火力发电厂AVC系统保护功能的实施策略

易 江 何浩波 张备建 杨杰钦

（1.贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司 2.上海惠安系统控制有限公司）

0 引言

自动电压控制（AVC）系统，通过实时监测系统电压和机组无功，自动调节控制运行发电机组，进行无功-电压优化闭环运行，实现系统电压合格及无功功率合理分配［1-3］。系统电压与发电机组机端电压成近似的线性关系，而机端电压随其无功出力变化，无功出力又受其励磁电流的影响。AVC通过动态调节励磁调节器的电压给定值来控制发电机的机端电压，从而实现发电厂电压无功自动调控的目的，如图1所示。

图1 励磁电压与母线电压的关系图

1 系统构成

自动电压控制（AVC）系统，主要由主站AVC系统、子站AVC系统、通信通道等组成［4-5］，如图2所示。主站AVC系统安装在调度侧，用于实时监测系统电压和系统无功运行情况，完成AVC系统计算分析及下发控制调节指令等功能，同时接受AVC系统子站设备的反馈信息。子站AVC系统安装在电厂侧，接受并执行调度侧控制指令等功能，通过调节机组无功出力，及时调节系统电压，并反馈相关信息至AVC系统主站。通信通道基于调度数据网，实现主站AVC系统和子站AVC系统的通信及数据传输。

图2 AVC系统构成

2 AVC系统保护试验

由于AVC系统保护试验涉及面广，关系到系统的安全稳定运行，必须成立由调度中心和电厂组成试验的领导和工作小组，以加强对整个试验过程的协调和管理，确保试验过程中机组和电网的安全稳定。

2.1 试验目的

结合电厂机电设备运行的实际情况和发电机运行参数及机组保护和自动装置限制值整定，作为试验验证范围，根据整定定值逐一验证，并详细记录试验过程和试验数据。验证AVC系统能够根据实时指令，正确、及时地将系统母线电压控制在目标范围内，验证保护策略的全面性、响应正确性。

2.2 试验条件

（1）参加调试的各机组运行正常，机组负荷大于30%PE；

（2）参加调试的各机组励磁系统运行正常；

（3）AVC系统与电厂设备连接正确；

（4）子站系统软硬件安装完毕，软件模拟测试功能正确；

2.3 试验准备

（1）检查子站系统有关的画面、数据库、参数修改已经完成；

（2）熟悉AVC系统的运行方式和工作流程，掌握AVC投退流程；

（3）计算机监控系统显示关键数据，如机端电压、机端电流，励磁电流、励磁电流、开关站母线电压、厂用电压等进行校核，保证监控参数的准确性；

（4）参加试验人员和运行人员熟悉试验方案，了解试验步骤，对试验过程中的关键控制环节能够采取有效的控制措施。

3 AVC系统保护策略

AVC系统的运行，必须在保障电厂设备安全的前提下，进一步发挥AVC系统的优势，避免系统的误控、不控等异常情况。所以实施AVC系统保护功能，显得尤为重要。

3.1 整定AVC保护定值

发电机出线端处的标准额定功率因数一般为过励0.8、0.85、0.9，根据制造厂商发电机运行容量曲线P-Q图及该功率因数确定AVC系统控制机组滞相范围。根据制造厂商发电机运行容量曲线P-Q图及发电机进相运行试验报告，同时参考调控中心对电厂进相运行管理规定，确定AVC系统控制机组调节进相范围，如图3所示。

图3 机组进相范围整定

同时，AVC系统控制过程中，合理整定AVC运行定值，是非常重要的一个环节，是保障机组安全和电网稳定的基础。涉及系统母线电压、机端电压、厂用母线电压、机组无功是必须进行设置，并严格计算整定。根据现场实际调节，可将励磁电压、励磁电流、380V母线电压作为AVC系统控制的可选保护条件。

3.2 AVC系统与DCS系统调节互锁

AVC系统调节过程中，需要实现AVC自动调节励磁和DCS手动调节励磁的唯一性，避免多方控制，出现重复调节、反复调节、超调等异常现象。所以DCS侧必须实现互锁逻辑闭锁控制，并建立AVC系统与DCS之间的信息交互，如图4所示。

图4 AVC与DCS信息交互

DCS侧互锁逻辑功能实施要求如下：

当DCS侧检测励磁开关为合位，并操作DCS画面上的“允许”按钮时，DCS发送允许信号为1至AVC系统；当DCS侧监测励磁开关为分位，或操作DCS画面上的“禁止”按钮时，DCS发允许信号为0至AVC系统。

当机组DCS接收到机组“AVC投退”信号为1时，闭锁机组DCS画面上的手动增、减磁控制按钮；当机组DCS接收到机组“AVC投退”信号为0时， DCS按照原有手动方式调节。

当机组“AVC投退”与机组“AVC增磁”条件同时成立时，DCS输出增磁至AVR，增磁脉宽为固定脉宽宽度，或等同于接收到AVC增磁脉冲宽度。

当机组“AVC投退”与机组“AVC减磁” 条件同时成立时，DCS输出减磁至AVR，减磁脉宽为固定脉宽宽度，或等同于接收到AVC减磁脉冲宽度。

3.3 AVC系统脉宽整定

AVC系统控制输出方式分为：脉冲调节、脉宽调节和模拟量调节。对于采用脉冲调节、脉宽调节的机组，由专用AVC控制输出板将模拟量转换为脉冲或脉宽方式调节励磁调节器。对于需要模拟量调节的机组，通过数模转换，将AVC调节指令（数值）输出4～20mA模拟量进行调节，目前多采用固定脉冲或可变脉宽方式。

为保证AVC系统快速响应、并实现稳定控制，必须对AVC系统输出脉宽进行整定。AVC系统控制出口一般采用可变脉宽或固定脉宽方式，由于国内励磁调节器多数采用恒压方式，所以密切关注机端电压的变化范围，合理整定脉宽大小与机端电压的变化关系，即能保证快速响应调节，又能避免或减少超调现象，达到快速、稳定调节控制。

3.4 AVC系统数据异常自动退出

当出现励磁系统异常或故障等情况时，影响电厂机组安全运行，需实现AVC系统自动退出功能。当发电机正常停机或事故停机时，无需参与AVC系统调节，同样也需要实现AVC自动退出功能。当出现涉及影响电网稳定、机组安全运行等紧急情况时，可手动退出AVC控制，避免事故范围的扩大。

3.5 AVC系统数据异常停止调节

AVC系统运行过程中，实时监视系统母线电压、发电机有功功率、发电机无功功率、发电机定子电压、厂用母线电压、励磁电压、励磁电流等AVC系统相关重要数据，当数据长时间不刷新、或数据质量标志位异常，需要实现AVC系统停止调节功能，避免AVC系统无法监测到真实数据出现误控，影响设备安全。当相关重要数据恢复后，AVC系统能自动恢复控制。

AVC系统控制过程中，由于系统扰动、厂站端大型设备启停等原因造成无功、电压等量测的突变，可能出现反调现象。当出现反调现象时，AVC系统能立即告警响应，并停止调节，避免继续调节，影响电网稳定、机组设备安全。

3.6 AVC系统单向闭锁保护

当出现系统母线电压、发电机无功功率、发电机定子电压、厂用母线电压、励磁电压、励磁电流、380V母线电压等AVC系统相关重要数据，超过设置定值时，AVC系统必须即能保证设备安全，又能继续有效控制。即当实测越设置上限定值时，AVC系统停止执行增磁命令，但可继续执行减磁命令。当实测越设置下限定值时，AVC系统停止执行减磁命令，但可继续执行增磁命令。

励磁调节器过励、欠励信号也是非常关键的运行参数，当过励时，AVC系统停止执行增磁命令，但可继续执行减磁命令，当欠励时，AVC系统停止执行减磁命令，但可继续执行增磁命令。

3.7 AVC系统反拉功能

当出现发电机无功、发电机定子电压、厂用母线电压、380V母线电压等AVC系统相关重要数据越限时，由于系统影响及励磁恒压方式的运行，这些重要数据可能出现进一步超限运行，影响机组运行安全。所以需要实现AVC系统对重要数据的反拉功能，并合理设置反拉定值及反拉结束定值，将数据反拉到可控范围内，同时需要实现反拉数据的双向闭锁定值，避免数据异常造成异常反拉，保障设备安全和机组安全稳定运行。由于系统母线电压为某一区域电网运行工况，不建议实现系统母线电压的反拉功能，避免通过调节某台机组，影响系统稳定运行。

实现重要数据的反拉功能时，反拉定值设置需要遵循如下原则：

双边闭锁上限值>反拉上限值>反拉上限结束值>单边闭锁上限值

双边闭锁下限值>反拉下限值>反拉下限结束值>单边闭锁下限值

由于发电机无功根据发电机有功的变化，滞相定值和进相定值跟随变动，无功反拉定值及无功双边闭锁定值需要具备自动计算功能，并遵循反拉定值设置原则。

反拉功能设置定值举例，如发电机定子电压额定运行参数为20kV，单向闭锁上限为21kV，单向闭锁下限为19kV，设置反拉上限为21.2kV，反拉至21.1kV，设置反拉下限为18.8kV，反拉至18.9kV，双向闭锁上限22.2kV，双向闭锁下限17.8kV，统计表如表1所示。

表1 反拉功能设置定值表

3.8 控制继电器粘连防护

当AVC系统控制继电器出现粘连，且励磁调节器无过滤有效脉冲保护时，极易出现机组异常停机等重大事故。所以防止继电器粘连，可采用双控制板串联输出，将概率降低一般，如图5所示。同时，需要采用合格的继电器，统计继电器的动作次数，达到寿命年限，定期更换。

图5 双控制板接线图

3.9 机组无功调节无效性判别

AVC系统运行过程中，可能会出现AVC系统控制板故障、硬接线通道故障、或控制励磁调节器的出口继电器故障等原因，导致机组无功始终无法调节到位，AVC系统需要具备机组无功调节无效个数统计。当调节无效个数达到限值时，AVC系统实现自动告警提醒功能或自动退出AVC功能，提醒运维人员及时发现并查清故障，尽快恢复AVC系统正常运行。

3.10 指令有效性判别

AVC系统需支持多种指令类型控制，常用的控制指令类型包括系统电压绝对值方式、电压增量编码值方式、全厂总无功方式、单机无功方式等。当系统电压指令（或无功指令）越限值、越最大调节步长时，AVC系统具备对有效指令识别功能，对正确指令立即执行，对非法指令拒绝执行功能。

3.11 本地计划曲线控制功能

AVC系统具备288点本地计划曲线控制功能，或带宽控制功能，满足不同调度机构对本地方式控制的要求。当运行在本地计划曲线方式时，AVC系统每5min自动更新电压控制指令。当运行在本地带宽方式时，软件自动识别有效的可控上限曲线和下限曲线，当系统电压运行在限值以内，AVC停止对励磁系统的控制，当系统电压超过限值，立即进行有效控制，将系统电压反拉至限值内。

3.12 远方指令不更新判断处理

AVC系统运行过程中，可能出现调度指令长时间不更新，一般设置判断时间15min。若调度要求，当子站AVC系统长时间未收到调度的合法指令时，需自动切换到AVC就地方式运行。所以需合理设置AVC就地曲线、控制上限曲线、控制下限曲线，并定期维护，避免指令异常时，进行无效控制。

3.13 双控主机的运行处理

无论一体化AVC系统配置或独立AVC系统配置，目前趋势都是采用双主机运行，但需要实现只有其中一台为主控主机，将指令发给AVC系统控制模块，避免双主机同时将控制指令下发，出现重复调节、超调等异常现象，造成系统电压波动。

4 结束语

经过现场实施与设计经验表明：AVC系统在电网运行中发挥着显著作用，为保证AVC系统稳定、可靠运行，积极发挥AVC系统在电网中的作用，在实施AVC系统保护时必须采取可靠措施，值得我们不断的探讨与研究。