溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)功能優(yōu)化

謝燕軍，陳小明

（1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300）

溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)功能優(yōu)化

謝燕軍1，陳小明2

（1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300）

對(duì)溪洛渡水電站左岸勵(lì)磁系統(tǒng)在投產(chǎn)階段的功能進(jìn)行了研究，對(duì)其優(yōu)化后的功率柜、滅磁時(shí)序、起勵(lì)功能等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與分析。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證明優(yōu)化以后的勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、性能優(yōu)良，為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁提供可靠保證。

溪洛渡水電站；勵(lì)磁系統(tǒng)；功能優(yōu)化

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

溪洛渡水電站是目前僅次于三峽工程的國(guó)內(nèi)第二大水電站，位于四川和云南交界的金沙江上。溪洛渡水電站裝機(jī)為18臺(tái)770 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，采用靜止可控硅自并勵(lì)勵(lì)磁方式，溪洛渡電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示,其中左岸發(fā)電機(jī)組采用國(guó)電南瑞科技股份有限公司生產(chǎn)的NES5100勵(lì)磁系統(tǒng)，配置擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)符合中國(guó)國(guó)情的應(yīng)用控制軟件。

表1 左岸發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)功能優(yōu)化

2.1 功率柜均流優(yōu)化

隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中并列運(yùn)行可控硅整流柜的數(shù)量也在不斷地增加。處理好可控硅整流柜之間的均流問(wèn)題，可以提高勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)而對(duì)保證電廠設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。所以可控硅整流柜間的均流問(wèn)題也就越來(lái)越受到人們的重視。

首先，溪洛渡左岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)整流柜的可控硅參數(shù)（主要是通態(tài)壓降和斜率電阻）進(jìn)行一致性篩選，并盡可能保證各功率柜的可控硅散熱條件相同，克服可控硅平均通態(tài)壓降的影響，使得可控硅的平均通態(tài)壓降對(duì)整流柜均流的影響相互抵消。

其次，左岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)的整流柜交流側(cè)至勵(lì)磁變壓器副邊采用24根等長(zhǎng)的交流電纜進(jìn)線，每相8根。同時(shí)，將勵(lì)磁電纜以A、B、C三相為一組，分為8組，每組電纜成“品”字型排列，減少渦流損耗及發(fā)熱，保證并聯(lián)支路的交流輸入阻抗盡可能相等。

溪洛渡電站左岸9臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)以后，每臺(tái)機(jī)組均流系數(shù)均大于0.9，優(yōu)于國(guó)標(biāo)。并網(wǎng)以后，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行工況時(shí)，勵(lì)磁電流約為2 500 A，此時(shí)按DL/T583公式：

Imax——并聯(lián)支路中的電流最大值。

計(jì)算各臺(tái)機(jī)組的均流系數(shù)如表2所示。

表2 左岸各臺(tái)機(jī)組的均流系數(shù)

2.2 功率柜風(fēng)道優(yōu)化

左岸電站勵(lì)磁系統(tǒng)機(jī)柜風(fēng)道是按照機(jī)柜前、后柜門(mén)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)，機(jī)柜柜頂出風(fēng)口出風(fēng)，勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部除功率柜散熱器風(fēng)道外形成負(fù)壓系統(tǒng)。為了減少勵(lì)磁系統(tǒng)除功率柜外的其他盤(pán)柜灰塵，減低功率柜出風(fēng)阻力，對(duì)左岸勵(lì)磁盤(pán)柜的盤(pán)頂出風(fēng)口進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，主要措施是增高功率柜出風(fēng)口，將功率柜頂部出風(fēng)口頂蓋加高；同時(shí)對(duì)其他盤(pán)柜柜頂出風(fēng)口設(shè)置濾網(wǎng)，以減少灰塵進(jìn)入勵(lì)磁系統(tǒng)柜內(nèi)，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。左岸勵(lì)磁系統(tǒng)盤(pán)柜通風(fēng)示意如圖1所示。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)盤(pán)柜通風(fēng)示意圖

另外，左岸勵(lì)磁系統(tǒng)具備勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜風(fēng)機(jī)停風(fēng)延時(shí)跳閘功能，勵(lì)磁系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)單個(gè)功率柜的雙風(fēng)機(jī)故障時(shí)，啟動(dòng)延時(shí)繼電器，延時(shí)閉鎖本功率柜可控硅的輸入脈沖，退出該功率柜運(yùn)行。當(dāng)退出的功率柜數(shù)量≥3時(shí)，發(fā)信號(hào)給保護(hù)，啟動(dòng)跳閘。為了延長(zhǎng)溪洛渡左岸勵(lì)磁功率柜風(fēng)機(jī)全停運(yùn)行時(shí)間，在功率柜盤(pán)后風(fēng)道的下方，開(kāi)3個(gè)椎20 mm左右運(yùn)行通風(fēng)孔，如圖2所示，正常運(yùn)行時(shí)，這3個(gè)通風(fēng)小孔出風(fēng)，出風(fēng)量很小，由于功率柜采用的風(fēng)機(jī)功率較大，所以基本不會(huì)降低可控硅風(fēng)道風(fēng)量。但是，當(dāng)雙風(fēng)機(jī)停風(fēng)后，因?yàn)殡p風(fēng)機(jī)的出風(fēng)板封閉，這3個(gè)通風(fēng)小孔進(jìn)風(fēng)，根據(jù)自然對(duì)流換熱時(shí)熱空氣上升原理，讓風(fēng)道內(nèi)形成自然對(duì)流散熱，改善功率柜風(fēng)道運(yùn)行環(huán)境，可以增加功率柜無(wú)風(fēng)運(yùn)行時(shí)間，延時(shí)啟動(dòng)跳閘功能。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，停風(fēng)以后的功率柜運(yùn)行溫升得到很好改善，運(yùn)行時(shí)間比開(kāi)孔之前明顯延長(zhǎng)。

2.3 滅磁時(shí)序控制優(yōu)化

溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)采用HPB45M-82S高速直流磁場(chǎng)斷路器+SiC滅磁電阻滅磁方式。SiC滅磁電阻具有可靠性高、單片能量大，總體積小的優(yōu)點(diǎn)，具有易于并聯(lián)的特性，自然均能性優(yōu)越。因?yàn)镠PB45M-82S無(wú)常閉觸頭，所以采用以冗余的跨接器回路代替滅磁開(kāi)關(guān)的滅磁常閉觸頭，實(shí)現(xiàn)無(wú)觸頭磁場(chǎng)能量釋放。冗余的機(jī)械跨接器和電子跨接器回路可消除機(jī)械機(jī)構(gòu)松動(dòng)、卡塞等事故隱患，顯著減少維護(hù)工作量。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)盤(pán)柜通風(fēng)示意圖

優(yōu)化以后的溪洛渡滅磁時(shí)序控制為：運(yùn)行中，收到勵(lì)磁系統(tǒng)跳閘令時(shí)，首先觸發(fā)跨接器回路，由于電子跨接器比機(jī)械跨接器響應(yīng)快，此時(shí)電子跨接器回路先動(dòng)作，然后，通過(guò)逆變滅磁或切斷整流橋觸發(fā)脈沖（硬件封脈沖）的方法幫助磁場(chǎng)斷路器在轉(zhuǎn)子上建立足夠高的負(fù)方向電壓，同時(shí)冗余的機(jī)械跨接器也會(huì)動(dòng)作，此時(shí)斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，減少滅磁開(kāi)關(guān)拉弧，滅磁開(kāi)關(guān)的負(fù)擔(dān)非常小，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的最佳滅磁，滅磁時(shí)序如圖3所示。

圖3 溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)方式實(shí)測(cè)滅磁時(shí)序圖

2.4 起勵(lì)回路控制優(yōu)化

溪洛渡電站左岸勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)回路采用的是三相交流起勵(lì)。起勵(lì)回路的續(xù)流電阻與轉(zhuǎn)子之間以及續(xù)流電阻與外部起勵(lì)電源回路之間分別增加大容量直流接觸器，如圖4所示，根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作模式與轉(zhuǎn)子電流的大小分別控制續(xù)流電阻與起勵(lì)電源的投入與退出，起勵(lì)回路工作狀態(tài)為：他勵(lì)零起升壓、升流試驗(yàn)工作模式時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于4%額定轉(zhuǎn)子電流時(shí)通過(guò)圖中續(xù)流電阻右側(cè)直流接觸器投入續(xù)流電阻，將續(xù)流電阻并接至轉(zhuǎn)子的兩端，防止因轉(zhuǎn)子電感作用而導(dǎo)致起勵(lì)失敗。當(dāng)轉(zhuǎn)子電流大于5%額定轉(zhuǎn)子電流時(shí)斷開(kāi)接觸器閉鎖續(xù)流電阻的投入，利用4%～5%額定轉(zhuǎn)子電流的死區(qū)，防止他勵(lì)升壓或升流過(guò)程中停留在4%額定轉(zhuǎn)子電流時(shí)電阻頻繁的投入與退出。自并勵(lì)開(kāi)機(jī)時(shí)，機(jī)端電壓小于20%額定值，通過(guò)圖4中左、右側(cè)接觸器投入續(xù)流電阻與起勵(lì)電源，幫助發(fā)電機(jī)成功建壓。發(fā)電機(jī)建壓成功后，同時(shí)退出起勵(lì)電源回路與續(xù)流電阻。

圖4 溪洛渡左岸勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)回路

該起勵(lì)回路既可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)可控硅整流橋的續(xù)流功能，又可以完成發(fā)電機(jī)他勵(lì)零起升壓、升流試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)可控硅整流橋的續(xù)流功能。

2.5 溪洛渡PSS監(jiān)視優(yōu)化

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行以后，為了抑制電網(wǎng)發(fā)生功率波動(dòng)，勵(lì)磁系統(tǒng)PSS功能會(huì)正常動(dòng)作。在此基礎(chǔ)上，溪洛渡電站勵(lì)磁系統(tǒng)利用PSS的動(dòng)作輸出，增設(shè)PSS輸出監(jiān)視功能，設(shè)置PSS輸出閥值判斷，即當(dāng)電網(wǎng)有大功率振蕩時(shí)，PSS輸出大于該閥值，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以檢測(cè)PSS的動(dòng)作以及電網(wǎng)波動(dòng)，閥值整定為

0.3 %。PSS投入運(yùn)行時(shí)，一旦系統(tǒng)發(fā)生有功波動(dòng)，PSS輸出大于0.3%，PSS輸出監(jiān)視動(dòng)作，直接證明PSS正常運(yùn)行。該功能已在溪洛渡勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行中正確驗(yàn)證。在2014年4月，運(yùn)行中的溪洛渡3臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的PSS信號(hào)均出現(xiàn)動(dòng)作、復(fù)歸信號(hào)，在此期間，勵(lì)磁系統(tǒng)均運(yùn)行在AVR方式，PSS均處于投入狀態(tài)，系統(tǒng)電壓在536 kV上下，有約為2 kV的波動(dòng)。PSS動(dòng)作的兩個(gè)短暫時(shí)段機(jī)端電壓均穩(wěn)定，每臺(tái)機(jī)組的有功均有2～7 MW的低頻波動(dòng)，總有功有約為20 MW的波動(dòng)，為了抑制此低頻波動(dòng)，3臺(tái)機(jī)組的PSS出現(xiàn)了動(dòng)作現(xiàn)象，并很快復(fù)歸。后經(jīng)相關(guān)單位告知是電網(wǎng)直流線路有調(diào)試試驗(yàn)。經(jīng)分析判斷，此PSS動(dòng)作屬于正常情況。

3 總結(jié)

水力發(fā)電是清潔能源發(fā)展的重要方向，勵(lì)磁系統(tǒng)作為其中的重要組成部分，必須充分滿足和適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的需要，本文從溪洛渡水電站勵(lì)磁系統(tǒng)功能改進(jìn)與創(chuàng)新出發(fā)，提出了勵(lì)磁系統(tǒng)在功率柜結(jié)構(gòu)、滅磁方式、PSS監(jiān)視等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，滿足勵(lì)磁系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的要求，為今后勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供較高的參考價(jià)值。溪洛渡電站勵(lì)磁系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)全部實(shí)現(xiàn)“守穩(wěn)百日”，改造以后的勵(lì)磁系統(tǒng)滿足勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。目前溪洛渡電站各運(yùn)行機(jī)組狀態(tài)正常、運(yùn)行穩(wěn)定。

[1]許其品，許其質(zhì).勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)問(wèn)題[J].水電廠自動(dòng)化，2004（3）.

[2]許其品，孫素娟，程小勇.大型發(fā)電機(jī)組合滅磁方式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007（15）.

[3]許其品，魏 偉，王永剛.可控硅整流橋均流的探討[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2010（04）.

[4]謝燕軍，陳小明.溪洛渡水電站左右岸勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)回路對(duì)比分析[C]//2014年全國(guó)水電廠自動(dòng)化技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2014.

[5]劉喜泉，陳小明，畢欣穎，等.溪洛渡水電站勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁邏輯和時(shí)序分析[C]//2013年度發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)學(xué)術(shù)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集，2013.

TV734.2

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：1672-5387（2017）03-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.008

2016-09-19

謝燕軍（1986-），男，工程師，從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。