遼寧蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)淺析

陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國(guó)網(wǎng)新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

遼寧蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)淺析

陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國(guó)網(wǎng)新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

簡(jiǎn)要介紹了勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理，闡述了蒲石河工程勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用與調(diào)試過程。著重分析運(yùn)行中勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)的問題并進(jìn)行反思，為同類電廠勵(lì)磁系統(tǒng)安裝調(diào)試及勵(lì)磁國(guó)產(chǎn)化提供參考。

勵(lì)磁系統(tǒng)；抽水蓄能；安裝調(diào)試

1 勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理和作用

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本作用就是給發(fā)電機(jī)提供一個(gè)可調(diào)的勵(lì)磁電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極中通以直流電流，在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部就形成了一個(gè)磁場(chǎng)，由原動(dòng)機(jī)（水電廠中的水輪機(jī)）拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)與定子線棒間就有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在定子繞組中就會(huì)感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì)，可通過線路輸送出三相交流電。作為抽水蓄能電站，在水泵工況運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組上加上三相交流電，就會(huì)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電后，在電力矩的作用下開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速、頻率和磁極對(duì)數(shù)間的關(guān)系可以用n=60 f/p來表示。

勵(lì)磁系統(tǒng)的作用在于控制發(fā)電機(jī)的定子電壓。對(duì)于大型同步機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)通常采用可控硅元件來提供可變的勵(lì)磁電流。而勵(lì)磁電流的控制是基于數(shù)字自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）的作用，采集機(jī)端電壓電流信號(hào)，輸入調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行計(jì)算，得出整流橋相應(yīng)的觸發(fā)角來提供給發(fā)電機(jī)不同的勵(lì)磁電流。

抽水蓄能機(jī)組一般水頭較高，機(jī)組轉(zhuǎn)速較快，所以除在機(jī)組正常運(yùn)行情況下需要?jiǎng)?lì)磁電流外，在停機(jī)過程中應(yīng)用電氣制動(dòng)開關(guān)（刀閘）在機(jī)組出口開關(guān)斷開的情況下，使發(fā)電機(jī)出口三相短路，此時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)提供一定的勵(lì)磁電流（電流大小由發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)得出），在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩，使機(jī)組能夠更快地達(dá)到停機(jī)穩(wěn)態(tài)，這是勵(lì)磁系統(tǒng)的另一個(gè)重要作用。

2 蒲石河電站勵(lì)磁系統(tǒng)

2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)概況

蒲石河抽水蓄能電站為大型純抽水蓄能電站，單機(jī)容量300 MW，額定轉(zhuǎn)速333.33 r/min，機(jī)組采用一機(jī)一變的單元式接線方式，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流取自本臺(tái)機(jī)組主變低壓側(cè)。機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)接線形式見圖1。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)一次接線

勵(lì)磁變采用18kV/640V，Y/△接線方式，勵(lì)磁變低壓側(cè)又經(jīng)可控硅整流元件提供給轉(zhuǎn)子所需的勵(lì)磁電流，在發(fā)電工況額定勵(lì)磁電壓為290 V，勵(lì)磁電流1 712 A，抽水工況額定勵(lì)磁電壓252 V，勵(lì)磁電流1 488 A。在全廠失電或線路充電工況時(shí)（主變低壓側(cè)無壓），由220 V蓄電池提供直流起勵(lì)電源，待機(jī)端電壓拖動(dòng)升至3 600 V左右時(shí)再切換至勵(lì)磁正常供電電源。勵(lì)磁系統(tǒng)在停止過程中采用逆變滅磁方式，在發(fā)生電氣故障時(shí)，磁場(chǎng)開關(guān)不經(jīng)逆變直接跳開，轉(zhuǎn)子中剩余的能量通過串入的非線性電阻釋放掉。

2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的測(cè)量

調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要根據(jù)采集的信息來處理整個(gè)控制回路，從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的控制與閉環(huán)調(diào)節(jié)，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)配有兩套完全冗余的調(diào)節(jié)器。每套調(diào)節(jié)器都有相對(duì)獨(dú)立的信號(hào)采集系統(tǒng)，它們通過采集定子電壓、定子電流、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流并輸入各自的調(diào)節(jié)器，進(jìn)行計(jì)算，相互跟蹤比較，并在主用調(diào)節(jié)器故障或測(cè)量偏差過大時(shí)自動(dòng)無擾動(dòng)切換至備用通道運(yùn)行，以保證機(jī)組穩(wěn)定性與可靠性。

2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)的限制與保護(hù)

勵(lì)磁系統(tǒng)具有完善的限制和保護(hù)功能，對(duì)各種極限運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)作出反應(yīng)，防止機(jī)組運(yùn)行在不穩(wěn)定區(qū)或超出設(shè)備運(yùn)行承受極限，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行限制

（1）水輪機(jī)出力限制，水輪機(jī)模型計(jì)算所得機(jī)組出力不得超過此限制。

（2）定子電流限制，受定子線棒冷卻方式限制，電流過大會(huì)導(dǎo)致定子線棒過熱或絕緣損壞。

（3）轉(zhuǎn)子電流限制，同定子電流限制，大電流造成的過熱可能影響繞組絕緣。

（4）勵(lì)磁電流低限，防止因勵(lì)磁電壓過低造成的失磁。

（5）殘磁限制，機(jī)組未勵(lì)磁時(shí)的限制功能。

（6）無功限制，此項(xiàng)指標(biāo)為設(shè)網(wǎng)限制，根據(jù)電網(wǎng)需要提供無功出力的限制功能。

除此之外，勵(lì)磁系統(tǒng)還有很多限制及保護(hù)功能，如U/f限制、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)等等，以保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行分析

以SFC啟動(dòng)過程勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行情況為例，勵(lì)磁收到監(jiān)控SFC啟動(dòng)模式后，自動(dòng)選擇手動(dòng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模式，當(dāng)收到SFC發(fā)出勵(lì)磁啟動(dòng)命令后，磁場(chǎng)開關(guān)合閘，勵(lì)磁工作在恒電流調(diào)節(jié)模式下，可以看到勵(lì)磁電流設(shè)定值b為一條直線，而電流實(shí)際值跟蹤設(shè)定值也基本成一條直線。在中間標(biāo)注位置可以看到勵(lì)磁電流的一個(gè)波動(dòng)，此時(shí)調(diào)節(jié)器的控制方式切換為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)，此后勵(lì)磁電流根據(jù)電壓的設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)。勵(lì)磁系統(tǒng)在抽水啟動(dòng)過程、線路充電過程、背靠背拖動(dòng)過程中均采用手動(dòng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模式，在發(fā)電、抽水、調(diào)相等穩(wěn)態(tài)則應(yīng)用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模式。由于勵(lì)磁系統(tǒng)不能跟蹤無功或功率因數(shù)，只能根據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)定值計(jì)算電壓跟蹤值。所以，無功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)屬于自動(dòng)調(diào)壓范疇。

圖3 勵(lì)磁運(yùn)行曲線

2.5 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

（1）事故現(xiàn)象：在機(jī)組開機(jī)啟動(dòng)過程中經(jīng)常出現(xiàn)勵(lì)磁收到監(jiān)控開出的EXC ON令，磁場(chǎng)開關(guān)合閘后瞬間跳開現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)并未收到任何監(jiān)控或保護(hù)發(fā)的電氣跳機(jī)信號(hào)。機(jī)組保持空轉(zhuǎn)狀態(tài)，經(jīng)延時(shí)監(jiān)控判斷流程超時(shí)執(zhí)行機(jī)械停機(jī)。

（2）事故原因

1）磁場(chǎng)開關(guān)合閘接觸器灰塵過多，導(dǎo)致接觸器間歇性不能完全吸合。

2）磁場(chǎng)開關(guān)分閘回路中串有兩個(gè)分壓電阻用以進(jìn)行分閘回路監(jiān)視，由于分壓電阻阻值不夠，導(dǎo)致分閘線圈始終帶電，分閘線圈吸合導(dǎo)致磁場(chǎng)開關(guān)無法合閘。

（3）事故反思：成品保護(hù)問題嚴(yán)重，在建電廠施工環(huán)境較為惡劣，成品到場(chǎng)應(yīng)注意防潮、防塵。

3 結(jié)語

勵(lì)磁設(shè)備是電廠運(yùn)行的核心部件，也是技術(shù)集成化較高的部件。目前新建抽水蓄能電站如響水澗、仙游等都應(yīng)用國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁設(shè)備，不同的廠家有著不同的設(shè)計(jì)理念和方法，應(yīng)該利用自身優(yōu)勢(shì)認(rèn)真比對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備的性能指標(biāo)，不斷優(yōu)化改造，推動(dòng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

TV743

B

1672-5387（2016）07-0027-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.008

2015-09-25

陳 鵬（1986-），男，工程師，從事抽水蓄能電站運(yùn)行管理工作。