林波弟(賀江電力發(fā)展有限公司，廣東肇慶526500)

基于EXC9000勵(lì)磁系統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)組短路試驗(yàn)探討

林波弟
(賀江電力發(fā)展有限公司，廣東肇慶526500)

摘要:發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要而且難度較大的試驗(yàn)，在新機(jī)組安裝完畢及大修后，通過(guò)短路試驗(yàn)，可檢查發(fā)電機(jī)三相電流平衡度、繼電保護(hù)接線是否正確以及錄制短路曲線數(shù)據(jù)。因水輪發(fā)電機(jī)組的特征，特別是貫流式機(jī)組定子容易受潮絕緣降低，也可通過(guò)短路試驗(yàn)干燥發(fā)電機(jī)，提高絕緣電阻。針對(duì)EXC9000勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)的過(guò)程，總結(jié)試驗(yàn)的注意事項(xiàng)，為該型號(hào)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)提供技術(shù)參考。圖3幅。

關(guān)鍵詞:水輪發(fā)電機(jī)組;勵(lì)磁系統(tǒng);短路試驗(yàn)

1　概述

水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)是供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱，它一般由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器單元、勵(lì)磁功率單元、滅磁單元等主要部分組成。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出;勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流;滅磁單元是在發(fā)電機(jī)處于非正常運(yùn)行時(shí)跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，從而保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不被感應(yīng)高電壓擊穿。勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的穩(wěn)定性具有相當(dāng)大的作用，尤其是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展導(dǎo)致機(jī)組穩(wěn)定極限降低的趨勢(shì)，也促使勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展。

EXC9000型全數(shù)字式靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)是廣州電器科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的第四代微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是功能軟件化、系統(tǒng)數(shù)字化。本系統(tǒng)的數(shù)字化不僅體現(xiàn)在調(diào)節(jié)器，也體現(xiàn)在功率柜和滅磁柜。勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)部分均能實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測(cè)試，極大地提高了裝置的可靠性和工藝水平。

2　勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的作用

2.1提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定作用

電力系統(tǒng)在發(fā)生短路故障時(shí)發(fā)電機(jī)電壓下降，發(fā)出的有功功率減少，機(jī)械功率和有功功率之差——加速功率增加，引起發(fā)電機(jī)功角增加。如果發(fā)電機(jī)的功角加速面積大于減速面積則發(fā)生失步，稱為失去暫態(tài)穩(wěn)定。勵(lì)磁系統(tǒng)及時(shí)提供強(qiáng)勵(lì)可以增加有功功率的輸出，減少加速功率，從而減少發(fā)電機(jī)功角的增加量。按照等面積原則，強(qiáng)勵(lì)后的減速面積大于加速面積則功角在達(dá)到某最大值后減少，不至于發(fā)生第一擺失去穩(wěn)定。強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)越大、強(qiáng)勵(lì)上升的速度越快，發(fā)電機(jī)功角增加越小，越容易穩(wěn)定。

2.2提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定作用

勵(lì)磁控制系統(tǒng)是指包括發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)在內(nèi)的反饋控制系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)的同步力矩和阻尼力矩受電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和發(fā)電機(jī)工況影響，也與勵(lì)磁系統(tǒng)有關(guān)。采用快速和高放大倍數(shù)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)可以提高同步力矩，近似達(dá)到維持機(jī)端電壓不變，另一方面又導(dǎo)致發(fā)電機(jī)阻尼削弱。系統(tǒng)聯(lián)系電抗大、輸送功率大時(shí)電力系統(tǒng)產(chǎn)生等幅或增幅的低頻功率振蕩，該振蕩可能在增大有功功率時(shí)產(chǎn)生，或者在電力系統(tǒng)故障切除后產(chǎn)生，前者稱靜態(tài)穩(wěn)定，后者稱動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)控制的作用，可以為電力系統(tǒng)提供抑制低頻振蕩的阻尼，提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定水平。

2.3提高電壓穩(wěn)定作用

維持發(fā)電機(jī)電壓恒定是勵(lì)磁系統(tǒng)的基本作用，當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化引起電壓變化時(shí)迅速改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁以維持電壓在一定的精度內(nèi)。通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)作用來(lái)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3　發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)的模式

3.1發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)的目的

發(fā)電機(jī)的短路試驗(yàn)是指發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下定子三相繞組短路，此時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)已不可能采用自勵(lì)方式采集電源，只能是他勵(lì)模式供電，且PT也可能沒(méi)有帶電，將沒(méi)有電壓反饋。發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)?zāi)康挠幸韵聨c(diǎn):首先是剛剛新建安裝好的機(jī)組，可以對(duì)所有的發(fā)電機(jī)保護(hù)、測(cè)量以及相關(guān)電流回路進(jìn)行檢查，確保電流回路沒(méi)有開(kāi)路現(xiàn)象;其次可以檢查定子三相電流的對(duì)稱性;再次可以由短路特性曲線結(jié)合空載特性曲線求取發(fā)電機(jī)的一些重要參數(shù)。對(duì)已經(jīng)建壓后的發(fā)電機(jī)做此項(xiàng)工作，通過(guò)模擬發(fā)電狀態(tài)，加勵(lì)磁電流使定子線圈流過(guò)電流的方式，使發(fā)電機(jī)定子線圈溫度升高，對(duì)定子進(jìn)行干燥，提高發(fā)電機(jī)定子的絕緣電阻，為下一步的建壓并網(wǎng)發(fā)電提供有利條件，確保機(jī)組不因絕緣下降而被擊穿。

3.2勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)供電的三種模式

3.2.1短路點(diǎn)在發(fā)電機(jī)機(jī)端近端出口處

這種方式是將發(fā)電機(jī)機(jī)端母排解開(kāi)，在發(fā)電機(jī)定子出線端用銅排將其三相短接。此時(shí)可以采用合上發(fā)電機(jī)出口斷路器，從系統(tǒng)倒送電方式供電，勵(lì)磁變和PT將有電源，在短路工況下，勵(lì)磁系統(tǒng)將有電源反饋(見(jiàn)圖1)，可以正常工作。

圖1　模式一示意

3.2.2短路點(diǎn)在發(fā)電機(jī)機(jī)端遠(yuǎn)端出口處且勵(lì)磁變高壓側(cè)有隔離刀

這種方式是發(fā)電機(jī)出口沒(méi)有較合適短路點(diǎn)，發(fā)電機(jī)機(jī)端母排不解開(kāi)，發(fā)電機(jī)出口斷路器必須斷開(kāi)，不能從系統(tǒng)倒送電供勵(lì)磁系統(tǒng)，要將勵(lì)磁變高壓側(cè)刀閘開(kāi)關(guān)分開(kāi)，從電站系統(tǒng)接線至勵(lì)磁變?cè)?此時(shí)勵(lì)磁變有電源，但PT沒(méi)有電源。這種模式需要用三相調(diào)壓器模擬給調(diào)節(jié)器PT供電(見(jiàn)圖2)，勵(lì)磁系統(tǒng)才能正常工作。

圖2　模式二示意

3.2.3短路點(diǎn)在發(fā)電機(jī)機(jī)端遠(yuǎn)端出口處，勵(lì)磁變高壓側(cè)無(wú)隔離刀

這種方式發(fā)電機(jī)機(jī)端母排不解開(kāi)，發(fā)電機(jī)機(jī)端出口斷路器斷開(kāi)，不能從系統(tǒng)倒送電，因勵(lì)磁變高壓側(cè)沒(méi)有刀閘開(kāi)關(guān)，只能從勵(lì)磁變副邊將勵(lì)磁變從勵(lì)磁系統(tǒng)中切除，此時(shí)勵(lì)磁變沒(méi)有電源，PT也沒(méi)有電源。這種模式下需要三相調(diào)壓器給調(diào)節(jié)器PT供電，還需要利用其他電源變壓器給整流器供電(見(jiàn)圖3)，勵(lì)磁系統(tǒng)才能正常工作。

圖3　模式三示意

4　短路試驗(yàn)步驟

(1)以圖1為例，在開(kāi)機(jī)前將發(fā)電機(jī)短路，分開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)QS2、QS1，在QS1的發(fā)電機(jī)側(cè)安裝短路母排。

(2)解除QS1和QF之間的電氣互鎖功能，在試驗(yàn)時(shí)合QF開(kāi)關(guān)應(yīng)避免該開(kāi)關(guān)因互鎖分閘。

(3)退出發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)。因?yàn)樵赒S1處短路，引入差動(dòng)保護(hù)的兩側(cè)電流不平衡，試驗(yàn)時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作將分開(kāi)QF開(kāi)關(guān)。

(4)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜觸摸屏將A/B通道設(shè)置為手動(dòng)方式，將C通道作為運(yùn)行通道，控制方式仍為恒a角方式;目的是防止試驗(yàn)時(shí)萬(wàn)一沒(méi)有勵(lì)磁電流反饋將引起失控。

(5)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜觸摸屏將殘壓起勵(lì)解除，防止機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因轉(zhuǎn)速達(dá)到95%額定轉(zhuǎn)速時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)起勵(lì)。

(6)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜觸摸屏將系統(tǒng)電壓跟蹤功能解除，防止試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤網(wǎng)壓，頻繁調(diào)節(jié)。

(7)在調(diào)節(jié)柜端子解開(kāi)輸入勵(lì)磁裝置的發(fā)電機(jī)出口斷路器輔助接點(diǎn)接線，解除并網(wǎng)令。

(8)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜開(kāi)關(guān)量總線板AP2—X4: 7，X4: 8，X6: 2三點(diǎn)短接，目的是在A/B通道運(yùn)行時(shí)，取消定子電流＞10%額定值后不能逆變的功能。

(9)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜將滅磁開(kāi)關(guān)分閘切脈沖的信號(hào)解除，防止滅磁開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)無(wú)脈沖信號(hào)。

(10)將調(diào)速器切換到現(xiàn)地手動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)投入各輔助設(shè)備，使水輪發(fā)電機(jī)組的油、汽、水三大系統(tǒng)正常工作。

(11)在調(diào)速器開(kāi)啟導(dǎo)葉至空載位置，因?yàn)橛旋X輪測(cè)速，導(dǎo)葉開(kāi)啟到轉(zhuǎn)速表上顯示額定轉(zhuǎn)速。

(12)合上QS2隔離開(kāi)關(guān)，檢查確認(rèn)QS1隔離開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)狀態(tài)，勵(lì)磁變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)，然后合上并網(wǎng)開(kāi)關(guān)QF，從系統(tǒng)倒送電給勵(lì)磁供電。

(13)檢查各電源正常后，將勵(lì)磁切換到C通道運(yùn)行，然后按減磁鍵，直到“減磁到限”燈均點(diǎn)亮;這時(shí)是控制信號(hào)最大、勵(lì)磁電流輸出最小的時(shí)候。

(14)合上滅磁開(kāi)關(guān)，此時(shí)勵(lì)磁電流很小，小于100 A以下。若發(fā)現(xiàn)情況異常，應(yīng)馬上分?jǐn)鄿绱砰_(kāi)關(guān)。

(15) C通道按增磁鍵，約1 min以上，可以看到控制信號(hào)逐漸減小，勵(lì)磁電流逐漸增大，注意觀察輸出波形及調(diào)節(jié)器內(nèi)采集的勵(lì)磁電流反饋信號(hào)是否正常。

(16)緩慢定時(shí)增大勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)定子電流增大到合適數(shù)值，記錄定子溫度上升情況。

(17)短路干燥時(shí)，定子電流一般不超額定電流的50%為宜，當(dāng)定子溫度達(dá)到60℃左右時(shí)，慢慢降低勵(lì)磁電流至初狀態(tài)，分開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，手動(dòng)關(guān)閉調(diào)速器至全關(guān)狀態(tài)。

(18)同時(shí)啟動(dòng)高壓減載裝置及其他輔助設(shè)備，使機(jī)組安全停機(jī)完成后，檢查發(fā)電機(jī)絕緣電阻是否正常，然后恢復(fù)所有設(shè)備至正常狀態(tài)。整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成試驗(yàn)。

5　短路試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

(1)三相短路點(diǎn)應(yīng)盡量裝在接近發(fā)電機(jī)引出線端且要在電流互感器外側(cè)，短路點(diǎn)不宜設(shè)置在出口斷路器之后，防止斷路器跳閘造成過(guò)電壓損壞定子線圈。

(2)三相短路線應(yīng)采用不小于發(fā)電機(jī)出線截面的銅排，連接必須良好，防止由于連接不良引起過(guò)熱損壞設(shè)備。

(3)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，當(dāng)調(diào)到某一數(shù)值時(shí)應(yīng)待指針?lè)€(wěn)定后再對(duì)各類(lèi)表計(jì)同時(shí)讀數(shù)。

(4)在試驗(yàn)中檢查三相電流對(duì)稱性，如果三相電流不平衡應(yīng)查明原因，必要時(shí)可終止試驗(yàn)檢查。

(5)合上滅磁開(kāi)關(guān)前應(yīng)減磁至到限燈亮，確保勵(lì)磁電流在最小狀態(tài)，防止勵(lì)磁電流太大，造成發(fā)電機(jī)產(chǎn)生沖擊力損壞設(shè)備。

(6)一定要將殘壓起勵(lì)、系統(tǒng)電壓跟蹤功能、并網(wǎng)令退出。

(7)試驗(yàn)過(guò)程中，定子電流不超過(guò)額定電流的50%，溫升每小時(shí)控制在5℃以內(nèi)。

(8)試驗(yàn)過(guò)程密切關(guān)注各輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)瓦溫是否正常，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止試驗(yàn)。

6　結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)系列試驗(yàn)中的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，關(guān)系到整個(gè)機(jī)組能否安全、可靠的運(yùn)行。通過(guò)該試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)三相電流是否對(duì)稱，短路特性是否正確，同時(shí)確認(rèn)繼電保護(hù)接線正確，轉(zhuǎn)子回路是否存在缺陷，對(duì)絕緣電阻較低的容易受潮機(jī)組，經(jīng)過(guò)短路干燥，可提高發(fā)電機(jī)的絕緣電阻。

責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介:林波弟(1982－)，男，工程師，主要從事貫流式水輪發(fā)電機(jī)組檢修管理、高壓試驗(yàn)、電氣自動(dòng)化等工作。E_ mail: linbd88@163.com

收稿日期:2015－12－10