小浪底水電廠勵磁系統雙橋切換問題分析

李憲棟，劉連軍，劉春奇，沙 林

（小浪底水力發電廠，河南 濟源 454681）

小浪底水電廠勵磁系統雙橋切換問題分析

李憲棟，劉連軍，劉春奇，沙 林

（小浪底水力發電廠，河南 濟源 454681）

對小浪底水電廠勵磁系統運行過程中出現的失磁和過壓現象，結合勵磁系統可控硅整流橋的切換控制過程進行了分析，認為切換過程中繼電器等元件動作不可靠是導致這些現象產生的原因。針對勵磁系統雙橋單向切換運行中存在設備利用率不高和系統可靠性降低的不足，提出了雙向切換的改進思路和對策，并對故障復位條件提出了改進建議。

小浪底水電廠；勵磁系統；雙橋切換

1 小浪底水電廠勵磁系統

小浪底水電廠發電機組采用自并勵勵磁方式。勵磁系統設備主要包括提供勵磁電源的機端勵磁變，整流設備可控硅整流橋，PLC勵磁調節器，起勵設備、滅磁設備以及監視控制保護電路。為了提高可靠性，勵磁系統設有兩套可控硅整流橋，兩套PLC調節器，并可實現手動后備控制。現場設備分為勵磁調節器柜、功率柜（可控硅整流橋）、功率聯絡柜、起勵及非線性滅磁設備柜、滅磁開關柜和極性轉換開關柜。

勵磁調節器由模擬量測量板、模擬量信號輸入板、開關量信號輸入板、PLC程序處理器、輸出板、輸出繼電器、勵磁系統監視控制保護電路板和脈沖觸發電路板組成。PLC程序實現PI調節，并綜合各種保護信號形成控制電壓輸出。脈沖觸發板接受控制電壓和同步電壓信號，綜合后形成觸發脈沖輸出。觸發脈沖信號經脈沖放大電路板放大后送至可控硅控制極，實現對可控硅導通角的控制，從而實現對勵磁系統的調節。

勵磁系統在機組起動過程中先啟動備用可控硅整流橋，然后再切換到主用可控硅整流橋運行。系統把1#可控硅整流橋作為主用橋，2#可控硅整流橋作為備用橋。運行過程中主用橋故障時可以無擾動切換到備用橋。

2 勵磁系統雙橋切換控制

2.1 雙橋切換控制邏輯

勵磁系統的兩套可控硅整流橋切換是由PLC程序控制的，切到橋1的控制邏輯為橋1無故障時，系統啟動后5秒或橋2故障；切到橋2的控制邏輯為橋2無故障時，系統啟動后或橋1故障。

2.2 雙橋切換控制的實現

雙橋切換控制是由 PLC、橋監視控制電路板、輔助繼電器和脈沖放大電路板共同完成的。橋監視控制電路板接收到PLC發出的切換命令后，相應的硬件電路完成控制輔助輸出繼電器切換和閉鎖脈沖放大回路命令。輔助繼電器完成啟動相應橋的風機、發信到PLC并閉鎖另一橋的脈沖放大電路功能。

3 雙橋切換中發現的問題

3.1 失磁或誤強勵

2005年 5號機建壓過程中出現了升壓不穩定現象，機組定子電壓升到額定電壓后有時突然降到 4kV左右，并出現了瞬時過電壓現象，同時伴有轉子電壓劇烈擺動現象。對勵磁系統建壓過程進行分析，這些現象可以作如下解釋：當參與橋切換控制的兩個輔助繼電器切換不靈敏時，如其中的一個不能準時失磁，出現了兩個繼電器同時勵磁，就同時閉鎖了兩個可控硅整流橋的觸發脈沖，將導致發電機失磁；同樣，如果輔助繼電器不能準時勵磁，出現了兩個繼電器同時失磁，將使兩個橋的脈沖觸發回路同時開放，兩個可控硅整流橋同時勵磁，導致發電機誤強勵，出現發電機過電壓信號。勵磁系統啟動過程中，先啟動2#可控硅整流橋正常后再切換到1#可控硅整流橋運行，在切換過程中突然失磁，使機組電壓降低到最低限制值4kV，而轉子電壓由于失磁而劇烈擺動，這和交流滅磁過程中封掉觸發脈沖在轉子回路中引入交流電壓的過程是相似的[1]。

3.2 單向切換

小浪底水電廠勵磁系統的兩套可控硅整流橋并聯向發電機轉子供電，一套主用，一套備用，當主用橋故障時，可以無擾動切換到備用橋。但是，這種切換只是單向的，即只能從故障橋切換到備用橋，當故障橋恢復后，不能從備用橋切回。這是因為PLC程序中設計的可控硅整流橋切換必須是切換到無故障橋，而橋故障信號的復位必須斷開滅磁開關并按復位按鈕才能復位。斷開滅磁開關勵磁系統就要停運，這就失去了不停運恢復系統可靠性的可能。

另外，勵磁系統在正常啟動過程中檢查2#可控硅整流橋正常后就切換到1#可控硅整流橋運行，而系統又未設手動在兩套可控硅整流橋間切換的控制回路。這樣，將導致1#可控硅整流橋長期運行，2#可控硅整流橋長期停運，造成設備負荷不均勻；一旦1#可控硅整流橋運行年限到后退出運行或更新改造時，勵磁系統另一套基本完好的可控硅整流橋也將退出運行，設備未得到充分利用。

4 對策及改進思路

4.1 加強切換回路維護

作為河南電網的調峰電站，小浪底電廠機組開停機頻繁，每次開機過程要進行雙橋切換，這樣切換回路負荷就較重。從運行中發現的問題看，勵磁系統的雙橋切換回路應是日常維護的重點，尤其是切換輔助繼電器的定期校驗和更換。

4.2 故障信號的復位

可控硅整流橋故障信號的復位是影響可控硅整流橋切回的重要條件。可控硅整流橋故障信號包括：橋可控硅不導通、橋保險熔斷、橋風機故障、橋風壓低和橋無輔助電源。對于非嚴重故障如橋保險熔斷和橋輔助電源故障，可以在故障消除后通過復位故障信號來恢復橋到正常狀態。但是橋風機系統的故障復位卻需要斷開滅磁開關并按復位按鈕才能復位，這樣就使得故障橋風機系統故障消除后也必須停機才能恢復到正常狀態。這樣，當一些可以消除的故障出現并得到及時處理后，也不能將橋恢復到正常狀態，也就不能在另一橋故障時實現再備用，降低了系統的可靠性和設備的利用率。因而，除可控硅主回路故障外的故障信號均可改為可不停機復位，這樣當非嚴重故障出現并消除后，可以通過復位按鈕來復位橋故障信號，從而可以將可控硅整流橋恢復到正常狀態作為備用橋。

4.3 雙橋的切換

當前的勵磁系統控制實現了兩套可控硅整流橋的單向切換功能，即主用橋故障時切換到備用橋，但不能實現兩套可控硅整流橋之間的定期切換，也不能實現故障橋恢復到正常后的切回。可以增加人為在雙橋之間切換的控制功能，從而實現不僅運行橋故障時可以切換到備用橋，而且可以定期切換兩橋運行，實現可控硅整流橋及相應的脈沖觸發、脈沖放大和風機設備的均勻負荷運行。

[1] 鄒先明, 陳小明. 交流電壓滅磁的現場試驗與應用[J]. 大電機技術, 2003, (1): 55-57, 60．

Analysis on Thyristor Bridge Switch in Excitation System at Xiaolangdi Hydropower Plant

LI Xian-dong, LIU Ding-you, TANG Xin-wen, LIU Lian-jun, LIU Chun-qi, SHA Lin
(Xiaolangdi Hydropower Plant, Jiyuan 454681, China)

Based on changeover control process, overvoltage and excitation loss during excitation system operation at Xiaolangdi Hydropower Plant are analyzed, and conclusion is drew that abnormal work of element such as relay in excitation system results in this phenomenon. Thyristor bridge unidirectional switch will not make full use of system equipment, also reduces reliability of system. Bidirectional switch mode is produced, suggestions on improving system equipment wok time are also given.

Xiaolangdi hydropower plant; excitation system; bidirectional switch

TM761+.11

A

1000-3983(2010)01-0058-02

2008-06-04

李憲棟（1977-），2001年畢業于東北電力學院，2008年取得西安交通大學電氣工程碩士學位，研究方向為電力設備絕緣診斷與狀態評估技術，工程師。