張 春 雨，　劉 海 燕

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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黃金坪水電站左岸大站勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 春 雨，劉 海 燕

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：對黃金坪水電站勵(lì)磁設(shè)備設(shè)計(jì)的某些特點(diǎn)進(jìn)行了分析和介紹，對于今后在建的大中型電站勵(lì)磁設(shè)備招標(biāo)、技施設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁變；滅磁開關(guān)；熱管冷卻；故障信號的輸出；黃金坪水電站

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市姑咱鎮(zhèn)黃金坪鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級方案中的第十一級電站。黃金坪水電站壩址上距丹巴縣城約100 km，距長河壩水電站約20 km，下距瀘定縣城約30 km，距成都約340 km。

黃金坪水電站總裝機(jī)容量為850 MW，采用左、右岸兩個(gè)地下廠房開發(fā)布置方式，其中左岸大廠房裝機(jī)容量為4×200 MW，主要任務(wù)是發(fā)電；右岸小廠房裝機(jī)容量為2×25 MW，主要任務(wù)為承擔(dān)電站環(huán)保供水。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備布置在地下主廠房發(fā)電機(jī)層下游側(cè)，高程為1 409 m；勵(lì)磁變布置在地下主廠房電氣夾層下游側(cè)，高程為1 403.5 m。勵(lì)磁設(shè)備廠家為能事達(dá)公司。

筆者結(jié)合黃金坪水電站勵(lì)磁標(biāo)書、勵(lì)磁廠家投標(biāo)文件、勵(lì)磁廠家設(shè)計(jì)圖紙，介紹了設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題：如勵(lì)磁變的絕緣等級選擇、功率柜選用熱管冷卻、滅磁開關(guān)選型、故障信號輸出到保護(hù)的定義等，旨在對今后水電站的勵(lì)磁設(shè)計(jì)有所幫助和借鑒。

1勵(lì)磁參數(shù)與勵(lì)磁設(shè)備

1.1勵(lì)磁參數(shù)

(1) 額定勵(lì)磁電流：Ifn=1 900 A

(2)空載勵(lì)磁電流：Ifo=1 050 A

(3)額定勵(lì)磁電壓：Ufn=350 V

(4)空載勵(lì)磁電壓：Ufo=145 V

(5)轉(zhuǎn)子繞組電阻Rf(95 ℃)= 0.159 5 Ω

1.2勵(lì)磁設(shè)備(主要參數(shù)見表1)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器選用能事達(dá)公司生產(chǎn)的MEC3000系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)采用智能均流技術(shù)，每個(gè)智能橋單橋位觸發(fā)均為智能均流。滅磁電阻選用SiC。 由于ZnO沒有用在30萬kW容量機(jī)組以上，極端過熱會(huì)爆炸，且其單片容量太小，長期穩(wěn)定性較差，閥片特性隨環(huán)境而變(主要是濕度，體積比較大，能容量小，離散性大)。而SiC的特點(diǎn)是熱容量大，體積小，極端過熱情況下融化形成開路。黃金坪水電站雖然單機(jī)容量為20萬kW機(jī)組，但考慮到安全性，最終將滅磁電阻選用SiC。

表1　勵(lì)磁設(shè)備選型主要參數(shù)列表

勵(lì)磁柜體共有6面，面對勵(lì)磁屏正面從左到右依次為：調(diào)節(jié)柜(800 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜1(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜2(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜3(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，滅磁柜(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，轉(zhuǎn)子監(jiān)視保護(hù)柜(1 000 mm×1 000 mm×

2 260 mm)。

勵(lì)磁系統(tǒng)與外部設(shè)備的接口為：到監(jiān)控的通訊接口采用RS485協(xié)議，與時(shí)鐘同步的通訊接口采用SNTP協(xié)議。勵(lì)磁系統(tǒng)需要由電站提供1路AC220 V交流電源，4路DC220 V直流電源。由于無風(fēng)機(jī)，不需要由電站再單獨(dú)提供三相電源。

2勵(lì)磁變絕緣等級選型分析

黃金坪水電站對于勵(lì)磁變壓器是選F級絕緣，還是H級絕緣在設(shè)計(jì)招標(biāo)階段進(jìn)行了對比分析。變壓器F級絕緣允許極限溫度為155 ℃，允許溫升為125 ℃，采用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等以及其他無機(jī)材料、合適的有機(jī)材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)。變壓器H級絕緣允許極限溫度為180 ℃以上，允許溫升為125 ℃。上述溫升是指繞組的工作溫度與環(huán)境溫度之差，單位是℃。采用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維以及未經(jīng)浸漬處理的云母、陶瓷、石英等材料或其組合物所組成的絕緣結(jié)構(gòu)。

黃金坪水電站由于海拔不太高，容量亦不太大，故經(jīng)分析對比后認(rèn)為勵(lì)磁變選用F級絕緣即能滿足電站運(yùn)行要求，雷電沖擊耐受電壓峰值為105 kV，1 min工頻耐受電壓有效值為45 kV，勵(lì)磁變繞組溫升限值為100 K。當(dāng)繞組溫度上升至130 ℃時(shí)發(fā)報(bào)警信號，155 ℃時(shí)發(fā)事故信號同時(shí)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器和滅磁開關(guān)并停機(jī)。在任何情況下不出現(xiàn)使繞組、鐵芯和其他部件受到損害的溫度。對于海拔高度超過2 000 m、勵(lì)磁變?nèi)萘勘赛S金坪水電站大一些的電站勵(lì)磁變可以選用H級絕緣。

3功率柜冷卻方式

最早的勵(lì)磁招標(biāo)文件中推薦的是風(fēng)機(jī)冷卻方式，但最終中標(biāo)的廠家為能事達(dá)公司。由于能事達(dá)公司在熱管冷卻技術(shù)上有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，故黃金坪水電站最終功率柜采用自冷型熱管功率柜而無需散熱風(fēng)機(jī)。

熱管技術(shù)是1963年由美國 LosAlamos國家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover發(fā)明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，其充分利用了熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從其被引入散熱器制造行業(yè)，人們就改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)來獲得更好的散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使散熱器既便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機(jī)同樣可以得到滿意的效果，從而使困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題得到了很好的解決。風(fēng)機(jī)在功率柜中運(yùn)行，噪音大、容易吸灰，而且運(yùn)行維護(hù)成本高。

熱管就是利用蒸發(fā)制冷、使得熱管兩端溫度差很大將熱量快速傳導(dǎo)。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w，這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。熱管一段為蒸發(fā)端，另外一段為冷凝端，當(dāng)熱管一端受熱時(shí)，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端并釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)往復(fù)，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)。

能事達(dá)出品的STR-2500RG熱管整理器實(shí)驗(yàn)時(shí)在無風(fēng)狀態(tài)下額定輸出電流為2 500 A，超出力電流不小于3 000 A，輸入電壓不小于1 000 V,噪音小于60 Db, 功率柜內(nèi)的溫升滿足工業(yè)運(yùn)行要求。

4滅磁開關(guān)

黃金坪水電站左岸大機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)投標(biāo)時(shí)，滅磁開關(guān)型號為ABB EMAX系列 E3H/E MS3200型開關(guān)，額定電壓1 000 V，額定電流3 200 A。該開關(guān)是由ABB EMAX交流斷路器改進(jìn)而成的，主要應(yīng)用于直流系統(tǒng)中母聯(lián)開關(guān)或隔離開關(guān)，而并非專用的直流滅磁開關(guān)。該開關(guān)的弧壓低，根據(jù)滅弧柵片的數(shù)量估算，4個(gè)斷口串聯(lián)使用弧壓只有2 000 V，而中科院等離子所對該開關(guān)的測試結(jié)果認(rèn)為該開關(guān)弧壓只有1 200～1 400 V。將該開關(guān)用于發(fā)電機(jī)滅磁回路必須在其外部配套逆變和封脈沖措施輔助開關(guān)建壓，如配套措施失靈，該開關(guān)將有燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。國內(nèi)勵(lì)磁廠家大量采用該開關(guān)的主要原因是該開關(guān)價(jià)格遠(yuǎn)低于其他進(jìn)口的專用直流滅磁開關(guān)。考慮到價(jià)格因素, 廠家投標(biāo)開關(guān)選用ABB EMAX系列 E3H/E MS3200型開關(guān)。

表2　滅磁開關(guān)性能對比表

在設(shè)聯(lián)會(huì)中業(yè)主要求將滅磁開關(guān)更換為法國LENOIR公司生產(chǎn)的CEX系列CEX06-3200型滅磁開關(guān)，其額定電壓為1 000 V，額 定 電 流 為

3 200 A。CEX系列開關(guān)是專用直流滅磁開關(guān)，弧壓高，2個(gè)斷口串聯(lián)使用弧壓2 380 V，無需配套任何輔助措施就能夠獨(dú)立可靠滅磁，而且此開關(guān)配有投入滅磁電阻專用的常閉斷口，能保證滅磁的可靠性。CEX滅磁開關(guān)為雙斷口滅磁開關(guān)，各方面參數(shù)都很好，其缺點(diǎn)是價(jià)格貴，體積較大，有連桿，黃金坪水電站的一個(gè)滅磁屏裝不下該開關(guān)，該開關(guān)的一小部分將延伸到轉(zhuǎn)子監(jiān)測保護(hù)屏。滅磁開關(guān)性能對比情況見表2。

5重要信號輸出的選擇

黃金坪水電站輸出勵(lì)磁故障的信號到保護(hù)設(shè)備，保護(hù)設(shè)備出口作用于跳GCB。對于勵(lì)磁故障信號的定義經(jīng)與廠家反復(fù)討論且因規(guī)范無統(tǒng)一規(guī)定，最終決定勵(lì)磁故障定義為雙套勵(lì)磁PLC全部故障，由于未設(shè)置風(fēng)機(jī)，故無風(fēng)機(jī)故障信號輸出。

黃金坪水電站為雙調(diào)節(jié)器失電時(shí)輸出勵(lì)磁系統(tǒng)嚴(yán)重故障到發(fā)電機(jī)保護(hù)屏，由發(fā)電機(jī)保護(hù)停機(jī)跳FMK和GCB。

6結(jié)語

筆者就黃金坪水電站勵(lì)磁設(shè)備選型中的一些重點(diǎn)內(nèi)容、設(shè)備更換以及在技施設(shè)計(jì)中遇到的問題進(jìn)行了分析，希望能對類似水電站勵(lì)磁設(shè)備的選型、評標(biāo)和二次設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 583-2006，大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件 [S].

[2]GB/T 7409.3-2007,大中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

[3]GB/T 10228-2008,干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求[S].

[4]GB4208-2008,外殼防護(hù)等級的分類[S〗.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

張春雨(1976-)，女，四川成都人，高級工程師，學(xué)士，從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)工作；

劉海燕(1980-)，女，河北故城人，高級工程師，學(xué)士，從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0038-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV22;TV735

收稿日期:2015-12-31