小浪底水電廠勵磁系統(tǒng)雙橋切換問題分析

李憲棟，劉連軍，劉春奇，沙 林

（小浪底水力發(fā)電廠，河南 濟(jì)源 454681）

小浪底水電廠勵磁系統(tǒng)雙橋切換問題分析

李憲棟，劉連軍，劉春奇，沙 林

（小浪底水力發(fā)電廠，河南 濟(jì)源 454681）

對小浪底水電廠勵磁系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的失磁和過壓現(xiàn)象，結(jié)合勵磁系統(tǒng)可控硅整流橋的切換控制過程進(jìn)行了分析，認(rèn)為切換過程中繼電器等元件動作不可靠是導(dǎo)致這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。針對勵磁系統(tǒng)雙橋單向切換運(yùn)行中存在設(shè)備利用率不高和系統(tǒng)可靠性降低的不足，提出了雙向切換的改進(jìn)思路和對策，并對故障復(fù)位條件提出了改進(jìn)建議。

小浪底水電廠；勵磁系統(tǒng)；雙橋切換

1 小浪底水電廠勵磁系統(tǒng)

小浪底水電廠發(fā)電機(jī)組采用自并勵勵磁方式。勵磁系統(tǒng)設(shè)備主要包括提供勵磁電源的機(jī)端勵磁變，整流設(shè)備可控硅整流橋，PLC勵磁調(diào)節(jié)器，起勵設(shè)備、滅磁設(shè)備以及監(jiān)視控制保護(hù)電路。為了提高可靠性，勵磁系統(tǒng)設(shè)有兩套可控硅整流橋，兩套PLC調(diào)節(jié)器，并可實現(xiàn)手動后備控制。現(xiàn)場設(shè)備分為勵磁調(diào)節(jié)器柜、功率柜（可控硅整流橋）、功率聯(lián)絡(luò)柜、起勵及非線性滅磁設(shè)備柜、滅磁開關(guān)柜和極性轉(zhuǎn)換開關(guān)柜。

勵磁調(diào)節(jié)器由模擬量測量板、模擬量信號輸入板、開關(guān)量信號輸入板、PLC程序處理器、輸出板、輸出繼電器、勵磁系統(tǒng)監(jiān)視控制保護(hù)電路板和脈沖觸發(fā)電路板組成。PLC程序?qū)崿F(xiàn)PI調(diào)節(jié)，并綜合各種保護(hù)信號形成控制電壓輸出。脈沖觸發(fā)板接受控制電壓和同步電壓信號，綜合后形成觸發(fā)脈沖輸出。觸發(fā)脈沖信號經(jīng)脈沖放大電路板放大后送至可控硅控制極，實現(xiàn)對可控硅導(dǎo)通角的控制，從而實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

勵磁系統(tǒng)在機(jī)組起動過程中先啟動備用可控硅整流橋，然后再切換到主用可控硅整流橋運(yùn)行。系統(tǒng)把1#可控硅整流橋作為主用橋，2#可控硅整流橋作為備用橋。運(yùn)行過程中主用橋故障時可以無擾動切換到備用橋。

2 勵磁系統(tǒng)雙橋切換控制

2.1 雙橋切換控制邏輯

勵磁系統(tǒng)的兩套可控硅整流橋切換是由PLC程序控制的，切到橋1的控制邏輯為橋1無故障時，系統(tǒng)啟動后5秒或橋2故障；切到橋2的控制邏輯為橋2無故障時，系統(tǒng)啟動后或橋1故障。

2.2 雙橋切換控制的實現(xiàn)

雙橋切換控制是由 PLC、橋監(jiān)視控制電路板、輔助繼電器和脈沖放大電路板共同完成的。橋監(jiān)視控制電路板接收到PLC發(fā)出的切換命令后，相應(yīng)的硬件電路完成控制輔助輸出繼電器切換和閉鎖脈沖放大回路命令。輔助繼電器完成啟動相應(yīng)橋的風(fēng)機(jī)、發(fā)信到PLC并閉鎖另一橋的脈沖放大電路功能。

3 雙橋切換中發(fā)現(xiàn)的問題

3.1 失磁或誤強(qiáng)勵

2005年 5號機(jī)建壓過程中出現(xiàn)了升壓不穩(wěn)定現(xiàn)象，機(jī)組定子電壓升到額定電壓后有時突然降到 4kV左右，并出現(xiàn)了瞬時過電壓現(xiàn)象，同時伴有轉(zhuǎn)子電壓劇烈擺動現(xiàn)象。對勵磁系統(tǒng)建壓過程進(jìn)行分析，這些現(xiàn)象可以作如下解釋：當(dāng)參與橋切換控制的兩個輔助繼電器切換不靈敏時，如其中的一個不能準(zhǔn)時失磁，出現(xiàn)了兩個繼電器同時勵磁，就同時閉鎖了兩個可控硅整流橋的觸發(fā)脈沖，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁；同樣，如果輔助繼電器不能準(zhǔn)時勵磁，出現(xiàn)了兩個繼電器同時失磁，將使兩個橋的脈沖觸發(fā)回路同時開放，兩個可控硅整流橋同時勵磁，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)誤強(qiáng)勵，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)過電壓信號。勵磁系統(tǒng)啟動過程中，先啟動2#可控硅整流橋正常后再切換到1#可控硅整流橋運(yùn)行，在切換過程中突然失磁，使機(jī)組電壓降低到最低限制值4kV，而轉(zhuǎn)子電壓由于失磁而劇烈擺動，這和交流滅磁過程中封掉觸發(fā)脈沖在轉(zhuǎn)子回路中引入交流電壓的過程是相似的[1]。

3.2 單向切換

小浪底水電廠勵磁系統(tǒng)的兩套可控硅整流橋并聯(lián)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供電，一套主用，一套備用，當(dāng)主用橋故障時，可以無擾動切換到備用橋。但是，這種切換只是單向的，即只能從故障橋切換到備用橋，當(dāng)故障橋恢復(fù)后，不能從備用橋切回。這是因為PLC程序中設(shè)計的可控硅整流橋切換必須是切換到無故障橋，而橋故障信號的復(fù)位必須斷開滅磁開關(guān)并按復(fù)位按鈕才能復(fù)位。斷開滅磁開關(guān)勵磁系統(tǒng)就要停運(yùn)，這就失去了不停運(yùn)恢復(fù)系統(tǒng)可靠性的可能。

另外，勵磁系統(tǒng)在正常啟動過程中檢查2#可控硅整流橋正常后就切換到1#可控硅整流橋運(yùn)行，而系統(tǒng)又未設(shè)手動在兩套可控硅整流橋間切換的控制回路。這樣，將導(dǎo)致1#可控硅整流橋長期運(yùn)行，2#可控硅整流橋長期停運(yùn)，造成設(shè)備負(fù)荷不均勻；一旦1#可控硅整流橋運(yùn)行年限到后退出運(yùn)行或更新改造時，勵磁系統(tǒng)另一套基本完好的可控硅整流橋也將退出運(yùn)行，設(shè)備未得到充分利用。

4 對策及改進(jìn)思路

4.1 加強(qiáng)切換回路維護(hù)

作為河南電網(wǎng)的調(diào)峰電站，小浪底電廠機(jī)組開停機(jī)頻繁，每次開機(jī)過程要進(jìn)行雙橋切換，這樣切換回路負(fù)荷就較重。從運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題看，勵磁系統(tǒng)的雙橋切換回路應(yīng)是日常維護(hù)的重點，尤其是切換輔助繼電器的定期校驗和更換。

4.2 故障信號的復(fù)位

可控硅整流橋故障信號的復(fù)位是影響可控硅整流橋切回的重要條件。可控硅整流橋故障信號包括：橋可控硅不導(dǎo)通、橋保險熔斷、橋風(fēng)機(jī)故障、橋風(fēng)壓低和橋無輔助電源。對于非嚴(yán)重故障如橋保險熔斷和橋輔助電源故障，可以在故障消除后通過復(fù)位故障信號來恢復(fù)橋到正常狀態(tài)。但是橋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的故障復(fù)位卻需要斷開滅磁開關(guān)并按復(fù)位按鈕才能復(fù)位，這樣就使得故障橋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障消除后也必須停機(jī)才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。這樣，當(dāng)一些可以消除的故障出現(xiàn)并得到及時處理后，也不能將橋恢復(fù)到正常狀態(tài)，也就不能在另一橋故障時實現(xiàn)再備用，降低了系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的利用率。因而，除可控硅主回路故障外的故障信號均可改為可不停機(jī)復(fù)位，這樣當(dāng)非嚴(yán)重故障出現(xiàn)并消除后，可以通過復(fù)位按鈕來復(fù)位橋故障信號，從而可以將可控硅整流橋恢復(fù)到正常狀態(tài)作為備用橋。

4.3 雙橋的切換

當(dāng)前的勵磁系統(tǒng)控制實現(xiàn)了兩套可控硅整流橋的單向切換功能，即主用橋故障時切換到備用橋，但不能實現(xiàn)兩套可控硅整流橋之間的定期切換，也不能實現(xiàn)故障橋恢復(fù)到正常后的切回。可以增加人為在雙橋之間切換的控制功能，從而實現(xiàn)不僅運(yùn)行橋故障時可以切換到備用橋，而且可以定期切換兩橋運(yùn)行，實現(xiàn)可控硅整流橋及相應(yīng)的脈沖觸發(fā)、脈沖放大和風(fēng)機(jī)設(shè)備的均勻負(fù)荷運(yùn)行。

[1] 鄒先明, 陳小明. 交流電壓滅磁的現(xiàn)場試驗與應(yīng)用[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2003, (1): 55-57, 60．

Analysis on Thyristor Bridge Switch in Excitation System at Xiaolangdi Hydropower Plant

LI Xian-dong, LIU Ding-you, TANG Xin-wen, LIU Lian-jun, LIU Chun-qi, SHA Lin
(Xiaolangdi Hydropower Plant, Jiyuan 454681, China)

Based on changeover control process, overvoltage and excitation loss during excitation system operation at Xiaolangdi Hydropower Plant are analyzed, and conclusion is drew that abnormal work of element such as relay in excitation system results in this phenomenon. Thyristor bridge unidirectional switch will not make full use of system equipment, also reduces reliability of system. Bidirectional switch mode is produced, suggestions on improving system equipment wok time are also given.

Xiaolangdi hydropower plant; excitation system; bidirectional switch

TM761+.11

A

1000-3983(2010)01-0058-02

2008-06-04

李憲棟（1977-），2001年畢業(yè)于東北電力學(xué)院，2008年取得西安交通大學(xué)電氣工程碩士學(xué)位，研究方向為電力設(shè)備絕緣診斷與狀態(tài)評估技術(shù)，工程師。