周興軍，汪 涓，曹國鋒

（1.白溪水庫管理局，浙江寧波315606；2.杭州交聯(lián)電力設(shè)計咨詢有限公司，浙江杭州310011；3.浙江華東機電工程有限公司，浙江杭州310014）

0 引言

電力系統(tǒng)在正常運行時，發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運行機組間無功功率的分配。在某些故障情況下，要求發(fā)電機迅速增大勵磁電流，維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。因此，對同步發(fā)電機的勵磁進行控制，是對發(fā)電機的運行進行控制的重要內(nèi)容之一。

同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分組成，見圖1所示。

圖1 勵磁系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Sketch drawing of the components of the excitation system

其中，勵磁功率單元是指向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。

1 基本情況

白溪水電站位于浙江省寧?？h，裝機容量2×9 MW，是寧波市最大的常規(guī)水電站，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。因此，要求機組頻繁開停機，并能及時準(zhǔn)確并入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)寧波地區(qū)電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性。電站1號機、2號機都曾因勵磁故障，不能及時并網(wǎng)，嚴重影響電站各項功能的充分發(fā)揮。

2 自并激微機勵磁系統(tǒng)的簡單介紹

Exc9000型和SAVR2000微機勵磁包括主程序和控制調(diào)節(jié)程序，如圖2所示。

Exc9000型和SAVR2000微機勵磁結(jié)構(gòu)上采用雙微機并聯(lián)+手動通道冗余容錯機構(gòu)，兩套微機構(gòu)成的雙通道輸入到輸出各環(huán)節(jié)均完全獨立工作，兩套微機通道互為備用運行，一套微機通道發(fā)生故障將自動切換為另一套微機通道運行。Exc9000型和SAVR2000型勵磁系統(tǒng)運行時，主用通道的觸發(fā)脈沖控制兩組可控硅整流橋，兩組整流橋并列運行。

圖2 流程控制示意圖Fig.2 Sketch drawing of the flow control

自并激微機勵磁系統(tǒng)接線方式，如圖3所示。

圖3 自并激勵磁接線簡圖Fig.3 Connection of the self-excited excitation system

以下根據(jù)南瑞、廣科院三家微機勵磁在白溪水電廠多年的投運情況，對各種勵磁日常出現(xiàn)的缺陷和設(shè)計暴露出來的問題加以對比分析和探討。

2.1 勵磁調(diào)節(jié)器電源

勵磁調(diào)節(jié)器電源的穩(wěn)定直接關(guān)系到勵磁系統(tǒng)的正常工作。

南瑞SAVR2000微機勵磁調(diào)節(jié)器電源見圖4。

圖4 SAVR2000微機勵磁調(diào)節(jié)器電源Fig.4 Power supply for the regulator in the SAVR 2000 microcomputer excitation system

廣科院Exc9000型微機勵磁調(diào)節(jié)器電源如圖5所示。

南瑞的SAVR2000設(shè)計了雙路供電和分布式隔離電源，電源模塊輸出并列對兩套微機通道進行供電，電源模塊的輸入設(shè)計采用直流和廠用交流電兩路電源，正常情況使用廠用交流電源輸入，廠用交流電源故障則自動切換為直流供電。當(dāng)任一電源模塊故障時，可由另一正常模塊單獨對兩套微機通道供電。

圖5 Exc9000型微機勵磁調(diào)節(jié)器電源Fig.5 Power supply for the regulator in the Exc 9000 microcomputer excitation system

Exc9000型勵磁在設(shè)計上采用兩套獨立電源模塊，一套電源模塊的輸入采用直流和廠用交流電兩路電源，另一套電源模塊采用直流和自用交流電（機端勵磁變低壓側(cè)經(jīng)自用變降壓至380V）兩路輸入，電源模塊輸出并列對兩套微機通道供電。顯然由于自用交流電的接入，只要機組在運行，即使直流和廠用交流電均故障，調(diào)節(jié)器仍然可以正常工作。

2.2 實時故障診斷

采用的檢測方式有CPU檢測方式、硬件檢測方式和軟件檢測方式。目前，南瑞的SAVR2000和廣科院的Exc9000兩個廠家都注重軟件檢測方式，及時檢測各種異常運行工況，并做相應(yīng)的報警或切換處理，確保發(fā)電機機組運行穩(wěn)定。

南瑞SAVR2000實時故障檢測項目有：電源電壓過低、過高或消失的檢測；PT斷線的檢測；可控硅同步電壓信號及發(fā)電機機端電壓相序的檢測；可控硅脈沖丟失的檢測；控制角的檢測；雙機通訊故障的檢測；硬件和軟件看門狗。

廣科院Exc9000實時故障檢測項目有：同步故障檢測：判斷條件為（Utb+15%＜Ug）&R632&(Utb＞20%)；Ug為機端電壓，Utb為同步電壓，R632＞40%機端電壓；低勵磁電流檢測（判斷條件為：本通道運行情況下，定子電流大于勵磁電流的10%且小于空載勵磁電流的20%）；以及勵磁變副邊CT故障檢測；PT故障檢測；調(diào)節(jié)器故障檢測。

2.3 可控硅整流橋投運方式

白溪水庫2001年投產(chǎn)運行，考慮微機勵磁調(diào)節(jié)器不夠全面，經(jīng)常是一組整流橋投入運行，另一組整流橋僅當(dāng)運行的整流橋發(fā)生故障或運行的微機通道發(fā)生故障切換通道后再投入運行。從實際運行情況來看，每次開機1號可控硅整流橋均投入運行，2號整流橋處于備用狀態(tài)；1號可控硅整流橋始終處于運行狀態(tài)，1號整流橋柜多次因長時間運行、灰塵過多阻擋了可控硅散熱風(fēng)機的正常運行，引起散熱風(fēng)機故障，導(dǎo)致微機通道發(fā)生切換。而且經(jīng)常處于運行狀態(tài)的1號可控硅整流橋容易老化，而經(jīng)常處于備用狀態(tài)的2號可控硅整流橋得不到充分利用。

SAVR2000、Exc9000型微機勵磁裝置運行時，兩組可控硅整流橋并聯(lián)投入運行，整流橋得到充分利用，當(dāng)任何一組可控硅整流橋發(fā)生故障時，另外一組整流橋可以獨立承擔(dān)所有負荷的調(diào)節(jié)并能保證所有工況（包括強勵）的冗余配置?？煽毓璧倪@種并列運行方式接線簡單，實際運行中效果比較好。

2.4 PT斷線判據(jù)的比較

SAVR2000裝置每一套微機調(diào)節(jié)通道都有2種運行工況：（1）發(fā)電機機端電壓調(diào)節(jié)（以發(fā)電機機端電壓為判據(jù)，維持機端電壓恒定，自動方式實現(xiàn)調(diào)節(jié)，簡稱AVR）；（2）發(fā)電機勵磁電流調(diào)節(jié)（以發(fā)電機勵磁電流為判據(jù)，維持勵磁電流恒定，手動方式實現(xiàn)調(diào)節(jié)，簡稱FCR）。正常運行方式下，調(diào)節(jié)器均處于AVR調(diào)節(jié)工況，電壓PT1、PT2同時采樣進入兩套微機裝置，A套微機裝置采樣的PT1電壓用來AVR調(diào)節(jié)，采樣的PT2電壓僅僅用來判斷PT1電壓是否發(fā)生斷線故障，而不用來AVR調(diào)節(jié)，B套微機通道同樣，采樣的PT2電壓用來AVR調(diào)節(jié)，采樣的PT1電壓僅判斷PT2是否發(fā)生斷線故障。裝置正常運行時，兩套微機通道均處于AVR調(diào)節(jié)工況，每套微機通道采樣的PT1、PT2經(jīng)過模擬量板的隔離整流，然后把PT1、PT2的整流值進行比較。當(dāng)PT1或PT2發(fā)生一相或二相（三相）斷線時，整流值將明顯降低，裝置會比較PT1、PT2整流值，然后判斷出哪組PT斷線，將對應(yīng)PT斷線的微機通道切換為備用通道（輸出跟蹤主用通道但被閉鎖），沒有發(fā)生斷線的PT對應(yīng)的微機通道自動切換為主用通道運行在AVR工況。這樣，發(fā)生PT斷線的微機通道由于輸出被閉鎖將不會引起誤強勵。

仔細分析一下處理PT斷線的方法，就能得出其中的不足之處。假設(shè)發(fā)電機正常運行在A套微機通道的AVR調(diào)節(jié)工況,B套微機通道備用在AVR調(diào)節(jié)工況，PT1電壓回路發(fā)生斷線故障，A套微機通道根據(jù)PT1、PT2的整流值進行比較，發(fā)出PT斷線報警信號，由于PT1發(fā)生斷線，A套微機通道將自動由AVR工況轉(zhuǎn)成FCR工況，同時A套微機通道自動轉(zhuǎn)為備用，B套微機通道切換為主用仍工作在AVR調(diào)節(jié)工況，此時PT2用于B套微機通道作為電壓調(diào)節(jié)的判據(jù)。由于PT1己經(jīng)發(fā)生斷線故障，若此時PT2再發(fā)生斷線故障而使PT2的整流值降低，此時PT1、PT2的整流值均降低，將引起勵磁裝置判斷是因為系統(tǒng)短路故障而引起的電壓下降，調(diào)節(jié)器將增大勵磁輸出造成誤強勵。

Exc9000型勵磁系統(tǒng)判別PT斷線采用PT電壓和勵磁變低壓側(cè)電壓進行比較，并結(jié)合勵磁電流值來判斷而不是PT1與PT2之間比較，避免了誤強勵、誤強減，同時報出“PT斷線”字樣，并將勵磁調(diào)節(jié)器切換到手動運行模式。

3 結(jié) 語

勵磁系統(tǒng)是關(guān)系發(fā)電機安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。根據(jù)微機勵磁在白溪水庫的應(yīng)用情況，從勵磁調(diào)節(jié)器電源、實時故障診斷、可控硅整流橋投運方式、PT斷線判據(jù)的比較幾個方面進行對比分析，得出一些結(jié)論和建議，為電站今后的運行管理、故障處理奠定更扎實的基礎(chǔ)。

[1]SAVR2000發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器技術(shù)說明書(V2.0)[Z].國電自動化研究院南瑞電氣控制公司,2003.

[2]EXC9000靜態(tài)勵磁系統(tǒng)用戶手冊.廣州電器科學(xué)研究院.