1、某公司300MW汽輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)測(cè)試及PSS試驗(yàn)方案 *科學(xué)研究院一、 組織措施現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)： 當(dāng)值運(yùn)行人員工作負(fù)責(zé)人： 技術(shù)負(fù)責(zé)： 試驗(yàn)人員： 運(yùn)行當(dāng)值人員、保護(hù)班人員、高試班人員、高壓班人員、電機(jī)班人員二、測(cè)試大綱1概述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定性都有顯著的影響。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中采用不同的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)，其計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的差異。因此需要能正確反映實(shí)際運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。 以前大部分電網(wǎng)采用Eq 恒定的發(fā)電機(jī)模型或與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)和西電東送工程的實(shí)施，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定

2、計(jì)算提出了更高的要求。新的穩(wěn)定導(dǎo)則要求發(fā)電機(jī)采用精確模型，也要求在計(jì)算中采用實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)典型主力機(jī)組的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行調(diào)查和測(cè)試，為系統(tǒng)穩(wěn)定分析及電網(wǎng)日常生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確的計(jì)算數(shù)據(jù)，是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有效措施，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。受我公司委托，*電力科學(xué)研究院對(duì)我公司發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)測(cè)試及PSS試驗(yàn)。我公司#7發(fā)電機(jī)為單元接線，勵(lì)磁方式采用為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用上海成套所組裝的ABB Unitrol-5000型雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。2. 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)2.1 發(fā)電機(jī)的一般參數(shù)制造廠：上海汽

3、輪發(fā)電機(jī)廠 型 號(hào)：QFSN-300-2-20額定功率：300 MW額定電壓：20 kV額定電流：10190 A額定功率因數(shù): 0.85額定勵(lì)磁電壓: 463 V 額定勵(lì)磁電流: 2203 A空載勵(lì)磁電壓: 169 V 空載勵(lì)磁電流: 926 A 最大勵(lì)磁電壓: 489 V 最大勵(lì)磁電流: 2364 A 勵(lì)磁繞組電阻( 15c): 0.1561 縱軸同步電抗Xd（飽和值）199.7%縱軸瞬變(暫態(tài))電抗Xd（非飽和值/飽和值）29.57%/26.61%縱軸超瞬變(次暫態(tài))電抗Xd”（非飽和值/飽和值）17.59%/16.18%橫軸電抗Xq（飽和值） 193%橫軸瞬變(暫態(tài))步電抗Xq（非飽和值

4、/飽和值）41.77%/37%橫軸超瞬變（次暫態(tài)）電抗Xq”（非飽和值/飽和值）20.73%/17.5%負(fù)序電抗X2（非飽和值/飽和值）21.46%/19.74%零序電抗X0（非飽和值/飽和值）7.76%/7.37%橫軸暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)Tqo:0.76s橫軸次暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)Tqo”:0.075 s縱軸次暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)Tdo”:0.14 s定子開路勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)Tdo：8.51s 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量WR2： kg*m2發(fā)電機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩GD2： t*m2 2.2 勵(lì)磁變型號(hào)：廠家：額定容量: kVA接線方式： YD額定變比： V/V，A/A短路阻抗： PT變比： kV/VCT變比： /轉(zhuǎn)子電流：2

5、.3 PT、CT變比PT變比： KV/ VCT變比： A/ A分流器變比： A/ mV 勵(lì)磁機(jī)分流器變比： / mV2.5試驗(yàn)設(shè)備型號(hào)生產(chǎn)廠備注HP35670A頻譜儀美國(guó)HP公司頻譜分析WFLC電量分析儀*電科院錄波FLC-1 測(cè)試儀*電科院變換、加直流信號(hào)其它常規(guī)儀器電廠提供3 勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測(cè)辨及調(diào)查發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的模型和參數(shù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，靜態(tài)試驗(yàn)包括勵(lì)磁調(diào)節(jié)器模型參數(shù)辨識(shí)，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)包括發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)、勵(lì)磁系統(tǒng)整組特性測(cè)試及PSS試驗(yàn)等。 3.1 靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)查3.1.1 AVR模型我公司#7發(fā)電機(jī)UNITROL-5000型雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)

6、節(jié)器的控制規(guī)律為PID+PSS，數(shù)學(xué)模型見(jiàn)圖1 、圖2。圖1 UNITROL-5000型調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)框圖AVR：主勵(lì)磁調(diào)節(jié)環(huán)采用PID校正，調(diào)節(jié)參數(shù)見(jiàn)圖1，此組AVR參數(shù)在機(jī)組投運(yùn)試驗(yàn)時(shí)已調(diào)整好，主環(huán)調(diào)節(jié)是穩(wěn)定的，符合PSS投運(yùn)條件。PSS： UNITROL 5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器為和Pe雙輸入信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，和Pe輸入信號(hào)是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和定子電流采樣，軟件計(jì)算得到的。 3.1.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特性和參數(shù)由其各個(gè)單元組成 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要單元有：（1） 測(cè)量單元（包括發(fā)電機(jī)電壓及各種反饋信號(hào)）（2） 無(wú)功調(diào)差單元（3） 放大單元（4） PID單元（5） 反饋單元（

7、6） 時(shí)間常數(shù)補(bǔ)償單元（7） 移相觸發(fā)單元等。應(yīng)分別測(cè)定或調(diào)查確定勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各個(gè)單元特性和參數(shù)。確定各部分的模型，再確定各個(gè)單元特性，然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出參數(shù)?？芍苯右迷{(diào)試結(jié)果。3.1.3 限制和保護(hù)單元的測(cè)試調(diào)查 限制和保護(hù)單元包括（1） 低勵(lì)限制（2） 強(qiáng)勵(lì)限制（3） 過(guò)勵(lì)限制（4） 過(guò)磁通（伏/赫）限制等。通過(guò)靜態(tài)模擬試驗(yàn)得到低勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)限制和過(guò)勵(lì)限制等限制和保護(hù)單元的模型和參數(shù)，必要時(shí)可進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證模型和參數(shù)的正確性?？芍苯右迷{(diào)試結(jié)果。3.1.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)應(yīng)分別測(cè)定PSS各個(gè)環(huán)節(jié)（測(cè)量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)和超前滯后環(huán)節(jié)）的時(shí)間常數(shù)和增益。還應(yīng)測(cè)定PSS的投入和

8、切除的定值、限幅和保護(hù)電路的定值等?？芍苯右迷{(diào)試或調(diào)查結(jié)果。32 機(jī)組3000r/min后試驗(yàn)3.2.1 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)l 試驗(yàn)?zāi)康模?測(cè)量交流發(fā)電機(jī)空載情況下，勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)電壓的關(guān)系。l 試驗(yàn)條件：發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)空載，AVR為電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)（勵(lì)磁變由外部臨時(shí)電源向勵(lì)磁變供電，使用手動(dòng)勵(lì)磁方式）。l 試驗(yàn)準(zhǔn)備： 將發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流接入WFLC電量記錄分析儀。l 試驗(yàn)方法：逐漸改變磁電流，測(cè)量發(fā)電機(jī)定子電壓20%120%額定電壓（當(dāng)發(fā)電機(jī)與主變壓器相連時(shí)發(fā)電機(jī)電壓不能超過(guò)105%額定電壓）上升和下降特性曲線。發(fā)電機(jī)電壓80%以下間隔為10%，發(fā)電機(jī)電壓80

9、%以上間隔為5%。l 使用儀器：WFLC電量記錄分析儀，高精度萬(wàn)用表。3.2.2 發(fā)電機(jī)空載20%階躍l 試驗(yàn)條件：發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)空載，使用自動(dòng)勵(lì)磁方式。l 試驗(yàn)準(zhǔn)備：將發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流接入WFLC電量記錄分析儀。（使用臨時(shí)電源，記錄可控硅陽(yáng)極電壓）l 試驗(yàn)方法：將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整到額定電壓的50%，進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載20%階躍，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流。l 使用儀器：WFLC電量記錄分析儀，高精度萬(wàn)用表。3.2.3 靜態(tài)放大倍數(shù)測(cè)量l 試驗(yàn)條件：發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)空載額定，勵(lì)磁使用臨時(shí)電源，他勵(lì)勵(lì)磁方式。l 試驗(yàn)準(zhǔn)備：將發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電

10、壓、勵(lì)磁電流接入WFLC電量記錄分析儀。在調(diào)節(jié)器軟件中將參數(shù)TA1（序號(hào)1920）、TB1（序號(hào)1923）都設(shè)置為500ms，P-GAIN（序號(hào)1917）、DC-GAIN（序號(hào)1919）、HF-GAIN（序號(hào)1918）都設(shè)置為50。l 試驗(yàn)方法：逐漸改變磁電流，同時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電壓、給定電壓l 使用儀器：WFLC電量記錄分析儀，高精度萬(wàn)用表。3.2.4 發(fā)電機(jī)空載時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)l 試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量發(fā)電機(jī)空載時(shí)間常數(shù)。l 試驗(yàn)條件：發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，使用自動(dòng)勵(lì)磁方式，由外部臨時(shí)電源向勵(lì)磁變供電，將勵(lì)磁變高壓側(cè)與分支母線連接臨時(shí)斷開并可靠隔離，選一廠內(nèi)6kV備用開關(guān)柜，從備用開關(guān)柜引接3

11、100mm2的10kV或6.3kV高壓電纜接至勵(lì)磁變高壓側(cè)。l 試驗(yàn)方法：在發(fā)電機(jī)空載條件下，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在“定控制角方式”：在調(diào)節(jié)器軟件中的可控硅觸發(fā)模塊中，斷開輸入的PID控制信號(hào)，直接設(shè)定觸發(fā)角，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓階躍，用WFLC電量記錄分析儀測(cè)錄發(fā)電機(jī)電壓上升的曲線，計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。發(fā)電機(jī)定子電壓要完成0到70%額定電壓階躍。l 使用儀器：WFLC電量記錄分析儀。3.2.5 發(fā)電機(jī)空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)l 試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)品質(zhì)。l 試驗(yàn)條件：發(fā)電機(jī)維持額定轉(zhuǎn)速，使用自動(dòng)勵(lì)磁裝置。l 試驗(yàn)方法：用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓為95%額定電壓，進(jìn)行5%階躍（上、下）試驗(yàn)，用W

12、FLC電量記錄分析儀測(cè)錄發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓和電流、調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流。l 使用儀器：WFLC電量記錄分析儀。3.2.6 離線無(wú)補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性測(cè)試發(fā)電機(jī)空載，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在自動(dòng)運(yùn)行方式。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為自動(dòng)單柜運(yùn)行方式，將HP35670A噪聲輸出端子分別接入HP35670A的A輸入端子和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器端子排上預(yù)留的噪聲信號(hào)輸入端子上，將發(fā)電機(jī)PT三相電壓接入FLC-1的輸入端，F(xiàn)LC-1的輸出接入HP35670A的B輸入端子，逐步增大HP35670A的噪聲輸出電平，使發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)不超過(guò)2%,實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性曲線，重點(diǎn)記錄相頻特性和幅頻特性中0.1Hz2Hz時(shí)相位滯后角及增益變

13、化。33 PSS試驗(yàn)3.3.1 在線無(wú)補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性測(cè)試發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率接近額定，PSS不投入運(yùn)行。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為自動(dòng)單柜運(yùn)行方式，將HP35670A噪聲輸出端子分別接入HP35670A的A輸入端子和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器端子排上預(yù)留的噪聲信號(hào)輸入端子上，將發(fā)電機(jī)PT三相電壓接入FLC-1的輸入端，F(xiàn)LC-1的輸出接入HP35670A的B輸入端子，逐步增大HP35670A的噪聲輸出電平，使發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)不超過(guò)2%,實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性曲線，重點(diǎn)記錄相頻特性和幅頻特性中0.1Hz2Hz時(shí)相位滯后角及增益變化。3.3.2 在線有補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性測(cè)試（有條件時(shí)完成）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)

14、行，有功功率接近額定，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為自動(dòng)單柜運(yùn)行方式，將HP35670A噪聲輸出端子分別接入HP35670A的A輸入端子和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，將發(fā)電機(jī)PT三相電壓接入FLC-1的輸入端，F(xiàn)LC-1的輸出接入HP35670A的B輸入端子。PSS中的各項(xiàng)參數(shù)先按調(diào)試時(shí)給定值給定。操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器投入PSS，逐步增大HP35670A的噪聲輸出電平，使發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)不超過(guò)2%,實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性曲線，重點(diǎn)記錄相頻特性和幅頻特性中0.1Hz2Hz時(shí)相位滯后角及增益變化。若加入噪聲電平與無(wú)補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)頻率響應(yīng)試驗(yàn)相同，發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)太小，無(wú)法正常測(cè)試時(shí)，應(yīng)修改增益，適當(dāng)加大限幅值。在0.21Hz頻段內(nèi)，相

15、位角應(yīng)接近于90度，偏差不超過(guò)30度，不滿足要求時(shí)，修改超前/滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。3.3.3 PSS臨界增益測(cè)定試驗(yàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率接近額定，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為自動(dòng)單柜運(yùn)行方式，將發(fā)電機(jī)PT及CT二次側(cè)三相電壓和三相電流接入WFLC電量分析儀中準(zhǔn)備錄波，操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器監(jiān)控機(jī)將PSS投入，逐漸增大PSS增益，同時(shí)觀察WFLC電量分析儀中有功功率錄波波形，當(dāng)出現(xiàn)頻率較高的電磁環(huán)振蕩時(shí)，立即將增益減小，此時(shí)的增益值即為PSS臨界增益值。3.3.4 PSS增益值設(shè)定 操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器監(jiān)控機(jī)將PSS增益設(shè)定為臨界增益值的約三分之一，將PSS投入，同時(shí)觀察發(fā)電機(jī)各運(yùn)行參數(shù)，應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行。3.3.5 PSS負(fù)載

16、階躍干擾試驗(yàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率接近額定，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為自動(dòng)單柜運(yùn)行方式，將發(fā)電機(jī)PT及CT二次側(cè)三相電壓和兩相電流A、C相接入WFLC電量分析儀中準(zhǔn)備錄波。操作勵(lì)磁調(diào)節(jié)器監(jiān)控機(jī)，先將PSS切除，直接加入階躍量,進(jìn)行不大于4%階躍試驗(yàn)，同時(shí)啟動(dòng)WFLC錄波，記錄有功功率的擺動(dòng)幅值和次數(shù)。然后將PSS投入，同樣工況下重復(fù)以上試驗(yàn)，錄波觀察，有功功率的擺動(dòng)幅值和次數(shù)應(yīng)減少。3.3.6 PSS反調(diào)試驗(yàn)PSS投入運(yùn)行，按正常運(yùn)行增減負(fù)荷速度改變有功功率(增、減20MW)，觀察發(fā)電機(jī)無(wú)功功率和調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流，不應(yīng)出現(xiàn)隨有功功率變化而大幅度擺動(dòng)現(xiàn)象。3.4 調(diào)差系數(shù)校核：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，在有功功率較小情況下，保持給定電壓不變，逐步改變AVR調(diào)差系數(shù)，記錄無(wú)功功率、發(fā)電機(jī)電壓等值。4. 安全注意事項(xiàng)4.1 試驗(yàn)前進(jìn)行技術(shù)交底