勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜均流問(wèn)題分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

霍乾濤，何 靖，劉國(guó)華，黃衛(wèi)平，徐春建，王海軍

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210003）

隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展以及單機(jī)容量的增長(zhǎng)，大型同步發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁功率亦有了明顯的上升。目前勵(lì)磁系統(tǒng)的功率整流裝置通常采用多路并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這就要求多柜并聯(lián)運(yùn)行的大功率整流柜間應(yīng)具有較好的均流系數(shù)，以便設(shè)備的容量得到充分和合理的應(yīng)用。因此，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)功率整流裝置的均流做了規(guī)定。某電廠一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式，配置5臺(tái)整流裝置，單臺(tái)額定出力3 000 A。在機(jī)組試運(yùn)行過(guò)程中，勵(lì)磁系統(tǒng)各功率柜輸出電流存在一定的差異。

1 問(wèn)題分析

勵(lì)磁系統(tǒng)整流裝置多柜并聯(lián)運(yùn)行等效電路如圖1所示。

圖1 自并勵(lì)勵(lì)磁回路等效電路

因此影響均流系數(shù)的幾個(gè)因素有：

（1）可控硅觸發(fā)的一致性的影響；

（2）可控硅的平均通態(tài)壓降的影響；

（3）交直流回路電阻和電感的影響。

當(dāng)可控硅的平均通態(tài)壓降相等，且可控硅觸發(fā)的一致性很好，則交直流回路的等效阻抗的差異將成為可控硅整流柜均流的主要障礙。

該電廠勵(lì)磁變電源從一側(cè)進(jìn)線方式，如圖2所示。

理論分析：由于1號(hào)和2號(hào)柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為一個(gè)功率柜輸出電流的4倍，2號(hào)和3號(hào)柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為一個(gè)功率柜輸出電流的3倍，3號(hào)和4號(hào)柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為一個(gè)功率柜輸出電流的2倍，所以對(duì)應(yīng)段銅排的壓降近似與流過(guò)的電流成正比，進(jìn)而造成1號(hào)柜與2號(hào)柜的電流相差最大，2號(hào)柜與3號(hào)柜以及3號(hào)柜與4號(hào)柜、4號(hào)柜與5號(hào)的電流差異逐漸縮小，與該電廠勵(lì)磁系統(tǒng)各整流柜輸出情況趨勢(shì)相吻合。

圖2 勵(lì)磁柜體布置情況

因此采用合理的布局，盡量減小可控硅整流柜交直流回路阻抗的差異的方法，是提高均流系數(shù)的有效手段。如把功率裝置重新排布，功率裝置輸出均流系數(shù)會(huì)有明顯的提高。

根據(jù)DL/T 583—2006標(biāo)準(zhǔn)中均流系數(shù)KI計(jì)算公式：

可控硅伏安特性曲線見(jiàn)圖3。

圖3 可控硅V/A特性

可控硅的平均通態(tài)壓降會(huì)受到可控硅結(jié)溫的因素的影響，當(dāng)電流增大時(shí)，可控硅斜率電阻增大，可控硅的平均通態(tài)壓降增大，所以當(dāng)功率系統(tǒng)輸出電流增大時(shí)，在相同散熱條件情況下，均流系數(shù)會(huì)上升。

2 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)記錄

2.1 左側(cè)進(jìn)線方式

試驗(yàn)用可以控制的硅整流裝置按照左側(cè)進(jìn)線方式布置見(jiàn)圖4（其中6號(hào)柜為進(jìn)線位置，該柜退出運(yùn)行）。

圖4 左側(cè)進(jìn)線

各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)對(duì)應(yīng)各柜電流分布見(jiàn)圖5。

圖5 左側(cè)進(jìn)線各柜電流分布

圖5中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數(shù)據(jù)分布情況。從圖中可知，從5號(hào)柜到1號(hào)柜，針對(duì)不同總電流情況下，電流分布呈下降的總趨勢(shì)。左側(cè)進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。

圖6 左側(cè)進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)

從圖5中可知，從5號(hào)柜到1號(hào)柜，針對(duì)不同總電流情況下，電流分布呈下降的總趨勢(shì)。

從圖6中可以看到，均流系數(shù)隨著總電流的增大而上升，這說(shuō)明功率柜工作點(diǎn)越靠近額定工作點(diǎn)，均流系數(shù)越高。

2.2 右側(cè)進(jìn)線方式

試驗(yàn)用可控硅整流裝置按照右側(cè)進(jìn)線方式布置見(jiàn)圖7（其中1號(hào)柜為進(jìn)線位置，該柜退出運(yùn)行）。

圖7 右側(cè)進(jìn)線機(jī)柜布置

各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)對(duì)應(yīng)各柜電流分布見(jiàn)圖8。

圖8 右側(cè)進(jìn)線各柜電流分布

圖8中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數(shù)據(jù)分布情況。從圖中可知，從6號(hào)柜到2號(hào)柜，針對(duì)不同總電流情況下，電流分布呈上升的總趨勢(shì)，其中2號(hào)柜到1號(hào)柜的電流梯度最大。右側(cè)進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖9。

圖9 右側(cè)進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)

從圖9中可以看到，均流系數(shù)隨著總電流的增大而上升。這說(shuō)明功率柜工作點(diǎn)越靠近額定工作點(diǎn)，均流系數(shù)越高。

2.3 中間進(jìn)線方式

試驗(yàn)用可以控制的硅整流裝置按照中間進(jìn)線方式布置見(jiàn)圖10（其中4號(hào)柜為進(jìn)線位置，該柜退出運(yùn)行）。

各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)對(duì)應(yīng)各柜電流分布見(jiàn)圖11。

圖10 中間進(jìn)線機(jī)柜布置

圖11 中間進(jìn)線各柜電流分布

圖11中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數(shù)據(jù)分布情況。從圖中可知，從1號(hào)柜到6號(hào)柜，針對(duì)不同總電流情況下，電流分布較為均勻，靠近直流出線端略有差異。

交流進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖12。

圖12 交流進(jìn)線均流系數(shù)變化趨勢(shì)

從圖12中可知，均流系數(shù)隨著總電流的增大而上升。這說(shuō)明功率柜工作點(diǎn)越靠近額定工作點(diǎn)，均流系數(shù)越高。

3 數(shù)據(jù)分析

（1）根據(jù)2.1和2.2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，并聯(lián)整流柜的電流分布情況與交流進(jìn)線位置（即交流阻抗）有重要關(guān)系。越是靠近交流進(jìn)線位置，整流柜輸出電流越大；反之，越是遠(yuǎn)離交流進(jìn)線位置，整流柜輸出電流越小。該因素直接決定電流分布的情況和均流系數(shù)的高低。

（2）根據(jù)2.1和2.2的試驗(yàn)方式及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，均流系數(shù)隨著總電流的增加而上升?？煽毓枵餮b置的實(shí)際工作點(diǎn)與可控硅整流裝置的設(shè)計(jì)值相比越接近，裕度越小，其均流效果越好。反之，裕度越大均流系數(shù)越低。

（3）可控硅整流柜的實(shí)際工作點(diǎn)與可控硅整流柜的設(shè)計(jì)值相比越接近，即可控硅電流裕度越小，其均流效果越好。反之，可控硅整流柜的實(shí)際工作點(diǎn)越遠(yuǎn)離可控硅整流柜的設(shè)計(jì)值，即可控硅電流裕度越大，均流系數(shù)越低。

4 結(jié)束語(yǔ)

在勵(lì)磁系統(tǒng)多并聯(lián)整流裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)常規(guī)均流措施，應(yīng)當(dāng)考慮交流進(jìn)線的位置，盡最大可能地消除交流輸入阻抗的差異對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)均流的影響。另外，在設(shè)計(jì)晶閘管整流柜選擇晶閘管規(guī)格時(shí)，在不影響柜出力的情況下，宜優(yōu)先選擇通態(tài)平均電流較小的晶閘管，以保證較高的均流系數(shù)。

[1]DL/T583—2006，大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件[S].

[2]DL/T650—1998，大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[3]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.