勵磁功率整流裝置均流系數(shù)的提高

王濟娟,趙利權(quán)，賈桂森，王明川，卜凡哲

(1.大唐琿春發(fā)電廠，吉林 琿春 133303;2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021；3.梅河口阜康熱電有限責(zé)任公司，吉林 通化 135000；4.遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 清河 112003)

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，大容量發(fā)電機機組已成為電力系統(tǒng)中的主力機組，為了提高勵磁系統(tǒng)的可靠性、調(diào)節(jié)的快速性，增加勵磁系統(tǒng)的輸出容量，并滿足勵磁規(guī)程中要求的整流裝置N-1的冗余配置，整流裝置一般采用多橋、多柜并列運行，這樣就產(chǎn)生一個反映各整流橋之間均流效果的指標，即均流系數(shù)。均流系數(shù)是可控硅整流橋并列運行的一項重要指標，勵磁系統(tǒng)中并列運行的可控硅整流柜必須要有良好的均流系數(shù)，才能保證勵磁系統(tǒng)功率設(shè)備的容量得到充分和合理的應(yīng)用，更好地保證整個系統(tǒng)的長期、可靠運行。

1 新舊版規(guī)程關(guān)于勵磁功率整流裝置均流系數(shù)的規(guī)定

1.1 舊版規(guī)定

DL/T 650—1998《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件》中第5.2.5條規(guī)定：功率整流裝置的均流系數(shù)一般不小于0.85.均壓系數(shù)一般不小于0.9。

GB/T 7409.3—2007《同步電機勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求》中第5.19條規(guī)定：勵磁系統(tǒng)中的功率整流器，其冗余度可按全部功率整流器的并聯(lián)支路中有一個支路退出運行后，剩余支路仍能滿足發(fā)電機的所有運行工況要求，功率整流裝置的均流系數(shù)應(yīng)不小于0.85。

1.2 新版規(guī)定

DL/T 1166—2012《大型發(fā)電機勵磁系統(tǒng)現(xiàn)場試驗導(dǎo)則》中第5.3.7條規(guī)定：功率整流裝置的均流系數(shù)不小于0.9。均流系數(shù)為并聯(lián)運行各支路電流平均值與支路最大電流之比。任意退出一個功率柜其均流系數(shù)也要符合要求。

DL/T 843—2010《大型汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件》中第3.14條規(guī)定：功率柜整流裝置并聯(lián)運行的均流系數(shù)是各支路(或各橋)電流的平均值與最大支路電流值之比。第6.4.6條規(guī)定：功率整流裝置的均流系數(shù)應(yīng)不小于0.9。

2 改造前整流柜母線端子排連接結(jié)構(gòu)

某廠2×330 MW燃煤汽輪發(fā)電機組，2006年兩臺 T255-460型發(fā)電機投運，勵磁系統(tǒng)為SAVR2000勵磁調(diào)節(jié)器，自并勵勵磁方式,由一臺勵磁干式變壓器、一面調(diào)節(jié)器柜、三面可控硅整流柜、一面交流進線柜、一面滅磁開關(guān)柜、一面非線性電阻柜組成。三面整流柜排列及母線端子排(下文簡稱母排)連接結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 改造前整流柜內(nèi)的母排布置

從圖1可以看出：由勵磁變低壓側(cè)引入的交流母排從交流進線柜進入，由于整流柜上部安裝了冷卻風(fēng)機，母排只能從整流柜內(nèi)下部依次進入與1、2、3號整流柜內(nèi)交流側(cè)刀閘并接。

機組在投運前期，均流系數(shù)均大于0.85，滿足舊版規(guī)程要求；但是機組經(jīng)過一段時間運行后，由于可控硅質(zhì)量問題，機組在運行中發(fā)生過一起1號整流柜內(nèi)兩只可控硅擊穿的事件，雖然在更換1號整流柜可控硅時，與其他可控硅的特性進行了性能匹配，但是由于不能返廠進行三面可控硅整流柜并聯(lián)運行的均流系數(shù)試驗，致使更換可控硅并網(wǎng)運行中，勵磁功率整流裝置均流系數(shù)嚴重下降，測試數(shù)據(jù)見表1,環(huán)境溫度25～28 ℃。

表1 更換可控硅后機組的均流系數(shù)

從表1可以看出：更換可控硅后，均流系數(shù)最低值為0.690，遠遠不能滿足規(guī)程要求，也不能使三面可控硅柜中的整流元器件得到合理地應(yīng)用。

3 勵磁系統(tǒng)均流系數(shù)的影響因素及均流的措施

3.1 勵磁系統(tǒng)均流系數(shù)的影響因素

在現(xiàn)場實際應(yīng)用過程中，由于交直流阻抗差異、可控硅參數(shù)差異、觸發(fā)脈沖、隔離開關(guān)及回路接觸電阻、元器件特性下降、散熱器壓接等多種因素的影響，均流系數(shù)都會降低[1]。

a.可控硅觸發(fā)一致性的影響。由于幾個可控硅整流橋共用一臺勵磁變壓器，因此，交流側(cè)輸入電壓是相等的。在略去可控硅通態(tài)壓降差異的基礎(chǔ)上，假設(shè)每個可控硅整流橋交、直流回路的等效電阻和電感都相等，那么可控硅觸發(fā)的一致性就直接決定了電壓并聯(lián)支路電壓的大小，從而也就決定了可控硅整流柜之間均流的好壞。

b.可控硅平均通態(tài)壓降的影響。當可控硅觸發(fā)的一致性很好時，每個可控硅整流橋交、直流回路的等效電阻和電感也相等，那么可控硅平均通態(tài)壓降就將直接影響到可控硅整流柜的均流。

c. 交、直流回路的電阻和電感的影響。當可控硅的平均通態(tài)壓降相等，且可控硅觸發(fā)的一致性很好時，交、直流回路等效阻抗的差異將成為可控硅整流柜均流的主要障礙。在考慮可控硅參數(shù)、觸發(fā)角度等因素一致情況下，交流側(cè)銅排的阻抗是影響均流的主要因素。

3.2 勵磁系統(tǒng)均流的措施

a. 智能均流。智能均流是通過數(shù)字控制的方式改變每個可控硅整流柜的觸發(fā)角度，根據(jù)實際運行中各柜電流的不同，調(diào)整各柜觸發(fā)時間使電流小的柜子先觸發(fā)導(dǎo)通，電流大的柜子后導(dǎo)通，從而實現(xiàn)各柜電流平均值的均衡。

b. 磁環(huán)均流。從勵磁系統(tǒng)實際運行的工況中，可以看到距進線側(cè)遠的可控硅功率柜，銅排長，阻抗大，輸出小，可通過改變輸入側(cè)阻抗加以改善。在距離進線側(cè)近的整流橋安裝磁環(huán)，適當調(diào)整磁環(huán)氣隙厚度，抵消功率柜交流進線阻抗的差異從而改善勵磁系統(tǒng)不均流的現(xiàn)象。

c.自然均流。自然均流也可以稱之為物理均流，從一次回路的角度，通過綜合整流橋回路阻抗、元器件特性差異、觸發(fā)脈沖一致性等因素，合理匹配并聯(lián)整流橋主回路參數(shù)，功率觸發(fā)回路中不串聯(lián)任何控制回路，保證設(shè)備運行的可靠性，達到并聯(lián)功率柜各柜電流的自然均衡。為達到均流效果，要求整流裝置在設(shè)計和制造過程中滿足以下要求：對可控硅觸發(fā)方式采用的是強觸發(fā)方式，保證各可控硅觸發(fā)的一致性；對配置的所有可控硅進行合理的篩選，保證各可控硅平均通態(tài)壓降等參數(shù)的一致性；提高機柜安裝工藝，合理布置進出線及柜體排布順序，保證各功率柜交流阻抗盡量一致；依據(jù)可控硅參數(shù)對其安裝位置合理排序，最大限度地抵消可控硅參數(shù)的差異與回路阻抗，以平衡橋臂阻抗。

4 現(xiàn)場自然均流法的應(yīng)用

通過對影響勵磁均流系數(shù)的因素和提高勵磁均流方法的分析，針對現(xiàn)場情況，采用了自然均流的方法提高勵磁系統(tǒng)的均流系數(shù)，對三面可控硅整流柜進行了改造，首先對三面可控硅整流柜內(nèi)的18只5STP2SL4200可控硅整流管進行了匹配，使其參數(shù)、性能接近一致。可控硅整流管性能參數(shù)見表2。

其次，為了保證各功率柜交流阻抗盡量一致，對三面整流柜內(nèi)的進出線及柜體位置進行了創(chuàng)新性更改，將三面可控硅整流柜的冷卻風(fēng)機移至柜內(nèi)下方，按圖2在三面整流柜內(nèi)上方進行雙交流母排接線

表2 改造后三面整流柜內(nèi)可控硅特性參數(shù)

圖2 改造后整流柜內(nèi)的母排布置

布置，將勵磁變低壓側(cè)的交流母線由交流進線柜引入到2號整流柜交流隔離開關(guān)上口，再敷設(shè)一排三相交流母排與1、2、3號可控硅整流柜內(nèi)交流隔離開關(guān)上口連接，這樣就保證了1、2、3號可控硅整流柜的交流阻抗的一致性。

勵磁整流柜改造后，機組安全運行穩(wěn)定，均流系數(shù)最高達到0.99，滿足了新版規(guī)程要求的均流系數(shù)不小于0.9的要求，測試數(shù)據(jù)見表3，環(huán)境溫度25～28 ℃。

表3 三面整流柜改造后機組的均流系數(shù)

5 結(jié)束語

通過對勵磁系統(tǒng)三面整流柜的改造，采用了自然均流的方法和整流柜內(nèi)雙交流母排布置的創(chuàng)新方法，解決了勵磁功率整流柜均流系數(shù)降低的問題，也滿足了勵磁系統(tǒng)新版規(guī)程關(guān)于勵磁功率整流裝置均流系數(shù)的指標要求，目前改造后的勵磁系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定地運行狀態(tài)。