水電廠勵磁系統(tǒng)改造中的問題及解決方法初探

林曉龍

（福建水口發(fā)電集團公司，福建福州 350000）

作為水電廠電力系統(tǒng)中的重要組成，勵磁系統(tǒng)運行會對發(fā)電機特性作用的發(fā)揮有著直接的影響。而部分水電廠出于優(yōu)化電力系統(tǒng)運行的目的，在原有勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行升級改造。但是受限于某些因素的限制，致使改造后的勵磁系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)器、開關(guān)設(shè)計等問題，對勵磁系統(tǒng)的可靠運行產(chǎn)生影響。正因此，如何強化改進勵磁系統(tǒng)，減少勵磁系統(tǒng)故障問題的發(fā)生，成為水電廠亟需解決的問題。

1 勵磁系統(tǒng)概述

分析現(xiàn)階段水電廠中勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用，主要組成包括勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元等部分。其中勵磁調(diào)節(jié)器主要是以電力系統(tǒng)運行要求為依據(jù)進行勵磁電流的自動調(diào)整；而勵磁功率單元可以為勵磁繞組進行直流勵磁電流的提供。

進行勵磁系統(tǒng)的智能化改造，可實現(xiàn)對系統(tǒng)運行智能化監(jiān)測、控制、傳輸及顯示，相較于傳統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用，改造后系統(tǒng)運行更穩(wěn)定，且拓展了遠程診斷、故障追蹤、系統(tǒng)診斷、軟件調(diào)試等功能。以現(xiàn)場總線為依托分析勵磁系統(tǒng)的控制與連接，實現(xiàn)對系統(tǒng)各構(gòu)件分散控制，減少對端子、接線的依賴，進而縮減運行成本。為實現(xiàn)對高要求輸電任務(wù)，需合理應(yīng)用勵磁系統(tǒng)，可提升發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，避免輸電期間出現(xiàn)故障。如在發(fā)電系統(tǒng)運行期間，某些因素造成系統(tǒng)短路，也可通過應(yīng)用勵磁系統(tǒng)，提升勵磁電流頂值的作用，進而為電力系統(tǒng)的運行提供符合需求的無功功率。

2 勵磁系統(tǒng)改造問題的分析

以某水電廠為例，該水電廠立足于運行可靠性目標，結(jié)合自身實際條件進行勵磁系統(tǒng)改造。將改造后的勵磁系統(tǒng)投入運行并分析其改造成果，盡管改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局得到優(yōu)化，且系統(tǒng)保護效果得到進一步提升，但是因某些因素的存在致使改造后的系統(tǒng)存在以下問題。

2.1 勵磁調(diào)節(jié)器問題

該水電廠運行期間，雖然勵磁系統(tǒng)改造后進一步提升電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，但是時常出現(xiàn)機組跳閘現(xiàn)象，其成因在于勵磁交流開關(guān)運行的不穩(wěn)定，具體體現(xiàn)為：（1）改造期間未對功率柜簡化設(shè)計，因柜內(nèi)電路復(fù)雜使得主回路檢修的難度大，致使電流輸出質(zhì)量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，限制機組的運行。（2）不合理的調(diào)節(jié)器安裝設(shè)計。受限于技術(shù)落后、條件差等因素的影響，使得勵磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計不合理，加之調(diào)節(jié)器安裝不到位，導(dǎo)致運行期間調(diào)節(jié)器性能無法全面發(fā)揮，極易受到外界干擾而持續(xù)升溫，增大機組跳閘現(xiàn)象。（3）系統(tǒng)維護期間，無法做到對勵磁系統(tǒng)部分新添加參數(shù)的合理調(diào)整，其中個別參數(shù)無法以人機對話框的方式進行直觀體現(xiàn)，進而限制系統(tǒng)維護、調(diào)試作業(yè)的開展。

2.2 直流開關(guān)設(shè)計問題

為保證直流開關(guān)功能作用的有效發(fā)揮，需秉持以下原則進行開關(guān)設(shè)計：確保在主變壓器與同步發(fā)電機產(chǎn)生故障前提下，及時進行發(fā)電機磁場的消除，并實現(xiàn)電網(wǎng)與機組第一時間的解列，避免因發(fā)電機定子電壓無法得到及時減弱而增大故障發(fā)生造成的影響和損失。而該水電廠針對直流開關(guān)的設(shè)計，主要是采用插拔式活動連接母排與直流開關(guān)，對連接觸頭固定措施的設(shè)計，僅是利用銷釘與彈簧進行固定，無法保證直流開關(guān)的運行穩(wěn)定性，甚至對后續(xù)維護工作的開展造成阻礙。同時，該水電廠采用插拔結(jié)構(gòu)進行母排與觸頭的連接，致使二者的接觸面呈現(xiàn)為不充分、不可靠的狀態(tài)。若系統(tǒng)始終處于大勵磁電流的運行環(huán)境下，觸頭極易因接觸不良而產(chǎn)生燒毀現(xiàn)象，影響到電力系統(tǒng)的運行安全性。

3 解決水電廠勵磁系統(tǒng)改造問題的方法

勵磁系統(tǒng)改造后存在的問題對電力系統(tǒng)的運行有著較大威脅，要想進一步提升勵磁系統(tǒng)可靠性，該水電廠需結(jié)合以下方法來有效消除改造后存在的問題。

3.1 進行啟停流程設(shè)計的優(yōu)化

要想保障勵磁系統(tǒng)可靠性，可重視對機組啟停流程設(shè)計的完善與優(yōu)化，結(jié)合改造后存在問題，設(shè)計直流開關(guān)來提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。具體優(yōu)化改造期間，無論機組處于啟動還是停止的狀態(tài)，需在無故障前提下始終保持勵磁系統(tǒng)與機組呈現(xiàn)為合閘的態(tài)勢。而跳閘現(xiàn)象只能在機組發(fā)生故障時發(fā)生，避免直流開關(guān)在運行期間始終處于頻繁操作的狀態(tài)，有效消除勵磁系統(tǒng)在改造后存在的直流開關(guān)故障問題。針對控制回路的優(yōu)化設(shè)計，具體為：將中間繼電器的輔助接點在跳閘回路中增設(shè)，具體接點包括K39、K40、K03。將其作為勵磁系統(tǒng)保護動作信號，若勵磁系統(tǒng)運行不存在故障問題，直流開關(guān)則處于停止狀態(tài)；而當故障發(fā)生時，增加的繼電器節(jié)點產(chǎn)生閉合動作，而直流開關(guān)則會因系統(tǒng)故障的發(fā)生而分閘。另外，在優(yōu)化啟停流程時，需在優(yōu)化其保護措施的同時，重視對晶閘管的合理選擇，盡可能選用觸發(fā)電流≮100 mA 的晶閘管，以期在組合晶閘管是控制元件的正向壓處于十分接近的狀態(tài)。

采用上述方法優(yōu)化啟停流程后，該水電廠勵磁系統(tǒng)運行過程中，無論機組啟動還是停止，直流開關(guān)均未發(fā)生多次動作的現(xiàn)象，始終為處于合閘狀態(tài)，達到顯著降低機組跳閘現(xiàn)象發(fā)生的幾率，并延長了系統(tǒng)中機械、電氣設(shè)備的運行壽命，避免出現(xiàn)錯誤。

3.2 進行直流開關(guān)缺陷的改造

作為勵磁系統(tǒng)改造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，直流開關(guān)設(shè)計是否合理，直接影響到勵磁系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。所以，水電廠需重視對直流開關(guān)改造設(shè)計缺陷的優(yōu)化，結(jié)合以下幾點來減少直流開關(guān)運行故障的產(chǎn)生。

將磁場開關(guān)合理設(shè)置于勵磁回路中，以此起到電源與繞組聯(lián)系及時切斷的作用，實現(xiàn)在故障發(fā)生期間進行電機磁場能量的有效吸收。具體優(yōu)化設(shè)計中，遵循相關(guān)設(shè)計原則，進行以往直流開關(guān)連接方式的優(yōu)化與改造，采用銅牌固定連接的形式取代以往連接方式，進一步提升開關(guān)與母排之間的連接有效性。并且在連接固定時采用螺母來加強緊固效果，消除以往勵磁系統(tǒng)運行過程中存在的開關(guān)松動問題，提升直流開關(guān)連接的牢固性。同時，增大母排與開關(guān)之間的接觸面，在有效降低接觸電阻的基礎(chǔ)上，避免因運行過熱而導(dǎo)致故障信號的誤發(fā)。通過對開關(guān)連接、固定方式的優(yōu)化，消除以往勵磁系統(tǒng)運行存在的溫度過高導(dǎo)致系統(tǒng)損壞問題，進一步提升勵磁系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

3.3 進行開關(guān)分閘邏輯優(yōu)化

在具體優(yōu)化改進過程中，利用直流開關(guān)合閘繼電器來取代以往開關(guān)輔助接點的應(yīng)用，并結(jié)合勵磁系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，改進控制回路，將具有合閘命令的繼電器安設(shè)于控制回路中，消除傳統(tǒng)回路中存在的開關(guān)輔助接點，避免系統(tǒng)運行期間出現(xiàn)交流開關(guān)對合閘產(chǎn)生控制的現(xiàn)象。同時，相較于傳統(tǒng)輔助接點的應(yīng)用，合閘繼電器勵磁動作僅在機組投勵情況下產(chǎn)生，所以其可靠性更為顯著。避免系統(tǒng)運行過程中因開關(guān)頻繁動作導(dǎo)致接點出現(xiàn)故障，減少滅磁開關(guān)損壞現(xiàn)象的發(fā)生，降低開關(guān)誤合閘現(xiàn)象的發(fā)生幾率。

通過上述開關(guān)分閘邏輯的有效修改，進一步提升該水電廠電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，并有效消除反調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生，確保勵磁系統(tǒng)的各項運行參數(shù)均符合相關(guān)標準規(guī)定。對優(yōu)化的勵磁系統(tǒng)進行實踐運行觀察與分析，發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化后，以往存在的改造問題均得到有效解決，且低頻震蕩現(xiàn)象的發(fā)生并不顯著。同時，以額定無功率為基準，運行優(yōu)化后的勵磁系統(tǒng)，實現(xiàn)無功進相深度可提升至額定的0.7倍左右，達到結(jié)算電量余度提升的目的，在提升水電廠電力系統(tǒng)運行可靠性的同時，實現(xiàn)促進水電廠效益的創(chuàng)造。

3.4 進行新型調(diào)節(jié)器的更換

為進一步消除該水電廠改造后存在的問題與弊端，利用EXC9000型號調(diào)節(jié)器進行原有設(shè)備的取代。分析此型號調(diào)節(jié)器調(diào)通道的構(gòu)成，主要采用三通道冗余解結(jié)構(gòu)，具體包括微機/微機/模擬通道。該型號調(diào)節(jié)器具備特點包括：（1）調(diào)節(jié)通道結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出獨立運行的狀態(tài)，且通道之間相互備用，運行期間進行通道的自動跟蹤，若運行時發(fā)生故障問題，通過通道自由切換來提升調(diào)節(jié)器運行穩(wěn)定性。（2）擁有十分靈活的調(diào)節(jié)器組態(tài)。可以為操作者提供多元化選擇，且具備低頻振蕩抑制的作用，確保系統(tǒng)的運輸穩(wěn)定性得到增強。（3）該型號調(diào)節(jié)器電路表面無風扇結(jié)構(gòu)，且電路貼裝工藝相對較高。運行期間具備較強的抗干擾、電氣量計算能力。（4）勵磁系統(tǒng)運行涉及到現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，通過現(xiàn)場分層、分布控制來提升勵磁系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化程度，為后續(xù)維護、調(diào)試作業(yè)的高效開展做出保障。（5）人機界面優(yōu)化。該調(diào)節(jié)器的人機界面十分人性化，不僅以全中文形式進行界面體現(xiàn)，并具備故障記憶追蹤、智能測試等技術(shù)。

3.5 進行阻容保護電容位置的轉(zhuǎn)變

運行期間阻容保護裝置具備周期換相過電壓抑制的作用，實現(xiàn)對交流側(cè)、直流側(cè)尖峰毛刺的有效降低。同時，在換相結(jié)束時，可控硅元件可以起到磁能釋放的作用。R-C阻容緩沖器會以并聯(lián)的形式進行整流元件的鍵連接，運行期間進行平衡性的儲能與耗能，并通過對吸收容量儲備的設(shè)計來避免阻容元件的燒毀。若阻容元件發(fā)生燒毀現(xiàn)象，亦會增大相間短路問題的發(fā)生。對此，為避免阻容元件燒毀現(xiàn)象的發(fā)生，需重視將阻容保護設(shè)備安設(shè)于整流橋上方，并將電容安置于功率柜后面，與整流橋之間保持合適的間距，以此避免在發(fā)生電容燒毀問題時增大相間短路現(xiàn)象的幾率。另外，在改造勵磁系統(tǒng)時，可以進行勵磁調(diào)節(jié)終端的改造，如在ETC 終端設(shè)備中進行故障錄波功能的設(shè)置，實現(xiàn)操作人員利用觸摸屏即可進行故障錄波功能的操控。故障產(chǎn)生時，依托于此功能的應(yīng)用，進行勵磁電流、機端電壓等參數(shù)的收錄，方便操作人員查看、搜索系統(tǒng)故障前后的相關(guān)信息，以此為勵磁系統(tǒng)故障維修的開展提供數(shù)據(jù)參考。

4 結(jié)束語

總而言之，勵磁系統(tǒng)作為水電廠電力系統(tǒng)中的重要組成，不僅是發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)、穩(wěn)定運行的重要保障，更是決定電力系統(tǒng)能否可靠運行的關(guān)鍵。為避免系統(tǒng)改造后問題對水電廠影響，水電廠需依據(jù)自身技術(shù)、經(jīng)濟條件的掌握，深度剖析分析系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合上述優(yōu)化措施來保證直流開關(guān)的穩(wěn)定運行，發(fā)揮出勵磁系統(tǒng)應(yīng)有的作用與功能，有效減少機組跳閘現(xiàn)象的發(fā)生，為水電廠高效穩(wěn)定的運行、生產(chǎn)提供支撐。