何國珍, 朱 波, 楊加林

(四川圣達(dá)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(jí)開發(fā)中的第一級(jí)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(jí)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(tái)單機(jī)容量 120MW(總裝機(jī) 480MW)的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)

沙灣水電站機(jī)組勵(lì)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(jī)勵(lì)磁裝置 ,自并勵(lì)接線方式。勵(lì)磁系統(tǒng)主要包括勵(lì)磁變壓器、功率整流柜、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置、自動(dòng)滅磁裝置等幾部分。調(diào)節(jié)器采用 IPC總線工控機(jī),雙通道冗余結(jié)構(gòu);勵(lì)磁功率單元采用三個(gè)功率柜并聯(lián)運(yùn)行,功率柜單柜額定輸出直流 2000A,退出兩個(gè)功率柜尚可正常運(yùn)行;啟勵(lì)方式為剩磁 +直流電源助磁啟勵(lì);正常停機(jī)時(shí)采用逆變方式滅磁,機(jī)組事故時(shí)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(lì)磁整流柜可控硅元件采用強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻方式,每個(gè)勵(lì)磁整流柜安裝兩臺(tái)軸流式風(fēng)機(jī),在每個(gè)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處裝有擋板,擋板聯(lián)動(dòng)一個(gè)位置開關(guān)。當(dāng)單個(gè)風(fēng)機(jī)出風(fēng)量下降或風(fēng)機(jī)未運(yùn)行時(shí),其擋板落下、聯(lián)動(dòng)位置開關(guān)動(dòng)作向勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)該整流柜“風(fēng)機(jī)停風(fēng)”信號(hào),30s未復(fù)歸,整流柜封鎖可控硅觸發(fā)脈沖退出運(yùn)行。三整流柜同時(shí)退出時(shí)調(diào)節(jié)器向機(jī)組 A、B保護(hù)柜發(fā)“整流柜全部故障”信號(hào),觸發(fā)機(jī)組事故停機(jī)。

表 1 沙灣水電站勵(lì)磁系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)表

表 2 勵(lì)磁變壓器主要技術(shù)參數(shù)表

表 3 功率柜風(fēng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

3 勵(lì)磁風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源存在的缺陷

沙灣電廠機(jī)組使用的勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源原設(shè)計(jì)為兩路,分別來自廠用 400V自用電Ⅰ、Ⅱ段的 1#、2#電源(動(dòng)力電源原理圖見圖 1)。機(jī)組啟勵(lì)時(shí),若 1#電源正常則投 1#電源,否則投 2#電源;機(jī)組運(yùn)行時(shí),若 1#電源消失,5s未恢復(fù)則自動(dòng)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(shí)失電,運(yùn)行機(jī)組將因 3個(gè)功率柜同時(shí)報(bào)“風(fēng)機(jī)退出”延時(shí)30s后跳機(jī)組出口斷路器、磁場開關(guān)并停機(jī),不利于機(jī)組安全運(yùn)行;

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

基于以上原因,沙灣水電站對(duì) 4臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)整流冷卻風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源進(jìn)行了技術(shù)改造。

圖 1 改造前風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源接線圖

圖 2 改造后接線原理圖

4 勵(lì)磁風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源改造思路及過程

4.1 改造思路

要求改造工作對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)接線的改動(dòng)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(jī)端勵(lì)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(shí)失電時(shí)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(jī)端勵(lì)磁變低壓側(cè)(780V),經(jīng)過風(fēng)機(jī)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(jī)組無論在運(yùn)行中,還是在廠用電全消失時(shí)的黑啟動(dòng)過程中,只要機(jī)組啟勵(lì)建壓正常,該電源即可為冷卻風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力電源,使機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)正常工作,比取自廠用電的 1#、2#電源均可靠。

整個(gè)改造項(xiàng)目所用的材料(單臺(tái)機(jī)組)見表4。

表 4 改造項(xiàng)目用材料清單表

4.3 改造后進(jìn)行的試驗(yàn)

(1)勵(lì)磁無交流啟勵(lì)試驗(yàn)。

斷開勵(lì)磁系統(tǒng),接于廠用電 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#電源,在上位機(jī)發(fā)開機(jī)令,機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到ne95%后勵(lì)磁系統(tǒng)啟勵(lì)建壓正常,勵(lì)磁整流風(fēng)機(jī)工作正常。

(2)機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電源切換試驗(yàn)。

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

(3)新增動(dòng)力電源長時(shí)間帶負(fù)荷試驗(yàn)。

保持用新增動(dòng)力電源勵(lì)磁整流柜冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行,30s后測量檢查新增風(fēng)機(jī)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(yàn)。

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

試驗(yàn)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(jī)電源變壓器 T1帶風(fēng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)良好,改造工作成功。

5 結(jié) 語

沙灣水電站勵(lì)磁整流冷卻風(fēng)機(jī)動(dòng)力電源的技術(shù)改造經(jīng)試驗(yàn)和運(yùn)行驗(yàn)證了此項(xiàng)改造工作是成功的,改造后的電源系統(tǒng)保證了勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠,消除了影響機(jī)組安全運(yùn)行的一大隱患,同時(shí)使沙灣水電站 4臺(tái)機(jī)組具備黑啟動(dòng)能力,滿足電力系統(tǒng)關(guān)于機(jī)組必須具備黑啟動(dòng)能力的要求。