这些 能量和降低能量消散速度 压敏电阻 RVa c 主要用于吸收交流侧过电压 压敏电阻 RV 用于吸收直流侧的过 电压 R1C1 R6C6 构成了元件上的过电压吸收电路 在大型发电机励磁系统中 由于励磁电压高 励磁电流大 所产生的过电压能量 大 则再装设吸收 ABB 技术的吸收网络 通过桥臂 RC 吸收和吸收网络可吸收可控硅换 相时来自励磁变的杂散磁场能量 保证可控硅换相过电压保护器在电源直流侧将尖峰 率限制在 1 5 倍以下 吸收网络可安装在功率柜或灭磁柜中 5 3 3 55 3 3 5 设计裕量设计裕量 可控硅选取参数时 考虑了在恶劣条件 单只可控硅 2 倍强励 下仍留有的裕量 保证在任何正常工况下的可靠运行 5 3 3 65 3 3 6 脉冲及脉冲变压器脉冲及脉冲变压器 可控硅整流桥的触发脉冲由励磁调节器直接形成 脉冲产生和脉冲放大部分均设 置脉冲检测回路 当脉冲出现丢失或异常时 能迅速进行报警 同时切除故障脉冲 脉冲变压器将调节器控制部分与功率主回路隔离 我公司自行研制的脉冲变压器 工频耐压达 1 5 万伏 1 分钟 能可靠安全触发可控硅 脉冲变压器绝缘电压为阳极电压的 10 倍 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 27 电话 电话 027 87180089 5 45 4 灭磁及过压保护装置灭磁及过压保护装置 灭磁断路器型号 E1B EMS 800 灭磁断路器厂家 ABB 断口数量 4 断口 额定电压 1000V 额定电流 800A 操作电压 DC220V 最大合闸电流 5A 5 4 15 4 1 简述简述 武汉洪山电工科技有限公司是我国较早从事发电机灭磁系统研究的单位之一 公 司的技术总工 我国著名的励磁专家章贤教授早在 1983 年 对水轮发电机组的灭磁进 行了较深入的研究 1984 年对葛州坝电厂 175MW 发电机组灭磁系统进行改进 我公司 首次采用了 氧化锌非线性电阻 灭磁 解决了经常烧毁灭磁开关的故障 该攻关项 目获得了水利水电部科技进步二等奖及国家科技进步三等奖 灭磁方式 发电机正常非电气事故停机采用可控硅整流器的逆变方式进行灭磁 发电机电气事故停机时采用励磁回路断路器加非线性电阻方式进行灭磁 逆变灭磁连 续 稳定 不发生颠覆 逆变灭磁 利用三相全控桥的逆变工作状态 可控硅移相触 发脉冲控制角由90O某一适当角度 此时励磁电源改变极 性 以反电势形式加于励磁绕组 使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程 灭磁系统的功能包括 1 正常停机操作采用逆变灭磁的方式 磁场断路器不动作 这样可以减少磁场断 路器的操作 提高发电机事故灭磁的可靠性 2 在事故紧急停机灭磁情况下 由继电保护启动磁场断路器跳闸 实现转子磁场 储能的快速释放灭磁 3 磁场断路器分闸移能灭磁要满足所有事故工况 实现安全 快速灭磁 4 磁场灭磁及转子过电压时 非线性放电阻将自动接入 在任何需要灭磁的工况 下包括空载误强励 灭磁装置都能可靠灭磁 5 当发电机在 105 过电压下 定子三相短路且跳开励磁回路之后 灭磁电阻能在 1 秒内将储存于发电机磁场的能量放出 使最大励磁电流值下降到额定励磁电流值 30MW汽轮发电机组励磁系统 技术协议 HEST 武汉洪山电工科技有限公司武汉洪山电工科技有限公司 28 电话 电话 027 87180089 10 6 励磁回路断路器额定值 保证在 105 额定电压和额定负荷时的励磁电流下 定 子三相短路后 灭磁回路闭合瞬间发生在非线性灭磁电阻两端电压的 225 考虑到发电机灭磁保护 其保护范围包括 发电机组本体故障 包括定子相间短路 匝间短路以及绕组端部短路等 发电机 出口短路 发电机励磁系统故障 包括励磁变压器故障 发电机滑环短路 转子绕组 短路与励磁主回路其它部分短路 组件故障以及发电机励磁调节器故障等 灭磁保护 同时还可作为主变压器故障的后备保护 由此可见 灭磁系统的设计原则包括 1 高度可靠 能够在包含机端短路 空载失控误强励等危险工况下安全可靠灭磁 灭磁过程无危险过电压产生 确保发电机本体安全 2 具有快速性 在发生严重事故情况下能够安全迅