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摘要：本文介绍了潮州供水枢纽水力发电中心励磁系统的调节器硬件组成及工作原理，对西溪一号机组无功功率无法调节进行了原因分析及排查处理，为使用同类型机组的电厂提供检修借鉴，亦为改进机组安全生产提供参考。
关键词：调节器，无功调节，综合电力监测仪
一 电站及机组基本情况
广东省潮州供水枢纽水力发电中心西溪电站为低水头灯泡贯流式水电站，设计装机容量为2×14 MW，最大水头为7.98m，最小水头为2.00m，设计水头为5.74m，水轮机型号为GZ3BN31-WP - 600，额定流量为283m3/s，额定转速为78.95 r/min。电站发电机组主要由调节器、励磁变压器、功率柜与灭磁柜组成其励磁调节系统，并且采用了EXC9000型微机励磁调节器。
二 无功功率的调节原理
2.1 调节通道
调节器采用自动电压调节A通道、自动电压调节B通道和手动调节C通道三通道结构，三通道相互冗余又相对独立.调节通道分为主用方式和备用方式两种，自动电压调节通道互为主备通道，手动调节通道则为第二备用通道。在励磁运行过程中，自动电压调节与手动调节是相互影响的，使令两种调节方式的输出一致。
2.2 给定调节与运行方式
电压给定单元和电流给定单元是调节器分别用于调节恒机端电压和调节恒励磁电流的两个控制单元。通常以采集装置的数字量或模拟量作为给定单元的输入信号，进而改变电压给定值或电流给定值，从而达到恒机端电压调节和恒励磁电流调节的目的。
（1）自动电压调节方式
自动电压调节（AVR）以发电机机端电压测量值Ug和其给定值Ugref的差值作为电压控制器的输入，以维持机端电压为给定值的方式控制发电机的运行，故又称恒机端电压调节，AVR是励磁调节器的基本和主要调节方式。在自动电压调节方式下，当机端电压测量值Ug和其给定值Ugref的差值达到程序阈值时，将调整AVR给定值，从而调整发电机电压和无功。
（2）励磁电流调节方式
励磁电流调节（FCR）又称手动调节，以发电机励磁电流测量值 If和其给定值Ifref的差值作为电流控制器的输入，以维持励磁电流为给定值的方式控制发电机的运行。在励磁电流调节方式下，当励磁电流测量值 If和其给定值Ifref的差值达到程序阈值时，将调整FCR给定值，从而可以调整发电机励磁电流，间接达到调整发电机电压和无功的目的[2]。
三 功率采集变送器装置
电站功率采集变送器装置采用PMAC（SMA）9900综合电力监测仪，可以实时采集三相电压、三相电流、三相功率及总计、三相功率因数、频率、电度等多个变量。电压、电流测量回路通过 PT、CT接入系统，利用测量电压、电流信号计算出三相的有关功率参数、功率因数、系统频率及电度值[4]。该监测装置采用RS485通讯接口与监控系统进行网络通讯，提供独立单元的显示模块，方便用户查询所关心的数据，并且可以进行现场的编程，调整仪表的工作参数。
四 故障基本情况
2013年11月2日，西溪一号机组在开机过程中顺利并网，投入有功调节和无功调节后，设定有功12WM，无功5.5MVar，但是发现无功一直在1.12～2.87MVar范围内波动，无法继续升高，监控多次不定时弹出“西溪电站1#机组无功测值波动过大动作，无功调节退出”简报，功率因素一直高达0.96～0.99。鉴于机组的这种状况不宜继续运行，为保证机组安全，决定停机处理，但监控系统报“西溪电站1#机组无功测值波动过大动作，无功调节退出”、“负荷减不下，西溪1#机组停机操作失败”，机组正常停机失败，只能采取紧急停机。
4.1 故障原因分析
根据监控简报的报警信息，故障时机组处于并网状态，在无功调节方式下，无功变化过大，由于无功测值波动过大令无功功率差保护（4s内变化20%）闭锁动作则退出无功调节，初步分析故障原因可能为：
（1）调节通道故障。调节器的触发脉冲变化引起励磁电流、励磁电压输出波动；
（2）负荷波动。无功平衡被破坏引起励磁电流、励磁电压输出波动；
（3）电网影响。自并励励磁系统的励磁电源取自发电机端，受电网、电压影响较大，导致励磁电流、励磁电压输出波动；
（4）功率整流装置故障。晶闸管损坏导致输出励磁电流变化；
（5）监控系统故障。由于传感变送器等本身故障或者外界非正常工作条件引起的信号故障导致测值有误，测量值波动过大受电气反馈数值和电气系统影响因素。
4.2 故障查找及处理：
（1）查看励磁系统调节柜、功率柜、灭磁柜，3柜上各表计指示正常，励磁电压与励磁电流稳定无明显波动，信号指示与运行方式相符，确认发电机集电环、碳刷、励磁调节系统及回路良好，排除原因1～4；
（2）查看机组LCU柜触摸显示屏，在模入点状态中励磁电压与励磁电流测点显示正常。查看综合电力监测仪，检查发现无功功率示值大幅波动，有功功率、转子电压、转子电流、定子电压、定子电流均在额定示值范围，综合电力监测仪在正常的工作温度范围，并且接线无松动不良现象；
（3）对综合电力监测仪及回路测试，排除电磁干扰信号，排除PT二次回路及CT二次回路故障。分析确认故障点为综合电力监测仪。
（4）更换型号为PMAC9900的综合电力监测仪，设置对应参数，之后开机发现无法并网，空载时励磁电压为0，其他参数均为无信号状态。核对仪表的参数有无设置错误，比较监控和仪表的数值，查看是否接线松动导致上位机无法收到信号，检查接线时发现通讯电缆线正负接反，重新校对后再次开机，顺利并网，故障消除。
五 结语
励磁系统运行是否正常是机组可靠、稳定运行的重要决定性因素之一。需要注意的是，发电机未与系统并列（空载）时，调整给定值电压/励磁电流只影响发电机的机端电压的大小；而当发电机与系统并列后，调整给定电压/励磁电流将主要导致发电机的无功变化。由于此次故障发电机的状态为已经并网，在机组监控装置无功闭环下，由于无功功率实际测量值与功率采集变送器装置发送给监控系统的数值并不一致，才会在上位机显示无功功率波动过大，导致触发保护程序，令上位机无法正确控制机组无功功率。
参考文献：
[1] 广州电器科学研究院，广州擎天电气控制实业有限公司.EXC 9000 用户手册[R].2006
[2] 曹媛.基于斩波控制的新型励磁调节器的设计与研究[硕士学位论文].华北电力大学（北京） .2011
[3] 王会霞.三峡水电站机组无功调节原理及其运行情况分析[J].水力发电.2007年12期
[4] PMAC（SMA） 9900 标准电量监测仪使用说明书[R].2004
关键词：调节器，无功调节，综合电力监测仪
一 电站及机组基本情况
广东省潮州供水枢纽水力发电中心西溪电站为低水头灯泡贯流式水电站，设计装机容量为2×14 MW，最大水头为7.98m，最小水头为2.00m，设计水头为5.74m，水轮机型号为GZ3BN31-WP - 600，额定流量为283m3/s，额定转速为78.95 r/min。电站发电机组主要由调节器、励磁变压器、功率柜与灭磁柜组成其励磁调节系统，并且采用了EXC9000型微机励磁调节器。
二 无功功率的调节原理
2.1 调节通道
调节器采用自动电压调节A通道、自动电压调节B通道和手动调节C通道三通道结构，三通道相互冗余又相对独立.调节通道分为主用方式和备用方式两种，自动电压调节通道互为主备通道，手动调节通道则为第二备用通道。在励磁运行过程中，自动电压调节与手动调节是相互影响的，使令两种调节方式的输出一致。
2.2 给定调节与运行方式
电压给定单元和电流给定单元是调节器分别用于调节恒机端电压和调节恒励磁电流的两个控制单元。通常以采集装置的数字量或模拟量作为给定单元的输入信号，进而改变电压给定值或电流给定值，从而达到恒机端电压调节和恒励磁电流调节的目的。
（1）自动电压调节方式
自动电压调节（AVR）以发电机机端电压测量值Ug和其给定值Ugref的差值作为电压控制器的输入，以维持机端电压为给定值的方式控制发电机的运行，故又称恒机端电压调节，AVR是励磁调节器的基本和主要调节方式。在自动电压调节方式下，当机端电压测量值Ug和其给定值Ugref的差值达到程序阈值时，将调整AVR给定值，从而调整发电机电压和无功。
（2）励磁电流调节方式
励磁电流调节（FCR）又称手动调节，以发电机励磁电流测量值 If和其给定值Ifref的差值作为电流控制器的输入，以维持励磁电流为给定值的方式控制发电机的运行。在励磁电流调节方式下，当励磁电流测量值 If和其给定值Ifref的差值达到程序阈值时，将调整FCR给定值，从而可以调整发电机励磁电流，间接达到调整发电机电压和无功的目的[2]。
三 功率采集变送器装置
电站功率采集变送器装置采用PMAC（SMA）9900综合电力监测仪，可以实时采集三相电压、三相电流、三相功率及总计、三相功率因数、频率、电度等多个变量。电压、电流测量回路通过 PT、CT接入系统，利用测量电压、电流信号计算出三相的有关功率参数、功率因数、系统频率及电度值[4]。该监测装置采用RS485通讯接口与监控系统进行网络通讯，提供独立单元的显示模块，方便用户查询所关心的数据，并且可以进行现场的编程，调整仪表的工作参数。
四 故障基本情况
2013年11月2日，西溪一号机组在开机过程中顺利并网，投入有功调节和无功调节后，设定有功12WM，无功5.5MVar，但是发现无功一直在1.12～2.87MVar范围内波动，无法继续升高，监控多次不定时弹出“西溪电站1#机组无功测值波动过大动作，无功调节退出”简报，功率因素一直高达0.96～0.99。鉴于机组的这种状况不宜继续运行，为保证机组安全，决定停机处理，但监控系统报“西溪电站1#机组无功测值波动过大动作，无功调节退出”、“负荷减不下，西溪1#机组停机操作失败”，机组正常停机失败，只能采取紧急停机。
4.1 故障原因分析
根据监控简报的报警信息，故障时机组处于并网状态，在无功调节方式下，无功变化过大，由于无功测值波动过大令无功功率差保护（4s内变化20%）闭锁动作则退出无功调节，初步分析故障原因可能为：
（1）调节通道故障。调节器的触发脉冲变化引起励磁电流、励磁电压输出波动；
（2）负荷波动。无功平衡被破坏引起励磁电流、励磁电压输出波动；
（3）电网影响。自并励励磁系统的励磁电源取自发电机端，受电网、电压影响较大，导致励磁电流、励磁电压输出波动；
（4）功率整流装置故障。晶闸管损坏导致输出励磁电流变化；
（5）监控系统故障。由于传感变送器等本身故障或者外界非正常工作条件引起的信号故障导致测值有误，测量值波动过大受电气反馈数值和电气系统影响因素。
4.2 故障查找及处理：
（1）查看励磁系统调节柜、功率柜、灭磁柜，3柜上各表计指示正常，励磁电压与励磁电流稳定无明显波动，信号指示与运行方式相符，确认发电机集电环、碳刷、励磁调节系统及回路良好，排除原因1～4；
（2）查看机组LCU柜触摸显示屏，在模入点状态中励磁电压与励磁电流测点显示正常。查看综合电力监测仪，检查发现无功功率示值大幅波动，有功功率、转子电压、转子电流、定子电压、定子电流均在额定示值范围，综合电力监测仪在正常的工作温度范围，并且接线无松动不良现象；
（3）对综合电力监测仪及回路测试，排除电磁干扰信号，排除PT二次回路及CT二次回路故障。分析确认故障点为综合电力监测仪。
（4）更换型号为PMAC9900的综合电力监测仪，设置对应参数，之后开机发现无法并网，空载时励磁电压为0，其他参数均为无信号状态。核对仪表的参数有无设置错误，比较监控和仪表的数值，查看是否接线松动导致上位机无法收到信号，检查接线时发现通讯电缆线正负接反，重新校对后再次开机，顺利并网，故障消除。
五 结语
励磁系统运行是否正常是机组可靠、稳定运行的重要决定性因素之一。需要注意的是，发电机未与系统并列（空载）时，调整给定值电压/励磁电流只影响发电机的机端电压的大小；而当发电机与系统并列后，调整给定电压/励磁电流将主要导致发电机的无功变化。由于此次故障发电机的状态为已经并网，在机组监控装置无功闭环下，由于无功功率实际测量值与功率采集变送器装置发送给监控系统的数值并不一致，才会在上位机显示无功功率波动过大，导致触发保护程序，令上位机无法正确控制机组无功功率。
参考文献：
[1] 广州电器科学研究院，广州擎天电气控制实业有限公司.EXC 9000 用户手册[R].2006
[2] 曹媛.基于斩波控制的新型励磁调节器的设计与研究[硕士学位论文].华北电力大学（北京） .2011
[3] 王会霞.三峡水电站机组无功调节原理及其运行情况分析[J].水力发电.2007年12期
[4] PMAC（SMA） 9900 标准电量监测仪使用说明书[R].2004