淺議GE,9F燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)國產(chǎn)化改造

本文格式為Word版，下載可任意編輯——淺議GE,9F燃機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)國產(chǎn)化改造隨著能源結(jié)構(gòu)的多樣化，同時(shí)為適應(yīng)當(dāng)前世界范圍內(nèi)的利用清潔能源及節(jié)能減排的大趨勢(shì)，國內(nèi)進(jìn)口了大量以自然氣為燃料的大型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。但燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)備品備件稀缺且價(jià)格昂貴，運(yùn)行維護(hù)有技術(shù)壁壘，外方服務(wù)人員難到位等問題。本文分析了GE9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組采用靜態(tài)啟動(dòng)模式后所具有的特別性，研究了對(duì)其進(jìn)行國產(chǎn)化改造的方案，并提出了適用于該類型機(jī)組的國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的功能要求和相關(guān)設(shè)計(jì)思路。

燃?xì)廨啓C(jī);勵(lì)磁系統(tǒng);靜態(tài)啟動(dòng);交互控制;國產(chǎn)化改造

1.國產(chǎn)化改造中設(shè)備交互控制方式的實(shí)現(xiàn)

相關(guān)設(shè)備的國產(chǎn)化能力是設(shè)備國產(chǎn)化過程的必要基礎(chǔ)。就GE9F燃?xì)廨啓C(jī)上所使用的勵(lì)磁系統(tǒng)而言，由于機(jī)組采用靜態(tài)啟動(dòng)模式，勵(lì)磁系統(tǒng)還涉及多系統(tǒng)交互控制的問題?？刂七B接方式主要有兩種，一是硬接線控制連接，要求相關(guān)設(shè)備有足夠的輸入、輸出端子；二是通信系統(tǒng)連接，雖無需輸入、輸出端子的支持，但需要實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)協(xié)議的統(tǒng)一。GE9F機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)與LS2100靜態(tài)啟動(dòng)裝置及MARKVI控制系統(tǒng)進(jìn)行交互控制的通信系統(tǒng)連接方式是EGD（以太網(wǎng)全局?jǐn)?shù)據(jù)協(xié)議），支持基于UPD/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的多節(jié)點(diǎn)之間的信息共享，為非國際標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)協(xié)議。由于在國產(chǎn)化過程中無法獲得GE公司在通信系統(tǒng)方面的支持，國產(chǎn)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)與原有設(shè)備基于EGD的通信系統(tǒng)連接，因此要求在改造中拋開原有的EGD連接，建立國產(chǎn)設(shè)備與原有設(shè)備新的交互控制連接。

深入了解靜態(tài)啟動(dòng)裝置后發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)啟動(dòng)裝置與勵(lì)磁系統(tǒng)之間的交互控制并不多，主要是磁通控制，即在啟動(dòng)過程中靜態(tài)啟動(dòng)裝置向勵(lì)磁系統(tǒng)提供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓設(shè)定信號(hào)。主要的交互控制出現(xiàn)在MARKVI與勵(lì)磁系統(tǒng)及靜態(tài)啟動(dòng)裝置之間，同時(shí)由于MARKVI目前還無法實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，因此MARKVI所提供的通信系統(tǒng)方式直接決定了國產(chǎn)化改造所能實(shí)現(xiàn)的交互控制通信系統(tǒng)連接方式。

現(xiàn)有的MARKVI控制系統(tǒng)設(shè)置了三級(jí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：廠級(jí)網(wǎng)（PDH）、機(jī)組網(wǎng)（UDH）及I/ONET網(wǎng)。其中原有的EGD屬于UDH網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，用來實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制設(shè)備的連接控制，包括啟動(dòng)裝置LCI、勵(lì)磁系統(tǒng)、人機(jī)界面HMI、MARKVI等，同時(shí)為保證可靠性，通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙回路冗余切換。PDH網(wǎng)主要用于連接HMI及歷史數(shù)據(jù)記錄裝置、遠(yuǎn)程監(jiān)控、打印機(jī)等外圍設(shè)備。該層級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用TCP/IPGSM及Modbus通信系統(tǒng)協(xié)議，前者為GE公司專用的應(yīng)用層協(xié)議，而Modbus則已成為當(dāng)前國際通用的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，且為全開放協(xié)議，任何用戶都可免費(fèi)獲取。

根據(jù)對(duì)當(dāng)前使用的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，Modbus/TCP協(xié)議已經(jīng)逐步使用于各種現(xiàn)場(chǎng)，并具有強(qiáng)勁的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)國產(chǎn)化過程中，如使用Modbus/TCP實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)，由于沒有改變?cè)械囊蕴W(wǎng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)物理層硬件，因此由此而產(chǎn)生的傳輸速度的改變是有限的。勵(lì)磁系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造中，假使與MARKVI的通信系統(tǒng)由EGD轉(zhuǎn)變?yōu)镸odbus/TCP通信，對(duì)MARKVI而言，實(shí)際上是將勵(lì)磁系統(tǒng)由附屬于UHD層級(jí)的設(shè)備提升至PHD層級(jí)。因此，交互控制方式可以通過硬接線控制方式與Modbus通信系統(tǒng)控制相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。這樣一方面可以有效減少對(duì)于MARKVI輸入/輸出端子的需求，另外可以對(duì)重要信號(hào)實(shí)現(xiàn)硬接線控制并提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

另一個(gè)問題是如何在控制方式上對(duì)各種相關(guān)信號(hào)加以區(qū)分。首先可以明確的是，鑒于運(yùn)行的可靠性需要，所有與保護(hù)跳閘相關(guān)的信號(hào)必需實(shí)現(xiàn)硬接線方式連接。而所有的控制規(guī)律指令、狀態(tài)反饋及用于顯示的反饋信號(hào)則完全可以利用Modbus通信系統(tǒng)來解決。實(shí)時(shí)控制信號(hào)則可以選擇硬接線方式，以避免因網(wǎng)絡(luò)延時(shí)而影響對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。

2.適用于靜態(tài)啟動(dòng)的勵(lì)磁系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與要求

2.1啟動(dòng)裝置對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)磁通控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

帶有LCI（靜態(tài)啟動(dòng)裝置）的勵(lì)磁系統(tǒng)需要接受來自啟動(dòng)裝置及燃汽輪機(jī)控制兩方面的控制，在控制上略顯繁雜。因此在對(duì)帶有LCI的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造時(shí)，為滿足靜態(tài)啟動(dòng)的要求，勵(lì)磁系統(tǒng)需要額外增加控制通道，即靜態(tài)啟動(dòng)模式控制通道。GE靜態(tài)啟動(dòng)控制通道的控制輸入為手動(dòng)調(diào)理參考MANREF及靜態(tài)啟動(dòng)裝置對(duì)勵(lì)磁電壓的控制信號(hào)LS2100_REF，這2個(gè)信號(hào)經(jīng)過選擇（靜態(tài)啟動(dòng)模式時(shí)選擇LS2100_REF，手動(dòng)控制模式時(shí)選擇MANREF），輸出為勵(lì)磁電壓設(shè)定值FVRSETPOINT。

2.2勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)啟動(dòng)模式及TV斷線功能的退出

在國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)中，除了構(gòu)建靜態(tài)啟動(dòng)裝置勵(lì)磁調(diào)理參考值輸入控制通道外，還必需構(gòu)建針對(duì)MARKVI發(fā)出的勵(lì)磁靜態(tài)啟動(dòng)命令的響應(yīng)及反饋，同時(shí)該信號(hào)也作為上述勵(lì)磁電壓設(shè)定選擇信號(hào)即靜態(tài)啟動(dòng)模式信號(hào)。因此需增加相應(yīng)的信號(hào)控制回路。采用靜態(tài)啟動(dòng)模式的勵(lì)磁系統(tǒng)還需要注意的問題是：在靜態(tài)啟動(dòng)過程中由于初始階段發(fā)電機(jī)出口電壓較低，故常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的PTUV（電壓互感器斷線）保護(hù)將動(dòng)作。因此靜態(tài)啟動(dòng)過程中勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)退出PTUV，從自動(dòng)AVR模式切換至手動(dòng)FVR模式，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。由于靜態(tài)啟動(dòng)模式實(shí)質(zhì)上是手動(dòng)FVR模式，因此該控制的退出不會(huì)影響勵(lì)磁系統(tǒng)的正常工作。

2.3勵(lì)磁系統(tǒng)在靜態(tài)啟動(dòng)過程中的相關(guān)保護(hù)

常規(guī)的國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)一般都設(shè)計(jì)有相應(yīng)的勵(lì)磁保護(hù)功能，如過磁通即伏赫茲（V/H）限制及保護(hù)、過勵(lì)磁限制及保護(hù)（其中包括空載過勵(lì)磁保護(hù)及帶載過勵(lì)磁保護(hù)）和低勵(lì)限制等。其中與靜態(tài)啟動(dòng)相關(guān)的保護(hù)涉及過磁通限制及保護(hù)、空載過勵(lì)磁限制及保護(hù)功能。

常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)空載過勵(lì)磁限制及保護(hù)是為了防止空載誤強(qiáng)勵(lì)導(dǎo)致過電壓對(duì)發(fā)電機(jī)及變壓器的損害及使勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁功能損壞。在靜態(tài)啟動(dòng)過程中，雖然靜態(tài)啟動(dòng)裝置中的勵(lì)磁調(diào)理模塊自帶勵(lì)磁電壓限制功能，但仍建議在勵(lì)磁回路的保護(hù)功能中增加針對(duì)靜態(tài)啟動(dòng)模式的空載過勵(lì)磁限制功能，主要用于防止過電壓對(duì)啟動(dòng)裝置的損害。由于啟動(dòng)裝置的輸出比發(fā)電機(jī)的正常額定電壓小得多，假使啟動(dòng)過程的過勵(lì)磁設(shè)定依舊利用常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)的空載過勵(lì)磁限制功能，則可能使啟動(dòng)裝置遭遇發(fā)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)過電壓的損害。靜態(tài)啟動(dòng)過