浅议GE,9F燃机励磁系统国产化改造

【摘要】随着能源结构的多样化，同时为适应当前世界范围内的利用清洁能源及节能减排的大趋势，国内进口了大量以天然气为燃料的大型燃气轮机机组。但燃气轮机机组的励磁系统在运行一段时间后，出现备品备件稀缺且价格昂贵，运行维护有技术壁垒，外方服务人员难到位等问题。本文分析了GE 9F级燃气轮机励磁系统在机组采用静态启动模式后所具有的特殊性，研究了对其进行国产化改造的方案，并提出了适用于该类型机组的国产励磁系统的功能要求和相关设计思路。

【关键词】燃气轮机;励磁系统;静态启动;交互控制;国产化改造

1.国产化改造中设备交互控制方式的实现

相关设备的国产化能力是设备国产化过程的必要基础。就GE9F燃气轮机上所使用的励磁系统而言，由于机组采用静态启动模式，励磁系统还涉及多系统交互控制的问题。控制连接方式主要有两种，一是硬接线控制连接，要求相关设备有足够的输入、输出端子；二是通信系统连接，虽无需输入、输出端子的支持，但需要实现通信系统协议的统一。GE 9F机组的励磁系统与LS2100静态启动装置及MARK VI控制系统进行交互控制的通信系统连接方式是EGD（以太网全局数据协议），支持基于UPD/IP标准协议的多节点之间的信息共享，为非国际标准的通信系统协议。由于在国产化过程中无法获得GE公司在通信系统方面的支持，国产设备无法实现与原有设备基于EGD的通信系统连接，因此要求在改造中抛开原有的EGD连接，建立国产设备与原有设备新的交互控制连接。

深入了解静态启动装置后发现，静态启动装置与励磁系统之间的交互控制并不多，主要是磁通控制，即在启动过程中静态启动装置向励磁系统提供发电机励磁电压设定信号。主要的交互控制出现在MARK VI与励磁系统及静态启动装置之间，同时由于MARK VI目前还无法实现国产化，因此MARK VI所提供的通信系统方式直接决定了国产化改造所能实现的交互控制通信系统连接方式。

现有的MARK VI控制系统设置了三级数据通信系统网络：厂级网（PDH）、机组网（UDH）及I/O NET网。其中原有的EGD属于UDH网络层级，用来实现相关控制设备的连接控制，包括启动装置LCI、励磁系统、人机界面HMI、MARKVI等，同时为保证可靠性，通信系统可实现双回路冗余切换。PDH网主要用于连接HMI及历史数据记录装置、远程监控、打印机等外围设备。该层级网络使用TCP/IP GSM及Modbus通信系统协议，前者为GE公司专用的应用层协议，而Modbus则已成为当前国际通用的事实标准协议，且为全开放协议，任何用户都可免费获取。

根据对当前使用的工业以太网系统实际应用发现，Modbus/TCP协议已经逐步使用于各种现场，并具有强劲的发展优势。在系统国产化过程中，如使用Modbus/TCP实现通信系统，由于没有改变原有的以太网结构和网络物理层硬件，因此由此而产生的传输速度的改变是有限的。励磁系统的国产化改造中，如果与MARKVI的通信系统由EGD转变为Modbus/TCP通信，对MARK VI而言，实际上是将励磁系统由从属于UHD层级的设备提升至PHD层级。因此，交互控制方式可以通过硬接线控制方式与Modbus通信系统控制相结合来实现。这样一方面可以有效减少对于MARK VI输入/输出端子的需求，另外可以对重要信号实现硬接线控制并提高设备运行的可靠性。

另一个问题是如何在控制方式上对各种相关信号加以区分。首先可以明确的是，鉴于运行的可靠性需要，所有与保护跳闸相关的信号必须实现硬接线方式连接。而所有的控制逻辑指令、状态反馈及用于显示的反馈信号则完全可以利用Modbus通信系统来解决。实时控制信号则可以选择硬接线方式，以避免因网络延时而影响对设备的实时控制。

2.适用于静态启动的励磁系统功能设计与要求

2.1启动装置对励磁系统磁通控制环节的设计

带有LCI（静态启动装置）的励磁系统需要接受来自启动装置及燃汽轮机控制两方面的控制，在控制上略显复杂。因此在对带有LCI的燃气轮机机组励磁系统改造时，为满足静态启动的要求，励磁系统需要额外增加控制通道，即静态启动模式控制通道。GE静态启动控制通道的控制输入为手动调节参考MANREF及静态启动装置对励磁电压的控制信号LS2100_REF，这2个信号经过选择（静态启动模式时选择LS2100_REF，手动控制模式时选择MANREF），输出为励磁电压设定值FVRSETPOINT。

2.2励磁系统的静态启动模式及TV断线功能的退出

在国产励磁系统中，除了构建静态启动装置励磁调节参考值输入控制通道外，还必须构建针对MARK VI发出的励磁静态启动命令的响应及反馈，同时该信号也作为上述励磁电压设定选择信号即静态启动模式信号。因此需增加相应的信号控制回路。采用静态启动模式的励磁系统还需要注意的问题是：在静态启动过程中由于初始阶段发电机出口电压较低，故常规励磁系统中的PTUV（电压互感器断线）保护将动作。因此静态启动过程中励磁系统应退出PTUV，从自动AVR模式切换至手动FVR模式，同时发出相应的报警信号。由于静态启动模式实质上是手动FVR模式，因此该控制的退出不会影响励磁系统的正常工作。

2.3励磁系统在静态启动过程中的相关保护

常规的国产励磁系统一般都设计有相应的励磁保护功能，如过磁通即伏赫兹（V/H）限制及保护、过励磁限制及保护（其中包括空载过励磁保护及带载过励磁保护）和低励限制等。其中与静态启动相关的保护涉及过磁通限制及保护、空载过励磁限制及保护功能。

常规励磁系统对空载过励磁限制及保护是为了防止空载误强励导致过电压对发电机及变压器的损害及使励磁系统灭磁功能损坏。在静态启动过程中，虽然静态启动装置中的励磁调节模块自带励磁电压限制功能，但仍建议在励磁回路的保护功能中增加针对静态启动模式的空载过励磁限制功能，主要用于防止过电压对启动装置的损害。因为启动装置的输出比发电机的正常额定电壓小得多，如果启动过程的过励磁设定仍然利用常规励磁系统的空载过励磁限制功能，则可能使启动装置遭受发电机反电动势过电压的损害。静态启动过励磁限制功能的定值可按启动装置最大可承受的发电机反电动势电压来设定。

3.结语

通过对GE 9F燃气轮机励磁系统国产化改造所涉及的交互控制模式及国产励磁系统为适应该类型机组在控制功能上所需要的改进及研究，认为该类型励磁系统具备国产化改造的可行性。■

【参考文献】

［１］李宝仁，周磊，周洪.基于Modbus/TCP协议通信节点的实施［J］.机床与液压.2004（12）:153-155.

［２］斯耐德电气中国投资有限公司.适应自动化新发展的透明工厂体系结构［J］.仪器仪表标准化与计量,2003（2）:7-9.

推荐访问:国产化 改造 励磁 系统 浅议