EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)在春廠壩電站的應(yīng)用

唐炯 蔣三斌 郭安奎

摘 要： 春廠壩電站采用廣州擎天EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)，此系統(tǒng)充分融入了電磁兼容性設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了勵(lì)磁裝置的可靠性。介紹了春廠壩電站勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行方式與操作、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，可控硅元件、滅磁電阻、滅磁開關(guān)的選型計(jì)算以及調(diào)試軟件的簡要使用。

關(guān)鍵詞： EXC9100；運(yùn)行方式；維護(hù)經(jīng)驗(yàn)；參數(shù)計(jì)算；調(diào)試軟件

中圖分類號：TM761+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1設(shè)備概述

春廠壩電站單機(jī)額定功率18MW，額定機(jī)端電壓10.5kV，額定機(jī)端電流1164.4A，采用EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)，額定勵(lì)磁電壓160V，額定勵(lì)磁電流490A，空載勵(lì)磁電壓57V，空載勵(lì)磁電流262A。勵(lì)磁變二次側(cè)額定電壓320V，最大電流568.3，短路阻抗4.16%。

2運(yùn)行方式

（1）勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜采用兩柜并聯(lián)運(yùn)行模式，每柜裝有一個(gè)三相全控整流橋，單個(gè)橋整流能力滿足兩倍額定勵(lì)磁電流。

（2）正常運(yùn)行時(shí)，默認(rèn)A通道為主用，B通道為備用，主用通道LED顯示為“3.3”，備用通道LED顯示為“33.”。

（3）運(yùn)行設(shè)置為：通道跟蹤投入；零起升壓退出；強(qiáng)勵(lì)允許投入；殘壓起勵(lì)投入；恒Q調(diào)節(jié)退出；恒PF調(diào)節(jié)退出，采用自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的機(jī)組還需退出網(wǎng)壓跟蹤。

（4）系統(tǒng)設(shè)置為：PSS功能投入；欠勵(lì)限制投入；調(diào)差功能投入；殘壓起勵(lì)；軟起勵(lì)。

3故障處理經(jīng)驗(yàn)

（1）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)故障：檢查風(fēng)機(jī)電源是否正常，接觸器是否正常動(dòng)作，風(fēng)機(jī)本體是否正常；檢查參數(shù)R631動(dòng)作值與返回值設(shè)置是否合理。

（2）功率柜均流差：首先檢查脈沖回路是否正常，然后通過測量與晶閘管相連的熔斷器兩端壓降（假設(shè)熔斷器阻值固定），大致判斷出1號橋哪只晶閘管輸出較高，2號橋哪只晶閘管輸出較低，然后對調(diào)兩只晶閘管以平衡兩橋輸出。

4主要設(shè)備選型校核

4.1可控硅元件的選擇

晶閘管制造廠為英國DYNEX，型號為DCR1006SF28 2800V/1255A

4.1.1 反向重復(fù)峰值電壓驗(yàn)算

依據(jù)GB 50150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本站勵(lì)磁繞組試驗(yàn)電壓最大為10倍額定勵(lì)磁電壓，即工頻電壓1600V，最大峰值為1600× =2263V，因此勵(lì)磁繞組兩端過電壓瞬時(shí)值應(yīng)不大于2263×0.7=1584V，VRRM 應(yīng)在此值以上。同時(shí)，反向重復(fù)峰值電壓VRRM應(yīng)不小于勵(lì)磁變壓器二次側(cè)最大峰值電壓的2.75倍，即VRRM應(yīng)大于320× ×2.75=1245V。所選可控硅VRRM為2800V，能滿足以上各項(xiàng)要求。

4.1.2 晶閘管通態(tài)平均電流

IP≥KSAKjiIdK4/K2KS Id ，式中Kji-電路系數(shù)，三相全控橋取0.367 ；K4-海拔高度系數(shù)，K4取1.21。KSA-電流儲(chǔ)備系數(shù)取2；K6-風(fēng)速降低，溫度上升，取0.9 ；K2-風(fēng)速系數(shù)，5m/s，取1.0 ；KS-環(huán)境溫度系數(shù)，40℃取1.0 ；Id -強(qiáng)勵(lì)頂值電流，取960A 。則Ip≧2×0.367×960×1.21/（1×1×0.9）=947.3A 。所選可控硅通態(tài)平均電流1255A，滿足機(jī)組各種工況的要求。

4.1.3 相應(yīng)的快熔的選擇

額定電壓>1.3*K1*UFN =1.3*2*160=416V （K1=強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)）；額定電流>0.577*Id=0.577*960=553.9A （Id=本橋頂值輸出電流） ；所以快熔選用RS4 AC500V/700A P1M104NK h40，滿足使用要求。

4.2 滅磁電阻的選擇

4.2.1 磁場繞組電感

Lf=Tdo × Rf75℃ ；式中Rf75℃為75度時(shí)勵(lì)磁繞組直流電阻，合同中該值為0.274Ω，Tdo 為直流暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)，合同中該值為6.17S。則Lf =6.17×0.274 =1.6906（H）

4.2.2 發(fā)電機(jī)額定空載勵(lì)磁電流時(shí)磁場儲(chǔ)能Wfo

Wf0=0.5×Lf×If02=0.5×1.6906×2622 =0.058MJ （注：Ifo—空載勵(lì)磁電流）

4.2.3 發(fā)電機(jī)磁場最大儲(chǔ)能Wfmax

Wfk=1/2 Lf ×If 0×Ifk= 0.5×1.6906×262×960 = 0.213（MJ）（注：Ifk—強(qiáng)勵(lì)勵(lì)磁電流）

4.2.4 滅磁時(shí)滅磁電阻耗能和滅磁電阻設(shè)計(jì)能容量WRfk

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，滅磁電阻在空載滅磁時(shí)耗能占磁場儲(chǔ)能的比率系數(shù)為0.7，考慮其配置容量應(yīng)有20%備退裕度，則：WRfk = 0.213×0.7×1.2 =0.179（MJ）

4.2.5 配置的非線性滅磁電阻的總能容

根據(jù)以上估算結(jié)果，氧化鋅非線性電阻配置如下：單片極限能容/標(biāo)稱能容/：20KJ/15KJ；總標(biāo)稱能容：0.179MJ，取16片，采用2串8并。

4.2.6 非線性滅磁電阻殘壓值的選擇

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滅磁過程中，勵(lì)磁繞組反向電壓不低于出廠試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁繞組對地試驗(yàn)電壓幅值的30%，不高于50%。則ZnO非線性電阻的殘壓選擇范圍如下：

UfN×10×1.414×（0.3—0.5）=678V—1131V；我站選擇的滅磁電阻配置為2串8并16片殘壓700V。

4.2.7 勵(lì)磁繞組正向過電壓保護(hù)動(dòng)作值的計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，勵(lì)磁繞組回路動(dòng)作電壓最低瞬時(shí)值應(yīng)高于最大整流電壓的峰值，同時(shí)還應(yīng)高于自動(dòng)滅磁裝置正常動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的過電壓值； 最高瞬時(shí)值應(yīng)低于可控硅整流橋的最大允許電壓，且不得超過出廠試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁繞組對地試驗(yàn)電壓幅值的70%。

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可控硅整流橋產(chǎn)生的換相過電壓會(huì)達(dá)到陽極電壓峰值的2.5倍，即：2.5×U2L×1.414=1131.2V （注：U2L—?jiǎng)?lì)磁變副邊電壓）

則與勵(lì)磁繞組并聯(lián)的可控硅跨接器觸發(fā)電壓不得低于該值，同時(shí)，它還不得高于：UfN×10×1.414×0.7=1583.7V，即：2.5× ×U2L<動(dòng)作值<10× ×UfN×0.7，因此，可控硅跨接器的觸發(fā)電壓（即正向過電壓保護(hù)動(dòng)作值）可選為1400V。

4.3 滅磁開關(guān)的選擇

4.3.1 選型

采用ABB公司生產(chǎn)的E1B/E MS-800A/1000V型滅磁開關(guān)。

4.3.2 額定電壓的核算

磁場斷路器額定電壓應(yīng)大于磁場斷路器長期工作電壓的最大值，按2倍額定勵(lì)磁電壓考慮：UN≧2UfN=2×160V=320V。實(shí)選額定工作電壓為1000V。

4.3.3 額定電流的核算

磁場斷路器的額定電流應(yīng)不小于發(fā)電機(jī)最大容量時(shí)勵(lì)磁電流的1.2倍。 IN≧K×IfN=1.2×490=588A。實(shí)選額定電流為800A，滿足要求。

4.3.4 分?jǐn)嗄芰Φ暮怂?/p>

最嚴(yán)重工況是當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子滑環(huán)側(cè)短路故障時(shí)所產(chǎn)生的磁場繞組短路電流：Iqf（0.5s）=100I2n/（0.816Xipd）=100×568.3/（0.816×4.16）=16.7kA

其中I2n為勵(lì)磁變額定二次電流，Xipd為勵(lì)磁變壓器短路阻抗值。

實(shí)選最大分?jǐn)嚯娏鳛?2kA，滿足要求。

5USC Debug調(diào)試軟件的應(yīng)用

USC Debug是廣州擎天為方便調(diào)試和維護(hù)EXC9100型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器而開發(fā)的一款調(diào)試軟件。軟件具有完善的示波功能、參數(shù)操作功能、命令操作功能、故障錄波功能、事件記錄功能。

軟件與調(diào)節(jié)器通訊需使用串口線。實(shí)現(xiàn)正常通訊還需按以下步驟配置軟件，第一步點(diǎn)擊“系統(tǒng)”選擇“設(shè)備選擇”內(nèi)的調(diào)節(jié)器編號；第二步點(diǎn)擊“系統(tǒng)”選擇“通訊配置”并將“Serial Port”修改為使用中的PC端口，“Baudrate”默認(rèn)為波特率115200；第三步點(diǎn)擊“系統(tǒng)”選擇“連接”即可實(shí)現(xiàn)PC與AVR的實(shí)時(shí)通訊。（“接口選擇”默認(rèn)為RS232，“工程設(shè)置”默認(rèn)為Setup.prj）

在軟件的“參數(shù)”列表中點(diǎn)擊“上載”可將AVR中保存的控制參數(shù)上傳至PC端，如果調(diào)試人員在PC端對參數(shù)進(jìn)行了修改，就需在“參數(shù)”列表中點(diǎn)擊“下載”將PC端修改后的參數(shù)下載到AVR中，但在修改參數(shù)前必須取消“參數(shù)鎖定”，必要時(shí)可使用“參數(shù)比較”功能與原保存的參數(shù)進(jìn)行比較。在“參數(shù)”列表中有一欄“Model”列表，該列表下是對AVR非常重要的三個(gè)數(shù)學(xué)模型：AVR控制模型、PSS模型、低勵(lì)限制模型，有需要時(shí)可在該模型下直接查看或修改參數(shù)。

USC Debug同時(shí)有非常強(qiáng)大的錄波功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)波形的實(shí)時(shí)錄制，還能在必要時(shí)打開保存的錄波文件查看，并且可以隨時(shí)暫停波形滾動(dòng)，以便于分析試驗(yàn)波形和數(shù)據(jù)。在錄波畫面下可以同時(shí)顯示6個(gè)錄波通道的波形，并且這6個(gè)通道可在軟件右側(cè)參數(shù)列表中，根據(jù)實(shí)際需求修改顯示的參數(shù)。在波形分析當(dāng)中需要對比兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用鼠標(biāo)左鍵和右鍵分別點(diǎn)擊顯示界面，會(huì)出現(xiàn)一黃一紅兩根豎線，兩根豎線對應(yīng)的數(shù)據(jù)即為兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用該功能前需先在軟件底部的6個(gè)通道中點(diǎn)擊需要查看的參數(shù)。

6結(jié)束語

EXC9100型勵(lì)磁系統(tǒng)在傳統(tǒng)功能上實(shí)現(xiàn)了功能軟件化、系統(tǒng)數(shù)字化、檢測智能化。勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)部分均能實(shí)現(xiàn)智能檢測、智能顯示、智能控制和信息智能傳輸。進(jìn)一步提高了勵(lì)磁裝置的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張東木，EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)在貢川水電站的應(yīng)用.

[2] EXC9100靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)說明書，廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司.