崔佳鵬，徐明宇，穆興華，曹 融，王 宏，呂永生

(1.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030；2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)控中心，哈爾濱 150090；3.國(guó)網(wǎng)大慶供電公司,黑龍江 大慶 163485)

無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試方法研究

崔佳鵬1，徐明宇1，穆興華1，曹 融1，王 宏2，呂永生3

(1.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱150030；2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 調(diào)控中心，哈爾濱 150090；3.國(guó)網(wǎng)大慶供電公司,黑龍江 大慶 163485)

電壓穩(wěn)定直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電質(zhì)量，各上網(wǎng)電廠均安裝了無功電壓自動(dòng)控制(AVC)系統(tǒng)子站，與AVC主站構(gòu)成了電網(wǎng)的無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。本文介紹了AVC系統(tǒng)的原理和電廠側(cè)子站控制實(shí)現(xiàn)方式，提出一種調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓無功的AVC現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法，可以為其他調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)提供借鑒。

自動(dòng)電壓控制；發(fā)電廠AVC系統(tǒng)；AVC調(diào)試方法

隨著電力系統(tǒng)快速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)各級(jí)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變得日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的無功電壓手動(dòng)調(diào)節(jié)方式已經(jīng)越來越不適用于電力系統(tǒng)的需要，無功電壓自動(dòng)控制(AVC)系統(tǒng)成為降低電網(wǎng)損耗[1]、減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度、改善電能質(zhì)量必不可少的手段[2]。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)統(tǒng)一部署，黑龍江電網(wǎng)已經(jīng)完成AVC系統(tǒng)建設(shè)，并作為一個(gè)功能模塊并入黑龍江省智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)平臺(tái)。黑龍江電網(wǎng)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)通信的傳輸媒介，控制全部省調(diào)直調(diào)220kV及以上水火電廠的AVC電廠側(cè)子站。隨著AVC控制規(guī)模逐步擴(kuò)大，AVC系統(tǒng)的控制能力將逐漸增強(qiáng)，系統(tǒng)調(diào)壓、降損效果將更加顯著。

發(fā)電廠側(cè)AVC裝置是電網(wǎng)無功電壓控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是提高電網(wǎng)電壓安全和運(yùn)行管理水平，保證電能質(zhì)量的重要技術(shù)手段[3]。但由于發(fā)電廠AVC系統(tǒng)牽涉到電氣、熱工、運(yùn)行、通信等多種相關(guān)專業(yè)[4]，目前現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方法和調(diào)試手段多種多樣，并不統(tǒng)一，多數(shù)的調(diào)試方法僅僅限于裝置本身功能，AVC對(duì)電網(wǎng)實(shí)際無功電壓調(diào)節(jié)并未進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試。本文提出一種完整的發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試方法，調(diào)試內(nèi)容包括AVC子站的靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，以及實(shí)際調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓無功的AVC子站電壓無功調(diào)節(jié)試驗(yàn)，希望能夠給AVC系統(tǒng)調(diào)試的發(fā)電廠提供借鑒。

1 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)控制原理及電 壓調(diào)節(jié)方式

發(fā)電廠側(cè)AVC子站既可以接受AVC主站的電壓和電廠無功出力的目標(biāo)值，進(jìn)行全電網(wǎng)的閉環(huán)控制，也可以進(jìn)行發(fā)電廠電壓控制，保證發(fā)電廠的母線電壓、無功出力在合理范圍之內(nèi)。發(fā)電廠AVC系統(tǒng)子站具有遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)四遙功能，可獨(dú)立采集機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)機(jī)端電壓、電流、母線電壓、機(jī)組有功功率和無功功率等重要遙測(cè)模擬量，能夠按照一定的算法將發(fā)電廠的無功總目標(biāo)分配到各個(gè)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠內(nèi)多機(jī)的無功電壓協(xié)調(diào)控制[5]。發(fā)電廠AVC系統(tǒng)是一個(gè)包含AVC后臺(tái)機(jī)、上位機(jī)、機(jī)組下位機(jī)的完整系統(tǒng)，集成了機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通信、人機(jī)交互、邏輯計(jì)算等多種模塊。AVC上位機(jī)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接受來自主站的調(diào)控目標(biāo)，與電廠實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的控制策略實(shí)時(shí)給出電廠各機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)控目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠多機(jī)組無功、電壓的自動(dòng)控制。AVC下位機(jī)對(duì)機(jī)組運(yùn)行相關(guān)的閉鎖條件等進(jìn)行校核，通過DCS或者直接對(duì)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。AVC后臺(tái)機(jī)進(jìn)行AVC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和分析功能。AVC系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 AVC系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of AVC system

2 發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試方法

以黑龍江某火電廠的AVC系統(tǒng)調(diào)試為例。該發(fā)電廠是黑龍江地區(qū)常見的2×300 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，單機(jī)組發(fā)電機(jī)出口電壓互感器變比為20 000/100，電流互感器變比為15 000/5。

AVC系統(tǒng)調(diào)試第一步進(jìn)行AVC裝置屏柜的檢查，包括裝置、屏柜接線、電源、模擬通道采樣、開關(guān)量通道開入開出等檢查。第二步進(jìn)行AVC系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)，包括投退閉鎖邏輯試驗(yàn)、增減磁以及保護(hù)定值試驗(yàn)，該試驗(yàn)可以通過繼電保護(hù)測(cè)試儀模擬給AVC裝置通入電壓電流模擬機(jī)組運(yùn)行，也可以在機(jī)組運(yùn)行時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。最后進(jìn)行AVC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，包括單機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和全廠雙機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。通過在AVC系統(tǒng)設(shè)定母線電壓或無功的目標(biāo)值，自動(dòng)調(diào)節(jié)全廠各機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的母線電壓或無功目標(biāo)值。

2.1 AVC裝置檢查

2.1.1 裝置外觀、接線檢查

檢查AVC裝置外觀、硬件配置、接線，應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求。檢查AVC裝置背板接插件，無斷線、短路等現(xiàn)象。

2.1.2 絕緣電阻測(cè)試

AVC裝置絕緣電阻測(cè)試：用500 V搖表分別測(cè)量交流電流、交流電壓、開入、開出、電源回路的絕緣電阻，絕緣電阻應(yīng)大于20 MΩ。

整個(gè)二次回路絕緣電阻測(cè)試：用1 000 V搖表分別測(cè)量各回路對(duì)地絕緣電阻，絕緣電阻應(yīng)大于1 MΩ。

2.1.3 電源檢查

AVC裝置的通電自檢：給上裝置電源開關(guān)，裝置電源指示燈、運(yùn)行閃燈亮，管理機(jī)正常啟動(dòng)，顯示屏顯示正常，管理機(jī)與裝置通訊正常。

2.1.4 采樣模擬通道檢查

采樣模擬通道檢查利用繼電保護(hù)測(cè)試儀在AVC裝置相應(yīng)采樣通道通入電壓電流，模擬全廠兩臺(tái)機(jī)組的發(fā)電機(jī)電壓、電流、母線電壓。模擬量采樣和AVC系統(tǒng)計(jì)算的發(fā)電機(jī)有功無功出力顯示均在合理范圍內(nèi)，AVC采樣正確。

2.1.5 開關(guān)量開入開出通道檢查

在AVC裝置模擬開出AVC投入請(qǐng)求、退出請(qǐng)求、增減磁，在AVC裝置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)利用萬(wàn)用表通斷檔測(cè)量正確。在AVC裝置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處，短接DCS允許AVC信號(hào)、勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)、過勵(lì)限制、勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)，AVC裝置開入顯示正確。該AVC系統(tǒng)開關(guān)量開入開出通道正確，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過以上裝置檢查，說明AVC系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，可以繼續(xù)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

2.2 AVC靜態(tài)試驗(yàn)

AVC裝置靜態(tài)試驗(yàn)是指驗(yàn)證DCS對(duì)AVC裝置的投退控制和勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)AVC裝置的閉鎖邏輯是否滿足設(shè)計(jì)要求，AVC裝置對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)增磁減磁、機(jī)組無功的控制，以及AVC保護(hù)定值對(duì)AVC裝置調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響。

2.2.1 AVC無功調(diào)節(jié)及投退閉鎖邏輯試驗(yàn)

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)或利用繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出電壓電流模擬機(jī)組運(yùn)行時(shí)，對(duì)AVC裝置進(jìn)行投退、邏輯閉鎖以及無功調(diào)節(jié)試驗(yàn)，測(cè)試AVC裝置能否滿足設(shè)計(jì)要求，并在AVC上位機(jī)設(shè)定無功目標(biāo)值，測(cè)試AVC系統(tǒng)是否能夠正確地發(fā)出增減磁脈沖。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 AVC無功調(diào)節(jié)及投退閉鎖邏輯試驗(yàn)Table 1 AVC reactive power regulation and logic test of busbar and locking

2.2.2 AVC保護(hù)定值校驗(yàn)

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)或利用繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出電壓電流模擬機(jī)組運(yùn)行時(shí)，AVC系統(tǒng)投入運(yùn)行，修改AVC裝置內(nèi)的定值，測(cè)試AVC保護(hù)功能能否滿足設(shè)計(jì)要求，如表2所示。

2.3 AVC動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

發(fā)電廠內(nèi)AVC單機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分別在已運(yùn)行機(jī)組上進(jìn)行單機(jī)AVC閉環(huán)試驗(yàn)，通過單機(jī)AVC閉環(huán)試驗(yàn)后，可以進(jìn)行廠內(nèi)多機(jī)組配合的AVC多機(jī)動(dòng)態(tài)閉環(huán)試驗(yàn)。單機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證AVC裝置通過給勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送增減磁信號(hào)來調(diào)節(jié)機(jī)組無功出力和出口母線電壓達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值。

2.3.1 AVC單機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)

每臺(tái)機(jī)組單機(jī)AVC閉環(huán)試驗(yàn)約20 min，此時(shí)需要參與AVC調(diào)節(jié)的機(jī)組有功負(fù)荷穩(wěn)定，不可以運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)。運(yùn)行的機(jī)組臺(tái)數(shù)最少要求是1臺(tái)，如有其他運(yùn)行機(jī)組，其有功負(fù)荷也需穩(wěn)定，不可以運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)。單機(jī)AVC動(dòng)態(tài)試驗(yàn)共做4次無功調(diào)節(jié)，投入試驗(yàn)機(jī)組的單機(jī)AVC，投全廠AVC，投入調(diào)節(jié)閉環(huán)，檢查機(jī)組負(fù)荷應(yīng)無變化并做好記錄。

表2 AVC保護(hù)定值校驗(yàn)試驗(yàn)Table 2 AVC protection setting verification and test

第一次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓+1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第二次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓-1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第三次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓+1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第四次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓-1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。

試驗(yàn)記錄如表3、4所示。

表3 #1號(hào)機(jī)AVC單機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)Table 3 #1 unit AVC single-machine dynamic test

表4 #2號(hào)機(jī)AVC單機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)Table 4 #2 unit AVC single-machine dynamic test

通過單機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)可以看出每臺(tái)機(jī)組的AVC裝置可以根據(jù)目標(biāo)值自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組無功出力和機(jī)組母線電壓，調(diào)節(jié)時(shí)間滿足實(shí)際需求。

3.2.2 雙機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)

雙機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)主要在合母方式下，控制對(duì)象為母線電壓，多機(jī)分配方式設(shè)定為“按無功容量等比例分配”，在此方式下對(duì)全廠AVC無功功率分配及調(diào)節(jié)性能進(jìn)行測(cè)試。雙機(jī)開環(huán)閉環(huán)試驗(yàn)，約20 min，此時(shí)需要參與AVC調(diào)節(jié)的機(jī)組有功負(fù)荷穩(wěn)定，不可以運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)。雙機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)共做4次無功調(diào)節(jié)，投入試驗(yàn)機(jī)組的單機(jī)AVC,投全廠AVC，投入調(diào)節(jié)閉環(huán)，檢查機(jī)組負(fù)荷應(yīng)無變化并做好記錄。

第一次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓+1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第二次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓-1 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第三次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓+2 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。第四次將全廠電壓給定設(shè)定為母線實(shí)測(cè)電壓-2 kV，檢查試驗(yàn)機(jī)組無功功率分配及調(diào)節(jié)情況、母線電壓變化情況并做好記錄。

試驗(yàn)記錄如表5所示。

表5 雙機(jī)AVC閉環(huán)試驗(yàn)Table 5 Dual-machine AVC blocking test

通過雙機(jī)閉環(huán)試驗(yàn)可以看出,AVC裝置可以根據(jù)目標(biāo)值自動(dòng)調(diào)節(jié)全廠機(jī)組無功出力和母線電壓,調(diào)節(jié)過程中機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，無異常情況，調(diào)節(jié)時(shí)間滿足實(shí)際需求，能夠達(dá)到試驗(yàn)要求和目的。

2.4 AVC系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)

通過靜態(tài)試驗(yàn)以及全廠雙機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行比對(duì)分析，該電廠2臺(tái)機(jī)組能夠及時(shí)響應(yīng)并正確執(zhí)行AVC上位機(jī)下發(fā)的母線電壓目標(biāo)值，試驗(yàn)期間機(jī)組有功負(fù)荷穩(wěn)定，全廠有功負(fù)荷保持穩(wěn)定。AVC系統(tǒng)廠內(nèi)調(diào)試試驗(yàn)全部完成。

3 結(jié) 語(yǔ)

AVC裝置的廠內(nèi)調(diào)試牽扯面廣，涉及到發(fā)電廠內(nèi)各專業(yè)的協(xié)調(diào)以及各系統(tǒng)設(shè)備的相互配合，調(diào)試過程不僅需要被調(diào)試設(shè)備具備良好的擴(kuò)展性、可調(diào)試性，調(diào)試前還需要準(zhǔn)備多種事故預(yù)案，以便應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種緊急情況。例如：緊急情況下AVC系統(tǒng)的快速退出方案，下位機(jī)增減磁控制時(shí)觸電粘連導(dǎo)致機(jī)組無功連續(xù)增減時(shí)的應(yīng)對(duì)方案，如何在保證試驗(yàn)效果的情況下，不影響發(fā)電廠現(xiàn)有設(shè)備的正常運(yùn)行?？紤]到試驗(yàn)的安全性，AVC裝置的靜態(tài)調(diào)試一般在機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)進(jìn)行，通常在機(jī)組并網(wǎng)前完成AVC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣試驗(yàn)、接口試驗(yàn)，并網(wǎng)后進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，這樣就會(huì)導(dǎo)致調(diào)試過程跨越機(jī)組檢修過程。同時(shí)，為達(dá)到理想的控制效果，一般需要等本廠所有具備條件的機(jī)組全部單機(jī)調(diào)試完畢后再進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，發(fā)電廠AVC裝置接入調(diào)度系統(tǒng)是大勢(shì)所趨，本文以某發(fā)電廠側(cè)AVC系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)為例，介紹了AVC系統(tǒng)的測(cè)試方法和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試技術(shù)，希望能夠給AVC系統(tǒng)調(diào)試的發(fā)電廠提供借鑒。

[1] 張金平,劉振富,鄭國(guó)太.AC-4000A發(fā)電廠自動(dòng)電壓控制裝置調(diào)試技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010,34(22): 120-123.ZHANG Jinping,LIU Zhenfu,ZHENG Guotai.Test technology of PAC-4000A power plant automatic voltage control device[J].Automation of Electric Power Systems,2010 34(22): 120-123.

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(編輯 陳銀娥)

Research on debugging method of automatic voltage control (AVC) system

CUI Jiapeng1，XU Mingyu1，MU Xinghua1，CAO Rong1，WANG Hong2，Lü Yongsheng3

(1.Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.Regulation Center,State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China;3.State Grid Daqing Power Supply Company,Daqing 163485,China)

Voltage stability is directly related to the quality of power supply.At present,sub-stations of the automatic voltage control (AVC) system are all installed in the power plants,together with AVC master station to constitute AVC system of the grid for automatic adjustment and control to the grid voltage.In this paper,the principles of AVC system and implementation method to control power plant-side sub-station are described and a AVC field debugging method to adjust the grid voltage and reactive power is proposed,which can provide reference for other debugging sites.

automatic voltage control (AVC); power plant AVC system; AVC debugging method

2016-12-21;

2017-06-19。

崔佳鵬(1988—)，男，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)、智能變電站調(diào)試工程及網(wǎng)源協(xié)調(diào)等。

TM933.3

A

2095-6843(2017)04-0299-04