新一代励磁调节器NES6100介绍

励磁系统常见故障及应对措施分析励磁系统（excitation system）是向汽轮发电机转子绕组提供磁场电流的装置，其主要作用是维持发电机电压在给定水平上、合理分配无功以及提高电力系统运行稳定性。

可见，维护和调试好励磁系统对于保障火电生产的安全运行意义重大。

但是我们也知道任何设备在运行中都可能出现故障，如何针对故障快速诊断和排除是维护人员重要职责和任务，励磁系统自然也不例外，因此本文对汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施进行了探讨。

标签：故障;措施;励磁系统;汽轮发电机1 汽轮发电机励磁系统工作原理1.1 关于励磁方式汽轮发电机的励磁方式分他励和自励两大类。

他励主要是以励磁机作为励磁电源的一种励磁方式，自励的励磁电源取自发电机自身。

虽然他励方式不受发电机运行状态影响，励磁可靠性较高，但是结构较为复杂，多出现在旧式励磁系统中，目前基本上采用自励方式。

在自励方式中，应用较多的是可控硅静态励磁方式，它没有旋转部分，维护相对简单。

可控硅静态励磁方式又分为自并励和自复励两种形式，两者比较起来自并励方式从技术、维护、可靠性和造价等方面都更为成熟和适用，因而应用更广泛，故此本文将自并励方式作为讨论的基础。

1.2 自并励系统的原理与构成自并励系统利用接在发电机端的励磁变压器励磁交流电源，通过晶闸管整流装置变换为直流励磁电源。

汽轮发电机励磁系统由励磁调节器、励磁整流装置、起励装置、灭磁装置、励磁变压器以及保护、测量等装置组成。

其中励磁系统由励磁调节器与功率灭磁单元构成，励磁调节器根据所检测到的发电机电压、电流等信号，按照一定的控制准则自动调节功率灭磁单元的输出;而励磁控制系统则涵盖了励磁系统和同步发电机，通过励磁控制系统可以实现对发电机电压、电力系统无功分配的控制。

可见，励磁系统由众多相互关联的环节所组成，任一环节出现故障都可能影响发电机的运行。

2 汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施2.1 起励失败起励失败是指励磁系统下达投励指令后，发电机无法建立初始电压的故障现象。

SN6100高压内反馈斩波调速装置一般辅机中，特别是风机与水泵，无论是调峰或带基荷的机组，在运行中都要进行负荷的调节，相应辅机的流量，也要跟随进行调节，传统的调节方式是采用风门档板或阀门节流调节，由于这种原始的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力，而驱动源的输出功率并没有改变，增加了无功，浪费了大量电能，浪费了燃料及原材料，导致使生产用电率高，生产成本不易降低，另外长期采用风门档板或阀门调节增加了电机的负荷与管网的损耗，使风道及电机、风机、水泵产生震动，导致风道及电机、风机、水泵的寿命减短，对生产工艺运行质量也有影响，增加维护量，降低生产量，选择合适的调速方式，对风机、水泵调速成为当务之急。

内反馈斩波调速技术从80年代发明到现在已有20多年历史，在95年韩国、德国以这种技术在我国很多行业得到了良好的应用，并受到用户的青睐，这项技术目前非常成熟，特别是安全性与可靠性极高，在使用中优势明显，不仅可以节电，改善工艺，提高运行质量，降低生产成本，为企业带来极大的经济效益，同时可同机组自控系统相配合，提高自动回路投入率，组成完整的机组优化控制系统，达到省人、省力、省设备，提高机组整体自动化水平和企业整体管理水平，对于新建项目，风机、水泵设计容量，加上生产峰值调节要求，比实际使用的容量差距非常大，尤其是风机与水泵。

水泵运行时，经常需要调节流量。

传统的做法是通过改变阀门的开度来调节流量，随着阀门开度的关小，使水泵运行的效率降低。

见图，S1是额定运行水泵的扬程一流量特性，R1是阀门最大开度时的阻力特性，M1是额定运行点，对应的扬程为H1，流量为Q1，电动机的消耗功率正比于H Q的乘积：P1=K H1 Q1 K一比例系数，若用关小阀门以减小流量到Q2，此时，管网阻力特性是R2，水泵的运行点为 M3，此时扬程反而增加了，电动机消耗功率略有减少：P2=K H3 Q2 K一比例系数，若用降低转速，扬程一流量特性变为S2，而管网阻力特性仍为R1，水泵运行点变为M2，此时扬程降低很多，电动机消耗功率大为减少，P3=K H2 Q2 K一比例系数，从右图可以清楚看出，在同样的流量Q2时，降低转速时的扬程H2比关小阀门时的扬程H3小很多，因而电动机消耗功率大为减少。

NES6100系列发电机励磁调节器在华电邹县电厂的应用摘要：华电邹县电厂应用NES6100系列发电机励磁调节器，该系统能根据运行条件快速做出反应，实现可控硅整流器触发角度的及时调整，精准地为发电机提供合适的励磁电流。

文章以NES6100发电机励磁调节器在华电邹县6号发电机的应用为基础，分析了系统的启停、限制信号设定、常见故障分析，为该型号励磁调节器在电厂应用提供借鉴。

关键字：NES6100系列；励磁调节器；电厂；限制信号0前言NES6100发电机励磁调节器适用于同步发电机各种励磁系统。

该系统控制单元采用高性能微处理器PowerPC和两块支持高速浮点运算的数字信号处理器DSP 构成的多核硬件平台，采用嵌入式实时多任务操作系统，模块化软件程序设计，并配备网络化的人机交互系统。

1 NES6100系列发电机励磁调节器简介NES6100发电机励磁调节器适用于各种方式的可控硅整流励磁系统。

配有励磁调节器的并网发电机，可以按图1来表示。

励磁调节器能实现同步发电机的精准控制，能根据运行条件快速做出反应，实现的可控硅整流器触发角度的及时调整，精准地为发电机提供合理的励磁电流。

图1 励磁系统调节回路框图2邹电6号机励磁调节器的应用2.1系统的启停励磁系统的启动需满足以下条件：励磁系统良好备用无故障、封脉冲继电器未动作、跳闸继电器未动作、灭磁开关合闸的情况下，调节器发出励磁系统准备好信号。

起励：在电压闭环/电流闭环方式下，调节器具备开机条件，在收到远方（远方/就地把手打至远方位）或就地建压令（远方/就地把手打至就地位），调节器投初励装置。

开机：若满足下列条件之一，进入开机态条件：（1）建压令、无停机令、频率高于45Hz；（2）机端电压标志、负载态、无停机令停机：调节器空载态时，出现以下信号之一则进入停机态：（1）远方停机令（远方/就地把手打至远方位）或就地停机令（远方/就地把手打至就地位）；（2）机端频率低于45Hz；（3）定子电压超过过电压保护最大值（通过参数设置可修改）；（4）转子电流超过空载过流保护定值（通过参数设置可修改）；进入逆变停机后，触发角变为最大角，无电压标志且无电力标志后，进入停机态，延时5秒后停止发脉冲，转入等待态，为下次开机做准备。

励磁调节器限制与发变组保护相关定值配合关系黄建礼，冯日旭（华润电力登封有限公司，河南登封452473）作者简介：黄建礼（1987－），男，本科，助理工程师，从事电厂继电保护和励磁工作。

摘要：华润电力登封有限公司一期为2ˑ330MW 机组，2016年先后进行发变组保护、励磁调节器改造工作。

改造后发变组保护采用许继生产的WFB －805A 型保护、励磁调节器采用南瑞电控生产的NES －6100型调节器。

由于发变组保护与励磁调节器生产厂家不同，在实际运行中很难实现励磁调节器与发变组保护定值的可靠配合，如果两者不配合，可能存在励磁调节器不动作时，发变组保护动作引起机组跳闸。

本文从四个方面分析了发变组保护与励磁限制的配合关系，包括失磁保护与低励限制的配合，转子过负荷保护与调节器过励限制、强励的配合，过激磁保护与过激磁限制的配合，以及定子过负荷保护与定子过流限制的配合，并给出了核算实例。

关键词：发变组保护；励磁调节器；失磁保护；配合关系中图分类号：TM31文献标识码：B文章编号：411441（2020）01－0015－040引言在电力系统正常运行或事故情况下，发变组保护与励磁调节器（以下简称AVＲ）起着极为重要的作用。

AVＲ通过调节、限制、切换等方法对发电机起到限制和保护的作用，当发电机异常工作时，励磁调节器的限制器应先动作，将异常状态迅速拉回至正常状态，如限制器动作后仍不能将发电机拉回正常工况，达到发变组保护动作值时，机组停机。

但是，部分电厂在进行发变组保护整定时，容易忽略与AVＲ的配合，一旦系统出现异常，发变组保护先于AVＲ的限制动作，导致机组停机。

为避免不必要的停机，本文将从四个方面分析发变组保护定值整定与励磁限制之间的配合关系。

1失磁保护与低励限制的配合WFB －805A 型保护装置失磁保护采用静稳边界阻抗主判据，阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0ʎ接线方式（Uab 、Iab ），动作特性见图1所示，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第I 象限随时间进入第Ⅳ象限，达静稳边界附近进入圆内。

第一章 NES5100调节器的系统配置 (3)1.1电气系统配置 (3)1.1.1系统框图 (3)1.1.2 输入输出接口 (4)1.1.3 硬件配置 (6)第二章 NES5100调节器的软件系统原理 (13)2.1概述 (13)2.2励磁应用程序主流程 (13)2.3调节控制程序 (14)2.3.1模拟量测量和A/D变换 (15)2.3.2给定调节 (15)2.3.3调差 (15)2.3.4 软起励 (16)2.3.5 自动跟踪机 (16)2.3.6脉冲输出 (16)2.4.限制及保护程序 (17)2.4.1低励磁限制 (18)2.4.2 过励磁限制 (19)2.4.3 PT断线保护 (22)2.4.4 电力系统稳定器（PSS） (22)2.4.5 逻辑判断 (23)2.4.6 参考值设定 (23)2.4.7 双机通讯 (23)2.4.8 自检和自诊断 (24)2.4.9 人机对话 (24)2.4.10 对外通讯 (24)第三章NES5100调节器的界面操作 (25)3.1 NES-HMI励磁智能监控界面介绍 (25)3.1.1界面启动前的准备 (25)3.1.2界面使用 (25)3.2 参数修改 (45)3.2.1主要参数含义 (45)3.2.1.1系统设置 (46)3.2.1.2系统参数 (46)3.2.1.3采样系数 (48)3.2.1.4软压板 (48)3.2.1.5并联PID调节参数 (49)3.2.1.6串联PID调节参数 (50)3.2.1.7计算上下限 (51)3.2.1.8欠励限制器 (52)3.2.1.9过励限制器 (52)3.2.1.10 V/F限制器 (53)3.2.1.11强励反时限限制器 (54)3.2.1.12 PSS参数 (54)3.2.1.13电源检测参数 (56)3.2.1.14 U485设置 (57)3.2.1.15 DA测试组 (57)3.2.1.16 保护功能 (58)3.2.1.17附加控制 (60)3.2.1.18大阶跃设置 (60)3.2.1.19给定限制 (61)3.2.1.20开机保护 (63)3.2.1.21手自跟踪 (64)3.2.1.22 Kp调节参数 (64)3.2.1.23试验设置 (64)3.2.1.24励磁稳定器 (65)3.2.2修改参数 (65)3.2.2.1生成参数文件修改参数 (66)3.2.2.2参数设置修改参数 (68)3.2.2.1过、欠励参数修改 (70)附录一：人机界面安装 (73)1.1安装环境 (73)1.2界面安装 (73)1.2.1准备有关安装软件 (73)1.2.2确定安装环境 (73)1.2.3安装 (73)1.3界面软件设置 (76)1.3.1启动人机界面 (78)1.4下载程序和参数 (79)1.4.1下载程序 (79)1.4.1下载参数 (80)1.5下载组态逻辑文件 (81)第一章 NES5100调节器的系统配置NES5100发电机励磁调节器继承了我公司前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，借鉴了前两代励磁调节器几十年现场运行经验，参考了IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型，还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺。

南瑞NES6100励磁系统在彭水电厂的应用【摘要】简要介绍了彭水电厂2号机组励磁升级改造为NES6100励磁装置，对南瑞励磁装置工作原理、改造过程、调试过程中异常情况及处理等进行了讨论。

【关键词】励磁系统；南瑞NES6100；升级改造引言彭水水电厂共有5台水轮发电机组，单台机组装机容量为350MW。

机组额定励磁电压为389V，额定励磁电流为2202A，空载励磁电压为159V，空载励磁电流为1226A。

2号机组励磁系统采用国电南瑞科技股份有限公司南京电气控制分公司的NES5100励磁调节系统，自2008年投运以来，已连续运行11年时间。

随着运行年限的增加，装置中各部件已经出现程度不一的老化现象，故障概率也在相应增加，现升级改造为南瑞NES6100励磁装置。

本次改造不改变励磁方式，只将励磁调节器、三个功率整流装置进行升级，励磁变压器、灭磁及过压保护装置继续采用原设备，并保持原有盘柜的位置、大小、颜色，升级改造后的设备须与原设备全面兼容。

1彭水电厂励磁系统原理改造后的NES6100励磁系统是国电南瑞科技股份有限公司的第四代励磁系统，适用于同步发电机各种励磁系统。

图1自并励励磁系统2NES6100调节器功能配置NES6100励磁系统的主要目的是精确地控制和调节同步发电机的端电压和无功功率。

为实现这个目的，磁场电压必须快速地对运行条件的变化作出反应。

为此NES6100励磁系统作为快速的控制器，不断地将当前机端电压给定值与反馈值进行比较，在尽可能短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度，精准地为发电机提供励磁电流。

2.1控制功能2.1.1调节规律：PID+PSS（1）并联PID和串联矫正，通过设置选择使用；（2）PSS1A、PSS2B和PSS4B模型，通过设置选择使用；2.12种运行控制方式（1）恒机端电压闭环方式；（2）恒转子电流闭环方式（3）定角度方式；（4）恒无功功率运行方式；（5）恒功率因素运行方式。

浅谈发电机励磁调节器改造的方案摘要：我厂9、10号发电机励磁调节器为2002年安装的南京南瑞电控公司生产的SAVR-2000型微机励磁调节器，至今已运行近11年，而且操作复杂，现设备老化，备件无法找到，存在安全隐患。

所以综合以上两点分析为了节省不必要的备品备件及试验费用，更换新励磁调节器后完成相关试验，使得资金投入最优化。

通过9、10号机励磁调节器改造，可以有效保证9、10号机安全稳定运行，延长检验周期，减小日常维护及检修工作量，检验时可以缩短停电时间，继而为我公司创造经济效益打下坚实的基础。

关键词：发电机组；励磁调节器；安全稳定运行引言根据《微机继电保护装置运行管理规程DL/T 587—1996》3.7 “ 微机继电保护装置的使用年限一般为10～12年”，《西北电力系统并网电厂继电保护反事故措施要点》要求微机保护及安全自动装置应储备必要的备品备件且开关电源模件易在运行4-5年后予以更换。

9、10号机励磁调节器于2002年投产至今已运行近11年，且没有更换电源板，目前9、10号机励磁调节器没有储备任何备品，厂家已停止生产该型号励磁调节器，部分备品供货周期需40天之久。

另外，甘肃省电力公司要求10号机励磁调节器要完成励磁模型参数实测试验及进相试验，若不结合更换励磁调节器完成这两项试验，今后更换励磁调节器后需重新进行励磁模型参数实测试验，为了节约不必要的试验费用，满足现代化电厂安全稳定运行及管理的要求,满足机组安全稳定运行的需要，特对9、10号机励磁调节器进行了升级改造。

1 主要技术创新点我厂新更换的励磁调节器为国电南瑞科技有限公司的NES6100自并励励磁调节系统，完全符合规程、反措、及行业标准的要求。

其主要技术创新点有：1.1、励磁系统改造难度大：我厂9、10号发电机励磁系统整流柜为俄罗斯生产的可控硅自动励磁系统，其1个整流柜就有36个可控硅，可控硅数量多，接线复杂，回路设计难度大，但是我厂还是自行独立设计并绘制了励磁系统原理图、励磁系统电源原理图、调节器脉冲回路原理图、调节器开关量输入输出原理图、调节器电流电压回路原理图、励磁调节器端子排图、励磁调节器脉冲电源原理图、PLC输入输出原理图，然后依据图纸独立完成了9、10号发电机励磁调节器改造更换工作，并独立完成了静态调试、开机试验、带负荷试验、励磁系统参数测试、PSS功能试验等。

２０２０年第９期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ９水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０９.０１６收稿日期:２０２０－０７－１０作者简介:张元栋ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事水力发电厂电气设备维护方面的工作ꎮ南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用张元栋ꎬ刘光权ꎬ柳呈祥ꎬ黄柯维(中国长江电力股份有限公司ꎬ湖北宜昌㊀４４３１３３)摘要:针对某巨型水电站部分机组励磁系统已不满足现行标准要求㊁关键备件不足等问题ꎬ对励磁调节器进行国产化改造ꎮ介绍了国产化改造实现方法和新技术的应用ꎬ经严格按照现行国家和行业标准㊁规范㊁规程要求进行的相应试验和３年多的实际运行ꎬ其稳定性㊁可靠性等均符合或优于国家及行业标准ꎬ达到了改造目标ꎮ关键词:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器ꎻ巨型水电站ꎻ进口励磁系统ꎻ国产化改造中图分类号:ＴＶ７３４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０９－００５８－０４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮＡＲＩＮＥＳ６１００ＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＲｅｇｕｌａｔｏｒｉｎａＧｉａｎｔＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＺＨＡＮＧＹｕａｎｄｏｎｇꎬＬＩＵＧｕａｎｇｑｕａｎꎬＬＩＵＣｈｅｎｇｘｉａｎｇꎬＨＵＡＮＧＫｅｗｅｉ(ＣｈｉｎａＹａｎｇｔｚｅＰｏｗｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＹｉｃｈａｎｇ４４３１３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｅｖｅｒａｌｕｎｉｔｓｉｎａｇｉａｎｔｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｎｏｗｏｆｃｅｒｔａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｉｓｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｋｅｙｓｐａｒｅｐａｒｔｓ.Ｔｈｕｓꎬｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｎ￣ｏｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.ＴｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒｓａｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙｍａｄｅＮＡＲＩＮＥＳ６１００ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ.Ｒｉｇｏｒｏｕｓｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｎｏｖａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌａｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｒｅｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｏｒｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＮＡＲＩＮＥＳ６１００ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒꎻｇｉａｎｔｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎻｉｍｐｏｒｔｅｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎻｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｎ￣ｏｖａｔｉｏｎ㊀㊀某巨型水电站励磁系统采用静止式可控硅自并励的励磁方式ꎬ部分机组自２００３年开始陆续投产ꎬ全部选用进口励磁设备ꎮ因运行时间长ꎬ励磁调节器电子元器件老化ꎬ设备故障率逐年升高ꎬ备件已停产ꎬ库存备件数量严重不足ꎬ威胁设备持续稳定运行ꎻ国家和电网对机组涉网功能提出了新要求㊁新标准ꎬ原励磁系统ＰＳＳ功能不能满足要求ꎮ为此ꎬ该电站于２０１６开始着手研究设备技术改造路线及改造中涉及的具体技术问题ꎮ由于原进口励磁系统起励装置㊁功率整流设备及灭磁装置运行稳定ꎬ故障率低ꎬ备件充裕ꎬ均流效果理想ꎬ经综合评估ꎬ最终决定仅进行励磁调节器国产化改造ꎬ更换为国电南瑞电控公司生产的ＮＥＳ６１００励磁调节器ꎮ１㊀励磁调节器简介ＮＥＳ６１００励磁调节器是国电南瑞总结以往励磁研发运行经验ꎬ研制出的第四代产品ꎮ采用三层硬件架构ꎬ最底层由ＦＰＧＡ完成ＡＤ采样控制㊁脉冲生成㊁频率测量㊁主从套切换等高实时的功能ꎻ中间层ＲＰ１２８３ＤＳＰ完成ＡＤ采样值计算㊁励磁实时控制及保护限制㊁ＤＡ输出㊁双套控制器通讯等核心功能ꎻ上层ＰＯＷＥＲＰＣ负责对外通讯㊁录波㊁变位记录等功能ꎻＲＰ１００１ＤＳＰ负责接收远方遥控㊁遥设等命令ꎬ根据工程实际需求ꎬ灵活组态顺序控制逻辑[１－３]ꎮ采用ＰＩＤ＋ＰＳＳ２Ｂ控制方式ꎬ与第三代产品ＮＥＳ５１００励磁调节器相比新增了定子电流限制器㊁ＰＳＳ４Ｂ㊁ＰＳＶＲ等功能ꎬ优化了各反时限环节ꎬ实现主辅环协调控制ꎬ进一步提升了励磁控制系统的可靠性ꎮ２㊀改造的实现和新技术的应用此次为部分改造ꎬ相对设备整体更换造成了大量的系统兼容性㊁接口配合㊁控制功能需单独开发等一系８５张元栋ꎬ等:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用２０２０年９月列技术难题ꎬ为解决上述技术难题并满足实际现场运行的需要ꎬ该电站联合国电南瑞在设备选型㊁设计㊁安装调试阶段对励磁调节器硬件和软件进行了大量改进ꎮ２.１㊀首次实现国产调节器与进口西门子功率柜完美配合㊀㊀原进口励磁调节器采用双窄脉冲群的触发方式ꎬ此次仅改造励磁调节器ꎬ需要重新设计开发ＮＥＳ６１００励磁调节器的脉冲接口电路㊁脉冲分配板及脉冲触发程序ꎬ以实现与功率整流柜内脉冲变回路的匹配ꎮ硬件结构上ꎬ为提高脉冲驱动功率和稳定性ꎬ将ＮＥＳ６１００励磁调节器脉冲板接口电路的开关器件由ＭＯＳ管更换为连续ＩＣ为５Ａ的ＮＰＮ三极管ꎻ为匹配功率整流柜的脉冲传输方式ꎬ设计脉冲分配板ꎬ将调节器的脉冲输出信号扩展成７个原进口励磁脉冲电缆专用接口ꎬ简单可靠的实现了脉冲接口的统一ꎮ控制策略上ꎬ设计开发了励磁调节器脉冲触发程序ꎬ脉冲频率㊁个数和脉宽等参数与原进口调节器保持一致ꎬ同时设计了脉冲检测电路ꎬ可实时诊断并报出故障ꎬ完成双套无扰动切换至备用通道ꎬ不会因脉冲故障而导致机组失磁保护动作而跳机ꎮ２.２㊀优化完善了ＰＳＳ功能部分机组原进口励磁调节器安装外置硬件ＰＳＳ２Ｂ装置ꎬ外置ＰＳＳ装置硬件老化ꎬ附加的外部ＰＳＳ信号回路给励磁系统安全运行带来隐患ꎻ部分机组原进口励磁调节器内置ＰＳＳ２Ｂ软件ꎬ内置ＰＳＳ引入的ω信号取自机端电压频率ꎬ在动态过程中转速和机端电压频率的差值足以影响ＰＳＳ的补偿效果ꎬ对系统阻尼有恶化作用ꎬ不符合现行行业技术要求ꎮ改造后的励磁调节器全部内置ＰＳＳ２Ｂ/４Ｂ两种模型ꎬＰＳＳ２Ｂ模型ω信号取自发电机ｑ轴虚拟电气分量Ｅｑ的频率ꎬ试验证明其对０.１~２Ｈｚ的低频振荡具有良好的阻尼作用ꎬ满足电网要求ꎮ预装的ＰＳＳ４Ｂ模型能更好地对各种频段低频振荡起到抑制作用ꎬ同时ＰＳＳ４Ｂ对电力系统联系阻抗的强弱具有较好的适应性ꎬ为今后电网运行的更高要求做好了准备ꎮ２.３㊀实现了母线电压跟踪功能原进口励磁调节器无跟踪母线电压功能ꎬ多年来的运行发现ꎬ随着季节的不同ꎬ母线电压有一定范围的变化ꎬ机组并网时ꎬ机端电压和母线电压之间有一定的差值ꎬ会造成并网时较大的无功功率冲击ꎬ最大值达２２０Ｍｖａｒꎬ冲击电流的电动力对发电机定子绕组㊁变压器绕组均产生冲击ꎬ定子绕组端部机械强度最弱ꎬ这种冲击日积月累会威胁发电机的安全运行ꎮ改造后的励磁调节器具有跟踪母线电压的功能ꎬ将母线电压引入励磁调节器ꎬ并网前ꎬ励磁调节器给定值跟踪母线电压ꎬ彻底解决了机组同期并网过程中因机端电压和系统电压测量误差引起的无功冲击问题ꎮ２.４㊀开发了试验方式功能在水轮机组试验中经常进行零起升压㊁升流试验和励磁大电流㊁小电流等试验ꎬ目前行业中ꎬ多需要修改励磁调节器参数和相关程序ꎬ过程繁琐㊁效率低ꎬ存在着一定安全隐患ꎮ改造后的励磁调节器首次增加了 试验方式 功能ꎬ将试验压板投入后ꎬ即可进行各种励磁开环试验ꎬ完全不受外部开关状态的限制ꎮ２.５㊀开发了模拟量录波功能改造后的励磁调节器新增模拟量录波功能ꎬ当１.６６ｍｓ运算周期前后ꎬ模拟量百分值变化量大于参数设定值ꎬ变量录波为１ꎬ保持０.５ｓꎬ变量录波上升沿触发录波ꎮ基于专用波形文件查看工具ꎬ可快速分析波形的阶跃上升时间㊁调节时间㊁阻尼比㊁振荡次数等关键参数ꎬ为故障处理提供依据ꎮ２.６㊀优化了ＰＴ断线检测方法原进口励磁系统ＰＴ断线判断策略单一ꎬ无法反映ＰＴ断线的多种情况ꎮ改造后的励磁调节器加快了主备调节器的切换时间ꎬ增加了定子电压负序分量㊁电压电流相关性等判据ꎬ通过全面检测发电机定子电压㊁电流和转子电流ꎬ并根据在各种ＰＴ断线和短路情况下各个量的不同变化组合ꎬ正确判断各种ＰＴ断线故障ꎬ并能正确区别ＰＴ断线和发电机出口短路ꎬ为发电机励磁控制装置提供正确的控制基准ꎬ保障机组安全运行(见图１)ꎮ２.７㊀增加智能电站多场景支撑功能原进口励磁调节器只提供ＰＲＯＦＩＢＵＳ通讯协议和接口ꎮ改造后的励磁调节器支持多种通讯协议ꎬ为后续建设智能化电站奠定了基础ꎮ３㊀投产试验情况励磁调节器改造后ꎬ严格按照现行国家和行业标准㊁规范和规程要求完成了相应的试验项目ꎬ试验结果均符合或优于国家及行业标准ꎬ试验结果见表１ꎮ９５水电与新能源２０２０年第９期图１㊀改造后ＰＴ断线判据图表１㊀励磁调节器国产化改造试验结果对比分析表试验项目试验结果规范要求自动升压试验电压超调量ɤ１％Ｕｇｎꎬ振荡次数为０ꎬ调节时间ɤ３ｓ电压超调量ɤ５％Ｕｇｎꎬ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ５ｓ电压调节范围试验电压为８％~１１０％Ｕｇｎ１０％~１１０％Ｕｇｎ范围内稳定平滑调节１０％阶跃试验电压超调ɤ２％阶跃量ꎬ无振荡ꎬ调节时间ɤ２ｓ电压超调ɤ２０％Ｕｇｎꎬ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ３ｓ频率特性试验频率值每变化１％ꎬ机端电压变化值为ʃ０.０５％~２％Ｕｇｎ频率值每变化１％ꎬ机端电压变化值ɤʃ０.２５％Ｕｇｎ甩额定负荷试验振荡次数ɤ２ꎬ调节时间ɤ２ｓ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ５ｓ有功功率振荡的阻尼比阻尼比ȡ０.２９４阻尼比ȡ０.１机端电压与系统电压的电偏差(空载时ꎬ投入系统电压跟踪功能)偏差为０.０５~０.１％偏差ɤ０.５％０６张元栋ꎬ等:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用２０２０年９月㊀㊀同时ꎬ为适应电网要求ꎬ委托中国电力科学研究院进行了ＰＳＳ㊁进相等涉网试验ꎬ试验结果表明机组励磁系统ＰＳＳ功能和发电机进相能力完全满足系统要求ꎮ依据«电力系统稳定器整定试验导则»要求ꎬ进行了励磁系统ＰＳＳ试验及参数整定ꎬ试验结果表明ꎬ改造后的ＰＳＳ对系统０.１~２Ｈｚ的功率低频振荡有良好的正阻尼作用ꎬ并且抑制反调效果明显(见图２)ꎮ图２㊀改造后ＰＳＳ试验曲线图㊀㊀在实测的进相能力范围内ꎬ整定发电机低励限制曲线如图３所示ꎬ整个进相试验过程中失磁保护未动作ꎮ最大进相深度达－３００Ｍｖａｒꎬ试验结果完全满足国网要求ꎮ图３㊀改造后低励限制曲线图４㊀结㊀语为提高机组运行稳定性ꎬ该巨型电站已完成机组励磁调节器国产化改造ꎬ此次国产化改造为国内首次实现国产调节器与进口西门子功率柜完美配合ꎬ解决了励磁系统ＰＳＳ功能不满足现行国家要求和同期并网时无功冲击较大的问题ꎬ优化了ＰＴ断线判据策略ꎬ提升了用户体验感ꎬ延长了原功率整流柜的使用年限ꎬ减少了改造成本ꎬ实现了励磁系统整体性能和可靠性的最优化ꎮ从２０１７年４月首台８号机组完成改造投运至今ꎬ设备运行稳定ꎬ完全满足国家和电网对机组涉网性能的要求ꎬ其控制精度㊁稳定性㊁控制灵活性都得到了大幅提高ꎬ达到改造设计要求和目标ꎮ参考文献:[１]陆继明ꎬ毛承雄ꎬ范澍ꎬ等.同步发电机微机励磁控制[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２００６[２]刘取.电力系统稳定性及发电机励磁控制[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２００７[３]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[Ｍ].２版.北京:中国电力出版社ꎬ２００９[４]倪以信ꎬ陈寿孙ꎬ攻宝霖.动态电力系统的理论和分析[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００２[５]许其品ꎬ朱晓东ꎬ刘国华.大型发电机励磁系统的设计[Ｊ].水电厂自动化ꎬ２００９ꎬ３０(４):２０－２４１６。

NES6100励磁调节器在碧口电站机组改造中的应用本文针对南瑞集团旗下上市公司国电南瑞生产的新一代NES6100励磁调节器在大唐碧口电站1号机组扩容改造中的应用，运行中操作方法、维护、工作原理及故障的处理等问题进行了探讨，希望现场电气运行值班人员对其的运行维护和使用有一定的参考作用。

标签：励磁调节器；现场；运行；维护；使用概述大唐碧口水力发电厂对1号发电机组进行扩容改造，装机容量由100MW扩容至110MW，发电机励磁系统采用自并激静止可控硅全控桥励磁系统，励磁调节器采用两台NES6100发电机微机励磁调节器，励磁电流由励磁变压器经可控硅整流装置提供。

配置励磁回路过电流保护、励磁变电流速断、过电流保护、电压互感器断线保护、控制电源失压保护、灭磁开关误跳闸保护、功率整流组件过电压和过电流保护、功率柜冷却风机故障及电源失电保护。

PSS投退正常在监控操作员站进行，遇监控系统故障，可在现地励磁调节屏内操作“PSS控制”把手进行PSS投退。

1 NES6100励磁调节器在大唐碧口水力发电厂1号机组扩容改造中的应用发电机组扩容改造主要是针对发电机定子线圈、转子线圈和励磁系统的改造升级，其中励磁系统采用自并激静止可控硅全控桥励磁系统，NES6100励磁系统可分为四个主要部分励磁变压器、两套相互独立的励磁调节器（A套、B套）、晶闸管整流装置起励单元、灭磁单元、过压保护等辅助单元。

NES6100微机励磁调节器调节模式有电压闭环调节、电流闭环调节、无功闭环调节和功率因数闭环调节、定角度模式。

调节方式在调节器控制系统中选择，正常运行方式为电压闭环调节。

NES6100静止励磁调节系统通过可控硅整流桥控制励磁电流来调节同步发电机端电压和无功功率。

其中，可控硅整流功率柜的触发控制脉冲来自NES6100发电机励磁调节装置。

NES6100发电机励磁调节器对用于励磁控制的模拟量和开关量信号进行采集和处理，并且将励磁系统运行状态信息以模拟信号、节点开关或通信形式输出。

日本东芝XMTC-6励磁系统改造为南瑞第4 代NES6100 励磁系统在600MW火电机组的应用摘要：我国经济与社会的不断发展使得国内对于电网的稳定性要求很高，发电机励磁系统不仅承担着发电机电气参数调节的重要功能，同时该系统的可靠稳定运行亦对发电机及电网系统正常运行具有重要作用。

关键词：励磁系统；改造；温度高；灰尘多；空调；前言我公司一期2号汽轮发电机组选用日本东芝公司设计和制造的同步发电机，以及日本东芝公司生产的XMTC-6励磁系统，采用静态可控硅整流，励磁电源取自机端励磁变，起励电源取自110V直流系统，励磁电源由发电机经励磁变压器降压、可控硅整流后，通过滑环电刷引入到转子上并通过导电杆直接供发电机的转子绕组。

1、XMTC-6励磁系统的缺陷以及改造的必要性：XMTC-6励磁系统，该励磁调节是通过目标值（330kV母线电压及频率）进行内部软调节，不接受外部的调整命令，导致AVC无法接入，不满足调度AVC调节要求，受到新下发《两个细则》60万元/台机组/月的巨额考核，对我公司造成巨大经济损失，故对其进行改造。

2、日本东芝励磁改造的前期调研全国范围内，与我公司2号机组相同的宁波北仑发电厂的两台机组，已经在2012年将日本原装的XMTC-6励磁系统，更换为南京南瑞集团公司电气控制分公司的励磁设备，且更换后运行正常。

充分证明技术上是可行的。

通过对旧盘柜安装场所的实地勘察，安装空间以及安装条件完全具备，而且通过设计优化，能使得拟进行改造的励磁系统与励磁变交流低压母线与发动机转子直流母线很好的联结。

充分证明安装空间是足够的。

3、发电机相关参数：4、2号发电机励磁系统改造方案：（1）、拆除励磁系统专用的铝合金房屋以及照明设施、空调等附属设备。

（2）、拆除原有的日本东芝励磁盘柜，包括进线柜、三面功率柜、过电压保护柜、灭磁开关柜以及放置在电子间的励磁调节柜。

（3）、测绘交、直流励磁母线的接口尺寸，根据现场的实际情况确定盘柜尺寸及安装位置。

š 2-1 ›2第二章单元的性能指标2-1 各单元的公共技术指标 1．额定数据2．工作环境条件序号 名称 范围备注1 环境温度 -5℃～+40℃2 相对湿度 5%～95%3大气压力86～106KPa3. 绝缘性能A. 装置内额定电压低于60V 的带电端子与外壳间的绝缘电阻，用开路电压250V 的兆欧表检测，其值≥10M Ω。

B. 装置内额定电压高于60V 的带电端子与外壳间的绝缘电阻，用开路电压500V 的兆欧表检测，其值≥10M Ω。

4. 介质强度在正常试验大气条件下，装置能承受工频，历时1min 的耐压试验，试验电压如下表所示：š 2-3 ›28．现地及三遥功能单元具有CAN 工业现场总线通信接口，因此除在单元上观察、修改各种参数、完成分、合闸操作外，还可经CAN 总线通信将单元与上位机系统有机而简单地联接起来，从而实现遥信、遥测、遥控(三遥)功能。

同时经上位机或通信管理器转发，可实现调度中心的三遥功能，从而实现变电站无人值班。

9．控制闭锁功能A 、SF6气压过低闭锁分、合闸功能；B 弹簧操作机构未储能闭锁合闸功能；C 、线路有压闭锁合闸功能；D 、隔离开关未合闭锁合闸功能；E 、母线有压闭锁合闸功能。

10．录波功能（选配）A ．录波格式：每次录20个周波（故障前5个周波，故障后15个周波）B ．录波启动a ．外部触发启动；b ．故障自动启动。

2-2 EDCS-6110（35KV 及以下电压等级）线路单元的功能名称功 能 说 明带方向闭锁的电流速断保护、限时电流速断保护、复合电压启动的过流保护 反时限过流保护、过电压保护、欠电压保护电流闭锁电压速断保护带检同期、检无压的重合闸保护功能后加速跳、气压过低闭锁保护动作及重合闸母线三相电压Ua 、Ub 、Uc 和零序电压Uo线路电流Ia 、Ib 、Ic 和零序电流Io 、系统频率fm 、线路频率fx 线路的有功功率P 、无功功率Q 和功率因数COS Φ 测量 功能计量上、下网有功、无功电度断路器QF 状态、隔离开关QS 状态、操作机构储能状态及SF6开关气压状态 状态 监视跳合闸回路状态及控制电源状态 操作分闸，检同期、检无压合闸自动低周减载 小电流接地选线监控功能控制 功能负荷限制，环境温度报警，控制闭锁š 2-5 ›22-4 EDCS-6110H 线路横差保护单元名称 功 能 说 明横差保护 保护功能 方向电流速断保护母线三相电压Ua 、Ub 、Uc 和线电压Uab两条线路三相电流1Ia 、1Ib 、1Ic ；2Ia 、2Ib 、2Ic测量功能母线电压频率fm2-5 EDCS-6120主变主保单元的功能名称功 能 说 明差动速断保护带二次谐波及比率制动的差动保护 低压侧低电压启动的过流保护低压侧复合电压启动的过流保护 低压侧过负荷保护 欠压保护保护功能瓦斯、温度保护、保护动作闭锁功能低压侧母线三相电压Ua 、Ub 、Uc 和零序电压Uo 低压侧三相电流Ia 、Ib 、Ic ， 电网频率fm低压侧有功功率P 、无功功率Q 、功率因数COS Φ 计量上、下网有功、无功电度 测量主变油温主变高、低压侧断路器QF 状态各隔离开关QS 状态，弹簧操作机构储能及SF6开关气压状态风扇运行及故障监视监视分、合闸回路及控制电源监视 检同期合闸、分闸 母线过压报警系统单相接地报警，TV 断线报警 监控功能控制冷却风扇启、停控制š 2-7 ›22-7 EDCS-6140电容单元的功能名称功 能 说 明限时电流速断保护 过电流保护过电压、低电压保护 不平衡电压保护 中性线不平衡电流保护 保护功能零序方向电流、零序电压保护电容三相电压Ua 、Ub 、Uc 、电容三相电流Ia 、Ib 、Ic 、频率fm 零序电压Io ，电容的无功功率Q计量电容无功电度测量油温、室温测量电容断路器QF 状态，各种隔离开关QS 状态 弹簧操作机构储能状态及SF6开关气压状态 监视分、合闸回路及控制电源状态监控功能控制 控制断路器分、合闸2-8 EDCS-6150站用变管理单元的功能名称功 能 说 明两台站用变的低压侧电压Ua 、Ub 、Uc两台站用变的三相电流Ia 、Ib 、Ic两台站用变的有功功率P 、无功功率Q 、功率因数COS Φ两台站用变付边的运行参数 计量两台站用变有功、无功电度（计脉冲电度表输出脉冲或根据功率对时间积分求得）测量 功能控制母线正对地电压、负对地电压、合闸母线电压1号、2号站用变断路器状态，母联断路器状态 监视功能充电机故障状态，直流熔断器熔断，交流失电 两台站用变、母联断路器分、合闸操作备用电源自动投入（BZT ）站用变低压侧过电压、欠电压报警，1号、2号站用变过负荷报警 控制功能控制电源电压过高、过低、接地报警，合闸电源电压过高、过低报警š 2-9 ›22-10 EDCS-6160配电变单元的功能名称功 能 说 明限时电流速断保护 定时限过流保护反时限过流（过负荷）保护负序过流保护 高压侧零序过流保护 低压侧反时限零序过流保护 过励磁保护 保护功能温度、瓦斯保护原边三相电压Ua 、Ub 、Uc 及零序电压Uo 原边三相电流Ia 、Ib 、Ic原边有功功率P 、无功功率Q 及功率因数COS Φ 测量计量原边有功、无功电度 高、低压侧断路器QF 状态各隔离开关状态弹簧操作机构储能状态及SF6开关气压状态 冷却风扇运行及故障监视监视分、合闸回路状态及控制电源状态监视 变压器高压侧断路器分、合闸控制监控功能控制冷却风扇启、停控制2-11 EDCS-6170电动机单元的功能EDCS-6170电动机单元用于不设差动保护的小型高压异步电机保护及监控，并作为大、中型异步电动机及同步电动机的后备保护及监控装置。