1、2012 年 5 月沙角 A 电厂 5 号机励磁系统参数实测试验方案目 次1 前 言 12 试验目的及依据的标准 13 试验的组织 14 沙角 A 电厂 5 号机励磁系统基本情况 25 发电机的基本技术参数 25.1 发电机 25.2 交流励磁机 35.3 永磁机 46 试验准备工作及安全措施 47 现场试验内容与步骤 57.1 沙角 A 电厂 5 号机励磁系统参数实测静态试验（PID 和 PSS 模型频谱辨识） .67.1.1 PID 的 AD/DA 环节的频谱辨识 67.1.2 PID 的第一级比例放大环节频谱辨识 67.1.3 PID 的第一级超前-滞后补偿环节频谱辨识 .67.1.4
2、PID 的第二级比例放大环节频谱辨识 77.1.5 PID 的第二级超前-滞后补偿环节频谱辨识 .77.1.6 PID 的整体频谱辨识 77.1.7 PSS 的比例放大环节频谱辨识 77.1.8 PSS 的隔直环节频谱辨识 87.1.9 第一级超前-滞后补偿环节的频谱辨识 87.1.10 第二级超前-滞后补偿环节的频谱辨识 87.1.11 PSS 总体频率响应特性测量 87.2 沙角 A 电厂 5 号机组励磁系统参数实测动态试验 97.2.1 关于交流励磁机空载特性及空载时间常数 .97.2.2 发电机空载特性试验 .97.2.3 励磁系统比例放大倍数测量 .97.2.4 主励磁机负载时间常数
3、试验 107.2.5 发电机空载转子时间常数试验 107.2.6 40%大干扰阶跃试验 .107.2.7 发电机空载 1-5%小干扰阶跃试验 107.3 沙角 A 电厂 5 号机组励磁系统参数实测并网以后的试验 .107.3.1 发电机调差极性测量 117.3.2 发电机调差系数档位大小测量 117.4 试验结束 .111沙角 A 电厂 5 号机励磁系统参数实测试验方案1 前 言发电机励磁控制系统对电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定性都有显著的影响。电网仿真计算分析中针对未知励磁系统模型及参数的发电机组大多采用 恒定或与实际相qE差甚远的励磁系统模型及经典参数，而基于不同励磁系统模型和参数
4、的仿真计算结果会产生较大的差异，因此需要能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，使得计算结果更接近实际。 新的稳定导则要求发电机采用精确模型，也要求在计算中采用实际的励磁系统模型和参数。中国电监会和南方电网也要求通过对电网典型主力机组的发电机、励磁和调速系统模型及参数进行调查和测试，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算数据，保证电网安全运行。本方案只包括现场试验内容，包括静态试验、空载动态试验及负载动态试验，数据的加工处理、励磁系统建模和计算机仿真校核计算等工作不在此方案范围内。2 试验目的及依据的标准2.1 实测励磁系统参数，确认励磁系统模型，检验厂家提供的数学模型及其参数
5、是否与实际相符，是否满足国标的要求；2.2 通过实测获得发电机空载阶跃试验数据等动态参数，检验励磁系统动态性能是否满足有关标准的要求；为建模和仿真计算提供依据；2.3 通过实测检验励磁系统的设计、整定和总体性能是否满足国家和南方电网的标准，是否满足并网发电的要求；2.4 通过实测获得发电机空载阶跃试验数据，为建模和仿真计算提供依据。2.5 依据的标准DL/T 843-2010 大型汽轮发电机励磁系统技术条件JB/T 7784-2006 透平同步发电机用交流励磁机技术条件GB/T 7409.17409.2 -2008、GB/T 7409.3-2007 同步电机励磁系统励磁厂家有关图纸资料3 试验
6、的组织广东电网电力科学研究院负责试验的具体实施，包括方案、报告的编写、提供测试仪器、2进行具体测试等。广东电网电力调度控制中心负责按照试验方案及进度进行调度，并做好系统安全稳定运行方面的安全措施。沙角 A 电厂负责按照试验方案进行配合，执行有关的运行和监视与试验操作，提供测量点，按照试验要求将有关电气量接入测试设备，提供所需要的技术资料等条件，并做好有关运行设备的安全措施和事故预想。电厂方面认为有必要的话，可联系励磁调节器厂家到场负责协调励磁调节器的有关操作。4 沙角 A 电厂 5 号机励磁系统基本情况沙角 A 电厂 5 号机组采用交流励磁机励磁方式（三机无刷） ，励磁调节器由北京吉思电气有限
7、公司提供，型号为：GEC-332。沙角 A 电厂的励磁系统及 PSS 原理图如下图 4-1、图 4-2 所示（参数有待进行有关试验后整定） 。图 4-1 沙角 A 电厂 5 号机励磁调节器 PID 模型PID 模型中 If 为主励磁机转子电流，I ff 为发电机转子电流，K B 为发电机转子电流硬反馈比例系数，K f、T f、分别为主励磁机电流软反馈比例系数和软反馈时间常数。PSS 模型有三阶超前滞后相位补偿环节，沙角 A 电厂 5 号机励磁系统 PSS 原理图如图 4-2 所示。图 4-2 沙角 A 电厂 5 号机励磁调节器 PSS 模型5 发电机的基本技术参数5.1 发电机3生产厂家：哈尔
8、滨电机厂 型号：QFN-320-2表 5-1 沙角 A 电厂 5 号发电机参数名 称 符 号 参数值发电机额定功率 (MW) PNG 320发电机额定容量 (MVA) SNG 356发电机额定电压 (kV) UNG 20发电机额定电流 (A) ING 10264发电机额定功率因数 cosG 0.9发电机额定转速( r/min ) nN 3000发电机额定励磁电压(V) UfN 439(90)发电机额定励磁电流(A) IfN 3076发电机空载额定励磁电压(V) Uf0 165(75)发电机空载额定励磁电流(A) If0 1214定子漏抗 X 19.1%D 轴同步电抗 Xd 183%D 轴瞬变电
9、抗（非饱和值/饱和值） Xd 32.3% / 28.4%D 轴超瞬变电抗（非饱和值/饱和值） Xd 25.8% / 23.8%Q 轴同步电抗 Xq 181%Q 轴瞬变电抗（非饱和值/饱和值） Xq 51.5% / 45.3%Q 轴超瞬变电抗（非饱和值/饱和值） Xq 25.4% / 23.4%D 轴开路瞬变时间常数 (秒) Tdo 5.235发电机飞轮转矩（Tm 2） GD2负序电抗（非饱和值/饱和值） X2 25.43% / 23.39%零序电抗（非饱和值/饱和值）： X0 14.63% / 13.90%发电机转子绕组直流电阻(注明温度) 0.136(75)5.2 交流励磁机生产厂家：哈尔滨
10、电机厂 型号：Mark 型表 5-2 沙角 A 电厂 5 号发电机交流励磁机参数名 称 符 号 参数值额定功率 (kW) PNG 1695额定容量 (kVA) SNG 1883额定电压 (V) UNG 403额定电流 (A) ING 26984额定功率因数 cos G 0.90额定频率 Hz 250额定励磁电压(V) UL 13.7额定励磁电流(A) IL 204空载励磁电压(V) UL0 4.7空载励磁电流(A) IL0 62(实测)励磁机转子绕组直流电阻(注明温度) Rff 0.0657(75)5.3 永磁机生产厂家：哈尔滨电机厂 型号：Mark 型表 5-3 沙角 A 电厂 5 号发电机
11、永磁机参数名 称 符 号 参数值额定功率 (kW) PNG 31.6发电机额定容量 (kVA) SNG 33.24额定电压 (V) UNG 110额定电流 (A) ING 202额定功率因数 cos G 0.95额定频率 Hz 350励磁方式 Rff 永磁6 试验准备工作及安全措施6.1 运行方式的要求6.1.1 静态测试：励磁调节器各环节的测试在发电机停机状况下进行。6.1.2 动态测试：在发电机空载状态下进行，转速维持 3000 转/分钟。并网后，进行调差系数的校核及测量。6.1.3 所有保护均应该正常投入。发电机过电压保护定值试验前设为 120V，0 秒（或可整定的最小值）动作，空载试验
12、结束后恢复。6.2 试验接线及测量量的准备试验用主要仪器：HP 3562A 动态信号分析仪或 FOCUS动态信号分析仪，YOKOGAWA DL 系列数字示波器或 WFLC-VI 便携式电量记录分析仪。5试验时对下列各电气量进行测量或录波：1) 发电机定子三相电压：接入 WFLC-VI 便携式电量记录分析仪。2) 发电机 A、B、C 相电流：取自调节器屏上，通过电流钳转换接入 WFLC-VI 便携式电量记录分析仪。3) 交流励磁机励磁电压 Uffd：取自交流励磁机励磁绕组，接入 WFLC-VI 便携式电量记录分析仪。4) 交流励磁机励磁电流 Iffd：取自交流励磁机励磁绕组（分流器信号） ，接入
13、 WFLC-VI 便携式电量记录分析仪。6.3 安全措施6.3.1 试验前进行技术交底，参加试验人员应熟悉试验方案。6.3.2 发电机继电保护和励磁调节器各功能（除 PSS 外）均投入运行。6.3.3 发电机过电压保护定值试验前设为 120V ，0 秒动作，试验结束后恢复。6.3.4 试验接线应防止 PT 短路、CT 开路（包括试验结束后接线的拆除和恢复） 。6.3.5 由熟悉现场设备的继保班人员或制造厂人员进行现场设备的操作。6.3.6 试验前，运行值班人员应做好发电机过电压等事故预想。试验前，需要对每一个测量信号的电压范围进行核对，防止高压信号髙于设备的绝缘等级。高压信号接入必须具有特别的
14、人员及设备的安全措施。 6.3.7 试验中所有保护均需投入运行，空载试验时解除电气保护联跳机炉的联锁。6.3.8 试验前对所有励磁调节器软件参数作好记录，试验中对励磁调节器软件参数做的修改，在试验结束后对照试验前所有励磁调节器软件参数的记录作好恢复工作。6.3.9 在整个试验过程中，所有人员必须服从总指挥的协调和指挥，不得擅自工作和离开工作岗位；并做好过电压等事故预想。6.3.10 严格执行电业安全工作规程的有关部分及工作票制度。6.3.11 严格按照试验方案的步骤和参数设置进行操作，试验过程中如有不清楚的地方，如参数修改等，必须熟悉后方可进行；6.3.12 参加试验的各成员要认真履行自己的职
15、责,严禁自己违章和违章指挥,发现违章作业要及时纠正处理。要正确处理安全与进度的关系；各参试人员要自觉遵章守纪,自觉接受他人的监督,加强自我防范保护意识；特别是要加强安全监护工作；在整个试验过程中要始终坚持执行事故预想,确保不发生人身轻伤及以上事故和设备事故。6.3.13 试验结束后应进行现场工机具的清理，不得遗漏在现场及设备上造成隐患；试验结束后要加强总结，及时完善设备检修台帐和整理相关记录。7 现场试验内容与步骤67.1 沙角 A 电厂 5 号机励磁系统参数实测静态试验（PID 和 PSS 模型频谱辨识）试验条件：在发电机停机状态下进行。需要励磁厂家提供测试所需的 D/A 接口。风险分析：空
16、间不足及照明不足；采取措施：穿戴常规安全着装，保持通道畅通。确保工作现场照明良好，并尽量缩短工作时间。风险分析：试验时通过 PT、CT 二次回路反送电采取措施：试验时解开励磁调节器端子排至发电机 PT、CT 二次回路的所有连线并做好隔离。试验通电前再次检查确认。所有拆解线均应记录，以便事后恢复。7.1.1 PID 的 AD/DA 环节的频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) 通过 AVR 的 A/D 环节将动态信号分析仪产生的噪声信号采样，再经过 AVR 的 D/A 环节
17、送出，测量 A/D、D/A 环节的频率特性。测试时需要设定合适的 A/D 及 D/A 的变比，并在随后的测试中固定。若 AVR 的 A/D 环节与 AVR 的 D/A 环节不能直接连接，需通过 PID 回路，则应将 PID 环节设置为 1，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.2 PID 的第一级比例放大环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（
18、实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PID 仅保留第一级比例放大倍数分别设为 1 和 20，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.3 PID 的第一级超前-滞后补偿环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PID 仅保留第一级超前-滞后环节，T1、
19、T2 的值按滞后补偿设置，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。74) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.4 PID 的第二级比例放大环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PID 仅保留第二级比例放大倍数分别设为 1 和 10，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量
20、结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.5 PID 的第二级超前-滞后补偿环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PID 仅保留第二级超前-滞后环节，T3、T4 的值按超前补偿设置，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性
21、，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.6 PID 的整体频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为被测量环节的输入信号，该环节的输出（实际为离散计算结果）用 D/A 输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PID 的参数按运行值整定，用频谱分析仪测量 PID 环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。3) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.7 PSS 的比例放大环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为 PSS 的输入信号，令
22、 PSS 的超前-滞后补偿环节中 T1、T2、 T3、T4 相等，该环节的输出经 D/A 输出到频谱分析仪的B 通道。2) PSS 的 Tw 设为 9999，分别设置 KP 为不同的值，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。84) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.8 PSS 的隔直环节频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为 PSS 的输入信号，在 PSS 环节的输出处用 D/A 将输出信号引到频谱分析仪的 B 通道。2
23、) PSS 通道的隔直环节 Tw 设为 4，用频谱分析仪测量隔直环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.9 第一级超前-滞后补偿环节的频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为 PSS 的输入信号，令 PSS 的超前-滞后补偿环节中 T3、T4 相等，T1、T2 设为超前环节，输出在 PSS 的输出端用 D/A输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PSS 的 Tw 设为 9999（或允许的最大值） ，分别设
24、置 KP 为不同的值，用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.10 第二级超前-滞后补偿环节的频谱辨识1) 励磁调节器采集频谱分析仪输出的白噪声信号并作为 PSS 的输入信号，令 PSS 的超前-滞后补偿环节中 T1、T2 相等，T3、T4 设为滞后环节，输出在 PSS 的输出端用 D/A输出到频谱分析仪的 B 通道。2) PSS 的 Tw 设为 9999（或允许的最大值） ，分别设置 KP 为不同的值，
25、用频谱分析仪测量该环节输入和输出信号的幅频特性和相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4) 用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.1.11 PSS 总体频率响应特性测量1) 励磁调节器采集 频谱分析仪输出的白噪声信号并作为并作为 PSS 的输入信号，输出信号在 PSS 的输出端用 D/A 引到频谱分析仪的 B 通道。2) 按照预选的 PSS 参数整定，用频谱分析仪测量 PSS 环节输入和输出信号的幅频特性和9相频特性。3) 根据厂家提供的模型和测量结果用辨识的方法计算出参数，检验其正确与否。4)
26、用给定的模型和参数计算该环节的幅频特性和相频特性，检验其特性与厂家提供的模型是否吻合。7.2 沙角 A 电厂 5 号机组励磁系统参数实测动态试验本次试验在完成调节器的空载试验后进行。风险分析：高压触电造成人员伤亡事故采取措施：由于励磁机在试验及运行时均有高电压存在，因此在上述范围工作时，要做好安全防护措施，防止人身安全事故。风险分析：励磁调节装置调试误整定采取措施：保护要严格执行定值通知单整定；试验台切换开关的位置及仪表的档位要准确；要按照试验规程调试；复试定值不准确时，要首先检查方法是否准确；要做好试验记录；试验用仪表仪器要定期检验合格。风险分析：临时接线采取措施：接入前检查试验仪器外部接线
27、正确，严防 CT 回路开路，PT 回路短路。接线时注意做好记录，便于试验后逐项恢复。在带电转子回路上接线应注意做好安全措施。7.2.1 关于交流励磁机空载特性及空载时间常数由于沙角 A 电厂 5 号机为三机无刷励磁系统，无法测量交流励磁机电枢电压或发电机转子电压，故所需的交流励磁机空载特性及空载时间常数均按发电机厂家提供的数据，现场不做此部分的试验。7.2.2 发电机空载特性试验试验条件：发电机维持额定转速，励磁系统恢复正常接线。试验方法：使用单套励磁调节柜输出，从零开始升发电机电压至 1.05 倍额定电压，然后降发电机电压到零，测量并记录交流励磁机励磁电压、励磁电流和发电机定子电压。7.2.
28、3 励磁系统比例放大倍数测量试验条件：发电机维持额定转速，使用自动励磁方式。将励磁调节器 PID 仅保留第一级放大倍数 20，其余环节退出，将最小励磁控制角临时设为 87 度。试验方法：检查自动励磁调节器输出为零后, 用自动励磁调节器缓慢增加励磁电流，调整发电机电压从 0 上升到 100%额定电压，测录发电机定子电压以及交流励磁机励磁电压、励磁电流，同时记录调节器内部给定电压、定子测量电压、控制电压和控10制角等内部变量。计算励磁系统比例放大倍数。7.2.4 主励磁机负载时间常数试验试验条件：发电机维持额定转速，使用自动励磁方式，将励磁调节器 PID 仅保留第一级放大倍数 20，其余环节退出，
29、 。试验方法：利用自动励磁调节器的限角度功能进行定角度阶跃，用 WFLC 电量记录分析仪测录交流励磁机励磁电流上升的曲线，计算交流励磁机负载时间常数，注意阶跃后的触发角限制值在发电机空载额定电压以下。7.2.5 发电机空载转子时间常数试验试验条件：发电机维持额定转速，使用自动励磁方式，参数恢复运行参数。试验方法：在发电机 100%空载额定电压条件下，励磁调节器逆变灭磁，用 WFLC 电量记录分析仪测录发电机电压下降的曲线，计算发电机空载转子时间常数。7.2.6 40%大干扰阶跃试验试验条件：发电机维持额定转速，使用自动励磁方式。试验方法：用自动励磁调节器调整发电机电压为 30%额定电压，进行
30、40%阶跃（上、下）试验，测录发电机电压以及交流励磁机励磁电压、励磁电流。可测得调节器最大、最小输出电压，校核 max、min 。7.2.7 发电机空载 1-5%小干扰阶跃试验试验条件：发电机维持额定转速，使用自动励磁方式。试验方法：检查自动励磁调节器输出为零后，合上自动励磁开关，用自动励磁调节器调整发电机电压为 95%额定电压，进行 1-5%阶跃（上、下）试验，测录发电机电压以及交流励磁机励磁电压、励磁电流。通过 AVR 调试工具记录定子电压、给定值，控制电压或控制角的变化情况。幅度的大小要求 AVR 中所有的限制器都不动作。7.3 沙角 A 电厂 5 号机组励磁系统参数实测并网以后的试验风
31、险分析：励磁调节装置调试误整定采取措施：保护要严格执行定值通知单整定；试验台切换开关的位置及仪表的档位要准确；要按照试验规程调试；复试定值不准确时，要首先检查方法是否准确；要做好试验记录；试验用仪表仪器要定期检验合格。117.3.1 发电机调差极性测量逐渐改变调差系数数值由正到负或反之，观察发电机无功功率和电压的变化是否正确。7.3.2 发电机调差系数档位大小测量先将调差系数数值放在 0，记录发电机电压、AVR 电压给定值和无功功率大小；然后，改变调差系数，重新调整无功出力维持原来的值不变，再重新记录上述各变量，由此计算发电机的调差系数，检查其变化是否与设定值一致。表 7-1 调差系数测量序号 整定值 计算值1 62 43 24 -25 -46 -67.4 试验结束试验结束，拆除临时接线，恢复对保护定值和程序的临时修改。
