董曉亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站抽水停機過程中勵磁異常的淺析

董曉亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺 317200）

桐柏抽水蓄能電站抽水停機過程中勵磁異常，針對該現(xiàn)象進行原因分析，并提出相關(guān)處理措施。

勵磁異常；原因分析；處理對策；桐柏抽水蓄能電站

0　前言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)，距天臺縣城約7 km，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。主副廠房和主變室均設(shè)在地下，主廠房安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機，電站主設(shè)備采用國際招標，全是國外進口設(shè)備，單機發(fā)電容量300MW，抽水容量336MW，總發(fā)電裝機容量1 200MW，總抽水容量1 344MW。通過二回500 kV輸電線接入華東電網(wǎng)，日發(fā)電量600萬kW·h，平均年發(fā)電量21.18億kW·h，在華東電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用任務(wù)。

1　勵磁系統(tǒng)介紹

抽水蓄能電站與常規(guī)機組相比較，運行工況較多，有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等數(shù)種工況。因此，勵磁系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮到SFC啟動、電氣制動和背靠背起動時對勵磁系統(tǒng)的要求。由奧地利VATECH-ELIN公司為桐柏抽水蓄能電站提供的自并勵可控硅靜止整流勵磁系統(tǒng)能滿足不同工況下的要求，其勵磁調(diào)節(jié)器采用帶集成順控器的GMR3型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。下面結(jié)合勵磁系統(tǒng)主回路圖（圖1）簡單介紹下桐柏電站勵磁系統(tǒng)的主要設(shè)備。

1.1勵磁變壓器

勵磁變壓器是由三個單相干式變組合而成，其絕緣采用樹脂澆注。每個單相變分別安裝在一個金屬盤柜內(nèi)，高壓側(cè)與主變低壓側(cè)IPB系統(tǒng)相連，采用自然空氣冷卻方式。機組在停機狀態(tài)時，勵磁變?yōu)榭蛰d帶電狀態(tài)，安裝在機組母線道內(nèi)。

1.2勵磁電源

勵磁電源取自勵磁變壓器，其低壓側(cè)通過勵磁盤柜送至勵磁的交流母線側(cè)，通過該交流母線，可控硅將交流轉(zhuǎn)化為直流向轉(zhuǎn)子提供勵磁電流。此外在勵磁變壓器的低壓側(cè)還裝設(shè)了一個交流斷路器，它可以在勵磁故障或保護動作時跳開，以保護設(shè)備，也可以在維修時將其斷開，以保證人身安全。

1.3可控硅整流器

可控硅整流器包括四個并聯(lián)的全控三相整流橋，它們分別位于勵磁整流盤柜中，每個可控硅整流橋和它的附屬設(shè)備都單獨安裝于一個柜內(nèi)。每個可控硅上均串聯(lián)著一個快速熔斷器，當可控硅上流過的電流太大時快速熔斷器熔斷以保護可控硅，同時發(fā)出報警信號。

1.4通風(fēng)裝置

通風(fēng)罩裝于盤柜上方，為減小風(fēng)扇運行中的噪音，其內(nèi)裝設(shè)了噪聲吸收裝置。該通風(fēng)裝置與所有的可控硅整流橋及下部進風(fēng)口形成了一個共同的空氣通道。

該通風(fēng)裝置設(shè)有兩臺風(fēng)機，互為備用，當勵磁系統(tǒng)運行時一臺風(fēng)機啟動，冷卻空氣從下部進入，經(jīng)濾網(wǎng)后對可控硅進行冷卻，然后經(jīng)風(fēng)扇排至柜外。

1.5起勵裝置

起勵裝置由閉鎖二極管、限流電阻和起勵接觸器及其控制回路組成。當電網(wǎng)失電后，為使電網(wǎng)能夠盡快恢復(fù)，在本廠的勵磁系統(tǒng)中設(shè)立了黑起動功能，因此裝設(shè)了一套起勵裝置，其電源取自直流220 V母線。

1.6滅磁裝置

磁場斷路器是一個帶有三個主觸頭和兩個帶重疊時間輔助滅磁觸頭的斷路器。對于任何的跳閘信號，磁場斷路器都能迅速跳開，其輔助觸點在主觸點斷開前1ms合上，這樣就可以充分保證轉(zhuǎn)子回路無斷流地接入滅磁電阻 (在輔助節(jié)點回路中串聯(lián)了一個非線性滅磁電阻)。滅磁電阻材料無老化現(xiàn)象且特性維持不變，其壽命無限制，能夠吸收大量的能量，因此非常適合頻繁操作。

2　異?，F(xiàn)象和分析

機組正常停機時在機組轉(zhuǎn)速到50%額定轉(zhuǎn)速時會投入電氣制動加快機組轉(zhuǎn)速的下降。在某次抽水停機過程中，1號機勵磁跳閘引起機組電氣事故停機，電氣制動投入失敗。查看該次電氣事故停機的上位機信號，有幾個關(guān)鍵的報警信號：1號機勵磁變斷路器故障報警、1號機勵磁啟動超時、1號機勵磁跳閘。

分析什么原因會引起機組勵磁跳閘，查看勵磁邏輯圖（圖2），從中可以看出有以下幾種情況都會發(fā)勵磁跳閘的報警信號：

（1）如果啟動超時、停止超時、制動超時或者速度低于整定值跳閘延時0.9 s，輸出勵磁跳閘；

（2）電制動刀位置故障延時0.6 s，則輸出勵磁跳閘；

（3）轉(zhuǎn)子過壓跳閘延時0.6 s，則輸出勵磁跳閘；

（4）可控硅橋跳閘延時0.6 s，則輸出勵磁跳閘；

（5）滅磁開關(guān)跳閘延時0.6 s，則輸出勵磁跳閘；

（6）勵磁變溫度高跳閘延時0.6s，則輸出勵磁跳閘；

（7）直流起勵跳閘延時0.6 s，則輸出勵磁跳閘；

（8）可控硅風(fēng)扇跳閘延時0.6s，則輸出勵磁跳閘。查看上位機和現(xiàn)場勵磁盤面相關(guān)信號，沒有轉(zhuǎn)子過壓、可控硅橋、滅磁開關(guān)、勵磁變溫度、直流起勵、可控硅風(fēng)扇有關(guān)的相關(guān)信號。因此我們可以認為造成勵磁跳閘的原因最大的可能是勵磁啟動超時引起的。勵磁啟動超時報警的邏輯見圖3。

由圖2我們可以看到輸入勵磁電氣制動模式啟動1、試驗?zāi)Ｊ絾?、勵磁啟動1或者設(shè)定運行模式命令后會輸出勵磁運行的命令，延時15 s如果沒有勵磁啟動的信號則會發(fā)出勵磁啟動超時跳閘信號。排除試驗?zāi)Ｊ絾?和設(shè)定運行模式命令的情況，下面具體分析勵磁電氣制動模式啟動1和勵磁啟動1的兩種情況。

查看電氣制動啟動的邏輯圖（圖4），可知在沒有閉鎖電制動啟動命令或勵磁在運行的狀態(tài)輸入的情況下：（1）輸入勵磁現(xiàn)地準備好，電氣制動運行釋放，則輸出勵磁電氣制動模式啟動1與電氣制動刀投入；（2）輸入勵磁現(xiàn)地準備好，電氣制動運行釋放，延時7 s輸出滅磁開關(guān)，未在跳閘狀態(tài)；（3）輸入勵磁現(xiàn)地準備好，電氣制動運行釋放，延時7 s輸入電氣制動刀投入狀態(tài)和勵磁電氣制動模式運行狀態(tài)，延時1 s輸出勵磁電氣制動模式啟動2。

查看上位機相關(guān)信號勵磁啟動準備好和電氣制動刀正常投入，也無滅磁開關(guān)跳閘信號。并且沒有閉鎖啟動的命令勵磁也不在運行狀態(tài)。因而電氣制動啟動是正常的。那最大的可能是勵磁啟動1命令輸入后15 s內(nèi)沒有勵磁運行的信號反饋而引起了勵磁啟動超時跳閘。

由圖5可知：在勵磁啟動準備好情況下，若有輸入現(xiàn)地啟動勵磁（勵磁不在實驗狀態(tài)）或者勵磁啟動和遠方啟動勵磁命令的情況下，則輸出勵磁啟動1，同時輸出電壓調(diào)節(jié)命令。

由圖6可知：在勵磁變斷路器位置指示正常的情況下勵磁啟動后會發(fā)出勵磁變斷路器合閘的命令，而上位機有勵磁變斷路器故障的信號。

由圖7可知：（1）如果有勵磁變低壓開關(guān)投入的命令而勵磁變低壓開關(guān)卻在退出狀態(tài)延時1 s，則輸出勵磁變低壓開關(guān)故障狀態(tài)。（2）如果有勵磁變低壓開關(guān)退出的命令而勵磁變低壓開關(guān)卻不在退出狀態(tài)延時1 s，則輸出勵磁變低壓開關(guān)故障狀態(tài)。

顯然勵磁啟動會發(fā)出勵磁變斷路器合閘的命令，而勵磁變低壓開關(guān)沒有正常合閘，因此上位機才有勵磁變低壓開關(guān)故障信號。仔細檢查上位機和現(xiàn)場情況，勵磁變斷路器確實在分閘狀態(tài)沒有合閘。

由圖8可知在排除試驗?zāi)Ｊ絾?和設(shè)定模式情況下，勵磁變斷路器合閘是滅磁開關(guān)合閘的先決條件。勵磁變開關(guān)合閘情況下且在勵磁直流起勵電源開關(guān)在分狀態(tài)延時0.5 s，滅磁開關(guān)安裝正常情況下才會有延時1 s輸出滅磁開關(guān)的合閘命令，不出意外,經(jīng)過檢查滅磁開關(guān)也沒有正常合閘。勵磁變斷路器和滅磁開關(guān)合閘是勵磁運行信號的必要條件。因此15 s內(nèi)勵磁接收不到勵磁運行的信號，發(fā)了勵磁啟動超時的信號。

排除勵磁變低壓開關(guān)本身的問題。通過以上的分析一個比較明確的結(jié)論是：勵磁跳閘是因為勵磁啟動超時引起的，而勵磁啟動超時是因為勵磁變斷路器沒有正常合閘引起的。分析勵磁變斷路器合閘命令邏輯可知，勵磁變斷路器裝置不正常或者沒有勵磁投入命令都不會有勵磁變斷路器合閘的命令發(fā)出。而“合勵磁變低壓開關(guān)”的命令由數(shù)字量輸出模塊然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸去合勵磁變低壓開關(guān)。在此過程中，如果數(shù)字量輸出模塊異常，網(wǎng)絡(luò)傳輸回路不通，都會造成勵磁變低壓開關(guān)合不上。

因此經(jīng)過分析后，桐柏電站結(jié)合機組檢修將四臺機組的勵磁系統(tǒng)內(nèi)部通訊由網(wǎng)絡(luò)傳輸，改為硬布線傳輸。取消了機組勵磁系統(tǒng)內(nèi)部通訊用交換機、AM1703模塊、內(nèi)部通訊Lcom板，勵磁兩套調(diào)節(jié)器總共增加4塊DE板、2塊DA板、1塊AA板；將勵

磁變低壓開關(guān)的儲能信號接入調(diào)節(jié)器。這次異動極大提高了勵磁系統(tǒng)的可靠性，異動后沒有發(fā)生類似的異常現(xiàn)象。

3　小結(jié)

桐柏蓄能電站勵磁系統(tǒng)運行頻繁，內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸涉及設(shè)備較多容易發(fā)生信號丟包現(xiàn)象，從而引起勵磁系統(tǒng)異常。

通過對該次異?，F(xiàn)象的分析研究，找到該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并采取了針對性的異動措施，從根本上防止類似現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]梅祖彥.抽水蓄能技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1988.

[2]朱振青.勵磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].北京：中國水利水電出版社,1994.

[3]戴文進，徐龍權(quán)，張景明.電機學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2008.

董曉亮（1984-），男，工程師，從事行政綜合工作。

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1672-5387（2015）11-0055-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.019

2015-07-31