火电厂自动电压控制在DCS中的实现及设计.pdf

研究与试验 湖 南电 力 第2 7卷／ 2 0 0 7年第2期 火电厂 自动电压控制在D C S中的实现及设计 宁顺提 ，潘存 昆 ，张晓东 1 ．大唐石 门发电有限责任公司，湖南 石门4 1 5 3 0 0 ； 2 ． 湖 南 电力调度 通信 中心 ，湖 南 长 沙 4 1 0 0 0 7 摘 要 对 自动 电压控 制 AVC在 D C S公 用网 中的 实现与设 计进行 了介 绍 ，拟定 了具 体 的实施 方案 ，列 出了省调 对 AVC测试 的结 果。各项测试 结果表 明 ，此 AVC完全 满足 主 网的技术要 求，对 同类工程具有一定借鉴作用。 关键 词 自动 电压控制 ；AVC；DCS；设 计 中图分类号 T M6 2 1 ； T P 2 7 3 文献 标识 码 A 文 章编号 1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 0 7 0 2 0 0 1 0 0 4 De s i g n a n d i mp l e me n t o f Au t o ma t i c Vo l t a g e Co n t r o l AVCo n Di s t r i b u t e d Co n t r o l S y s t e m DCS i n t h e r ma l p o we r p l a n t NI NG S h u n t i ，PAN Cu n k u n ．Z HANG Xi a o d o n g 1 ． Da t a n g S h i me n P o we r P l a n t ，S h i me n 4 1 5 3 0 0 ，Ch i n a ； 2 ． Hu n a n El e c t r i c P o we r Di s p a t c h Commu ni c a t i on Ce nt e r，Cha ngs ha 41 00 07，Chi na Ab s t r a c t Th e d e s i gn a n d i mple me n t o f Au t o ma t i c Vo l t a g e Co n t r o l AVC i n Dis t r i b u t e d Co n t r o l Sy s t e m DS C pu b l i c p o we r n e t wor k in Da t a n g S h i me n Po we r Pl a n t we r e i n t r o d u c e d ． Th e pr a c t i c a l s c h e me wa s s t ud i e d o u t a n d t h e t e s t r e s u l t s o f AVC we r e l is t e d．Th e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e AVC me t a l l t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s of m a i n p o we r g r i d s a n d g a v e r e f e r e n c e t o s i mi l a r p r o j e c t s ． Ke y wo r d s a u t o ma t i c v o l t a g e c on t r o1 ．AVC DCS，De s i g n 1 前 言 电力系统要向用户提供优质电能必须依赖两大 自动控制系统。 一个是AGC 自动发 电控制 ， 它保 证电能频率质量和电网交换有功功率偏差在允许范 围内； 另一个是A VC 自动电压控制 ， 它是保证电 能电压质量所必需的。实施AVC，可以提高电网的 安全、优质 、经济运行水平 ，减轻运行人员的劳动 强度。 目前国内火 电厂AVC的实现主要是使用专门 的 自动电压无功调控 A VQC 装置 ， 装置与现有的 系统相对独立，其优点是产品系列化 ，实施过程中 不需要电厂技术人员深度介入。缺点是造价高 ，电 厂因增加新设备 ，维护工作量增加 ；设备维护对厂 家的依赖性大。大唐石门发电有限责任公司 以下 简称石电公司利用D C S 分散控制系统 公用网， 自主开发 了A VC系统，充分利用现有 D C S设备资 收稿 日期 2 0 0 6 ． 1 1 ． 0 7 源，无需增加新的设备 ，节省投资，减少设备维护 工作量，且运行维护完全可以由电厂检修人员独立 完成；在安全性方面 ，D C S是一个高可靠性的实时 控制 系统 ，有着很 强 的逻 辑功 能 ，其 安 全性 和可靠 性高 于独立 P C机 构成 的系统 。 2 结构设计 2 ． 1 一 次 系统 简介 石电公司一期工程安装容量为 2 3 0 0 Mw 燃 煤机组 ， 每台机组采用发电机变压器组单元接线 ， 2 台机组并入 2 2 0 k V母线上 ，设有 2 2 0 k V 升压站 ， 2 2 0 k V母线采用双母线带旁路母线接线方式 ，设 4 回2 2 0 k V 出线 与系统 相连 ，1 ，2号 机组 分别 于 1 9 9 5 ， 1 9 9 6 年投产 。 发电机为哈尔滨电机厂制造， 采 用 WKKL一1 微机 型双 自动微 机励 磁调节 器 。机 炉 控制系统是上海新华控制技术 集团有限公司生 产的X DP S型D C S， 机炉公用设备控制挂在D C S公 维普资讯 第2 7 卷／ 2 0 0 7 年第 2 期 湖南电 力 研究与试验 用 网，公用 网在改造设计中留有一定数量的备用通 道 ，为 AVC的实现提供了可能。 2 ． 2 A VC的结构 图1为公用DC S系统中实现 AVC功能的逻辑 框 图 。 图1 Av C结构 图 省 调通过 电厂R TU 与公 用D C S网AVC模 块进 行通讯 ， 完成A VC指令和相关信息的传递 ， AV C模 块将现场采集的系统电压实时值与省调电压指令值 进行 比较后分别同时向1 ， 2号发电机发 出增减励磁 指令 ，直 至 电压 满足要求 。 2 ． 3 AV C的控 制方式 AVC系统 的调节方式为 “ AV C远 方 自动 控 制 ” 、“ AVC本地 自动控制”和 “ A VC退出”3种 ， 其中 “ A VC退出”方式 ，系统电压的控制依靠运行 值班人员根据省调下达的系统电压水平控制 曲线手 动调节发电机的励磁电流来实现 ，即以前电网电压 的调节方式 。 “ AVC本地 自动控制” 指根据省调确定 的电压调整范围在 AVC程序中预先设置 ，AVC依 据此定值 自动调整每台发电机的励磁 电流和合理的 无 功分 配维 持 2 2 0 k V母 线 电压 为 电 网要 求 值 。 “ AVC远方 自动控制” 指将AVC系统控制权交 由省 调控制 。 3 AV C硬件 、软件逻辑 框图设计 3 ． 1 A V C 系统硬件框 图 石电公司1 ， 2号机组并入2 2 0 k V母线上 ， 根据 这一特点 ， 拟对每台机组独立配置AVC系统 ， AVC 硬件 部分 由R TU、公用 网 6 1号 D P U、发 电机 励磁 调节器及电量变送器构成 。 如图2所示， 省调送达电 压调节指令及相关信号均通过RT U装置完成 ， 石电 公司利用原机组配置的RT U 装置备用通道来完成 AVC系统与省调通讯功能 。AVC的软件逻辑功能 部分由D C S公用网 6 1 号DP U实现。变送器将发电 机的机端电压、定子电流、励磁电流、无功功率及 6 k V电压统一变换成4 ～2 0 mA电流送 6 l号D P U， AVC系统在调节励磁过程中， 当这些电气量任意一 个达到限定定值时 ，立即停止增减励磁操作 ，确保 机组 安全稳 定运行 。B K 开关安装 在 1 ，2号发 电机 控制台中间 ，作为 AVC投退开关。 图 2 AVC硬 件框 图 3 ． 2 AV C 系统 远方 自动控 制逻辑框 图 如图 3 所 示 ， 远 方控 制过程 为 接到省 调要 求投 图3 A、 ， C系统软件 逻辑框 图 维普资讯 研究与试验 湖 南 电 力 第2 7卷／ 2 0 0 7年第2 期 人AVC指令 ， 运行值班人员根据设备运行情况决定 是否投人AVC， 若现场设备不允许， 立即汇报省调。 若可以投人， 运行值班人员将AVC投退开关B K置 成 “ 远方 自动控 制 ”方 式 ，同 时在 AVC控 制画 面上 点 击 AVC投远 方按 钮 ，此 时 ，AVC系统通过 RT U 装置向省调发 出 “ AVC投向远方”信号 ， 省调收到 此信号后 ，先向石电公司AVC发出 “ AVC系统电 压指令值” ， 随后发出系统AV C投人信号 。 AVC收 到省调 “ 投AVC”信号后 ，将系统电压指令值与现 场采集到的2 2 0 k V系统电压实际值进行 比较 ， 若差 值超过 3 k V 即同时分别对 1 ，2号发电机励磁电流 进行调整， 直到差值大小不超过 o ． 3 k V为止 。 在调 整过程中， 任一台发 电机的定子电压、 定子电流、 励 磁 电流 、无 功 功率 、厂用 6 k V 母 线 电压越 限时 ，立 即停止对机组励磁 电流的调整，并发出相应的报警 信号 ， 同时向省调发 出闭锁增或闭锁减无功信号 。 接 下来运行值班人员将 KB开关投 向就地位置，并复 位相关信号 。 4 AVC定值 、 限制功能 出口方式及 防 误调措施 4 ． 1 各 种 限制条 件的计 算及 出 口方式 4 ． 1 ． 1 最大、最小无功限制值 石 电公 司 1 ， 2 号 发 电机配 置W K KI 一1型微机 励 磁调 节器 ， 根 据其 P Q 限制 特性和发 电机进 相 运行试验 ， 将励磁调节器的低励限制保护作为AVC 调节低励限制的后备保护 ，具体设定值为 尸 一 3 0 0 MW ， Q≤ 1 5 0 Mv a r ； 尸 一 1 8 0 MW ， Q≤ 1 8 0 Mv a r ； P 一 3 0 0 MW ， Q ≤ I 一 4 Mv a r I ； P 一 1 9 0 Mw ， Q≤ I 一 4 2 Mv a r I ； 4 ． 1 ． 2 机端电压上限值 在 发 电机保护中已设计定子过电压保护 ， 按机 端电压的 1 ． 0 5倍考虑， 即 U 限一 2 1 k V。 4 ． 1 ． 3 机端电压下限值 按 0 ． 9 5 U ， 考虑 ， 即 U下 限一 1 9 k V。 4 ． 1 ． 4 发电机定子电流上限值 取发 电机 的额定 电流 J ， ， 即 I 限一 1 0 k A。 4 ． 1 ． 5 发电机定子电流下限值下限 取 2 0 ， ， ， 即 I 下 限一 2 k A。 4 ． 1 ． 6 发 电机转子电流上限值 取 9 5 ， ， ， 即 ， 限一 2 5 0 0 A。 1 2 4 ． 1 ． 7 发电机转子电流下限值 转 子 电流下 限 I 下 限一1 2 0 0 A。 4 ． 1 ． 8 调节精度按省调要求设定为0 ． 3 k V。 4 ． 1 ． 9 调节脉冲宽度 取 0 ． 5 s 。 4 ． 1 ． 1 0 调节脉冲间隔取 3 ． 5 S 。 4 ． 1 ． 1 1 6 k V厂用电压上限值 取 6 ． 6 k V。 4 ． 1 ． 1 2 6 k V厂用电压下限值 根据发电机进相试 验 对母 线 电压 的影 响程度 ，取 6 ． 0 k V。 4 ． 1 ． 1 3目标 电压设定值 根据 中调 下 发 的 2 2 0 k V 母 线 电压 控 制 范 围在 2 2 5 2 3 1 k V 设定 。 4 ． 1 ． 1 4 无功不平衡 门槛值 根 据调 试情 况 ，取 2 0 Mv a r 。 4 ． 1 ． 1 5 无功不平衡调整脉冲宽度根据调试情况 取 0 ． 7 s 。 AVC定值见表 1 。 表 1 A VC定 值表 4 ． 2防止 A V C异 常 的措施 为避免输出接点粘连引起AVC调节异常， 输出 接点采用双继电器双接点串连输出。 4 ． 3 AV C退 出期 间有关 隔离措 施 发电机励磁调节器受AVC系统控制， 其控制回 路 与热控 D C S公用 网 AVC模块输出继电器相联 。 维普资讯 2 00 7 NO． 2 HUN AN ELECTRI C POW ER VOl _ 27 当AV C因故退出运行时 ， 为确保励磁调节器安全运 行 ， 加装AVC投退开关B K将AVC输出继电器与励 磁调节器控制 回路完全隔离 。 5 AVC测试 结果 表 2是 省调 对 石 电公 司 AVC系统 进行 综 合测 试的结果 ，测试期间1 ，2号发电机输出的有功功率 分别为 1 8 5 Mw 和 1 8 2 Mw，表 中 Q ， Q 。 代表 1 ，2 表 2 A VC综合 测试 记录 表 ／ k V ／ kV ／ k V ／ M v a r 的电压 令值 的电压 功功率 值 调节后无 功功率 ／ M v a r 2 2 9 2 3 o 2 3 o 2 8 QQ 2 1 4 1 Q Q I 2 一 1 6 4 2 2 9 ． 8 2 3 o ． 5 2 3 o ． 3 7 ％ 2 一 164 QQ 21 一 l1 25 2 3 0 5 22 9 _ 5 2 2 9 _ 6 3 0 QQ 2 1 l 1 2 5 Q Q 2I ； 2 29 6 2 2 8 、 5 2 2 8 、 5 3 9 QQ 21 ； 一-- l25 2 2 8 ． 5 2 2 9 _ 5 2 2 9 _ 5 3 0 二 Q Q 1 _l 4 5 2 2 6 髻差正 确退 重 新 正 确 投 入 RTU 失电， AVC 正 确 退 出 RT U复 电 。 AVC 重 新 投 入 。 正确 号发电机发出的无功功率 。 省调各项测试结果表明， 完 全满足 主 网对 石 电公 司 A VC 的技术要 求 。 6 结束语 6 ． 1 火 电厂利用 D C S公用网实现 A VC功能可行、 技术先进 ， 完全能够满足主网对火电厂AVC的技术 要求 。 较增加专门的AVC装置既节省工程投资， 又 减少 了运行维护工作量和对设备制造单位的技术依 赖性 。 6 ． 2 测试结果表明，AVC投入后保证 了主网的电 压合格率 、保证 了系统暂态稳定、设备和厂用电安 全所需的电压水平 ， 1 ， 2号机组无功分配更趋合理 。 6 ． 3在 日益市场化 的电力经济发展中，在高度安 全、高度可靠性的D C S公用网实现AVC功能将减 少 火 电厂 因 系统 电压 达 不 到 主 网 要 求 而 被 考 核 电 量 ，由此带来可观的经济效益。 参 考 文 献 1 ]韩富春．电力 系统 自动化技术 E M3 ．北京 中国水利水电出版 社 ．2 0 0 3 ． [ 2 ]湖南 电力试验研究所、石门电厂发 电机进相运行特性及其对系 统的影响试验报告 E R3 ． 作 者简 介 宁顺提 1 9 5 9 一 ，男，工程 师． 电气专责工程师。 上接 第 6页 T 一 3 5 ℃， H 0 m 时 ， P ， 一 1 ． 1 4 6 9 5 k g ／ m。 T 一 3 5 ℃ ， H 一 1 5 2 4 m 时 ， P ， 一 0 ． 9 5 4 7 2 5 k g ／ m。 T 一 5 5 ℃ ， H 一 1 5 2 4 m 时 ， P ， 一 0 ． 8 9 6 1 6 9 k g ／ m。 T f lt 一 7 0 ℃ ， H 0 m 时 ， P ，一 1 ． 0 3 0 0 2 k g ／ m。 T 一 7 0 ℃ ， H 一 1 5 2 4 m 时 ， P ， 一 0 ． 8 5 7 3 9 5 k g ／ m。 T f a 一 7 0 ℃ ， H 一 3 0 4 8 m 时 ， P ， 一 0 ． 7 0 7 7 8 4 k g ／ m。 式 1 计算出的结果与原始数据表 1中的经验 数据相差在 1 9 ／ 6 以内，可以满足工程应用的要求。 3 结 论 文中应用最小二乘法的原理 ，依据一定的经验 数据 ，对动态提高输电线路输送容量系统中空气密 度的计算公式进行了推导，推导后的空气密度与导 线 的f i l m温度及海拔相关 。与太阳高度角相 比，海 拔更直接，也更易于获得 。 因此， 此空气密度公式有很好的工程应用意义。 参 考 文 献 [ 1 ] I EEE S t a n d a r d 7 3 8一l 9 9 3．I EEE St a n d a r d f o r Ca l c ul a t i n g t h e Cu r r e n t Te mp e r a t u r e Re l a t i - ． x s h i p o f Ba r e Ov e r h e a d Co n du c t o r s ． 1 9 9 3 ． 2 3杨鹏 ．房鑫炎．用DT CR模 型提 输电线输送容量 [ J ] ．华 东 电力 ，2 0 0 5 ．3 ． 作 者简 介 杨水丽 1 9 7 9 一 ．女，湖南邵阳人 ，硕士研究生．研究方 向为配 电系统 自动化。 1 3 维普资讯