金安橋水電站2號機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)現(xiàn)場測試試驗方案

1、 金安橋水電站2號機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)現(xiàn)場測試試驗方案金安橋水電站2號機組試運行指揮部云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院2011年10月7日目 錄機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)現(xiàn)場測試試驗組織措施11 概述12 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)及試驗準(zhǔn)備工作12.1 發(fā)電機規(guī)范122 勵磁變壓器規(guī)范22.2 試驗準(zhǔn)備工作32.2.1 試驗使用儀器32.2.2 錄波量測點配置33 勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測辨33.1 PID和PSS數(shù)學(xué)模型辨測靜態(tài)試驗43.1.1 AVR及PSS模型43.1.2 PID和PSS模型頻譜分析辨識43.1.3 發(fā)電機電壓和功率測量環(huán)節(jié)定標(biāo)檢查63.2 勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測辨動態(tài)試驗73

2、.2.1發(fā)電機空載特性試驗73.2.2發(fā)電機空載時間常數(shù)試驗（階躍法）73.2.3 勵磁系統(tǒng)開環(huán)增益測量83.2.4 大干擾階躍試驗83.2.5 發(fā)電機空載5%10%小干擾階躍響應(yīng)試驗93.3 發(fā)電機負(fù)載時動態(tài)試驗93.3.1 調(diào)差極性校核93.3.2 調(diào)差系數(shù)校核93.3.3 靜差率校核104 安全措施及安全注意事項10云南電力研究院機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)現(xiàn)場測試試驗組織措施試驗總指揮：試驗副總指揮：當(dāng)值值長安全負(fù)責(zé)：現(xiàn)場協(xié)調(diào)： 調(diào)度人員 工作負(fù)責(zé)人： 電廠人員技術(shù)負(fù)責(zé)： 云南電力試驗研究院人員： 試驗人員： 云南電力試驗研究院人員 運行當(dāng)值人員 繼保班人員 試驗設(shè)備： 頻譜分析儀、WFLC電

3、量記錄分析儀（由云南電力試驗研究院電氣所提供），其余由繼保班提供（三相繼電保護測試儀） 1 概述發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動態(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)定計算中采用不同的勵磁系統(tǒng)模型和參數(shù)，其計算結(jié)果會產(chǎn)生較大的差異。因此需要能正確反映實際運行設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，使得計算結(jié)果真實可靠。 以前大部分電網(wǎng)采用Eq 恒定的發(fā)電機模型或與實際相差甚遠的勵磁系統(tǒng)模型和參數(shù)進行計算，隨著我國電力系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)和西電東送工程的實施，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算提出了更高的要求。新的穩(wěn)定導(dǎo)則要求發(fā)電機采用精確模型，也要求在計算中采用實際的勵磁系統(tǒng)模型和參數(shù)。通過對電網(wǎng)典型主力機組

4、的發(fā)電機、勵磁和調(diào)速系統(tǒng)模型和參數(shù)進行調(diào)查和測試，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)確的計算數(shù)據(jù)，是保證電網(wǎng)安全運行和提高勞動生產(chǎn)率的有效措施，具有重要的社會意義和經(jīng)濟效益。2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)及試驗準(zhǔn)備工作2.1 發(fā)電機規(guī)范發(fā)電機型號SF600-64/16200制造廠家東方電機股份有限公司額定容量(MVA)666.7額定功率(MW)600額定功率因數(shù)0.9（滯后）額定轉(zhuǎn)速(r/min)93.75額定定子電壓(kV)18額定定子電流(A)21383.3短路比1.17定子繞組開路時轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)(秒)Td0定子電阻*()0.0009（75）定子繞組開路時直軸暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Td01

5、2.085定子漏阻*()定子繞組開路時交軸暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Tq00.298轉(zhuǎn)動慣量(GR2)>220000t-m2定子繞組開路時直軸次暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Td00.1086慣性時間常數(shù)(秒)7.94定子繞組開路時交軸次暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Tq00.298負(fù)序阻抗（飽和值）0.2定子繞組短路時轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)(秒)Td零序電抗（飽和值）0.093定子繞組短路時直軸次暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Td0.066直軸不飽和同步電抗Xd0.989定子繞組短路時交軸次暫態(tài)時間常數(shù)(秒)Tq0.086交軸不飽和同步電抗Xq0.693直軸暫態(tài)電抗Xd0.332交軸暫態(tài)電抗Xq0.693直軸次暫態(tài)電抗Xd0.2018

6、交軸次態(tài)電抗Xq0.2013轉(zhuǎn)子直流電阻0.138機組性能22 勵磁變壓器規(guī)范型 號ZDCB9-1700/18保護等級IP20額定容量1700KVA額定電壓18/3/0.99額定電流聯(lián)結(jié)組別Yd11冷卻方式AN絕緣等級H空載損耗8598W空載電流0.22%負(fù)載損耗30329（120C）短路阻抗分接電壓(V)1890018450180001755017100生產(chǎn)廠家海南金盤出廠日期注：現(xiàn)勵磁變壓器分接頭檔位運行在“”檔。PT、CT值1機端PT變比2機端CT變比30000/1A3勵磁變額定容量1700KVA4勵磁變副邊CT變比4000/1A5分流器變比2.2 試驗準(zhǔn)備工作將勵磁調(diào)節(jié)器監(jiān)視用計算機通

7、過RS-232串口與被試調(diào)節(jié)器聯(lián)接，以便試驗時修改定值，并實時監(jiān)視試驗過程中調(diào)節(jié)器各參數(shù)的變化情況。集控室設(shè)專人監(jiān)視各參數(shù)，準(zhǔn)備兩對對講機，用于試驗時通訊聯(lián)絡(luò)?，F(xiàn)場安全措施由電廠負(fù)責(zé)安排。2.2.1 試驗使用儀器表1型號生產(chǎn)廠備注PHOTON II 頻譜儀美國NICOLET公司頻譜分析WFLC-VI電量分析儀中國電科院錄波三相繼電保護校驗儀 電廠提供6KV臨時他勵電源電廠提供2.2.2 錄波量測點配置試驗時對下列各電氣量進行測量或錄波1) 發(fā)電機定子三相電壓：頻率響應(yīng)特性測試時，經(jīng)FLC-1 測試儀變換為直流電壓后送至頻譜分析儀；階躍響應(yīng)試驗時，接入WFLC分析儀。2) 發(fā)電機A、B、C相電流

8、：取自調(diào)節(jié)器屏上，接入WFLC分析儀 。3) 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓Ufd：取自發(fā)電機轉(zhuǎn)子，接入WFLC分析儀。4) 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流Ifd：取自發(fā)電機轉(zhuǎn)子（分流器信號），接入WFLC分析儀。3 勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測辨發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的模型和參數(shù)測試現(xiàn)場試驗包括發(fā)電機空載試驗和發(fā)電機負(fù)載試驗兩部分，其中空載試驗包括發(fā)電機空載特性測量試驗、發(fā)電機空載時間常數(shù)測量試驗、比例放大倍數(shù)測量試驗、發(fā)電機40%大干擾階躍試驗、發(fā)電機階躍響應(yīng)試驗等；負(fù)載試驗包括發(fā)電機負(fù)載階躍響應(yīng)試驗、調(diào)差極性校核、調(diào)差系數(shù)校核、靜差率校核以及模擬強勵試驗等。3.1 PID和PSS數(shù)學(xué)模型辨測靜態(tài)試驗3.1.1 AVR及PSS模型該電廠勵

9、磁調(diào)節(jié)器是東方電機廠的GES-6630勵磁調(diào)節(jié)器，PSS為標(biāo)準(zhǔn)的2A模型，其AVR及PSS傳遞函數(shù)描述如下圖所示： PID和PSS傳遞函數(shù)框圖3.1.2 PID和PSS模型頻譜分析辨識3.1.2.1 PID的比例放大環(huán)節(jié)頻譜辨識1) 勵磁調(diào)節(jié)器采集頻譜分析儀輸出的白噪聲信號并作為被測量環(huán)節(jié)的輸入信號，該環(huán)節(jié)的輸出（實際為離散計算結(jié)果）用D/A輸出到頻譜分析儀的B通道。2) PID的積分環(huán)節(jié)退出，比例放大倍數(shù)分別設(shè)為1，10，用頻譜分析儀測量該環(huán)節(jié)輸入和輸出信號的幅頻特性和相頻特性。3) 根據(jù)廠家提供的模型和測量結(jié)果用辨識的方法計算出參數(shù)，如與該環(huán)節(jié)給定的參數(shù)一致，說明模型是正確的。特別要注意的

10、是，由于頻譜儀輸出的白噪聲信號是經(jīng)過勵磁調(diào)節(jié)器采樣后作為被測量環(huán)節(jié)的輸入，所以在計算時要考慮白噪聲是經(jīng)過一個時延環(huán)節(jié)再加到輸入點，同時還要考慮輸出環(huán)節(jié)D/A、A/D的時延環(huán)節(jié)。3.1.2.2 PID的積分環(huán)節(jié)頻譜辨識1) 勵磁調(diào)節(jié)器采集 頻譜分析儀輸出的白噪聲信號并作為被測量環(huán)節(jié)的輸入信號，該環(huán)節(jié)的輸出（實際為離散計算結(jié)果）用D/A輸出到頻譜分析儀的B通道。2) PID的比例放大環(huán)節(jié)設(shè)為1，TA=0.2，用頻譜分析儀測量該環(huán)節(jié)輸入和輸出信號的幅頻特性和相頻特性。3) 根據(jù)廠家提供的模型和測量結(jié)果用辨識的方法計算出參數(shù)，如與該環(huán)節(jié)給定的參數(shù)一致，說明模型是正確的。3.1.2.3 PSS的隔直環(huán)節(jié)

11、頻譜辨識1) 勵磁調(diào)節(jié)器采集 頻譜分析儀輸出的白噪聲信號并作為被測量環(huán)節(jié)的輸入信號，該環(huán)節(jié)的輸出（實際為離散計算結(jié)果）用D/A輸出到頻譜分析儀的B通道。2) PSS的比例放大設(shè)為1，Tw1=Tw2=Tw3=6，T1=T2=T3=T4=1，用頻譜分析儀測量該環(huán)節(jié)輸入和輸出信號的幅頻特性和相頻特性。3) 根據(jù)廠家提供的模型和測量結(jié)果用辨識的方法計算出參數(shù)，如與該環(huán)節(jié)給定的參數(shù)一致，說明模型是正確的。4) 用給定的模型和參數(shù)計算該環(huán)節(jié)的幅頻特性和相頻特性，如果與頻譜儀測量的結(jié)果一致，說明模型是正確的需要注意的是，由于頻譜儀輸出的白噪聲信號是經(jīng)過勵磁調(diào)節(jié)器采樣后作為被測量環(huán)節(jié)的輸入，所以在計算時要考慮

12、白噪聲是經(jīng)過一個時延環(huán)節(jié)再加到輸入點，同時還要考慮輸出環(huán)節(jié)D/A、A/O的時延環(huán)節(jié)（下同）。3.1.2.4 PSS的超前環(huán)節(jié)頻譜辨識1) 勵磁調(diào)節(jié)器采集 頻譜分析儀輸出的白噪聲信號并作為被測量環(huán)節(jié)的輸入信號，該環(huán)節(jié)的輸出（實際為離散計算結(jié)果）用D/A輸出到頻譜分析儀的B通道。2) PSS的比例放大設(shè)為1，Tw1=Tw2=Tw3=9999，T1=0.2，T2=0.02，T3=T4=1，用頻譜分析儀測量該環(huán)節(jié)輸入和輸出信號的幅頻特性和相頻特性。3) 根據(jù)廠家提供的模型和測量結(jié)果用辨識的方法計算出參數(shù)，如與該環(huán)節(jié)給定的參數(shù)一致，說明模型是正確的。4) 用給定的模型和參數(shù)計算該環(huán)節(jié)的幅頻特性和相頻特性

13、，如果與頻譜儀測量的結(jié)果一致，說明模型是正確的3.1.2.5 PSS的滯后環(huán)節(jié)頻譜辨識1) 勵磁調(diào)節(jié)器采集 頻譜分析儀輸出的白噪聲信號并作為被測量環(huán)節(jié)的輸入信號，該環(huán)節(jié)的輸出（實際為離散計算結(jié)果）用D/A輸出到頻譜分析儀的B通道。2) PSS的比例放大設(shè)為1，Tw1=Tw2=Tw3 =9999，T1= T2=1，T3=1，T4=10用頻譜分析儀測量該環(huán)節(jié)輸入和輸出信號的幅頻特性和相頻特性。3) 根據(jù)廠家提供的模型和測量結(jié)果用辨識的方法計算出參數(shù)，如與該環(huán)節(jié)給定的參數(shù)一致，說明模型是正確的。特別要注意的是，由于頻譜儀輸出的白噪聲信號是經(jīng)過勵磁調(diào)節(jié)器采樣后作為被測量環(huán)節(jié)的輸入，所以在計算時要考慮白

14、噪聲是經(jīng)過一個時延環(huán)節(jié)再加到輸入點，同時還要考慮輸出環(huán)節(jié)D/A、A/O的時延環(huán)節(jié)。4) 用給定的模型和參數(shù)計算該環(huán)節(jié)的幅頻特性和相頻特性，如果與頻譜儀測量的結(jié)果一致，說明模型是正確的3.1.3 發(fā)電機電壓和功率測量環(huán)節(jié)定標(biāo)檢查試驗?zāi)康模簷z查發(fā)電機電壓和功率測量環(huán)節(jié)的標(biāo)么值。試驗條件：使用自動勵磁調(diào)節(jié)器試驗，機組停機。試驗方法：解開勵磁調(diào)節(jié)器上的發(fā)電機PT、CT信號輸入接線，另外用三相繼電保護測試儀模擬發(fā)電機PT信號0100v，模擬發(fā)電機CT信號03.6A，檢查發(fā)電機電壓和功率測量環(huán)節(jié)的標(biāo)么值。3.2 勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測辨動態(tài)試驗3.2.1發(fā)電機空載特性試驗試驗?zāi)康模?測量交流發(fā)電機空載情況下，

15、給定參考電壓、勵磁電壓、勵磁電流和發(fā)電機電壓的關(guān)系。試驗條件：發(fā)電機保持額定轉(zhuǎn)速；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)完善可控、出口PT一、二次保險齊全、測量回路完好，發(fā)電機具備升壓條件。斷開發(fā)電機出口開關(guān)，合QS21、QS22， QS31、QS32、QFG。 由外部臨時電源向勵磁變供電，將勵磁變高壓側(cè)與分支母線連接臨時斷開并可靠隔離，選廠內(nèi)6kV備用開關(guān)柜，從備用開關(guān)柜引接380mm2的6kV高壓電纜接至勵磁變高壓側(cè)。試驗準(zhǔn)備： 將發(fā)電機定子電壓、勵磁電壓、勵磁電流接入WFLC電量記錄分析儀。試驗方法：（1） 平穩(wěn)調(diào)整發(fā)電機勵磁電流使發(fā)電機電壓升至130%額定電壓，再降到最低。（2） 用WFLC電量記錄分析儀測錄

16、轉(zhuǎn)子電流及發(fā)電機電壓上升和下降的曲線。使用儀器：WFLC電量記錄分析儀，高精度萬用表。安全注意事項對于發(fā)電機帶主變升壓，發(fā)電機定子電壓不超過額定值的105%；試驗結(jié)束后，發(fā)電機過電壓保護的整定值恢復(fù)到原來的定值，投入運行。3.2.2發(fā)電機空載時間常數(shù)試驗（階躍法）試驗?zāi)康模簻y量發(fā)電機空載時間常數(shù)。試驗條件：發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速，使用勵磁調(diào)節(jié)器“定角度方式”試驗。發(fā)電機保持額定轉(zhuǎn)速；發(fā)電機勵磁系統(tǒng)完善可控、出口PT一、二次保險齊全、測量回路完好，發(fā)電機具備升壓條件。斷開發(fā)電機出口開關(guān)，合QS21、QS22， QS31、QS32、QFG。由外部臨時電源向勵磁變供電，將勵磁變高壓側(cè)與分支母線連接臨時斷

17、開并可靠隔離，選廠內(nèi)6kV備用開關(guān)柜，從備用開關(guān)柜引接380mm2的6kV高壓電纜接至勵磁變高壓側(cè)。試驗方法：在發(fā)電機空載條件下，勵磁調(diào)節(jié)器運行在“定角度方式”，采用突然送出勵磁調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖的方法，使勵磁機轉(zhuǎn)子電壓階躍，用WFLC電量記錄分析儀測錄發(fā)電機電壓上升的曲線，計算發(fā)電機轉(zhuǎn)子時間常數(shù)。使用儀器：WFLC電量記錄分析儀。3.2.3 勵磁系統(tǒng)開環(huán)增益測量試驗?zāi)康模簻y量勵磁系統(tǒng)比例放大倍數(shù)。試驗條件：由外部臨時電源向勵磁變供電，將勵磁變高壓側(cè)與分支母線連接臨時斷開并可靠隔離。使用自動勵磁調(diào)節(jié)器試驗。試驗方法1：將勵磁調(diào)節(jié)器PID的積分環(huán)節(jié)退出，比例放大倍數(shù)數(shù)為設(shè)定值的10%。緩慢升高機組定

18、子電壓，用WFLC電量記錄分析儀逐點記錄相關(guān)電氣量，計算勵磁系統(tǒng)比例放大倍數(shù)。試驗方法2：自動勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)置同上，在一定大小定子電壓（20%額定值）下進行3%左右的定子電壓階躍試驗，用WFLC電量記錄分析儀對相關(guān)電氣量錄波，計算勵磁系統(tǒng)比例放大倍數(shù)。使用儀器： WFLC分析儀，頻譜分析儀3.2.4 大干擾階躍試驗試驗?zāi)康模涸诳蛰d條件下進行20%-40%左右的定子電壓階躍，可測得調(diào)節(jié)器最大、最小輸出電壓，校核可控硅最大/最小觸發(fā)角度max、min。試驗條件：發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速，使用自動勵磁裝置。在做該項試驗時，由外部臨時電源向勵磁變供電，將勵磁變高壓側(cè)與分支母線連接臨時斷開并可靠隔離。試驗方法：

19、用自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機電壓為20%額定電壓，進行20%-40%階躍（上、下）試驗，用WFLC電量記錄分析儀對相關(guān)電氣量錄波。使用儀器：WFLC電量記錄分析儀。3.2.5 發(fā)電機空載5%10%小干擾階躍響應(yīng)試驗試驗?zāi)康模簻y量勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)品質(zhì)并作為仿真結(jié)果的比對樣本數(shù)據(jù)。試驗條件：發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速，使用自動勵磁調(diào)節(jié)器試驗。試驗方法：檢查自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出為零后，合上自動勵磁開關(guān)，用自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)整發(fā)電機電壓為95%額定電壓，進行5%階躍（上、下）試驗，用WFLC電量記錄分析儀測錄發(fā)電機電壓、轉(zhuǎn)子電壓和電流、調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流。如果5%階躍實驗動態(tài)性不好，修正PID參數(shù)。進行空載階躍驗證

20、。使用儀器： WFLC電量記錄分析儀。3.3 發(fā)電機負(fù)載時動態(tài)試驗3.3.1 調(diào)差極性校核試驗條件：發(fā)電機并網(wǎng)運行，勵磁自動方式；發(fā)電機有功功率為額定值的5%左右，無功功率為額定值的20%左右。試驗方法：保持給定電壓不變，逐步改變AVR調(diào)差系數(shù)。分別在調(diào)差系數(shù)為-3%、-2%、-1%、0、1%、2%、3%時記錄發(fā)電機無功功率、發(fā)電機電壓等值。發(fā)電機無功功率、發(fā)電機電壓應(yīng)呈現(xiàn)下降趨勢。3.3.2 調(diào)差系數(shù)校核試驗條件：試驗機組勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)設(shè)置在-4%，被測試機組并網(wǎng)運行，有功、無功出力同上。試驗方法：緩慢改變試驗機組無功功率，記錄各個工況點機組定子給定電壓、實際電壓和無功，計算調(diào)差系數(shù)。注

21、意監(jiān)視系統(tǒng)母線電壓在允許范圍內(nèi)。3.3.3 靜差率校核3.3.3.1 試驗條件：試驗機組勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)設(shè)置在0%被測試機組發(fā)電機并網(wǎng)運行，有功、無功初始出力同上。3.3.3.2 試驗方法：緩慢增加試驗機組有功出力至額定值，記錄各工況點機組相關(guān)電氣量。注意監(jiān)視系統(tǒng)母線電壓在允許范圍內(nèi)。4 安全措施及安全注意事項4.1 試驗前進行技術(shù)交底，參加試驗人員應(yīng)熟悉試驗方案；試驗前電氣試驗班人員必須認(rèn)真做好發(fā)電機滅磁過壓保護裝置試驗，試驗情況、設(shè)備狀況等須向相關(guān)人員匯報。4.2 發(fā)電機繼電保護和勵磁調(diào)節(jié)器各功能（除PSS外）均投入運行；發(fā)電機過電壓保護定值試驗前設(shè)為1.3倍，0.1秒動作，試驗結(jié)束后恢復(fù)。4.3 做好