燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)改造

【摘 要】蓬辣灘水電公司機(jī)組勵磁系統(tǒng)為靜止式可控硅整流自并勵勵磁系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)設(shè)備主要包括：勵磁變壓器、滅磁開關(guān)、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置、自動勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）、功率整流柜、勵磁專用電流電壓互感器等。現(xiàn)機(jī)組4臺勵磁調(diào)節(jié)器已于2011年相繼更換成國電南瑞生產(chǎn)的NES5100勵磁調(diào)節(jié)器，而勵磁功率柜、滅磁開關(guān)柜現(xiàn)已使用12年，部分元件已出現(xiàn)老化。

【關(guān)鍵詞】勵磁變壓器；滅磁開關(guān)；自動勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）；功率整流柜

前言

勵磁系統(tǒng)的作用：維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來恒定機(jī)端電壓；合理分配并列運行機(jī)組之間的無功分配；提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。功率柜內(nèi)的可控硅和滅磁開關(guān)及其輔助設(shè)備運行的穩(wěn)定性及可靠性，直接關(guān)系著水輪發(fā)電機(jī)組運行的穩(wěn)定性和安全性。

一、改造原因

首先電子元件老化。電子元件的使用壽命通常在9到10年，現(xiàn)用勵磁功率柜、滅磁開關(guān)柜已投運12年，各元器件均有不同程度的老化，為保證電站的安全穩(wěn)定運行及反措、技術(shù)監(jiān)督、《水力發(fā)電廠安全性評價標(biāo)準(zhǔn)》等要求，擬對勵磁功率柜、滅磁開關(guān)柜進(jìn)行更新改造；滅磁開關(guān)多次出現(xiàn)不能合閘現(xiàn)象，現(xiàn)已更換兩臺滅磁開關(guān)，其它仍存有隱患；安評檢查要求：勵磁風(fēng)機(jī)要加裝風(fēng)量開關(guān)；根據(jù)設(shè)計復(fù)核要求：原使用起勵電纜為6㎡銅芯電纜，根據(jù)復(fù)核計算，最少應(yīng)使用20㎡銅芯電纜。

二、改造內(nèi)容

本次改造不涉及勵磁調(diào)節(jié)器，僅對4臺機(jī)組勵磁功率柜和滅磁開關(guān)柜進(jìn)行整體改造更換，并完成與現(xiàn)用勵磁調(diào)節(jié)柜的對接。更換初勵電源電纜，型號為：ZR-VV-2×25mm2，長度約：250m。滅磁開關(guān)仍采用原型號ABB隔離開關(guān)。廠家應(yīng)提供齊全的設(shè)計與計算資料、大修時的檢查方法與標(biāo)準(zhǔn)。

三、勵磁功率柜技術(shù)指標(biāo)和要求

功率柜應(yīng)采用雙橋整流裝置，并滿足單橋狀態(tài)下全負(fù)荷長時間運行。整流裝置采用三相橋式全控整流電路，滿足在1.1倍額定勵磁電流下2倍強(qiáng)勵要求，并留有足夠的容量裕度，裝置運行效率高、發(fā)熱量小、特性穩(wěn)定。可控硅整流元件應(yīng)采用原裝知名進(jìn)口元件，可控硅整流元件應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的地老化篩選。在額定負(fù)載運行溫度下，硅晶閘管整流橋應(yīng)能承受反向峰值電壓不小于2.75倍勵磁電源變壓器二次側(cè)最大峰值電壓。每個硅晶閘管整流器的整流臂設(shè)置一個限流熔斷器，快速熔斷器采用優(yōu)質(zhì)元件。在整流裝置的交、直流側(cè)均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的過流、過壓保護(hù)，并相互配合協(xié)調(diào)。每個硅晶閘管元件均應(yīng)并聯(lián)RC回路，以抑制硅晶閘管換相過電壓。功率柜采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，風(fēng)機(jī)宜采用進(jìn)口、低噪聲、免維護(hù)的渦輪式風(fēng)機(jī)，其使用壽命要求大于47000小時。在柜旁1米處感受到的噪音水平不超過過70dBA，風(fēng)機(jī)應(yīng)能長期無故障運行。根據(jù)安評要求，加裝風(fēng)量開關(guān)，提供風(fēng)機(jī)所需的一切控制、監(jiān)視風(fēng)速、溫度等的裝置（包括控制開關(guān)、接觸器、起動設(shè)備、熱繼電器保護(hù)、自動切換及信號設(shè)備等），并且采用優(yōu)質(zhì)元器件。功率柜在風(fēng)機(jī)停止運行或風(fēng)量不足的情況下，應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)處于額定工況連續(xù)運行不少于60 min，并應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)機(jī)工況信號及風(fēng)機(jī)電源消失保護(hù)。勵磁系統(tǒng)的功率整流器應(yīng)具有切除脈沖控制功能及風(fēng)機(jī)停風(fēng)、快速熔斷器熔斷、脈沖故障檢測等報警功能。為便于設(shè)備檢修，功率柜必須在交流側(cè)設(shè)置具有足夠承受負(fù)載能力的帶明顯斷口的隔離開關(guān)，隔離開關(guān)的導(dǎo)電部位應(yīng)做好絕緣防護(hù)。

四、起勵裝置技術(shù)要求

發(fā)電機(jī)起勵采用殘壓起勵和直流起勵兩種方式。賣方應(yīng)提供直流起勵的成套設(shè)備，包括接觸器，控制、保護(hù)和報警回路，并負(fù)責(zé)配線，起勵接觸器選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)元件。起勵方式應(yīng)該有殘壓起勵和直流電源起勵兩種。當(dāng)停機(jī)時間不長，發(fā)電機(jī)有足夠的剩余勵磁時，應(yīng)能成功地進(jìn)行殘壓起勵。直流起勵電源取自220 V直流饋電屏，起勵電流應(yīng)不大于空載勵磁電流的20%，起勵時間小于5S。應(yīng)設(shè)有起勵后自動退出和起勵不成功的控制、信號、保護(hù)、閉鎖回路。

五、滅磁裝置與過電壓保護(hù)技術(shù)指標(biāo)和要求

勵磁系統(tǒng)設(shè)逆變滅磁和自動滅磁裝置滅磁兩種方式，機(jī)組正常停機(jī)一般采用逆變滅磁，事故停機(jī)采用自動滅磁裝置滅磁。在任何需要滅磁的情況下（包括發(fā)電機(jī)空載強(qiáng)勵）都應(yīng)保證可靠快速滅磁。滅磁開關(guān)仍采用現(xiàn)用型號的ABB隔離開關(guān)。滅磁開關(guān)和非線性電阻，還應(yīng)符合下列要求：最小斷流能力不大于額定勵磁電流的6%；最大斷流能力不小于額定勵磁電流的300%。廠家應(yīng)提供根據(jù)電站提出的發(fā)電機(jī)基本設(shè)計參數(shù)和本規(guī)范3.2條款的運行方式下本工程機(jī)組滅磁開關(guān)的最大開斷電流和最大開斷電壓的選擇計算書。磁場滅磁電阻采用氧化鋅非線性電阻。其容量確保在最嚴(yán)重滅磁工況下，承受的耗能容量不超過其工作能容量的80%。同時，當(dāng)20%的電阻組件退出運行時，仍能滿足最嚴(yán)重滅磁工況下的要求。廠家應(yīng)提交熔斷器、滅磁電抗耗能容量計算書，以及非線性電阻（閥片）的主要技術(shù)參數(shù)供我方審核。磁場滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓時，滅磁電阻將自動接入。轉(zhuǎn)子回路過電壓保護(hù)電阻采用氧化鋅或碳化硅非線性電阻，在發(fā)生過電壓時能自動投入，以限制機(jī)組異常工況下轉(zhuǎn)子過電壓不得超過磁場繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的70%。在機(jī)組正常運行工況下，非線性電阻的漏電電流應(yīng)小于1mA，并確保無過熱現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子回路過電壓應(yīng)有動作次數(shù)計數(shù)裝置。為防止換相尖峰電壓引起勵磁裝置故障，應(yīng)裝設(shè)尖峰電壓吸收器。滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓一般不低于出廠試驗時勵磁繞組對地試驗電壓幅值的30%，不高于50%。滅磁開關(guān)和滅磁電阻等組裝在勵磁裝置的整流滅磁柜中，柜內(nèi)裝設(shè)監(jiān)視非線性電阻各并聯(lián)支路閥片有無故障和過電壓動作的指示裝置。非線性電阻元件使用壽命應(yīng)大于 10 年。滅磁開關(guān)柜面板上設(shè)有滅磁開關(guān)分合閘按鈕和分合閘位置指示燈，且按鈕應(yīng)增加保護(hù)罩。

六、改造后的效果

四臺機(jī)組的勵磁功率柜經(jīng)過改造之后，勵磁系統(tǒng)運行穩(wěn)定，勵磁電流波動減小，滅磁開關(guān)動作可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]《南京南瑞勵磁系統(tǒng)NES5100說明書》

[2]《大埔縣梅江蓬辣灘水電站勵磁系統(tǒng)運行規(guī)程》

[3]《水電廠發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)計》梁建行 著

作者簡介：

潘麗珍，女，江西贛州人，1987年出生，大專學(xué)歷，助理工程師，就職于國家電投集團(tuán)江西水電檢修安裝工程有限公司，研究方向：水電廠勵磁系統(tǒng)

（作者單位：國家電投集團(tuán)江西水電檢修安裝工程有限公司）