提高火力发电厂自动电压控制系统投入率的措施

张云斌，柴海超，王欣荷

(华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204)

0 引言

随着电网规模的不断扩大以及装机容量的迅速增长，对提高电网电压质量、降低系统网损、提高电压稳定的要求越来越高，加上有关涉网设备考核标准《两个细则》中奖惩力度的提升，自动电压控制(AVC)系统的投入率直接与企业经济效益挂钩。所以，为了提升企业的安全效益与经济效益，发电企业越来越重视AVC系统的投入率。

1 设备现状

华电潍坊发电有限公司(以下简称潍坊发电公司)#2机组AVC系统采用上海铱控电力科技有限公司生产的TGY型自动电压调节装置， 2005年投运，至今已运行12 a，设备老化情况严重。近期频繁出现AVC下位机采样异常及调节异常等故障，设备可靠性及稳定性不能满足AVC系统正常运行的需求，更无法保证AVC系统的投入率。

2 AVC系统分析

如图1所示，AVC系统以发电厂高压母线电压或总无功功率为控制目标，通过调节各发电机无功功率来实现电压控制。

图1 发电厂子站控制系统Fig.1 Control system of power plant slave station

在调节过程中，充分考虑发电机的各种极限指标，保证控制过程中发电机能在合格的参数下安全、稳定运行[1]。

潍坊发电公司AVC系统由4台AVC下位机(及其相关接口设备)、AVC上位机、AVC后台机以及相关的通信设备构成，如图2所示(图中：RTU为远程终端单元)。

图2 AVC系统构架Fig.2 AVC framework

AVC上位机将AVC主站下发高压母线目标值转换为发电厂总无功功率目标值，AVC上位机结合AVC下位机采集现场实时数据，在充分考虑各机组的各种极限指标(厂用电上下限、机端电压上下限、定子电流、转子电流等)后，计算出单机无功功率目标值，合理地分配给每台AVC下位机并参与无功平衡控制。

同时，AVC上位机还是AVC装置与运行、管理人员的人机界面，实现全厂AVC运行状态的图形监视、运行参数的设置、电厂出口电压设定值的设定等功能。

经分析，从AVC下位机数据采集、AVC下位机与受控对象、AVC系统逻辑优化、AVC系统通信这4个环节出发，采取相应措施，提高AVC系统的投入率。

3 处理措施

3.1 AVC下位机数据采集

3.1.1 AVC下位机模拟量采集

为了保证AVC控制的安全性和可靠性，防止由于模拟量采集不准确而造成AVC子站系统误调节，AVC子站应确保采集到的高压侧母线电压和机组无功出力等关键模拟量必须精确可靠。AVC下位机采集的电压类数据、电流类数据要求精度为0.2%，功率类数据要求精度为0.5%[2]。

如图3所示，原AVC下位机模拟量采集方式为：机组现场各模拟量经电压互感器(PT)、电流互感器(CT)后送至相应的变送器，各变送器再将输出4～20 mA量接入AVC下位机。现场检查发现，用于AVC下位机模拟量采集的电压互感器、电流互感器采集精度为0.2%，电压、电流变送器采集精度为0.2%，功率变送器采集精度为0.5%，所以经过上述两个环节后，AVC下位机采集的关键模拟量不可靠且精度不满足要求。

图3 原AVC下位机模拟量采样Fig.3 Analog sampling of original AVC slave computer

针对AVC下位机关键模拟量采集可靠性及采集精度不够这一问题，将AVC下位机模拟量采集方式改为，机组现场各模拟量经电压互感器、电流互感器后直接接至AVC下位机(励磁电流为励磁电压经分流器转为0～75mV，因AVC下位机无法直采mV量，故保留励磁电流变送器)，如图4所示。

图4 现AVC下位机模拟量采样Fig.4 Analog sampling of current AVC slave computer

此次改进，一是将原AVC下位机模拟量的采集由变送器采集改为直采，提高了AVC下位机的采集精度，改造后的AVC系统采集更精确，调节精度更高；二是去除变送器，减少了中间环节，降低了故障发生的概率，确保了关键模拟量采集的可靠性，提升了AVC系统的稳定性。

3.1.2 AVC下位机开关量采集

机组投入AVC运行时，应保证发电机的电压、电流、功率等参数在正常范围内，当机组运行出现异常时，应及时闭锁AVC调节，以保证机组安全、可靠运行。

将励磁调节器(AVR)自动信号、低励限制信号、过励限制信号、V/Hz限制信号、励磁系统故障信号[2]接至AVC下位机。调整之后可实现以下功能：励磁调节器故障信号动作时，AVC下位机退出；励磁调节器过励限制信号、V/Hz限制信号动作时，AVC禁止增励磁；励磁调节器低励限制信号动作时，AVC禁止减励磁。

3.2 AVC下位机与受控对象

3.2.1 AVC下位机增、减磁输出

分散控制系统(DCS)作为AVC下位机受控对象，其主要功能是接受AVC下位机增、减磁脉冲(干接点)，并作用于AVR系统，实现机组的增、减磁调节。

如图5所示，以增磁输出为例，原AVC下位机增磁输出为增磁继电器直接出口，即AVC下位机增磁脉冲发出，增磁继电器带电，增磁输出至DCS。

图5 原AVC下位机增、减磁出口方式Fig.5 Excitation regulating exit mode of original AVC slave computer

采用此出口方式，若增磁继电器节点发生黏连，将导致增磁输出一直发出，DCS将一直作用于AVR增磁，不利于机组安全运行。

现AVC下位机增磁输出为增磁继电器常开点、减磁继电器常闭点、互锁继电器常开点(AVC下位机投入后该节点闭合)串接，即需同时满足AVC下位机增磁动作、减磁不动作、下位机投入3个条件，才能实现增磁输出至DCS，如图6所示。

图6 现AVC下位机增、减磁出口方式Fig.6 Excitation regulating exit mode of current AVC slave computer

3.2.2 AVC下位机增、减磁防黏连逻辑

为防止AVC下位机输出至DCS增、减磁节点发生黏连，同时将增、减磁继电器的常开节点接至AVC下位机(用于AVC下位机判断增、减磁脉冲发出，即增、减磁继电器带电)，用于AVC下位机增、减磁继电器黏连逻辑判断。AVC增、减磁继电器黏连逻辑为：AVC增、减磁信号为一个300 ms的脉冲，考虑网络监测有延时，增、减磁动作与增、减磁反馈之间允许有200 ms的误差，若AVC增、减磁脉冲信号发出500 ms后，AVC下位机仍能监测到增、减磁反馈信号，则说明增、减磁继电器黏连，此时退出AVC下位机。满足以上逻辑时，AVC下位机会退出互锁继电器，断开增、减磁输出。

经过改进AVC下位机增、减磁出口方式及增、减磁逻辑，一方面可避免AVC下位机增、减磁误输出，另一方面可避免增、减磁继电器黏连对机组运行产生危害，提升了系统的可靠性，确保了机组安全。

3.3 AVC系统逻辑优化

3.3.1 AVC系统定值参数[3]

考虑机组各运行极限值，对AVC系统定值参数进行设置，确保机组在安全参数下稳定运行。

(1)设置定子电压、厂用电压、无功功率、定子电流、转子电流上死区值，当进入上死区时，本机AVC发增磁闭锁，禁止机组增磁。

(2)设置定子电压、厂用电压、无功功率下死区值，当进入下死区时，本机AVC发减磁闭锁，禁止机组减磁。

(3)设置AVR超速限值、有功功率大且母线电压低限值、有功功率下限值、母线电压死区值，当满足任意定值时，AVC系统增、减磁闭锁。

3.3.2 AVC系统逻辑[4]

设置AVC系统逻辑，确保各机组的稳定运行。

(1)当AVC下位机检测到“AVC与DCS握手失败”“PT断线”“增、减磁黏连”及“调节拒动”中的任一条件时，退出本机AVC下位机。

(2)当AVC系统检测到“系统振荡”“测值异常”“与下位机连接失败”“耦合校验失败”中的任一条件时，退出AVC子站(即退出全厂AVC下位机)。

3.3.3 AVC上位机报警输出

AVC上位机及后台机显示器放置在#3机组继电器室，距离检修及运行人员都较远，当AVC主站与省电力调度中心通信中断时，无法及时发现。若巡检不及时，很容易造成AVC长时间退出，影响AVC投入率。

考虑到上述问题，对AVC上位机逻辑进行修改，将“AVC主站指令超时”“AVC指令不跟踪”报警信号(报警说明见表1)输出，接至运行集控室DCS画面显示，确保当AVC主站发生异常时，运行人员能及时发现异常，通知检修人员及时处理，避免AVC长时间退出，提高了AVC系统的投入率。

表1 AVC上位机新增报警点说明Tab.1 New alarm points description of AVC master computer

3.3.4 AVC上位机运行设置

如图7所示，潍坊发电公司升压站出线方式采取简单的母线运行方式(4条高压母线环网运行)，所以调度统一下发一个线路目标电压，且默认为IA母线电压，故AVC上位机将AVC下位机采集的220 kV IA母线电压作为参考电压。

图7 潍坊发电公司220 kV高压母线连接Fig.7 220 kV high voltage busbar connection in Weifang Power Generation Company

潍坊发电公司曾出现由于220 kV IA母线空母线运行，造成AVC上位机采集不到 220 kV IA母线电压，导致调度下发的AVC线路电压目标值无参考电压，AVC上位机无法进行调节，最终导致长时间AVC合格率过低的情况。

考虑到上述情况，对AVC上位机运行方式进行修改，修改后的逻辑为：AVC上位机无论接收哪一条母线电压目标，均执行，参考电压取剩余带电母线电压的平均值。

3.4 AVC系统通信

原潍坊发电公司AVC子站与AVC主站通信采用调度数据网通信模式，其中AVC子站与AVC主站通信为单上位机、单平面通信，AVC下位机与AVC上位机通信方式为串口通信，如图8所示。

图8 原AVC系统通信方式Fig.8 Communication mode of original AVC system

将AVC下位机与AVC上位机通信方式改为网口通信，提升传输效率；在原有AVC上位机基础上增加一个AVC上位机，实现AVC系统双机双网热备运行，改造后的AVC系统通信方式如图9所示。

图9 现AVC系统通信方式Fig.9 Communication mode of current AVC system

4 结束语

此次对潍坊发电公司#2机组AVC下位机数据采集、AVC下位机与受控对象、AVC系统逻辑优化、AVC系统通信环节进行改造后，增强了AVC系统的可靠性与稳定性，提高了AVC系统的投入率，也在一定程度上提高了企业的经济效益。