提高漫灣電廠2號機組勵磁功率柜均流系數

周宇

摘 要：結合漫灣電廠2號機組勵磁功率柜存在不均流，均流系數不合格的現象，簡要分析了導致均流系數不合格的原因及相關的處理方法。對提高勵磁功率柜均流系數提出了具體解決方法，最終使得2號機組勵磁功率柜均流系數達到了國家標準。

關鍵詞：漫灣電廠；功率柜；均流系數

引言

為了提高勵磁系統的可靠性和增加勵磁電源的容量，一般均采用多柜并聯運行，多個功率單元并列運行時，由于各種因素導致各個功率單元出力不一致，從而影響功率單元壽命，影響強勵效果，給系統的長期穩定運行帶來隱患。電力行業標準DL/T583、DL/T650、DL/T843均規定要求，在發電機額定勵磁電流情況下，均流系數不應低于0.85。

1 問題的提出

漫灣電廠2號機組裝機容量為250MW，發電機勵磁系統采用南瑞電氣控制公司生產的NES-5100微機勵磁系統，系統由NES-5100發電機勵磁調節器、FLZ可控硅整流裝置、交流進線柜、滅磁開關柜以及非線性電阻柜等機柜組成。勵磁方式為自并勵，額定負載勵磁電流為1620A，額定負載勵磁電壓為406V，勵磁系統配置3臺可控硅整流柜，這3臺功率柜于2012年11月正式投運，在機組均流試驗過程中，實測各負荷段下各功率柜的輸出勵磁電流，根據均流系數KI：

計算出各工況下均流系數如下：

從表1數據中看出，各負荷段均流系數均小于0.85，漫灣電廠2號機組勵磁功率柜存在電流不平衡的現象，均流系數不合格。

2 問題分析

對于自并激勵磁系統來說，發電機、勵磁變壓器和每個并列運行的整流裝置就分別組成了幾個并聯的電壓源，可控硅功率柜的輸出與發電機轉子就組成了它們的負載，且可控硅功率柜的輸出電流大小與各并聯支路的阻抗成反比。

對于自并勵勵磁系統，其回路可用圖1所示電路圖等效。在圖1中：電壓源US1i表示第i個可控硅整流柜輸出電壓的大小；US2i表示第i個可控硅整流柜可控硅的平均通態壓降；Ri表示勵磁系統中第i個可控硅整流柜的交直流回路的等效電阻；Li表示勵磁系統中第i個可控硅整流柜的交直流回路的等效電感（包括自感和互感）；R表示發電機轉子回路電阻；L表示發電機轉子回路電感。

可控硅觸發的一致性是保證不同的可控硅功率柜的等效電路中的US1i大小相等；可控硅通態壓降決定US2i的大小。據此，以下三點是影響功率柜均流效果的主要原因：

2.1 影響均流系數的因素

2.1.1 可控硅觸發的一致性的影響。據以上分析可知，在忽略可控硅通態壓降差異的基礎上，如果每個可控硅整流橋交、流回路的等效電阻和電感都相等，則可控硅觸發的一致性直接決定了電壓源并聯支路電壓的大小，從而決定了可控硅整流柜之間均流的好壞。

2.1.2 可控硅平均通態壓降的影響。當可控硅觸發的一致性很好時，則可以認為US1i相等；如果每個可控硅整流橋交直流回路的等效電阻和電感也都相等，則可控硅平均通態壓降將直接影響到可控硅功率柜的均流。根據可控硅伏安特性可知：可控硅的平均通態壓降會受到可控硅結溫的因素的影響，即當可控硅的工作電流較小時，可控硅的結溫與平均通態壓降成負相關系；而當可控硅的工作電流較大時，可控硅的結溫與平均通態壓降成正相關系。即當電流增大時，可控硅斜率電阻增大，可控硅的平均通態壓降增大，所以當某一功率柜輸出電流較大時，在相同散熱條件的情況下，電流輸出大的可控硅裝置的發熱量增加，可控硅平均通態壓降會增大，所以該裝置的輸出電流幅度會相對減小，原來輸出小的裝置輸出幅度會相對增加，最終各裝置輸出電流達到一個新的平衡狀態，均流系數會上升。

2.1.3 交直流回路電阻和電感的影響。對于自并勵勵磁系統來說，發電機、勵磁變壓器和每個并列運行的整流柜分別組成了幾個并聯的電壓源，可控硅整流柜的輸出與發電機轉子就組成了它們的負載，且可控硅整流柜的輸出電流大小與各并聯支路的阻抗成反比。

2.2 具體原因分析

基于以上對勵磁整流橋不均流原因的分析，結合漫灣電廠2號機組勵磁系統實際情況進行以下分析，從而確定根本的問題根源所在：

2.2.1 可控硅觸發的一致性

2號機組勵磁系統的3臺可控硅整流裝置公用一個勵磁變壓器，因此，它們的交流側輸入電壓是相等的，同時其可控硅觸發方式采用強觸發方式，保證了各可控硅觸發的一致性，因此排除可控硅觸發的一致性的影響。

2.2.2 可控硅平均通態壓降的影響

當每個可控硅整流橋交流、直流回路的等效電阻和電感均相等時，可控硅平均通態壓降將直接影響可控硅整流柜的均流。當某一功率柜輸出電流較大時，在散熱條件相同的情況下，電流輸出大的可控硅裝置的發熱量增加，可控硅平均通態壓降會增大，所以該功率柜的輸出電流會相對減小；原來輸出電流較小的整流柜輸出會相對增加，最終各功率柜輸出電流達到一個新的平衡狀態，均流系數會上升。2號機組勵磁功率柜采用原裝進口ABB可控硅，最大限度地保證了各個可控硅平均通態壓降的一致性。

2.2.3 交直流回路電阻和電感的影響

對于交、直流側采用銅排互連的整流橋，由于其銅排明顯呈現阻性，即電阻遠大于電感。如果采用改變電感來均流，需要花費的代價比較大，原因是一方面需要串接的電感量比較大通過增加時間常數，致使電流分配主要由過渡過程決定，因此電抗需要增加到足以和可控硅通態電阻相同數量級方能夠起到作用，所以可以根據改變銅排的電阻來達到均流的目的。

一般情況下，可控硅通態電阻比交直流側阻抗大，當整流橋選擇的可控硅通態平均電流比較大時，由于可控硅通態電阻下降，使得比值減小，則交流側進線長度對于均流的影響增加。即越靠近交流進線位置，交流阻抗越小，整流柜輸出電流越大。如圖2所示，漫灣電廠2號機組勵磁系統交流進線位置布置在1號、2號功率柜的中間，各個功率柜之間用銅牌連接，3號功率柜離交流進線位置最遠，交流阻抗最大，因此3號功率柜輸出電流最小。這與2號機組勵磁系統各功率柜實際輸出情況一致，所以，各功率柜之間交直流回路阻抗是導致2號機組勵磁系統各功率柜輸出不均流問題的主要原因。

2.3 實際改造措施

由于并聯整流柜的電流分布情況與交流進線位置（即交流阻抗）有重要關系，所以采用合理的布局、減小可控硅交直流回路阻抗差異，是提高均流系數的有效手段。但由于2號機組勵磁系統有3臺功率柜，交流進線位置已布置在最佳位置。因此，在保持現有盤柜布局的前提，通過改變交流側進線長度可以來平衡各個功率柜阻抗，從而達到均流效果。

具體的實施方案是新增加一個交流進線柜（如圖3），將現有交流進線柜改成直流出線柜，拆除用銅牌連接的3個功率柜的交流進線在新的交流進線柜內設有交流進線刀閘，刀閘上端至勵磁變低壓側由18根240mm2長度相同的進線電纜連接，刀閘下端用6根（A相、B相、C相各2根）240 mm2長度相同的電纜分別與1號、2號、3號功率柜連接，即以前交流進線用銅牌連接的方式改成用等長度的電纜連接，從而使得每個功率柜的交流側阻抗一致。根據電阻計算公式R=ρL/S（ρ為電阻率，L為銅排長度，S為電流通過銅排的截面積），由于采用的電纜為同一型號，加之它們的長度及截面積都相等，從理論上來講，1號、2號、3號功率柜交流側阻抗相等，從而實現各個功率柜之間的均流。

2.4 改造后效果檢查

2號機組勵磁系統改造后，技術人員進行過相關的數據測量，具體數據見表2。

從表2中可以看出，經過改造2號機組勵磁系統均流系數得到很大的提高，各工況下的均流系數均>0.85，滿足國家標準，由此可見，改造取得很好的效果。

3 結束語

最終，通過改變勵磁系統交流側進線長度，漫灣電廠2號機組勵磁功率柜均流問題得到很好地解決，從成本上來講，也較為經濟實惠，對具有相關問題的其他單位解決提供了很好地借鑒作用。

參考文獻

[1]DL/T583-2006.大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統及裝置技術條件[S].

[2]DL/T1166-2012.大中型發電機勵磁系統現場試驗導則[S].

[3]李基成.現代同步發電機勵磁系統設計及應用[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4]劉取.電力系統穩定性及發電機勵磁控制[M].北京：中國電力出版社，2007.