金安桥水电站2号机组励磁系统模型参数现场测试试验方案.docx
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金安桥水电站2号机组励磁系统模型参数现场测试试验方案
金安桥水电站2号机组
励磁系统模型参数现场测试试验方案
金安桥水电站2号机组试运行指挥部
云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院
2011年10月7日
目录
机组励磁系统模型参数现场测试试验组织措施1
1概述1
2发电机励磁系统设备参数及试验准备工作1
2.1发电机规范1
2．2励磁变压器规范2
2.2试验准备工作3
2.2.1试验使用仪器3
2.2.2录波量测点配置3
3励磁系统数学模型测辨3
3.1PID和PSS数学模型辨测静态试验4
3.1.1AVR及PSS模型4
3.1.2PID和PSS模型频谱分析辨识4
3.1.3发电机电压和功率测量环节定标检查6
3.2励磁系统数学模型测辨动态试验7
3.2.1发电机空载特性试验7
3.2.2发电机空载时间常数试验（阶跃法）7
3.2.3励磁系统开环增益测量8
3.2.4大干扰阶跃试验8
3.2.5发电机空载5%—10%小干扰阶跃响应试验9
3.3发电机负载时动态试验9
3.3.1调差极性校核9
3.3.2调差系数校核9
3.3.3静差率校核10
4安全措施及安全注意事项10
机组励磁系统模型参数现场测试试验组织措施
试验总指挥：
试验副总指挥：
当值值长
安全负责：
现场协调：
调度人员
工作负责人：
电厂人员
技术负责：
云南电力试验研究院人员：
试验人员：
云南电力试验研究院人员运行当值人员继保班人员
试验设备：
频谱分析仪、WFLC电量记录分析仪（由云南电力试验研究院电气所提供），其余由继保班提供（三相继电保护测试仪）
1概述
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。
在电力系统稳定计算中采用不同的励磁系统模型和参数，其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，使得计算结果真实可靠。
以前大部分电网采用E′q恒定的发电机模型或与实际相差甚远的励磁系统模型和参数进行计算，随着我国电力系统全国联网和西电东送工程的实施，对电力系统稳定计算提出了更高的要求。
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。
通过对电网典型主力机组的发电机、励磁和调速系统模型和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，是保证电网安全运行和提高劳动生产率的有效措施，具有重要的社会意义和经济效益。
2发电机励磁系统设备参数及试验准备工作
2.1发电机规范
发电机型号
SF600-64/16200
制造厂家
东方电机股份有限公司
额定容量（MVA）
666.7
额定功率（MW）
600
额定功率因数
0.9（滞后）
额定转速（r/min）
93.75
额定定子电压（kV）
18
额定定子电流（A）
21383.3
短路比
1.17
定子绕组开路时转子回路时间常数（秒）Td0
定子电阻*（Ω）
0.0009
（75℃）
定子绕组开路时直轴暂态时间常数（秒）Td0′
12.085
定子漏阻*（Ω）
定子绕组开路时交轴暂态时间常数（秒）Tq0′
0.298
转动惯量（GR2）
>220000t-m2
定子绕组开路时直轴次暂态时间常数（秒）Td0″
0.1086
惯性时间常数（秒）
7.94
定子绕组开路时交轴次暂态时间常数（秒）Tq0″
0.298
负序阻抗（饱和值）
0.2
定子绕组短路时转子回路时间常数（秒）Td
零序电抗（饱和值）
0.093
定子绕组短路时直轴次暂态时间常数（秒）Td″
0.066
直轴不饱和同步电抗Xd
0.989
定子绕组短路时交轴次暂态时间常数（秒）Tq″
0.086
交轴不饱和同步电抗Xq
0.693
直轴暂态电抗Xd′
0.332
交轴暂态电抗Xq’
0.693
直轴次暂态电抗Xd″
0.2018
交轴次态电抗Xq″
0.2013
转子直流电阻
0.138
机组性能
2．2励磁变压器规范
型号
ZDCB9-1700/18
保护等级
IP20
额定容量
1700KVA
额定电压
18/√3/0.99
额定电流
联结组别
Yd11
冷却方式
AN
绝缘等级
H
空载损耗
8598W
空载电流
0.22%
负载损耗
30329（120˚C）
短路阻抗
分接电压
（V）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
18900
18450
18000
17550
17100
生产厂家
海南金盘
出厂日期
注：
现励磁变压器分接头档位运行在“Ⅲ”档。
PT、CT值
1
机端PT变比
2
机端CT变比
30000/1A
3
励磁变额定容量
1700KVA
4
励磁变副边CT变比
4000/1A
5
分流器变比
2.2试验准备工作
将励磁调节器监视用计算机通过RS-232串口与被试调节器联接，以便试验时修改定值，并实时监视试验过程中调节器各参数的变化情况。
集控室设专人监视各参数，准备两对对讲机，用于试验时通讯联络。
现场安全措施由电厂负责安排。
2.2.1试验使用仪器
表1
型号
生产厂
备注
PHOTONII频谱仪
美国NICOLET公司
频谱分析
WFLC-VI 电量分析仪
中国电科院
录波
三相继电保护校验仪
电厂提供
6KV临时他励电源
电厂提供
2.2.2录波量测点配置
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：
频率响应特性测试时，经FLC-1测试仪变换为直流电压后送至频谱分析仪；阶跃响应试验时，接入WFLC分析仪。
2）发电机A、B、C相电流：
取自调节器屏上，接入WFLC分析仪。
3）发电机转子电压Ufd：
取自发电机转子，接入WFLC分析仪。
4）发电机转子电流Ifd：
取自发电机转子（分流器信号），接入WFLC分析仪。
3励磁系统数学模型测辨
发电机励磁系统的模型和参数测试现场试验包括发电机空载试验和发电机负载试验两部分，其中空载试验包括发电机空载特性测量试验、发电机空载时间常数测量试验、比例放大倍数测量试验、发电机40%大干扰阶跃试验、发电机阶跃响应试验等；负载试验包括发电机负载阶跃响应试验、调差极性校核、调差系数校核、静差率校核以及模拟强励试验等。
3.1PID和PSS数学模型辨测静态试验
3.1.1AVR及PSS模型
该电厂励磁调节器是东方电机厂的GES-6630励磁调节器，PSS为标准的2A模型，其AVR及PSS传递函数描述如下图所示：
PID和PSS传递函数框图
3.1.2PID和PSS模型频谱分析辨识
3.1.2.1PID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的积分环节退出，比例放大倍数分别设为1，10，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结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
特别要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/D的时延环节。
3.1.2.2PID的积分环节频谱辨识
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的比例放大环节设为1，TA=0.2，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，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
3.1.2.3PSS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）PSS的比例放大设为1，Tw1=Tw2=Tw3=6，T1=T2=T3=T4=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，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
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，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
需要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/O的时延环节（下同）。
3.1.2.4PSS的超前环节频谱辨识
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）PSS的比例放大设为1，Tw1=Tw2=Tw3=9999，T1=0.2，T2=0.02，T3=T4=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，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
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，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
3.1.2.5PSS的滞后环节频谱辨识
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）PSS的比例放大设为1，Tw1=Tw2=Tw3=9999，T1=T2=1，T3=1，T4=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结果用辨识的方法计算出参数，如与该环节给定的参数一致，说明模型是正确的。
特别要注意的是，由于频谱仪输出的白噪声信号是经过励磁调节器采样后作为被测量环节的输入，所以在计算时要考虑白噪声是经过一个时延环节再加到输入点，同时还要考虑输出环节D/A、A/O的时延环节。
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，如果与频谱仪测量的结果一致，说明模型是正确的
3.1.3发电机电压和功率测量环节定标检查
试验目的：
检查发电机电压和功率测量环节的标么值。
试验条件：
使用自动励磁调节器试验，机组停机。
试验方法：
解开励磁调节器上的发电机PT、CT信号输入接线，另外用三相继电保护测试仪模拟发电机PT信号0—100v，模拟发电机CT信号0—3.6A，检查发电机电压和功率测量环节的标么值。
3.2励磁系统数学模型测辨动态试验
3.2.1发电机空载特性试验
试验目的：
测量交流发电机空载情况下，给定参考电压、励磁电压、励磁电流和发电机电压的关系。
试验条件：
发电机保持额定转速；发电机励磁系统完善可控、出口PT一、二次保险齐全、测量回路完好，发电机具备升压条件。
断开发电机出口开关，，合QS21、QS22，QS31、QS32、QFG。
由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接3х80mm2的6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
试验准备：
将发电机定子电压、励磁电压、励磁电流接入WFLC电量记录分析仪。
试验方法：
（1）平稳调整发电机励磁电流使发电机电压升至130%额定电压，再降到最低。
（2）用WFLC电量记录分析仪测录转子电流及发电机电压上升和下降的曲线。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪，高精度万用表。
安全注意事项
对于发电机带主变升压，发电机定子电压不超过额定值的105%；试验结束后，发电机过电压保护的整定值恢复到原来的定值，投入运行。
3.2.2发电机空载时间常数试验（阶跃法）
试验目的：
测量发电机空载时间常数。
试验条件：
发电机维持额定转速，使用励磁调节器“定角度方式”试验。
发电机保持额定转速；发电机励磁系统完善可控、出口PT一、二次保险齐全、测量回路完好，发电机具备升压条件。
断开发电机出口开关，，合QS21、QS22，QS31、QS32、QFG。
由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离，选厂内6kV备用开关柜，从备用开关柜引接3х80mm2的6kV高压电缆接至励磁变高压侧。
试验方法：
在发电机空载条件下，励磁调节器运行在“定角度方式”，采用突然送出励磁调节器触发脉冲的方法，使励磁机转子电压阶跃，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压上升的曲线，计算发电机转子时间常数。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.2.3励磁系统开环增益测量
试验目的：
测量励磁系统比例放大倍数。
试验条件：
由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并
可靠隔离。
使用自动励磁调节器试验。
试验方法1：
将励磁调节器PID的积分环节退出，比例放大倍数数为设定值的10%。
缓慢升高机组定子电压，用WFLC电量记录分析仪逐点记录相关电气量，计算励磁系统比例放大倍数。
试验方法2：
自动励磁调节器设置同上，在一定大小定子电压（20%额定值）下进行3%左右的定子电压阶跃试验，用WFLC电量记录分析仪对相关电气量录波，计算励磁系统比例放大倍数。
使用仪器：
WFLC分析仪，频谱分析仪
3.2.4大干扰阶跃试验
试验目的：
在空载条件下进行20%-40%左右的定子电压阶跃，可测得调节器最大、最小输出电压，校核可控硅最大/最小触发角度αmax、αmin。
试验条件：
发电机维持额定转速，使用自动励磁装置。
在做该项试验时，由外部临时电源向励磁变供电，将励磁变高压侧与分支母线连接临时断开并可靠隔离。
试验方法：
用自动励磁调节器调整发电机电压为20%额定电压，进行20%-40%阶跃（上、下）试验，用WFLC电量记录分析仪对相关电气量录波。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.2.5发电机空载5%—10%小干扰阶跃响应试验
试验目的：
测量励磁调节器调节品质并作为仿真结果的比对样本数据。
试验条件：
发电机维持额定转速，使用自动励磁调节器试验。
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5%阶跃（上、下）试验，用WFLC电量记录分析仪测录发电机电压、转子电压和电流、调节器输出电压和电流。
如果5%阶跃实验动态性不好，修正PID参数。
进行空载阶跃验证。
使用仪器：
WFLC电量记录分析仪。
3.3发电机负载时动态试验
3.3.1调差极性校核
试验条件：
发电机并网运行，励磁自动方式；发电机有功功率为额定值的5%左右，无功功率为额定值的20%左右。
试验方法：
保持给定电压不变，逐步改变AVR调差系数。
分别在调差系数为-3%、-2%、-1%、0、1%、2%、3%时记录发电机无功功率、发电机电压等值。
发电机无功功率、发电机电压应呈现下降趋势。
3.3.2调差系数校核
试验条件：
试验机组励磁调节器调差系数设置在-4%，
被测试机组并网运行，有功、无功出力同上。
试验方法：
缓慢改变试验机组无功功率，记录各个工况点机组定子给定电压、实际电压和无功，计算调差系数。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
3.3.3静差率校核
3.3.3.1试验条件：
试验机组励磁调节器调差系数设置在0%
被测试机组发电机并网运行，有功、无功初始出力同上。
3.3.3.2试验方法：
缓慢增加试验机组有功出力至额定值，记录各工况点机组相关电气量。
注意监视系统母线电压在允许范围内。
4安全措施及安全注意事项
4.1试验前进行技术交底，参加试验人员应熟悉试验方案；试验前电气试验班人员必须认真做好发电机灭磁过压保护装置试验，试验情况、设备状况等须向相关人员汇报。
4.2发电机继电保护和励磁调节器各功能（除PSS外）均投入运行；发电机过电压保护定值试验前设为1.3倍，0.1秒动作，试验结束后恢复。
4.3做好手动励磁调节器的跟踪和切换准备。
4.4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）。
4.5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。
4.6试验前，运行值班人员应做好失磁、过电压、发电机跳闸、发电机振荡等事故预想。
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人员及设备的安全措施。
4.7试验中所有保护均需投入运行。
4.8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。
4.9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；机组及参加陪试机组的运行人员必须认真监盘，听从调度及配合试验，并做好失磁、过电压、发电机跳闸、发电机振荡等事故预想。
4.10严格执行电业安全工作规程的有关部分及工作票制度。
4.11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；
4.12参加试验的各成员要认真履行自己的职责,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；特别是要加强非本公司人员的安全监护工作；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。
4.13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。
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