陳 鵬,王少華,陶迎新,劉佳寶
(國(guó)網(wǎng)新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司,遼寧 丹東 118216)
遼寧蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)淺析
陳 鵬,王少華,陶迎新,劉佳寶
(國(guó)網(wǎng)新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司,遼寧 丹東 118216)
簡(jiǎn)要介紹了勵(lì)磁系統(tǒng)的基本原理,闡述了蒲石河工程勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用與調(diào)試過(guò)程。著重分析運(yùn)行中勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題并進(jìn)行反思,為同類(lèi)電廠勵(lì)磁系統(tǒng)安裝調(diào)試及勵(lì)磁國(guó)產(chǎn)化提供參考。
勵(lì)磁系統(tǒng);抽水蓄能;安裝調(diào)試
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本作用就是給發(fā)電機(jī)提供一個(gè)可調(diào)的勵(lì)磁電流,當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子磁極中通以直流電流,在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部就形成了一個(gè)磁場(chǎng),由原動(dòng)機(jī)(水電廠中的水輪機(jī))拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),磁場(chǎng)與定子線棒間就有了相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而在定子繞組中就會(huì)感應(yīng)出交流電動(dòng)勢(shì),可通過(guò)線路輸送出三相交流電。作為抽水蓄能電站,在水泵工況運(yùn)行時(shí),發(fā)電機(jī)定子繞組上加上三相交流電,就會(huì)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組通入直流電后,在電力矩的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速、頻率和磁極對(duì)數(shù)間的關(guān)系可以用n=60 f/p來(lái)表示。
勵(lì)磁系統(tǒng)的作用在于控制發(fā)電機(jī)的定子電壓。對(duì)于大型同步機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)通常采用可控硅元件來(lái)提供可變的勵(lì)磁電流。而勵(lì)磁電流的控制是基于數(shù)字自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的作用,采集機(jī)端電壓電流信號(hào),輸入調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行計(jì)算,得出整流橋相應(yīng)的觸發(fā)角來(lái)提供給發(fā)電機(jī)不同的勵(lì)磁電流。
抽水蓄能機(jī)組一般水頭較高,機(jī)組轉(zhuǎn)速較快,所以除在機(jī)組正常運(yùn)行情況下需要?jiǎng)?lì)磁電流外,在停機(jī)過(guò)程中應(yīng)用電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)(刀閘)在機(jī)組出口開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下,使發(fā)電機(jī)出口三相短路,此時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)提供一定的勵(lì)磁電流(電流大小由發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)得出),在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩,使機(jī)組能夠更快地達(dá)到停機(jī)穩(wěn)態(tài),這是勵(lì)磁系統(tǒng)的另一個(gè)重要作用。
2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)概況
蒲石河抽水蓄能電站為大型純抽水蓄能電站,單機(jī)容量300 MW,額定轉(zhuǎn)速333.33 r/min,機(jī)組采用一機(jī)一變的單元式接線方式,每臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流取自本臺(tái)機(jī)組主變低壓側(cè)。機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)接線形式見(jiàn)圖1。
圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)一次接線
勵(lì)磁變采用18kV/640V,Y/△接線方式,勵(lì)磁變低壓側(cè)又經(jīng)可控硅整流元件提供給轉(zhuǎn)子所需的勵(lì)磁電流,在發(fā)電工況額定勵(lì)磁電壓為290 V,勵(lì)磁電流1 712 A,抽水工況額定勵(lì)磁電壓252 V,勵(lì)磁電流1 488 A。在全廠失電或線路充電工況時(shí)(主變低壓側(cè)無(wú)壓),由220 V蓄電池提供直流起勵(lì)電源,待機(jī)端電壓拖動(dòng)升至3 600 V左右時(shí)再切換至勵(lì)磁正常供電電源。勵(lì)磁系統(tǒng)在停止過(guò)程中采用逆變滅磁方式,在發(fā)生電氣故障時(shí),磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)不經(jīng)逆變直接跳開(kāi),轉(zhuǎn)子中剩余的能量通過(guò)串入的非線性電阻釋放掉。
2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的測(cè)量
調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要根據(jù)采集的信息來(lái)處理整個(gè)控制回路,從而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的控制與閉環(huán)調(diào)節(jié),整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)配有兩套完全冗余的調(diào)節(jié)器。每套調(diào)節(jié)器都有相對(duì)獨(dú)立的信號(hào)采集系統(tǒng),它們通過(guò)采集定子電壓、定子電流、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流并輸入各自的調(diào)節(jié)器,進(jìn)行計(jì)算,相互跟蹤比較,并在主用調(diào)節(jié)器故障或測(cè)量偏差過(guò)大時(shí)自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換至備用通道運(yùn)行,以保證機(jī)組穩(wěn)定性與可靠性。
2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)的限制與保護(hù)
勵(lì)磁系統(tǒng)具有完善的限制和保護(hù)功能,對(duì)各種極限運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)作出反應(yīng),防止機(jī)組運(yùn)行在不穩(wěn)定區(qū)或超出設(shè)備運(yùn)行承受極限,保證機(jī)組安全運(yùn)行。
圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行限制
(1)水輪機(jī)出力限制,水輪機(jī)模型計(jì)算所得機(jī)組出力不得超過(guò)此限制。
(2)定子電流限制,受定子線棒冷卻方式限制,電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致定子線棒過(guò)熱或絕緣損壞。
(3)轉(zhuǎn)子電流限制,同定子電流限制,大電流造成的過(guò)熱可能影響繞組絕緣。
(4)勵(lì)磁電流低限,防止因勵(lì)磁電壓過(guò)低造成的失磁。
(5)殘磁限制,機(jī)組未勵(lì)磁時(shí)的限制功能。
(6)無(wú)功限制,此項(xiàng)指標(biāo)為設(shè)網(wǎng)限制,根據(jù)電網(wǎng)需要提供無(wú)功出力的限制功能。
除此之外,勵(lì)磁系統(tǒng)還有很多限制及保護(hù)功能,如U/f限制、轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)等等,以保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行分析
以SFC啟動(dòng)過(guò)程勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行情況為例,勵(lì)磁收到監(jiān)控SFC啟動(dòng)模式后,自動(dòng)選擇手動(dòng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模式,當(dāng)收到SFC發(fā)出勵(lì)磁啟動(dòng)命令后,磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)合閘,勵(lì)磁工作在恒電流調(diào)節(jié)模式下,可以看到勵(lì)磁電流設(shè)定值b為一條直線,而電流實(shí)際值跟蹤設(shè)定值也基本成一條直線。在中間標(biāo)注位置可以看到勵(lì)磁電流的一個(gè)波動(dòng),此時(shí)調(diào)節(jié)器的控制方式切換為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié),此后勵(lì)磁電流根據(jù)電壓的設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)。勵(lì)磁系統(tǒng)在抽水啟動(dòng)過(guò)程、線路充電過(guò)程、背靠背拖動(dòng)過(guò)程中均采用手動(dòng)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)模式,在發(fā)電、抽水、調(diào)相等穩(wěn)態(tài)則應(yīng)用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模式。由于勵(lì)磁系統(tǒng)不能跟蹤無(wú)功或功率因數(shù),只能根據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)定值計(jì)算電壓跟蹤值。所以,無(wú)功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)屬于自動(dòng)調(diào)壓范疇。
圖3 勵(lì)磁運(yùn)行曲線
2.5 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題
(1)事故現(xiàn)象:在機(jī)組開(kāi)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)勵(lì)磁收到監(jiān)控開(kāi)出的EXC ON令,磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)合閘后瞬間跳開(kāi)現(xiàn)象,導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)并未收到任何監(jiān)控或保護(hù)發(fā)的電氣跳機(jī)信號(hào)。機(jī)組保持空轉(zhuǎn)狀態(tài),經(jīng)延時(shí)監(jiān)控判斷流程超時(shí)執(zhí)行機(jī)械停機(jī)。
(2)事故原因
1)磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)合閘接觸器灰塵過(guò)多,導(dǎo)致接觸器間歇性不能完全吸合。
2)磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)分閘回路中串有兩個(gè)分壓電阻用以進(jìn)行分閘回路監(jiān)視,由于分壓電阻阻值不夠,導(dǎo)致分閘線圈始終帶電,分閘線圈吸合導(dǎo)致磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)無(wú)法合閘。
(3)事故反思:成品保護(hù)問(wèn)題嚴(yán)重,在建電廠施工環(huán)境較為惡劣,成品到場(chǎng)應(yīng)注意防潮、防塵。
勵(lì)磁設(shè)備是電廠運(yùn)行的核心部件,也是技術(shù)集成化較高的部件。目前新建抽水蓄能電站如響水澗、仙游等都應(yīng)用國(guó)產(chǎn)勵(lì)磁設(shè)備,不同的廠家有著不同的設(shè)計(jì)理念和方法,應(yīng)該利用自身優(yōu)勢(shì)認(rèn)真比對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備的性能指標(biāo),不斷優(yōu)化改造,推動(dòng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
TV743
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1672-5387(2016)07-0027-02
10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.008
2015-09-25
陳 鵬(1986-),男,工程師,從事抽水蓄能電站運(yùn)行管理工作。