李桂華（湖南省水運建設(shè)投資集團有限公司，湖南　長沙　410000）

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水電廠勵磁系統(tǒng)的改造問題及其對策探討

李桂華（湖南省水運建設(shè)投資集團有限公司，湖南長沙410000）

目前一些水電廠發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)裝置因為投運時間長，技術(shù)落后，可靠性差，需要對勵磁系統(tǒng)進行改造。本文主要根據(jù)實例闡述了某水電廠勵磁系統(tǒng)存在的問題以及對勵磁系統(tǒng)的改造。

水電廠；勵磁；改造；整流柜；試驗

引言

勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，直接影響發(fā)電機的運行特性。但是一些老型水電廠的勵磁系統(tǒng)卻存在運行效率低下并且故障率高等方面的問題，特別是小型水電站，導(dǎo)致水電廠的效益大幅度的降低，因此急需對水電廠勵磁系統(tǒng)進行改造，提高勵磁系統(tǒng)的運行效率。

1　某水電廠改造前情況概述

某水電廠原1#、2#發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)備情況如表1～4。

表1　1#勵磁機

表2　1#相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)器

2　水電廠勵磁系統(tǒng)存在的問題與缺陷

（1）1#勵磁機整流子已先后車削過兩次，累積徑向車削6.5mm之多；2#勵磁機整流子車削過一次，徑向車削4mm；勵磁機刷握與整流子表面距離增大，碳刷在運行中不同程度的會發(fā)生搖晃和抖動，易發(fā)生火花，加速整流子車削的間隔；

表3　2#勵磁機

表4　2#相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)器

（2）隨著整流子的車削，整流子片間絕緣更不易處理，運行中容易造成碳刷和整流子表面發(fā)熱，并且會因接觸不好而冒火花嚴重；

（3）勵磁機維護量大，且運行中不易更換碳刷，經(jīng)常出現(xiàn)因勵磁機需維護而停機；

（4）因技術(shù)落后、調(diào)節(jié)器老化，反應(yīng)速度慢，不能實現(xiàn)電壓、功率因數(shù)實時跟蹤，起不到自動勵磁的作用；

（5）相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)器采用正序、負序電壓繼電器加出口繼電器實現(xiàn)強勵、強減功能，強勵、強減時切除或增加勵磁回路一固定電阻，既存在繼電器反應(yīng)速度慢、接點容易燒壞現(xiàn)象，又不能根據(jù)系統(tǒng)需要隨時調(diào)整或停止強勵、強減的動作；

（6）隨著主控室電控系統(tǒng)自動化水平的不段提高。發(fā)電機的勵磁作為發(fā)電機的主要控制、調(diào)節(jié)參數(shù)，若不能在電控系統(tǒng)后臺機上實現(xiàn)控制與監(jiān)視，對發(fā)電機的安全運行不易保障。

3　勵磁系統(tǒng)的改造方案確定和設(shè)備選型

根據(jù) 1#、2#發(fā)電機直流勵磁機的現(xiàn)狀及存在的缺陷，若不進行改造，則需盡快更換直流勵磁機電樞，考慮到每年因整流子或電刷需維護停機2～3次，直流勵磁機電樞正常使用壽命不過在9年左右，而每隔4～5年需車削一次，綜合其它因素，選擇取消直流勵磁機，采用機端或廠用電供電的靜止勵磁系統(tǒng)；淘汰性能及功能達不到要求的相復(fù)勵勵磁調(diào)節(jié)器，選擇現(xiàn)在正推廣使用的微機型自動勵磁調(diào)節(jié)裝置；相應(yīng)對發(fā)電機小室的原有配置及接線進行改造。勵磁系統(tǒng)改造的設(shè)備選型主要考慮可靠性、先進性、節(jié)省投資三方面。

3.1勵磁功率變壓器

根據(jù)1#、2#發(fā)電機勵磁系統(tǒng)額定參數(shù)進行選擇。1#直流勵磁機額定容量為50kW、1#發(fā)電機額定勵磁電流為163A、額定勵磁電壓為165V，按強勵倍數(shù)2倍考慮，選擇85kWA三相干式變壓器；2#直流勵磁機額定容量為40kW、2#發(fā)電機額定勵磁電流為238A、額定勵磁電壓為112V，按強勵倍數(shù)2倍考慮，選擇85kWA三相干式變壓器。

3.2自動勵磁裝置

自動勵磁功率柜采用三相全控橋式整流電路，可達到運行效率高、性能穩(wěn)定的目的，并可實現(xiàn)逆變快速滅磁。冷卻方式選擇熱管式，冷卻效果好。整流柜組容吸收采用三相五線式吸收方式，使吸收效果明顯，結(jié)構(gòu)緊湊。自動勵磁調(diào)節(jié)柜選擇已成熟應(yīng)用的DWLZ-2C微機勵磁調(diào)節(jié)裝置，既實現(xiàn)了可編程勵磁調(diào)節(jié)裝置不具備的漢化運行監(jiān)視窗口，又避免了工控機勵磁調(diào)節(jié)裝置價格昂貴的缺點。

3.3互感器

根據(jù)發(fā)點機小室空間小、設(shè)備多的實際情況，選擇墻壁安裝方式的互感器。

設(shè)備選型見表5。

表5　設(shè)備選型

改造后勵磁系統(tǒng)見圖1。

圖1　改造后的勵磁系統(tǒng)圖

4　勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造投運試驗

4.1靜態(tài)試驗

用調(diào)壓器在可控硅整流橋交流開關(guān)處加電壓 （100V），在直流開關(guān)處加滑動變阻器作為負載，使得流過負載的電流大于2A。投入調(diào)節(jié)器電源，按就地開機按鈕，通過增、減磁，觀察發(fā)現(xiàn)工控機顯示觸發(fā)角度、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流與示波器觸發(fā)性一致。

4.2空載試驗

4.2.1階躍響應(yīng)試驗

勵磁調(diào)節(jié)裝置切至“電壓閉環(huán)”方式，通過“就地增磁”、“就地減磁”按鈕，在80%Ufn、100%Ufn時通過計算機鍵入命令，做±10%Ufn階躍響應(yīng)試驗，觀察調(diào)節(jié)性能，整定PID參數(shù)（階躍響應(yīng)先在5%下做，最終在10%下做）。

4.2.2零起升壓試驗

勵磁調(diào)節(jié)裝置置“電壓閉環(huán)”方式，集控室按下勵磁投入按鈕，發(fā)電機自動建壓5%Ufn，然后由集控室增磁按鈕將機端電壓升至100%Ufn，試驗結(jié)果負荷國標要求。

4.2.3頻率特性及V/F限制試驗

將機端電壓調(diào)整為額定值。降低機組轉(zhuǎn)速，使得機組頻率逐步降低到45Hz。在從50Hz降低到47.16Hz的過程中，機端電壓和電壓給定保持不變，轉(zhuǎn)子電流逐漸上升；在到達47.16Hz時，調(diào)節(jié)器報出V/F限制，機端電壓下降；在47.16Hz降低到45Hz的過程中，機端電壓持續(xù)下降；在到達45Hz時，調(diào)節(jié)器自動逆變停機。

4.3并網(wǎng)試驗

4.3.1欠勵試驗

調(diào)整無功至欠勵限制動作值，兩套調(diào)節(jié)裝置欠勵限制動作，此時減磁，無功不變，增磁返回。

4.3.2過勵試驗

調(diào)整無功至過勵限制動作值，約5s后兩套調(diào)節(jié)裝置過勵限制動作，此時增磁，無功不變，減磁返回。

4.3.3A、B套切換試驗

在主界面觀察A套為主，B套為從，A/B套空載，A/B套正常，A/B套控制方式“在電壓閉環(huán)”。在調(diào)節(jié)裝置面板上作手動切換（A套切至B套和B套切至A套），切換過程中機組無功不變化。

5　結(jié)語

改造后至今，系統(tǒng)運行正常，沒有發(fā)生過因勵磁系統(tǒng)故障而停機，各參數(shù)穩(wěn)定，完善了上位機對發(fā)電機的全方位控制，使發(fā)電機的控制回路更加簡單明了，從而減少事故的發(fā)生；改造后勵磁系統(tǒng)技術(shù)性能先進，維護量大幅度減少，勵磁系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、自動化程度、可靠性指標、自動投入率和電廠的電壓與無功指標均得到提高，保證了該水電廠發(fā)電機組的可靠運行。

［1］楊水華.淺談盤溪電站的勵磁系統(tǒng)改造［J］.中國科技信息，2008（20）：65～66.

［3］初立宏.蓮花發(fā)電廠勵磁系統(tǒng)論證及更新改造［J］.中國電力教育，2010（S1）：28～29.

李桂華（1976-），男，工程師，本科，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

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2016-4-20