EX2000励磁系统国产化改造及应用

葛莺鏖

（浙江浙能镇海联合发电有限公司，浙江省宁波市，315200）

1 项目背景和要求

某燃机电厂EX2000静态微机型励磁调节装置由GE公司为9E型燃机配套设计生产，采用自并励励磁方式，功率柜为三相全控单桥形式。在多年的实际运行中因励磁调节器设计上存在很多局限，如调节器设计为单桥单控，缺乏备用；励磁调节器的控制单元同功率单元布置在同一柜体内，不仅易相互干扰，而且控制卡件间的连接扁平电缆易受功率块冷却风机的振动引起接触不良；采用常闭接点逻辑保护形式，运行中任一常闭接点动作或接触不良都会引起机组跳闸等。此外EX2000励磁调节器的备件价格昂贵，随着机组运行年限的增加，维护费用逐年增加。

针对以上问题，该燃机电厂决定采用可靠成熟的国产励磁调节器，既可大幅提高设备的可靠性，又实现设备的国产化，降低维护成本，更重要的是要打破进口设备的技术垄断。该项目改造的关键难点在于，必须通过对9E燃机控制系统MKV与励磁调节器EX2000二者之间配合关系的试验研究，得到二者之间的最佳组合关系，解决采用国产励磁系统替代EX2000励磁调节器的技术瓶颈。

2 主要改造技术工作

2.1 改造前对9E燃机励磁系统的控制策略研究

9E燃机EX2000励磁调节器的特点是它与机组MKV控制系统间采用通讯连接的方式，不仅包括常规的机组励磁启停、升降等指令信号，还包括很多其他反馈信号和发电机的许多模拟量参数信号。因原生产厂商不提供这些传递到MKV控制系统的信号的含义和功能，必须通过试验研究破解9E燃机励磁系统的控制策略，才能设计出原系统非标准通讯协议的替代方案。通过研究控制策略，找到所有在MKV控制系统中通过通讯方式传递的励磁调节器数据，并确定其逻辑及作用，得出改造后需保留的逻辑程序。

原厂商为9E燃机配套生产的EX2000励磁系统图如图1所示。

2.2 改造主要技术工作

改造采用国内某厂家生产的RCS－9400型励磁系统，如图2所示。

国产励磁调节器包括可控硅整流装置柜2台，励磁调节器柜1台，灭磁、过压保护、起励装置柜1台。改造后，将原测量压变3YH引入调节器作为第2组PT值；将原A、C相发电机定子电流反馈改为A、B、C三相电流反馈；新增励磁电流(励磁变低压侧)反馈。由于EX2000与MKV的数据交换通过特定的通讯方式实现，与传统的模拟量数据、开关量信号存在差异，改造中通过试验确认了调节器状态反馈量对MKV控制系统的影响、调节器信号对MKV中同期并网逻辑的影响以及MKV控制系统中调节量对励磁调节器的作用。

经过这一系列试验，确定了改造后的励磁调节器与MKV控制系统间的连接信号，并能够满足与MKV控制系统的配合要求。连接信号见表1。

表1 励磁调节器与MKV间的通讯信号一览表Tab.1 Communication signals between exciter regulator and MKV

改造完成后进行了静态模拟试验和动态试验，其中，发电机空载动态试验包括：开机升压试验、阶跃响应试验、逆变试验、A/B通道切换试验、电压环/电流环切换试验、励磁TV断线试验、空载分灭磁开关试验、空载最大励磁电流限制试验、伏赫兹限制试验；发电机负载动态试验包括：并网带负荷、磁场过流过热限制、滞相定子过流反时限制、无功功率欠励限制。试验结果表明国产化的励磁系统完全能满足9E燃机的发电运行需要，并且控制和保护逻辑设定准确、作用正常。

2.3 励磁系统模型参数和电力系统稳定器试验

励磁系统模型见图3，参数见表2，PSS模型见图4，PSS参数见表3。电压调差率为0。

表2 9E燃机励磁系统原型模型参数Tab.2 PE gas-turbine exciting system model parameters

通过对模型进行发电机空载5%给定阶跃响应的仿真计算和现场实测响应作比较，仿真计算结果与现场试验结果一致，证明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。

通过励磁系统滞后特性的测量以及PSS有补偿响应，并分别在PSS退出和投入的情况下，进行±3%的阶跃响应试验，录取机端电压Ug、有功功率P和无功功率Q的动态过程。试验表明，PSS投入后，阻尼比有明显提高，振荡次数明显减少，PSS作用正确。PSS试验表明，PSS有很好的阻尼低频振荡作用，在0.2～2.0 Hz频率范围内相位补偿符合要求，有很好的稳定裕量。

表3 PSS整定参数Tab.3 PSS setting parameters

2.4 改造后的运行情况和效益

通过实际运行工况的考验,该燃机发电机励磁调节器运行平稳，调节特性良好，与机组MKV控制系统的配合无任何冲突，改变了原调节器EX2000单控单桥的运行方式，不仅提高了运行可靠性，而且大幅降低了设备的日常维护费用。原EX2000励磁系统升级至EX2100费用至少需60万美元，而本项目国产化改造总投资仅约70万元，原EX2000励磁系统维护费用每年约40万元，国产化改造后每年维修费用不超过5万元。并且，提高供电可靠性、减少燃机的非计划停运所产生的社会效益已不能简单用发电量来衡量了。

3 结论

该改造项目根据9E型燃机EX2000励磁系统与MARK V燃机控制系统一体化设计的特点，通过破解原系统的控制策略提出了非标准通讯协议的替代方案，成功地将国产RCS-9400微机励磁调节器应用于9E燃机，并完成励磁系统模型参数测辨和电力系统稳定器整定试验。各项励磁系统试验结果表明国产微机励磁系统性能优越，运行稳定，调试简便迅速，整体性能符合国家及行业励磁标准，满足燃机安全稳定运行的各项技术要求。同时建立了可反映强励、限幅、PID和电力系统稳定器特性的RCS-9400励磁系统详细模型，空载阶跃仿真计算结果与现场试验结果一致，模型参数可信度高。PSS试验分析也证实了在提供系统阻尼、抑制低频等方面的优越性。

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