陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國網(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組勵磁系統(tǒng)淺析

陳 鵬，王少華，陶迎新，劉佳寶

（國網(wǎng)新源遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

簡要介紹了勵磁系統(tǒng)的基本原理，闡述了蒲石河工程勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用與調(diào)試過程。著重分析運行中勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)的問題并進行反思，為同類電廠勵磁系統(tǒng)安裝調(diào)試及勵磁國產(chǎn)化提供參考。

勵磁系統(tǒng)；抽水蓄能；安裝調(diào)試

1 勵磁系統(tǒng)的基本原理和作用

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的基本作用就是給發(fā)電機提供一個可調(diào)的勵磁電流，當發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子磁極中通以直流電流，在發(fā)電機的內(nèi)部就形成了一個磁場，由原動機（水電廠中的水輪機）拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，磁場與定子線棒間就有了相對運動，從而在定子繞組中就會感應(yīng)出交流電動勢，可通過線路輸送出三相交流電。作為抽水蓄能電站，在水泵工況運行時，發(fā)電機定子繞組上加上三相交流電，就會在發(fā)電機內(nèi)部產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子的勵磁繞組通入直流電后，在電力矩的作用下開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速、頻率和磁極對數(shù)間的關(guān)系可以用n=60 f/p來表示。

勵磁系統(tǒng)的作用在于控制發(fā)電機的定子電壓。對于大型同步機組勵磁系統(tǒng)通常采用可控硅元件來提供可變的勵磁電流。而勵磁電流的控制是基于數(shù)字自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）的作用，采集機端電壓電流信號，輸入調(diào)節(jié)模塊進行計算，得出整流橋相應(yīng)的觸發(fā)角來提供給發(fā)電機不同的勵磁電流。

抽水蓄能機組一般水頭較高，機組轉(zhuǎn)速較快，所以除在機組正常運行情況下需要勵磁電流外，在停機過程中應(yīng)用電氣制動開關(guān)（刀閘）在機組出口開關(guān)斷開的情況下，使發(fā)電機出口三相短路，此時，勵磁系統(tǒng)提供一定的勵磁電流（電流大小由發(fā)電機短路試驗得出），在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個制動力矩，使機組能夠更快地達到停機穩(wěn)態(tài)，這是勵磁系統(tǒng)的另一個重要作用。

2 蒲石河電站勵磁系統(tǒng)

2.1 勵磁系統(tǒng)概況

蒲石河抽水蓄能電站為大型純抽水蓄能電站，單機容量300 MW，額定轉(zhuǎn)速333.33 r/min，機組采用一機一變的單元式接線方式，每臺發(fā)電機的勵磁電流取自本臺機組主變低壓側(cè)。機組勵磁系統(tǒng)接線形式見圖1。

圖1 勵磁系統(tǒng)一次接線

勵磁變采用18kV/640V，Y/△接線方式，勵磁變低壓側(cè)又經(jīng)可控硅整流元件提供給轉(zhuǎn)子所需的勵磁電流，在發(fā)電工況額定勵磁電壓為290 V，勵磁電流1 712 A，抽水工況額定勵磁電壓252 V，勵磁電流1 488 A。在全廠失電或線路充電工況時（主變低壓側(cè)無壓），由220 V蓄電池提供直流起勵電源，待機端電壓拖動升至3 600 V左右時再切換至勵磁正常供電電源。勵磁系統(tǒng)在停止過程中采用逆變滅磁方式，在發(fā)生電氣故障時，磁場開關(guān)不經(jīng)逆變直接跳開，轉(zhuǎn)子中剩余的能量通過串入的非線性電阻釋放掉。

2.2 勵磁系統(tǒng)的測量

調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要根據(jù)采集的信息來處理整個控制回路，從而實現(xiàn)勵磁電流的控制與閉環(huán)調(diào)節(jié)，整個勵磁系統(tǒng)配有兩套完全冗余的調(diào)節(jié)器。每套調(diào)節(jié)器都有相對獨立的信號采集系統(tǒng)，它們通過采集定子電壓、定子電流、勵磁變低壓側(cè)電流、轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流并輸入各自的調(diào)節(jié)器，進行計算，相互跟蹤比較，并在主用調(diào)節(jié)器故障或測量偏差過大時自動無擾動切換至備用通道運行，以保證機組穩(wěn)定性與可靠性。

2.3 勵磁系統(tǒng)的限制與保護

勵磁系統(tǒng)具有完善的限制和保護功能，對各種極限運行狀態(tài)及時作出反應(yīng)，防止機組運行在不穩(wěn)定區(qū)或超出設(shè)備運行承受極限，保證機組安全運行。

圖2 勵磁系統(tǒng)運行限制

（1）水輪機出力限制，水輪機模型計算所得機組出力不得超過此限制。

（2）定子電流限制，受定子線棒冷卻方式限制，電流過大會導(dǎo)致定子線棒過熱或絕緣損壞。

（3）轉(zhuǎn)子電流限制，同定子電流限制，大電流造成的過熱可能影響繞組絕緣。

（4）勵磁電流低限，防止因勵磁電壓過低造成的失磁。

（5）殘磁限制，機組未勵磁時的限制功能。

（6）無功限制，此項指標為設(shè)網(wǎng)限制，根據(jù)電網(wǎng)需要提供無功出力的限制功能。

除此之外，勵磁系統(tǒng)還有很多限制及保護功能，如U/f限制、轉(zhuǎn)子過電壓保護、轉(zhuǎn)子接地保護等等，以保證機組正常穩(wěn)定運行。

2.4 勵磁系統(tǒng)運行分析

以SFC啟動過程勵磁系統(tǒng)運行情況為例，勵磁收到監(jiān)控SFC啟動模式后，自動選擇手動勵磁電流調(diào)節(jié)模式，當收到SFC發(fā)出勵磁啟動命令后，磁場開關(guān)合閘，勵磁工作在恒電流調(diào)節(jié)模式下，可以看到勵磁電流設(shè)定值b為一條直線，而電流實際值跟蹤設(shè)定值也基本成一條直線。在中間標注位置可以看到勵磁電流的一個波動，此時調(diào)節(jié)器的控制方式切換為自動電壓調(diào)節(jié)，此后勵磁電流根據(jù)電壓的設(shè)定值自動調(diào)節(jié)。勵磁系統(tǒng)在抽水啟動過程、線路充電過程、背靠背拖動過程中均采用手動勵磁電流調(diào)節(jié)模式，在發(fā)電、抽水、調(diào)相等穩(wěn)態(tài)則應(yīng)用自動電壓調(diào)節(jié)模式。由于勵磁系統(tǒng)不能跟蹤無功或功率因數(shù)，只能根據(jù)對應(yīng)設(shè)定值計算電壓跟蹤值。所以，無功調(diào)節(jié)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)屬于自動調(diào)壓范疇。

圖3 勵磁運行曲線

2.5 勵磁系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題

（1）事故現(xiàn)象：在機組開機啟動過程中經(jīng)常出現(xiàn)勵磁收到監(jiān)控開出的EXC ON令，磁場開關(guān)合閘后瞬間跳開現(xiàn)象，導(dǎo)致機組跳機。此時勵磁系統(tǒng)并未收到任何監(jiān)控或保護發(fā)的電氣跳機信號。機組保持空轉(zhuǎn)狀態(tài)，經(jīng)延時監(jiān)控判斷流程超時執(zhí)行機械停機。

（2）事故原因

1）磁場開關(guān)合閘接觸器灰塵過多，導(dǎo)致接觸器間歇性不能完全吸合。

2）磁場開關(guān)分閘回路中串有兩個分壓電阻用以進行分閘回路監(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)致磁場開關(guān)無法合閘。

（3）事故反思：成品保護問題嚴重，在建電廠施工環(huán)境較為惡劣，成品到場應(yīng)注意防潮、防塵。

3 結(jié)語

勵磁設(shè)備是電廠運行的核心部件，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)用國產(chǎn)勵磁設(shè)備，不同的廠家有著不同的設(shè)計理念和方法，應(yīng)該利用自身優(yōu)勢認真比對國產(chǎn)設(shè)備和進口設(shè)備的性能指標，不斷優(yōu)化改造，推動設(shè)備國產(chǎn)化進程。

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行管理工作。