水電廠勵磁系統的改造問題及其對策探討

李桂華（湖南省水運建設投資集團有限公司，湖南　長沙　410000）

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水電廠勵磁系統的改造問題及其對策探討

李桂華（湖南省水運建設投資集團有限公司，湖南長沙410000）

目前一些水電廠發電機組勵磁系統裝置因為投運時間長，技術落后，可靠性差，需要對勵磁系統進行改造。本文主要根據實例闡述了某水電廠勵磁系統存在的問題以及對勵磁系統的改造。

水電廠；勵磁；改造；整流柜；試驗

引言

勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，直接影響發電機的運行特性。但是一些老型水電廠的勵磁系統卻存在運行效率低下并且故障率高等方面的問題，特別是小型水電站，導致水電廠的效益大幅度的降低，因此急需對水電廠勵磁系統進行改造，提高勵磁系統的運行效率。

1　某水電廠改造前情況概述

某水電廠原1#、2#發電機勵磁系統設備情況如表1～4。

表1　1#勵磁機

表2　1#相復勵勵磁調節器

2　水電廠勵磁系統存在的問題與缺陷

（1）1#勵磁機整流子已先后車削過兩次，累積徑向車削6.5mm之多；2#勵磁機整流子車削過一次，徑向車削4mm；勵磁機刷握與整流子表面距離增大，碳刷在運行中不同程度的會發生搖晃和抖動，易發生火花，加速整流子車削的間隔；

表3　2#勵磁機

表4　2#相復勵勵磁調節器

（2）隨著整流子的車削，整流子片間絕緣更不易處理，運行中容易造成碳刷和整流子表面發熱，并且會因接觸不好而冒火花嚴重；

（3）勵磁機維護量大，且運行中不易更換碳刷，經常出現因勵磁機需維護而停機；

（4）因技術落后、調節器老化，反應速度慢，不能實現電壓、功率因數實時跟蹤，起不到自動勵磁的作用；

（5）相復勵勵磁調節器采用正序、負序電壓繼電器加出口繼電器實現強勵、強減功能，強勵、強減時切除或增加勵磁回路一固定電阻，既存在繼電器反應速度慢、接點容易燒壞現象，又不能根據系統需要隨時調整或停止強勵、強減的動作；

（6）隨著主控室電控系統自動化水平的不段提高。發電機的勵磁作為發電機的主要控制、調節參數，若不能在電控系統后臺機上實現控制與監視，對發電機的安全運行不易保障。

3　勵磁系統的改造方案確定和設備選型

根據 1#、2#發電機直流勵磁機的現狀及存在的缺陷，若不進行改造，則需盡快更換直流勵磁機電樞，考慮到每年因整流子或電刷需維護停機2～3次，直流勵磁機電樞正常使用壽命不過在9年左右，而每隔4～5年需車削一次，綜合其它因素，選擇取消直流勵磁機，采用機端或廠用電供電的靜止勵磁系統；淘汰性能及功能達不到要求的相復勵勵磁調節器，選擇現在正推廣使用的微機型自動勵磁調節裝置；相應對發電機小室的原有配置及接線進行改造。勵磁系統改造的設備選型主要考慮可靠性、先進性、節省投資三方面。

3.1勵磁功率變壓器

根據1#、2#發電機勵磁系統額定參數進行選擇。1#直流勵磁機額定容量為50kW、1#發電機額定勵磁電流為163A、額定勵磁電壓為165V，按強勵倍數2倍考慮，選擇85kWA三相干式變壓器；2#直流勵磁機額定容量為40kW、2#發電機額定勵磁電流為238A、額定勵磁電壓為112V，按強勵倍數2倍考慮，選擇85kWA三相干式變壓器。

3.2自動勵磁裝置

自動勵磁功率柜采用三相全控橋式整流電路，可達到運行效率高、性能穩定的目的，并可實現逆變快速滅磁。冷卻方式選擇熱管式，冷卻效果好。整流柜組容吸收采用三相五線式吸收方式，使吸收效果明顯，結構緊湊。自動勵磁調節柜選擇已成熟應用的DWLZ-2C微機勵磁調節裝置，既實現了可編程勵磁調節裝置不具備的漢化運行監視窗口，又避免了工控機勵磁調節裝置價格昂貴的缺點。

3.3互感器

根據發點機小室空間小、設備多的實際情況，選擇墻壁安裝方式的互感器。

設備選型見表5。

表5　設備選型

改造后勵磁系統見圖1。

圖1　改造后的勵磁系統圖

4　勵磁調節系統改造投運試驗

4.1靜態試驗

用調壓器在可控硅整流橋交流開關處加電壓 （100V），在直流開關處加滑動變阻器作為負載，使得流過負載的電流大于2A。投入調節器電源，按就地開機按鈕，通過增、減磁，觀察發現工控機顯示觸發角度、轉子電壓、轉子電流與示波器觸發性一致。

4.2空載試驗

4.2.1階躍響應試驗

勵磁調節裝置切至“電壓閉環”方式，通過“就地增磁”、“就地減磁”按鈕，在80%Ufn、100%Ufn時通過計算機鍵入命令，做±10%Ufn階躍響應試驗，觀察調節性能，整定PID參數（階躍響應先在5%下做，最終在10%下做）。

4.2.2零起升壓試驗

勵磁調節裝置置“電壓閉環”方式，集控室按下勵磁投入按鈕，發電機自動建壓5%Ufn，然后由集控室增磁按鈕將機端電壓升至100%Ufn，試驗結果負荷國標要求。

4.2.3頻率特性及V/F限制試驗

將機端電壓調整為額定值。降低機組轉速，使得機組頻率逐步降低到45Hz。在從50Hz降低到47.16Hz的過程中，機端電壓和電壓給定保持不變，轉子電流逐漸上升；在到達47.16Hz時，調節器報出V/F限制，機端電壓下降；在47.16Hz降低到45Hz的過程中，機端電壓持續下降；在到達45Hz時，調節器自動逆變停機。

4.3并網試驗

4.3.1欠勵試驗

調整無功至欠勵限制動作值，兩套調節裝置欠勵限制動作，此時減磁，無功不變，增磁返回。

4.3.2過勵試驗

調整無功至過勵限制動作值，約5s后兩套調節裝置過勵限制動作，此時增磁，無功不變，減磁返回。

4.3.3A、B套切換試驗

在主界面觀察A套為主，B套為從，A/B套空載，A/B套正常，A/B套控制方式“在電壓閉環”。在調節裝置面板上作手動切換（A套切至B套和B套切至A套），切換過程中機組無功不變化。

5　結語

改造后至今，系統運行正常，沒有發生過因勵磁系統故障而停機，各參數穩定，完善了上位機對發電機的全方位控制，使發電機的控制回路更加簡單明了，從而減少事故的發生；改造后勵磁系統技術性能先進，維護量大幅度減少，勵磁系統的快速性、穩定性、自動化程度、可靠性指標、自動投入率和電廠的電壓與無功指標均得到提高，保證了該水電廠發電機組的可靠運行。

［1］楊水華.淺談盤溪電站的勵磁系統改造［J］.中國科技信息，2008（20）：65～66.

［3］初立宏.蓮花發電廠勵磁系統論證及更新改造［J］.中國電力教育，2010（S1）：28～29.

李桂華（1976-），男，工程師，本科，主要從事生產技術管理工作。

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2095-2066（2016）14-0030-02

2016-4-20