何國珍, 朱 波, 楊加林

(四川圣達水電開發(fā)有限公司,四川樂山 614900)

1 概 述

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn),為大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級電站,距上游已建成的銅街子水電站 11.5km,距樂山市區(qū)約 44.5km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發(fā),大壩最大高程 435.90m,壩軸線長 699.82m,尾水渠全長 9.015km。安裝4臺單機容量 120MW(總裝機 480MW)的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組,屬國家大(二)型規(guī)模電站。電站以發(fā)電為主,兼顧灌溉。

2 沙灣水電站機組勵磁系統(tǒng)

沙灣水電站機組勵磁系統(tǒng)采用由東方電氣公司生產(chǎn)的 GES-3320靜止可控硅同步發(fā)電機勵磁裝置 ,自并勵接線方式。勵磁系統(tǒng)主要包括勵磁變壓器、功率整流柜、自動勵磁調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置、自動滅磁裝置等幾部分。調(diào)節(jié)器采用 IPC總線工控機,雙通道冗余結(jié)構(gòu);勵磁功率單元采用三個功率柜并聯(lián)運行,功率柜單柜額定輸出直流 2000A,退出兩個功率柜尚可正常運行;啟勵方式為剩磁 +直流電源助磁啟勵;正常停機時采用逆變方式滅磁,機組事故時采用滅磁開關(guān) +非線性電阻滅磁,滅磁開關(guān)的額定電流為2000A。主要技術(shù)指標(biāo)見表 1、2、3。

勵磁整流柜可控硅元件采用強迫風(fēng)冷冷卻方式,每個勵磁整流柜安裝兩臺軸流式風(fēng)機,在每個風(fēng)機出風(fēng)口處裝有擋板,擋板聯(lián)動一個位置開關(guān)。當(dāng)單個風(fēng)機出風(fēng)量下降或風(fēng)機未運行時,其擋板落下、聯(lián)動位置開關(guān)動作向勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)該整流柜“風(fēng)機停風(fēng)”信號,30s未復(fù)歸,整流柜封鎖可控硅觸發(fā)脈沖退出運行。三整流柜同時退出時調(diào)節(jié)器向機組 A、B保護柜發(fā)“整流柜全部故障”信號,觸發(fā)機組事故停機。

表 1 沙灣水電站勵磁系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)表

表 2 勵磁變壓器主要技術(shù)參數(shù)表

表 3 功率柜風(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)表

3 勵磁風(fēng)機動力電源存在的缺陷

沙灣電廠機組使用的勵磁系統(tǒng)風(fēng)機動力電源原設(shè)計為兩路,分別來自廠用 400V自用電Ⅰ、Ⅱ段的 1#、2#電源(動力電源原理圖見圖 1)。機組啟勵時,若 1#電源正常則投 1#電源,否則投 2#電源;機組運行時,若 1#電源消失,5s未恢復(fù)則自動切換到 2#電源,恢復(fù)后切換回 1#電源。

這種電源配置存在兩種隱患:

(1)一旦 400V自用電Ⅰ、Ⅱ段同時失電,運行機組將因 3個功率柜同時報“風(fēng)機退出”延時30s后跳機組出口斷路器、磁場開關(guān)并停機,不利于機組安全運行;

(2)全廠停電時用機組進行黑啟動,若 30s內(nèi)未能合上出口斷路器,將跳磁場開關(guān)并停機而無法完成黑啟動過程,不滿足電力系統(tǒng)關(guān)于機組需要具備黑啟動功能的要求。

基于以上原因,沙灣水電站對 4臺機組勵磁系統(tǒng)整流冷卻風(fēng)機動力電源進行了技術(shù)改造。

圖 1 改造前風(fēng)機動力電源接線圖

圖 2 改造后接線原理圖

4 勵磁風(fēng)機動力電源改造思路及過程

4.1 改造思路

要求改造工作對勵磁系統(tǒng)接線的改動盡量小。按照此原則,在保留原接于廠用電 400VⅠ、Ⅱ段兩路電源的基礎(chǔ)上,增加一路取自機端勵磁變的電源,原廠用電Ⅱ段 2#電源作為第一備用,新增的電源為第二備用電源。當(dāng) 1#電源失電則由調(diào)節(jié)器切換至 2#電源;1#、2#電源同時失電時則切到新增的第二備用電源。

4.2 改造原理

改造后的原理圖見圖 2。新增的第二備用電源取自機端勵磁變低壓側(cè)(780V),經(jīng)過風(fēng)機電源變壓器 T1降壓變?yōu)?380V接到切換接觸器的常閉主觸頭,備用電源的切換由切換接觸器 JC完成。這樣,機組無論在運行中,還是在廠用電全消失時的黑啟動過程中,只要機組啟勵建壓正常,該電源即可為冷卻風(fēng)機提供動力電源,使機組勵磁系統(tǒng)正常工作,比取自廠用電的 1#、2#電源均可靠。

整個改造項目所用的材料(單臺機組)見表4。

表 4 改造項目用材料清單表

4.3 改造后進行的試驗

(1)勵磁無交流啟勵試驗。

斷開勵磁系統(tǒng),接于廠用電 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#電源,在上位機發(fā)開機令,機組轉(zhuǎn)速達到ne95%后勵磁系統(tǒng)啟勵建壓正常,勵磁整流風(fēng)機工作正常。

(2)機組空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電源切換試驗。

廠用電 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#電源正常投入,開啟機組到空載態(tài),檢查風(fēng)機電源接觸器 Q4勵磁 Q5未勵磁,1#電源為風(fēng)機工作電源;斷開 1#電源,Q4失勵磁斷開,5s后 Q5勵磁,備用電源切換接觸器 JC勵磁狀態(tài),2#電源為風(fēng)機工作電源,第一備用電源切換正常;再斷開 2#電源,備用電源切換接觸器 JC立即失勵磁狀態(tài),風(fēng)機工作電源切換到新增的第二備用電源。

(3)新增動力電源長時間帶負荷試驗。

保持用新增動力電源勵磁整流柜冷卻風(fēng)機運行,30s后測量檢查新增風(fēng)機電源變 T1各部分溫度,各部分溫度都正常。

(4)廠用電源恢復(fù)試驗。

恢復(fù) 2#電源,備用電源切換接觸器 JC勵磁,風(fēng)機工作電源切換到 2#電源;再恢復(fù) 1#電源,風(fēng)機電源接觸器 Q5失去勵磁而 Q4勵磁,風(fēng)機工作電源恢復(fù)為 1#電源供電。

試驗結(jié)果:1#電源、2#電源及新增的第二備用電源的切換和恢復(fù)均按改造思路完成,風(fēng)機電源變壓器 T1帶風(fēng)機負載運行狀態(tài)良好,改造工作成功。

5 結(jié) 語

沙灣水電站勵磁整流冷卻風(fēng)機動力電源的技術(shù)改造經(jīng)試驗和運行驗證了此項改造工作是成功的,改造后的電源系統(tǒng)保證了勵磁系統(tǒng)風(fēng)機運行的可靠,消除了影響機組安全運行的一大隱患,同時使沙灣水電站 4臺機組具備黑啟動能力,滿足電力系統(tǒng)關(guān)于機組必須具備黑啟動能力的要求。