提高漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜均流系數(shù)

周宇

摘 要：結(jié)合漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜存在不均流，均流系數(shù)不合格的現(xiàn)象，簡要分析了導(dǎo)致均流系數(shù)不合格的原因及相關(guān)的處理方法。對提高勵(lì)磁功率柜均流系數(shù)提出了具體解決方法，最終使得2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜均流系數(shù)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：漫灣電廠；功率柜；均流系數(shù)

引言

為了提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性和增加勵(lì)磁電源的容量，一般均采用多柜并聯(lián)運(yùn)行，多個(gè)功率單元并列運(yùn)行時(shí)，由于各種因素導(dǎo)致各個(gè)功率單元出力不一致，從而影響功率單元壽命，影響強(qiáng)勵(lì)效果，給系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T583、DL/T650、DL/T843均規(guī)定要求，在發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流情況下，均流系數(shù)不應(yīng)低于0.85。

1 問題的提出

漫灣電廠2號機(jī)組裝機(jī)容量為250MW，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用南瑞電氣控制公司生產(chǎn)的NES-5100微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，系統(tǒng)由NES-5100發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、FLZ可控硅整流裝置、交流進(jìn)線柜、滅磁開關(guān)柜以及非線性電阻柜等機(jī)柜組成。勵(lì)磁方式為自并勵(lì)，額定負(fù)載勵(lì)磁電流為1620A，額定負(fù)載勵(lì)磁電壓為406V，勵(lì)磁系統(tǒng)配置3臺可控硅整流柜，這3臺功率柜于2012年11月正式投運(yùn)，在機(jī)組均流試驗(yàn)過程中，實(shí)測各負(fù)荷段下各功率柜的輸出勵(lì)磁電流，根據(jù)均流系數(shù)KI：

計(jì)算出各工況下均流系數(shù)如下：

從表1數(shù)據(jù)中看出，各負(fù)荷段均流系數(shù)均小于0.85，漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜存在電流不平衡的現(xiàn)象，均流系數(shù)不合格。

2 問題分析

對于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)來說，發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變壓器和每個(gè)并列運(yùn)行的整流裝置就分別組成了幾個(gè)并聯(lián)的電壓源，可控硅功率柜的輸出與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子就組成了它們的負(fù)載，且可控硅功率柜的輸出電流大小與各并聯(lián)支路的阻抗成反比。

對于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其回路可用圖1所示電路圖等效。在圖1中：電壓源US1i表示第i個(gè)可控硅整流柜輸出電壓的大??；US2i表示第i個(gè)可控硅整流柜可控硅的平均通態(tài)壓降；Ri表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電阻；Li表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電感（包括自感和互感）；R表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻；L表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電感。

可控硅觸發(fā)的一致性是保證不同的可控硅功率柜的等效電路中的US1i大小相等；可控硅通態(tài)壓降決定US2i的大小。據(jù)此，以下三點(diǎn)是影響功率柜均流效果的主要原因：

2.1 影響均流系數(shù)的因素

2.1.1 可控硅觸發(fā)的一致性的影響。據(jù)以上分析可知，在忽略可控硅通態(tài)壓降差異的基礎(chǔ)上，如果每個(gè)可控硅整流橋交、流回路的等效電阻和電感都相等，則可控硅觸發(fā)的一致性直接決定了電壓源并聯(lián)支路電壓的大小，從而決定了可控硅整流柜之間均流的好壞。

2.1.2 可控硅平均通態(tài)壓降的影響。當(dāng)可控硅觸發(fā)的一致性很好時(shí)，則可以認(rèn)為US1i相等；如果每個(gè)可控硅整流橋交直流回路的等效電阻和電感也都相等，則可控硅平均通態(tài)壓降將直接影響到可控硅功率柜的均流。根據(jù)可控硅伏安特性可知：可控硅的平均通態(tài)壓降會受到可控硅結(jié)溫的因素的影響，即當(dāng)可控硅的工作電流較小時(shí)，可控硅的結(jié)溫與平均通態(tài)壓降成負(fù)相關(guān)系；而當(dāng)可控硅的工作電流較大時(shí)，可控硅的結(jié)溫與平均通態(tài)壓降成正相關(guān)系。即當(dāng)電流增大時(shí)，可控硅斜率電阻增大，可控硅的平均通態(tài)壓降增大，所以當(dāng)某一功率柜輸出電流較大時(shí)，在相同散熱條件的情況下，電流輸出大的可控硅裝置的發(fā)熱量增加，可控硅平均通態(tài)壓降會增大，所以該裝置的輸出電流幅度會相對減小，原來輸出小的裝置輸出幅度會相對增加，最終各裝置輸出電流達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，均流系數(shù)會上升。

2.1.3 交直流回路電阻和電感的影響。對于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)來說，發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變壓器和每個(gè)并列運(yùn)行的整流柜分別組成了幾個(gè)并聯(lián)的電壓源，可控硅整流柜的輸出與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子就組成了它們的負(fù)載，且可控硅整流柜的輸出電流大小與各并聯(lián)支路的阻抗成反比。

2.2 具體原因分析

基于以上對勵(lì)磁整流橋不均流原因的分析，結(jié)合漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行以下分析，從而確定根本的問題根源所在：

2.2.1 可控硅觸發(fā)的一致性

2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的3臺可控硅整流裝置公用一個(gè)勵(lì)磁變壓器，因此，它們的交流側(cè)輸入電壓是相等的，同時(shí)其可控硅觸發(fā)方式采用強(qiáng)觸發(fā)方式，保證了各可控硅觸發(fā)的一致性，因此排除可控硅觸發(fā)的一致性的影響。

2.2.2 可控硅平均通態(tài)壓降的影響

當(dāng)每個(gè)可控硅整流橋交流、直流回路的等效電阻和電感均相等時(shí)，可控硅平均通態(tài)壓降將直接影響可控硅整流柜的均流。當(dāng)某一功率柜輸出電流較大時(shí)，在散熱條件相同的情況下，電流輸出大的可控硅裝置的發(fā)熱量增加，可控硅平均通態(tài)壓降會增大，所以該功率柜的輸出電流會相對減??；原來輸出電流較小的整流柜輸出會相對增加，最終各功率柜輸出電流達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，均流系數(shù)會上升。2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜采用原裝進(jìn)口ABB可控硅，最大限度地保證了各個(gè)可控硅平均通態(tài)壓降的一致性。

2.2.3 交直流回路電阻和電感的影響

對于交、直流側(cè)采用銅排互連的整流橋，由于其銅排明顯呈現(xiàn)阻性，即電阻遠(yuǎn)大于電感。如果采用改變電感來均流，需要花費(fèi)的代價(jià)比較大，原因是一方面需要串接的電感量比較大通過增加時(shí)間常數(shù)，致使電流分配主要由過渡過程決定，因此電抗需要增加到足以和可控硅通態(tài)電阻相同數(shù)量級方能夠起到作用，所以可以根據(jù)改變銅排的電阻來達(dá)到均流的目的。

一般情況下，可控硅通態(tài)電阻比交直流側(cè)阻抗大，當(dāng)整流橋選擇的可控硅通態(tài)平均電流比較大時(shí)，由于可控硅通態(tài)電阻下降，使得比值減小，則交流側(cè)進(jìn)線長度對于均流的影響增加。即越靠近交流進(jìn)線位置，交流阻抗越小，整流柜輸出電流越大。如圖2所示，漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)交流進(jìn)線位置布置在1號、2號功率柜的中間，各個(gè)功率柜之間用銅牌連接，3號功率柜離交流進(jìn)線位置最遠(yuǎn)，交流阻抗最大，因此3號功率柜輸出電流最小。這與2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)各功率柜實(shí)際輸出情況一致，所以，各功率柜之間交直流回路阻抗是導(dǎo)致2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)各功率柜輸出不均流問題的主要原因。

2.3 實(shí)際改造措施

由于并聯(lián)整流柜的電流分布情況與交流進(jìn)線位置（即交流阻抗）有重要關(guān)系，所以采用合理的布局、減小可控硅交直流回路阻抗差異，是提高均流系數(shù)的有效手段。但由于2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)有3臺功率柜，交流進(jìn)線位置已布置在最佳位置。因此，在保持現(xiàn)有盤柜布局的前提，通過改變交流側(cè)進(jìn)線長度可以來平衡各個(gè)功率柜阻抗，從而達(dá)到均流效果。

具體的實(shí)施方案是新增加一個(gè)交流進(jìn)線柜（如圖3），將現(xiàn)有交流進(jìn)線柜改成直流出線柜，拆除用銅牌連接的3個(gè)功率柜的交流進(jìn)線在新的交流進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)有交流進(jìn)線刀閘，刀閘上端至勵(lì)磁變低壓側(cè)由18根240mm2長度相同的進(jìn)線電纜連接，刀閘下端用6根（A相、B相、C相各2根）240 mm2長度相同的電纜分別與1號、2號、3號功率柜連接，即以前交流進(jìn)線用銅牌連接的方式改成用等長度的電纜連接，從而使得每個(gè)功率柜的交流側(cè)阻抗一致。根據(jù)電阻計(jì)算公式R=ρL/S（ρ為電阻率，L為銅排長度，S為電流通過銅排的截面積），由于采用的電纜為同一型號，加之它們的長度及截面積都相等，從理論上來講，1號、2號、3號功率柜交流側(cè)阻抗相等，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)功率柜之間的均流。

2.4 改造后效果檢查

2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造后，技術(shù)人員進(jìn)行過相關(guān)的數(shù)據(jù)測量，具體數(shù)據(jù)見表2。

從表2中可以看出，經(jīng)過改造2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)得到很大的提高，各工況下的均流系數(shù)均>0.85，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，由此可見，改造取得很好的效果。

3 結(jié)束語

最終，通過改變勵(lì)磁系統(tǒng)交流側(cè)進(jìn)線長度，漫灣電廠2號機(jī)組勵(lì)磁功率柜均流問題得到很好地解決，從成本上來講，也較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，對具有相關(guān)問題的其他單位解決提供了很好地借鑒作用。

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