瑞丽江一级水电厂励磁系统升级改造.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER152第 40卷第 2期0 引言华能澜沧江瑞丽江一级水电站坐落地处缅北掸邦边境靠近我国边境处的瑞丽江干流上，电站项目距缅南崁、曼德勒的高速公路间距依次大约为 63 km、539 km。电站区与我国边境的瑞丽、昆明市之间的高速公路总里程依次为 94 km、893 km。工程实行引水方式发展，机组运行形态为立轴混流式。水电站总容量为 60104 kW，工程设计年均发电量为 40.33108 kWh，年均使用时间约为 6 722 h。励磁控制系统还具有保持发电厂及其他控制系统之间的电压在给定水准、调节并联运行中发电厂无功功率的合理有效分配、改善供电系统的安全稳定性等功能。是整个机组的关键部分，直接影响发电过程的安全与稳定性1。所以，对励磁机构进行改造是保证机组安全运转的必要措施。1 励磁系统改造的必要性华能澜沧江瑞丽江一级水电站 NES5100 微机励磁系统，是国电南瑞科技股份有限公司的第 3代励磁调节器，适用于同步发电机各种励磁系统，2008 年投入使用。瑞丽江一级水电厂励磁系统升级改造吕稳龙，王程凯，徐勃（云南联合电力开发有限公司，云南 昆明 650000）摘要：瑞丽江一级水电站励磁系统选用南瑞电力控股股份公司产品的 NES-5100 微机励磁系统，该励磁系统已运行超过 12 a，但由于装置逐渐老化、性能下降故需要对励磁控制系统进行改装,新改建的励磁控制系统则选用由南瑞电力控股股份公司产品的 NES-6100 微机励磁控制系统，系统由 NES6100 调节器、FLZ 可控硅整流柜、FLM 灭磁开关柜、等机柜组成。通过了各种测试检验，该系统顺利通过静调实验，动态试验，其各项性能指标符合标准及设计要求，且各性能指标符合标准和技术要求。关键词：瑞丽江一级水电厂；励磁系统；NES-6100；改造中图分类号：TV734.4文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)02-0152-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.036Upgrading and Renovation of Excitation System for Ruilijiang First Class Hydropower PlantLYU Wenlong,WANG Chengkai,XU Bo(Yunnan United Electric Power Development Co.,Ltd.,Kunming 650000,China)Abstract:The excitation system of Ruilijiang First Class Hydropower Station adopts the NES-5100 microcomputer excitation system from Nanrui Power Holding Co.,Ltd.The excitation system has been in operation for over 12 years.Due to the gradual aging and performance degradation of the device,it is necessary to modify the excitation control system.The newly renovated excitation control system will use the NES-6100 microcomputer excitation control system.The system consists of NES6100 regulator,FLZ thyristor rectifier cabinet,FLM demagnetization switch cabinet,and other cabinets.The system has passed various tests and verifications,and has successfully passed static and dynamic tests.Its various performance indicators meet the standards and design requirements,and all performance indicators meet the standards and technical requirements.Keywords:Ruilijiang First Class Hydropower Station;excitation system;NES-6100;renovation收稿日期：2023-02-03作者简介：吕稳龙（1995-），男，云南曲靖人，助理工程师，主要从事水电厂运维工作。*吕稳龙，王程凯，徐勃 瑞丽江一级水电厂励磁系统升级改造153目前该厂 NES5100 微机励磁系统投运已达13 a，已开始出现设备板件老化损坏，严重影响设备的安全稳定运行。因此对我厂 NES5100 微机励磁系统进行改造升级。由于运行时间较长，出现了如下问题。1）元器件特性变化。长期运行导致部分元器件特性改变，具体表现为调节性能变差、故障原因查找困难、调试检修复杂。2）原装置元件型号更新。由于电子元器件更新快，部分电子元器件电气性能老化但无法购买到同型号的器件，导致备品备件难以购买。导致设备不能及时更新维护，进而增加设备安全隐患。3）控制技术落后。原有控制技术、模型落后导致不能满足当前励磁监督和案例性评价的相关要求。4）风机轴承磨损严重，电机通电后发热、运行时异响等情况。5）励磁系统工控机工作时间过长导致组态机失效几率大，无法起动、死屏、灰屏等现象频发；此外还容易导致程序丢失。因此为了确保发电机组平稳工作，保证安全出力，故对原有励磁装置进行了更新改造。2 励磁系统改造情况介绍 2.1 基本情况NES6100 发电机励磁调节器控制单元采用高性能微处理器 PowerPC，以及 2 个专门用于高速浮点运算的数字信号处理器 DSP 所组成的多核心软硬件平台，使用了嵌入式的多任务处理控制系统，以及模块化的电子工艺控制，并配有高度网络化的人机交互技术。NES6100 发电机的励磁调节器具有技术思想较超前、可靠性好、使用简便、维修简单、应用灵活、功能和可靠性较高等优点2。华能澜沧江瑞丽江一级水电站励磁系统由励磁变压器、NES6100 调节器、可控硅整流装置、灭磁及转子过电压保护装置和起励装置构成。励磁变压器则是将发电机机端电压转变成适合可控硅整流桥工作的电压，在各种工况下（包括异常情况）向励磁系统提供能量。其柜面布置如图 1所示。2.2 原理介绍?图1 励磁系统柜面布置图华能澜沧江瑞丽江一级水电站励磁系统采用自并励静止励磁形式，自并励系统结构简单，响应快速3。通常由励磁变压器、可控硅整流桥，励磁调节器，起励装置，灭磁及转子过电压保护装置组成等。瑞丽江一级水电站其原理图见图 2。如图 2 所示，励磁电源取自发电机机端，同步发电机的磁场电流则由励磁变压器系统、磁场断路器和可控硅整流桥提供。励磁变压器将发电154云南水力发电2024 年第 2 期机端电压降至可控硅整流桥上所要求的输入电压、并与发电机端电压和磁性绕组进行电力隔离，同时为可控硅整流桥提供整流阻抗。通过可控硅整流桥将交流电流转换成控制系统内的转子直流电流。利用可控硅整流桥控制励磁电流来调节同步发电机端电压和无功功率。其中，可控硅整流功率柜的触发控制脉冲主要来源于发电机励磁调节装置。另外，发动机励磁调节器还对进行励磁控制系统的仿真测量结果和开关量等信息加以收集与管理，同时还将励磁控制系统的工作状况信息,以模拟信号、节点开关量或通讯形式传播传递。起励开始时，发电机的起励能量来自外接起励电源供电或发电机的残压供电。当可控硅整流桥的输入电流升至规定值后，可控硅整流桥和励磁调节器便进入了正常运行状态,由励磁调节装置控制系统完成的软起励控制系统。并网时，励磁系统将运行在电压闭环(AVR）模式，同时监控发电机的机端电压和无功功率值控制系统。图 3 所示是励磁系统总体控制框图。2.3 发电机励磁调节器励磁调节器最重要的目的是准确的控制和调节同步发电机的端电压和无功功率4。为达到这个目的，磁场系统需要迅速地对运行状态的改变作出反应，而反应时间不能大于几毫秒。为此，NES6100 励磁调整器采用了快速的控制器，通过不断的调节将当前机端电压与给定值和反馈值进行对比，并在尽可能短的时间内完成调节运算，从而去调节可控硅整流器的触发方式，从而有效的为发电机供给励磁电流5。2.3.1 励磁调节器控制方式励磁调节器采用恒机端电压闭环方式 AVR 和恒转子电流闭环方式 FCR 两种运行控制方式，瑞丽江一级水电站励磁系统配备两套励磁调节器（称为 A 套和 B 套），其中 1 套为主套投入运行，另1 套调节器做为从套处于热备用状态。每套励磁调节器都含有 1 个自动电压调节器 AVR 和励磁电流调节器 FCR。自动跟踪技术能够完成在自动电压控制方法和励磁电流调节方法之间的平滑转换。两种控制方式介绍如下。恒机端电压闭环方式 AVR 闭环控制对象为机图2 励磁系统原理图?图3 励磁系统总体控制框图吕稳龙，王程凯，徐勃 瑞丽江一级水电厂励磁系统升级改造155端电压。励磁电流闭环控制（FCR）及开环控制（OLC）主要做为设备调试或维护时的测试方法，可单独提供控制电压 UC 到移相触发元件，其控制系统模式和电压闭环控制（AVR）相对独立。FCR 方法以发电机励磁电流做为调整对象，当调节器运行在 FCR 方式上时，开入增减磁信号对发电机励磁电流给定数值的增减。FCR 控制相关的参数和上下限值均可设置整定。另外，FCR 做为 AVR 失效后的后备调节方式，在 AVR 运行失效时自动切换，如 PT 断线。不管在那种运作控制管理方式下均可确保发电机按规定升压、并网、增贾和减少无功负荷及逆变停机以及保证发电机平稳工作在空载、发电、调相、停机等工况。2.3.2 励磁调节器辅助控制功能为了确保工作中的设备安全性，提高设备与系统之间的工作安全性，NES6100 配置了先进的辅助功能。主要有以下辅助功能：限制器功能。有最低励磁电流瞬时限制、最高励磁电流瞬时限制、过励、最低励器、过无功、定子电流、电压/频率限制器等。其原理图如图 4所示。容错功能。可自动识别模拟量测量的错误，切换调节器控制模式并报警，避免由此引发的振荡或其它灾难性严重后果。主要包括机端电压测量容错、定子电流测量容错、转子电流测量容错、发电机频率测量容错、有功功率及无功功率测量容错、开机令及停机令容错、增、减磁信号容错等。保护功能。励磁调节设备为了确保机组安全性，还设有以下的防护功能：过电压防护、PT 断线防误强励、初次开机时异常防护功能。3 结束语 华能澜沧江瑞丽江一级水电站的 6 台发电机组已通过了现场一系列测试考核，该系统已成功通过带负载运转，工作条件安全可靠6，基本实现了励磁控制系统设计改进的目的，进而对电厂发电机组以及整个控制系统的正常良好工作条件做出了保证，有着非常积极的影响和积极意义，很值得进一步深入研究与重视。参考文献：1DL/T 1245-2013 水轮机调节系统并网运行技术导则 S.2程远楚,张江滨.水轮机自动调节 M.北京：中国水利水电出版社，2010.3 DL/T 583-2018 大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件 S.4DL/T 1049-2007 发电机励磁系统技术监督规程 S.5NES6100 系列发电机励磁调节器用户指南Z.6董捷.智能化水力发电厂建设研究J.云南水力发电，2017，32（5）:51-54+69.图4 励磁调节器限制功能原理图