MEC5230自动励磁调节器在华能玉环电厂的应用

MEC5230自动励磁调节器在华能玉环电厂的应用

ApplicationoftheMEC5230modelAutomaticExcitationRegulatorofHuanengYuhuanPowerPlant

摘要：本文详细介绍了三菱公司的MEC5230型励磁调节器的基本功能，结合试验及使用情况，分析了该调节器的特性。Abstract:ThisthesisintroducesthebasicfunctionoftheMEC5230modelAutomaticExcitationRegulatorofMitsubishiElectricCorp..Combinewiththetestandapplication,analyzesthecharacteristicoftheRegulator.关键词：

自动;励磁;调节器;华能;玉环;应用Keywords：

Automatic;Excitation;Regulator;Huaneng;Yuhuan;Application华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT华能玉环电厂规划设计为4×1000MW超超临界燃煤发电机组，是我国“十五”期间重点项目。是国家“863”计划中引进超超临界机组技术，逐步实现国产化的依托工程。发电机组是由上海汽轮发电机厂和西门子联合设计制造的水氢氢冷却、无刷励磁汽轮发电机组。本项目于2004年5月开工，2006年11月和12月#1、#2机组分别正式投产发电，目前机组运行良好。发电机参数：额定电压Vn=27kV,额定容量Sn=1112MVA,额定电流In=23778A，额定功率Pn=1000MW,功率因素cosφ=0.9，转子电压Ufn=437V，转子电流Ifn=5887A，空载额定转子电压Uf0=144V，空载额定转子电流If0=1952A，强励倍数1.8，强励时间20s。主励磁机数据：额定功率4500kW,额定电压600V,额定电流7500A，频率150Hz。永磁机数据：额定容量65kVA,额定电压220V,额定电流195A，频率400Hz。华能玉环电厂介绍

IntroductionofHuaneng

YuhuanPowerPlant华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT一、励磁系统介绍

IntroductionofAVR发电机采用有辅助励磁机的无刷励磁系统,由永磁副励磁机、主励磁机、旋转整流器、调节器等构成。调节器采用日本三菱公司生产的MEC5230型数字式自动励磁调节器，另外配置一套手动励磁调节器作为自动励磁调节器的后备调节方式。采用无刷励磁系统具有下列优点：（1）结构紧凑；（2）没有滑环和炭刷，不需要进行这方面的维护工作，也不会因此发生故障，运行的可靠性提高了；（3）因为没有炭粉和铜末引起电机绕组污染，故绝缘的寿命较长；（4）由于无滑环、炭刷，所以即使周围环境中有易燃气体存在，也不会因整流子、滑环和炭刷间产生火花而造成事故。因此，适于在条件较恶劣的环境中运行。但无刷励磁系统取消了滑环和炭刷后也带来了一些新问题，包括要求半导体元件的可靠性高，无法直接测量转子电流、电压及温度，必须采用间接的特殊测量手段等。同时，由于无刷励磁系统不可能采用常规的灭磁方法（即在发电机励磁回路设置灭磁开关和灭磁电阻），所以快速灭磁一直未能得到很好的解决。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT二、励磁系统模型

ExcitationsystemtransferfunctiondiagramMELCO模型华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT三、调节器功能介绍

FunctionofAVR日本三菱公司1993年投运了MEC5000型系列微机励磁调节器，采用32位微处理机的CPU卡，结合自行研制的专用控制板组成，具有结构紧凑、可靠性高的优点。调节器采用PID+PSS控制方式，各种控制、限制功能比较完善，装置整体制造水平较高。在日本的核电站中应用广泛。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT1、装置构成

StructureofAVR整套励磁调节器由两面柜组成柜1内为调节器的控制回路，包括直流电源单元、同步变压器单元、维护面板（触摸屏）、CPU单元、辅助PT和CT单元等，所有的单元均为双重化配置。CPU单元由6种卡件组成，包括有CPU卡、实时跟踪卡、模拟量输入卡、触发脉冲板、数字量输入/输出卡、电源卡，均为双重化配置。与传统意义上的整套调节装置双重化不同，采用的是卡件配置双重化，除实时跟踪卡外以，其余卡件均为2块，位于同一层机箱内，两块卡件之间互为备用，工作卡件出现故障后，自动切换至备用卡件。

这样，即使有不同类型的两块卡件同时出现故障，CPU单元也可以正常工作。柜2内为励磁主电源回路，包括励磁接地检测器单元、可控硅整流桥单元（3个）、磁场断路器。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT2、工作方式

ModeofAVR（1）电压恒定方式(VoltageConstant)

这种方式也称为“自动方式”。合上磁场断路器后，发电机机端电压自动升至额定值（也可以进行设定）。在这种方式下，调节器自动保持发电机的机端电压在额定值。（2）励磁恒定方式(FieldConstant)

这种方式也称为“手动方式”。在这种方式下，励磁电流随着运行人员的增/减磁操作而变化。（3）后备手动操作方式(BackManualOperation)

当2块CPU卡件均出现故障时，通过外部的增/减磁命令可进行励磁调节。由于玉环电厂配置了一套手动励磁调节器作为AVR的后备调节方式，2块CPU卡件均出现故障时会自动切换到手动柜运行，本后备手动操作方式不使用。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（1）低励限制功能MEL（MinimumExcitationLimiter）

MEL的作用是保护发电机不会因欠励磁运行而失去稳定。自动励磁调节器检测到MEL的条件满足时，程序中的下限限制器（即VAMIN）从-10pu变为正值以增加励磁。MEL的曲线可以根据实际需要选择直线特性或圆特性。如图1所示。图1华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）过励限制/保护功能OEL/OEP

（OverExcitationLimiter/Protection）过励限制/保护功能作用是防止励磁绕组过热。如图2所示，其动作曲线是反时限的，位于发电机励磁绕组的过热允许曲线以下。当OEL的延时时间达到后，装置会发出报警，同时AVR中正侧的限制器被限制住，以防止励磁电流超过额定值。当励磁电流小于额定励磁电流的95%时，OEL报警和限制器自动复位。装置里可以设定有载和空载两组OEL定值，以满足不同的运行方式。当OEP-1的延时达到时，装置发出报警，同时AVR的运行方式自动转换为手动方式。当OEP-2的延时达到时，装置发出报警，同时机组跳闸。图2华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（3）电压频率限制/保护功能VFL/VFP(VoltageperFrequencyLimiter/Protection)电压频率限制/保护功能的作用是防止发电机、主变等设备过激磁。如图3所示。它检测发电机的电压频率比值，如果比值超过设定值，VFL功能向自动设定点发出减励磁信号并报警。VFP-1/2功能可发出报警并输出跳闸命令。图3华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR（4）瞬时过流限制功能ICL（InstantCurrentLimiter）用于保护励磁绕组瞬时过电流。如果励磁电流超过设定点（I段限制），调节器将励磁电流降低至额定电流并输出报警。如果励磁电流超过设定点（Ⅱ段限制），磁场断路器跳闸。（5）定子电流限制功能SCL（StatorCurrentLimiter）调节器监视发电机的定子电流，当超过105％的额定电流时，通过改变电压设定值，减少无功功率，将功率因数控制到1.0附近，从而将发电机电流限制在额定范围内。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT3、基本限制功能

BasiclimitfunctionsofAVR4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（1）线路电压降补偿功能LDC(LineDropCompensator)图4如果按图4所示连接发电机，如果发电机无功功率滞后，由于主变压器电抗的影响，系统电压会有所降低。LDC功能用于补偿此电压降。如果滞后的无功功率增加，补偿信号（）将加到自动电压设定点上，LDC功能将提高发电机的电压。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）交叉电流补偿功能CCC（CrossCurrentCompensator）图5该功能在国内又叫无功调差（率）功能。如果按图5所示连接发电机，如果每台发电机的电压设定值不同，发电机之间会有交叉电流流过。CCC功能用于补偿此交叉电流。如果滞后的无功功率增加，自动电压设定点上会减去补偿信号（），CCC功能将降低发电机的电压。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（3）电力系统稳定器功能PSS（PowerSystemStabilizer）

PSS的作用是向AVR回路提供一个补充控制信号，以提高电力系统的动态稳定性。（抑制电网振荡的）电力功率信号被用作PSS的输入信号。如图6所示。图6华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVR（4）自动无功/功率因数调节功能AQR/APFR(AutomaticQ/PowerFactorRegulator)

如图7所示，AQR/APFR功能通过调整自动电压给定值（90R），可以将Q（无功功率）/PF（功率因数）控制在恒定值。

AQR和APFR（a=0，b）的定值设定、投入或退出均可以在AVR柜上的维护面板触摸屏上进行。图7华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT4、附加功能

AdditionalfunctionsforAVRAVR具有以下的保护功能：（1）励磁回路过电压保护OVP（OverVoltageProtection）

在调节器的输出端接了一只直流电压继电器，当直流电压超过定值时，可延时动作于发信或跳闸。（2）发电机励磁接地检测器（GeneratorFieldGroundingDetector）如图8所示，通过测量滑环，将发电机励磁线圈的一极和大轴（接地点）引接至AVR柜，再通过专用的测量回路就可以测量出发电机励磁绕组的对地电阻值。阻值低于设定值时，动作于信号或跳闸。5、保护功能

Functionofprotection图8华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（3）励磁机励磁接地检测器（ExtiterFieldGroundingDetector）如图9所示，通过专用的测量回路直接测量调节器的输出对地之间的绝缘电阻值。阻值低于设定值时，动作于信号或跳闸。图9华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT5、保护功能

Functionofprotection当外部触发条件满足时（如磁场断路器异常分闸），通过实时跟踪卡件，AVR可以记录16点的故障信息。6、录波功能

Eventrecorderfunction华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure1、静态测试项目（Itemsofstatictest）（1）可控硅整流回路轻负载试验（ThyristorRectifierLight-loadTest）试验接线如图10所示。在维护面板触摸屏上可选择轻负载试验模式，然后设定不同的手动励磁给定值，通过记录磁场电压来检查可控硅整流回路工作是否正常。图10华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT（2）保护功能试验（Protectionfunctiontest）使用试验仪器加入各种模拟量，分别校验OEP、ICL、VFP等保护的动作情况，均动作良好。2、空载试验项目(TestsperformedduringgeneratorNo-loadoperation)

主要进行了以下几个项目的测试工作：（1）短路试验(Shortcircuittest)（2）手动方式下的发电机空载升压试验

(Generatorvoltagebuilduptest--FieldConstant)（3）手动方式和自动方式双向切换试验

(FieldConstant--VoltageConstantChangeOverTest)（4）阶跃响应试验(Stepresponsetest)（5）过励限制（OEL）试验(OELtest)（6）电压频率限制(VFL)试验(Volt/HertzLimitertest)（7）自动方式下的发电机空载升压试验(Generatorvoltagebuilduptest--VoltageConstant)（8）通道（卡件）切换试验(Channelchangeovertest)（9）AVR至手动调节柜切换试验(Manualcubiclechangeovertest)（10）灭磁试验(Excitationextinguishtest)（11）励磁系统建模试验(PSSmodeltest)华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure通过对模型进行空载阶跃仿真计算并与现场实测结果对比，以检验该模型参数的可信度。进行发电机空载10%、5%给定阶跃响应的现场实测，结果见表1。和仿真计算结果进行了比较，证明三菱公司所提供的模型参数具有良好的可信度，可供电力系统仿真计算使用。表1华能玉环电厂1号机空载电压给定阶跃响应试验通道阶跃量超调量最大值时间上升时间振荡次数实测+10%19.4%0.760.46s1.5次详细模型仿真+10%17.0%0.790.47s1.5次实测+5%25.1%0.730.44s1.5次详细模型仿真+5%17.0%0.790.461.5次华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure3、带载试验项目(TestsperformedduringgeneratorOn-loadoperation)

依次进行了以下几个项目的测试工作：（1）低励限制（MEL）试验（MELtest）玉环电厂的MEL限制曲线使用的是圆弧类型曲线，分别在800MW、1000MW进行了低励试验，试验结果和计算结果一致。

（2）PSS整定、校核及反调试验（PSStest）PSS模型如图11所示：图11华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure经试验确定了PSS的整定参数后，进行了有无PSS阶跃响应试验，以检验PSS的作用。分别在PSS退出和投入的情况下，进行±4%的阶跃响应试验，记录机端电压Ug、有功功率P和无功功率Q的动态过程，见图12～15。分析数据见表2。表2PSS投入前后机组工况条件Vt(kV)Q(MVar)PSS退出+4%阶跃前26.1074.32+4%阶跃后27.12225.94PSS投入+4%阶跃前13.3770.13+4%阶跃后13.87223.78华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure图12CH1通道，无PSS的负载阶跃响应图13CH1通道，新PSS参数下的负载阶跃响应图14CH2通道，无PSS的负载阶跃响应图15CH2通道，新PSS参数下的负载阶跃响应由PSS校核性结果可得有功功率波动特征，见表3。试验表明，PSS投入后，阻尼比有明显提高，振荡次数明显减少，表明PSS作用正确。表3PSS投入前后机组有功功率波动特征状态频率f(Hz)阻尼比D(%)无PSS，4%阶跃1.188.71新参数下有PSS，4%阶跃1.1319.74电厂设定可能出现的正常发电机有功功率最大调整速度为15MW/分，在PSS投入情况下，在DCS上将发电机有功从950MW快速减少到900MW再从900MW快速上升到930MW，发电机无功功率的上升或下降很小，说明PSS反调的影响在正常范围内，录波图见图16、17。华能玉环电厂

HUANENGYUHUANPOWERPLANT四、调试过程

Testprocedure图16CH1通道，发电机有功从950MW快速减少到900MW时PSS反调响应图17CH1通道，发电机有功从900MW快速上升到930MW时反调响应

PSS试验表明，PSS有较好的阻尼低频振荡作用，在0.2Hz～2.0Hz频率范围内相位补偿符合要求，有较好的稳定裕量。PSS功能及参数正常，可以投入运行。（3）定子电流限制（SCL）试验（SCLtest