提高300MW發(fā)電機(jī)主整流柜的運(yùn)行可靠性

【摘 要】針對(duì)300MW發(fā)電機(jī)主整流柜雙柜并列運(yùn)行出現(xiàn)的均流和過(guò)熱等問(wèn)題進(jìn)行分析和探討，通過(guò)對(duì)設(shè)備的改造，提高主整流柜的運(yùn)行可靠性。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī);整流柜;均流;過(guò)熱

一、系統(tǒng)概況

河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司共有4臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)，均采用同軸交流勵(lì)磁機(jī)，永磁副勵(lì)磁機(jī)帶靜止整流器的勵(lì)磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)能量由交流勵(lì)磁機(jī)的輸出經(jīng)靜止硅整流裝置提供，交流勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)能量由永磁機(jī)的輸出經(jīng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器中的三相全控橋式整流裝置提供。靜止硅整流裝置（以下簡(jiǎn)稱主整流柜）由兩柜并列運(yùn)行。

系統(tǒng)主要參數(shù)如下：

發(fā)電機(jī)主整流柜主要由三相橋式整流電路、進(jìn)線交流開關(guān)、出線直流刀閘組成。每個(gè)橋臂上共有3只二極管，二極管與柜內(nèi)母線采取插接方式，允許一只元件損壞。冷卻方式：每臺(tái)柜底設(shè)空氣冷卻器（水冷），并裝設(shè)3臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷。其主要參數(shù)如下：

型號(hào)：QLF-3000/1500

額定輸入電壓：360 V

直流輸出額定電流：3000 A

直流輸出額定電壓：1500 V

兩柜并聯(lián)運(yùn)行，單柜可保證主機(jī)強(qiáng)勵(lì)需要。

勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如下：

二、存在的問(wèn)題及原因分析

必須承認(rèn)該主整流柜具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1、如一只整流二極管損壞可以在運(yùn)行中進(jìn)行更換。

2、利用空冷器中的水流帶走熱量，減少輔助冷卻設(shè)備（如：加裝空調(diào)）

但是自1993年1＃發(fā)電機(jī)正式投入運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行1＃發(fā)電機(jī)的兩臺(tái)主整流柜暴露出許多問(wèn)題，嚴(yán)重威脅設(shè)備對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行：

1、二極管采用插接，插頭的彈簧長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)老化，觸頭的壓力下降，插頭的表面接觸電阻增大，發(fā)熱量增大引起二極管插接頭過(guò)熱。

2、長(zhǎng)期使用后，空冷器內(nèi)管路臟污，散熱效率降低；該空冷器設(shè)計(jì)在柜底部，空間狹小難以拆裝，存在漏水隱患。不得已又在勵(lì)磁小間加裝了兩臺(tái)大功率空調(diào)（一臺(tái)工作一臺(tái)備用）。

3、兩臺(tái)主整流柜在輸入相同的情況下，輸出相差較大，最大達(dá)到300A，單柜負(fù)擔(dān)較重，直流刀閘發(fā)熱嚴(yán)重。

1＃發(fā)電機(jī)1、2＃主整流柜輸出電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下圖：

最高差值250A，最低100A，與總輸出電流比最高為13%

三、改進(jìn)措施

綜上所述，對(duì)主整流柜進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)主要針對(duì)以下幾個(gè)方面：

1、隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，目前大功率的整流二極管應(yīng)用日趨成熟。原裝進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)品牌的整流元件均可以滿足這些要求：額定電流（通態(tài)平均電流）要求為3000A，反向重復(fù)峰值電壓要求為3000V，并且要求管壓降數(shù)值低，管壓降特性非常整齊；整流元件發(fā)熱??；管壓降隨溫度變化很小；漏電要很??；過(guò)壓保護(hù)性能強(qiáng)（齊納特性），壽命長(zhǎng)、耐用等。并且許多電廠的100～300MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜上成功運(yùn)用過(guò)。這樣整流橋單臂上的元件數(shù)量可以縮減，插接式的設(shè)計(jì)不再使用，而改為螺栓固定連接，這樣可以消除原整流二極管插接出現(xiàn)的過(guò)熱問(wèn)題。并可提高均流系數(shù)。

2、設(shè)計(jì)要求主整流柜單屏的均流系數(shù)不小于0.9，兩屏并列運(yùn)行的均流系數(shù)不小于0.85?？梢圆扇∪缦戮鞔胧?/p>

◆二極管元件、快熔元件參數(shù)的嚴(yán)格選配，保證均流，如：通態(tài)平均壓降。選用大電流元件，減少并聯(lián)元件數(shù)，縮短整流臂尺寸。

◆交流測(cè)整流柜進(jìn)線長(zhǎng)度嚴(yán)格等長(zhǎng)，消除進(jìn)線電阻的不一致，并產(chǎn)生電抗作用。

◆安裝和檢修時(shí)保證直流刀閘，交流側(cè)斷路器，母線連接接觸面的接觸電阻的均衡性。

3、由于勵(lì)磁小間已經(jīng)配備了大功率空調(diào)，這樣功率柜采用強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)，二極管加裝熱管散熱就方便實(shí)施。

首先確定散熱器的材質(zhì)：熱管散熱片分為鋁制散熱器和銅質(zhì)散熱器。其中鋁散熱器技術(shù)歷史悠久成熟，因?yàn)殇X散熱器的導(dǎo)熱系數(shù)值較大，鋁散熱器的最小熱阻做到0.035～0.04K/W左右，但在停風(fēng)狀態(tài)下，由于鋁散熱器采用整體鑄造成型，其熱容量及散熱面積較大，因此鋁散熱器整流柜在停風(fēng)后，仍能維持較大的出力。銅散熱器是另一種高效散熱器，因銅的導(dǎo)熱系統(tǒng)數(shù)較鋁散熱器大，(但銅的重量也大，對(duì)散熱器的制作影響較大)因此在同樣的風(fēng)冷條件下，銅散熱器的熱阻最小能達(dá)到0.03K/W，但停風(fēng)后，由于結(jié)構(gòu)的原因，銅散熱器的熱阻較大，整流柜出力比相同容量的鋁散熱器柜出力小。

根據(jù)目前情況，采用“鋁散熱器”既能保證單柜風(fēng)冷時(shí)的有效出力，也能實(shí)現(xiàn)停風(fēng)后持續(xù)120分鐘出力，是一種較好的選擇。

功率柜裝設(shè)風(fēng)溫制器，能有效的監(jiān)控風(fēng)溫變化，及時(shí)掌握功率柜運(yùn)行工況的變化。在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)報(bào)警指示。

四、實(shí)施情況

在2009年我們對(duì)#1發(fā)電機(jī)主整流柜進(jìn)行了重新選型改造，將1＃發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路1＃、2＃主整流柜更換為新型南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的FLG-3000型整流柜，三相整流橋臂由每臂三只二極管改為一只二極管，且二極管的緊固全部使用力矩扳手，保證接觸電阻相同。

原二級(jí)管冷卻方式為鋁片散熱加整流柜底部風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)散熱，現(xiàn)改為熱管散熱，主冷卻風(fēng)機(jī)改裝在整流柜頂部，一主一備，由吹風(fēng)改為吸風(fēng)，順應(yīng)了空氣流動(dòng)方向，并加裝兩臺(tái)緊急冷卻風(fēng)機(jī)，用以主風(fēng)機(jī)故障情況下的元件冷卻，且柜門裝有進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)，防止灰塵進(jìn)入，總之改進(jìn)后加強(qiáng)了散熱通風(fēng)性能。

經(jīng)過(guò)1＃發(fā)電機(jī)組大修中我們對(duì)勵(lì)磁回路的改造，經(jīng)過(guò)調(diào)查，我們對(duì)1＃、2＃主整流柜的輸出電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表：

可以看出成功解決了1＃發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路主整流柜輸出電流不平衡問(wèn)題，并且運(yùn)行中對(duì)各接觸面進(jìn)行了測(cè)溫，未見(jiàn)異常。經(jīng)過(guò)此次主整流柜改造，消除了事故隱患，保證了機(jī)組安全穩(wěn)發(fā)滿發(fā)。也為同行業(yè)機(jī)組解決相同問(wèn)題提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 7409.1-2008同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 定義

[2]300MW汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流器使用說(shuō)明書（哈爾濱新生開關(guān)廠）

[3]GB/T 3859.3-1993半導(dǎo)體變流器 變壓器和電抗器