遼寧蒲石河抽水蓄能電站機組勵磁系統淺析

陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國網新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

遼寧蒲石河抽水蓄能電站機組勵磁系統淺析

陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國網新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

簡要介紹了勵磁系統的基本原理，闡述了蒲石河工程勵磁系統的應用與調試過程。著重分析運行中勵磁系統出現的問題并進行反思，為同類電廠勵磁系統安裝調試及勵磁國產化提供參考。

勵磁系統；抽水蓄能；安裝調試

1 勵磁系統的基本原理和作用

發電機勵磁系統的基本作用就是給發電機提供一個可調的勵磁電流，當發電機運行時，轉子磁極中通以直流電流，在發電機的內部就形成了一個磁場，由原動機（水電廠中的水輪機）拖動轉子旋轉，磁場與定子線棒間就有了相對運動，從而在定子繞組中就會感應出交流電動勢，可通過線路輸送出三相交流電。作為抽水蓄能電站，在水泵工況運行時，發電機定子繞組上加上三相交流電，就會在發電機內部產生一個旋轉磁場。轉子的勵磁繞組通入直流電后，在電力矩的作用下開始旋轉，轉速、頻率和磁極對數間的關系可以用n=60 f/p來表示。

勵磁系統的作用在于控制發電機的定子電壓。對于大型同步機組勵磁系統通常采用可控硅元件來提供可變的勵磁電流。而勵磁電流的控制是基于數字自動電壓調節器（AVR）的作用，采集機端電壓電流信號，輸入調節模塊進行計算，得出整流橋相應的觸發角來提供給發電機不同的勵磁電流。

抽水蓄能機組一般水頭較高，機組轉速較快，所以除在機組正常運行情況下需要勵磁電流外，在停機過程中應用電氣制動開關（刀閘）在機組出口開關斷開的情況下，使發電機出口三相短路，此時，勵磁系統提供一定的勵磁電流（電流大小由發電機短路試驗得出），在轉子上產生一個制動力矩，使機組能夠更快地達到停機穩態，這是勵磁系統的另一個重要作用。

2 蒲石河電站勵磁系統

2.1 勵磁系統概況

蒲石河抽水蓄能電站為大型純抽水蓄能電站，單機容量300 MW，額定轉速333.33 r/min，機組采用一機一變的單元式接線方式，每臺發電機的勵磁電流取自本臺機組主變低壓側。機組勵磁系統接線形式見圖1。

圖1 勵磁系統一次接線

勵磁變采用18kV/640V，Y/△接線方式，勵磁變低壓側又經可控硅整流元件提供給轉子所需的勵磁電流，在發電工況額定勵磁電壓為290 V，勵磁電流1 712 A，抽水工況額定勵磁電壓252 V，勵磁電流1 488 A。在全廠失電或線路充電工況時（主變低壓側無壓），由220 V蓄電池提供直流起勵電源，待機端電壓拖動升至3 600 V左右時再切換至勵磁正常供電電源。勵磁系統在停止過程中采用逆變滅磁方式，在發生電氣故障時，磁場開關不經逆變直接跳開，轉子中剩余的能量通過串入的非線性電阻釋放掉。

2.2 勵磁系統的測量

調節系統需要根據采集的信息來處理整個控制回路，從而實現勵磁電流的控制與閉環調節，整個勵磁系統配有兩套完全冗余的調節器。每套調節器都有相對獨立的信號采集系統，它們通過采集定子電壓、定子電流、勵磁變低壓側電流、轉子電壓、轉子電流并輸入各自的調節器，進行計算，相互跟蹤比較，并在主用調節器故障或測量偏差過大時自動無擾動切換至備用通道運行，以保證機組穩定性與可靠性。

2.3 勵磁系統的限制與保護

勵磁系統具有完善的限制和保護功能，對各種極限運行狀態及時作出反應，防止機組運行在不穩定區或超出設備運行承受極限，保證機組安全運行。

圖2 勵磁系統運行限制

（1）水輪機出力限制，水輪機模型計算所得機組出力不得超過此限制。

（2）定子電流限制，受定子線棒冷卻方式限制，電流過大會導致定子線棒過熱或絕緣損壞。

（3）轉子電流限制，同定子電流限制，大電流造成的過熱可能影響繞組絕緣。

（4）勵磁電流低限，防止因勵磁電壓過低造成的失磁。

（5）殘磁限制，機組未勵磁時的限制功能。

（6）無功限制，此項指標為設網限制，根據電網需要提供無功出力的限制功能。

除此之外，勵磁系統還有很多限制及保護功能，如U/f限制、轉子過電壓保護、轉子接地保護等等，以保證機組正常穩定運行。

2.4 勵磁系統運行分析

以SFC啟動過程勵磁系統運行情況為例，勵磁收到監控SFC啟動模式后，自動選擇手動勵磁電流調節模式，當收到SFC發出勵磁啟動命令后，磁場開關合閘，勵磁工作在恒電流調節模式下，可以看到勵磁電流設定值b為一條直線，而電流實際值跟蹤設定值也基本成一條直線。在中間標注位置可以看到勵磁電流的一個波動，此時調節器的控制方式切換為自動電壓調節，此后勵磁電流根據電壓的設定值自動調節。勵磁系統在抽水啟動過程、線路充電過程、背靠背拖動過程中均采用手動勵磁電流調節模式，在發電、抽水、調相等穩態則應用自動電壓調節模式。由于勵磁系統不能跟蹤無功或功率因數，只能根據對應設定值計算電壓跟蹤值。所以，無功調節、功率因數調節應屬于自動調壓范疇。

圖3 勵磁運行曲線

2.5 勵磁系統運行中出現的問題

（1）事故現象：在機組開機啟動過程中經常出現勵磁收到監控開出的EXC ON令，磁場開關合閘后瞬間跳開現象，導致機組跳機。此時勵磁系統并未收到任何監控或保護發的電氣跳機信號。機組保持空轉狀態，經延時監控判斷流程超時執行機械停機。

（2）事故原因

1）磁場開關合閘接觸器灰塵過多，導致接觸器間歇性不能完全吸合。

2）磁場開關分閘回路中串有兩個分壓電阻用以進行分閘回路監視，由于分壓電阻阻值不夠，導致分閘線圈始終帶電，分閘線圈吸合導致磁場開關無法合閘。

（3）事故反思：成品保護問題嚴重，在建電廠施工環境較為惡劣，成品到場應注意防潮、防塵。

3 結語

勵磁設備是電廠運行的核心部件，也是技術集成化較高的部件。目前新建抽水蓄能電站如響水澗、仙游等都應用國產勵磁設備，不同的廠家有著不同的設計理念和方法，應該利用自身優勢認真比對國產設備和進口設備的性能指標，不斷優化改造，推動設備國產化進程。

TV743

B

1672-5387（2016）07-0027-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.008

2015-09-25

陳 鵬（1986-），男，工程師，從事抽水蓄能電站運行管理工作。