李煒金，談洋洋

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

CCS電站勵磁系統(tǒng)特點分析

李煒金，談洋洋

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

介紹了厄瓜多爾科卡科多（簡稱CCS）水電站勵磁系統(tǒng)的主要作用以及勵磁系統(tǒng)的組成和特點，并對CCS水電站勵磁系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和結果進行了介紹和分析，為日后其他電站更好的進行勵磁系統(tǒng)試驗以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性分析提供了有利依據(jù)。

勵磁系統(tǒng)；組成和特點；現(xiàn)場試驗；穩(wěn)定性；安全性

TV734.2

B

1672-5387（2016）09-0004-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.002

1　水電站勵磁系統(tǒng)的主要作用

勵磁系統(tǒng)是水電站最重要的系統(tǒng)之一，其作用主要包括以下5方面：①維持發(fā)電機的電壓在給定水平，②控制并聯(lián)運行電機無功功率的合理分配，③提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，④保證電力系統(tǒng)運行設備安全，⑤保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。因此，對電站勵磁系統(tǒng)特點的掌握以及勵磁系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗和試驗數(shù)據(jù)分析顯得尤為重要，這決定了勵磁系統(tǒng)的優(yōu)良性、機組運行的經(jīng)濟性，以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2　 CCS電站勵磁系統(tǒng)組成及特點

CCS電站發(fā)電機勵磁系統(tǒng)由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率整流裝置、滅磁及轉子過電壓保護裝置、起勵裝置、測量變送及信號單元、勵磁變壓器及交直流側電纜、電制動系統(tǒng)等部分組成。整套勵磁系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換通過現(xiàn)場CAN總線實現(xiàn)，CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，與一般的通信相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。

2.1勵磁調(diào)節(jié)器

勵磁調(diào)節(jié)器在正常運行過程中，需要完成大量復雜的計算、各種調(diào)節(jié)功能，以及諸多的信號采集和發(fā)送，單個CPU很難滿足系統(tǒng)要求，所以CCS電站大的勵磁系統(tǒng)采用多CPU模式運行，在多CPU模式下，通過合理分工，使各個CPU可以充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢。CCS電站勵磁調(diào)節(jié)器工控機有3塊板卡：主CPU板、DSP板、I/O板。

勵磁調(diào)節(jié)器為雙微機三通道調(diào)節(jié)器，其中A、B通道為數(shù)字通道，C通道為模擬通道。三通道調(diào)節(jié)器采用微機/微機/模擬三通道雙冗余結構，由兩個自用通道（A、B）和一個手動通道（C）組成，這3個通道從測量回路到脈沖輸出完全獨立。三通道之間的結構關系如圖1所示。

圖1　調(diào)節(jié)器通道配置圖

2.2勵磁功率整流裝置

勵磁功率整流裝置包括：功率元件及散熱器、冷卻系統(tǒng)、過壓過流保護系統(tǒng)。勵磁功率裝置為晶閘管整流，其采用3個整流橋并聯(lián)，一主兩備，3個整流橋設有均流措施，可保證均流系數(shù)為0.85。

晶閘管整流裝置的冷卻決定了勵磁功率系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，CCS電站的晶閘管裝置采用強迫風冷，冷卻風機可長期不間斷運行，同時冷卻風機采用雙回路供電，兩路電源互相閉鎖，并能自動/手動進行切換，且設有相應的風機工況信號及風機電源消失保護，確保系統(tǒng)的可靠運行。風機停運后，晶閘管整流器可在額定工況下運行30 min。

2.3滅磁及過電壓保護單元

滅磁柜的主要部件包括滅磁開關、滅磁電阻（線性或非線性電阻）、晶閘管跨接器單元、直流電壓、常規(guī)的機械顯示儀表和指示燈等。

CCS電站正常停機采用逆變滅磁，事故停機采用滅磁開關和氧化鋅非線性電阻滅磁，并設有逆變失敗轉滅磁開關與非線性電阻滅磁的措施。

轉子過電壓保護采用氧化鋅非線性電阻。利用滅磁非線性電阻和晶閘管跨接器，實現(xiàn)直流側過電壓保護。晶閘管跨界器包括3個晶閘管，其中兩個用于滅磁和反向過電壓，另外一個用于正向過電壓。圖2為CCS電站滅磁電阻和跨機器的原理圖。

圖2　滅磁電阻和跨機器的原理圖

2.4起勵裝置

起勵裝置有兩套起勵方式：殘壓起勵和外部輔助電源起勵。

CCS電站采用快速脈沖列技術以實現(xiàn)殘壓起勵。起勵的過程中，在晶閘管整流橋的輸入端僅需要約10～20 V的電壓即可以正常工作，如果電壓低于10～20 V，晶閘管整流橋就會被連續(xù)地觸發(fā)以達到該值。若在10 s內(nèi)殘壓起勵失敗，勵磁系統(tǒng)可以自動啟動外部輔助起勵回路。

2.5勵磁變壓器及交直流電纜等

CCS電站的變壓器為自冷干式變壓器，容量為1 700 kVA，變壓器一次側裝有電流互感器用于測量和保護。變壓器本體裝有RTD用于高溫報警和超溫跳閘。

CCS電站制動變壓器采用三相戶內(nèi)式環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。制動變壓器的一次側經(jīng)電纜直接接至廠用電，二次側安裝4只電動操作斷路器，分別引至4臺發(fā)電機的勵磁柜，斷路器的額定容量滿足停機電氣制動最大電流的要求，短路容量滿足制動變壓器二次側三相短路的要求。

交直流電纜是連接勵磁一次系統(tǒng)的媒介，由于勵磁電流很大，所以在敷設電纜的時候應該采取消磁法敷設。

3　勵磁系統(tǒng)試驗分析

為了保證勵磁系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運行，投運前需要進行一些必要的試驗：開環(huán)小電流試驗、發(fā)電機他勵升壓試驗、負荷下勵磁試驗、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）試驗等。

3.1開環(huán)小電流試驗

小電流試驗的目的是創(chuàng)造一個模擬的試驗環(huán)境檢查勵磁調(diào)節(jié)器的控制功能，脈沖觸發(fā)的能力，晶閘管是否完好，同時檢查同步信號回路的相序，檢查輸出直流波形是否正確，品質(zhì)是否良好，試驗曲線如圖3所示。

圖3　小電流直流輸出波形

經(jīng)試驗確認控制器控制功能正常，直流輸出波形正常（每個周期6個波頭），品質(zhì)良好無毛刺。

3.2發(fā)電機他勵升壓試驗

在AVR的模式下采用零起升壓的起勵方式，逐漸將機端電壓加到額定值的1.1倍，記錄空載特性數(shù)據(jù)，檢查機端電壓調(diào)節(jié)是否平滑，勵磁變副邊輸入電壓的相序是否正確，升壓范圍內(nèi)PT采集電壓的幅值、相位是否正確。

分別在50%和100%額定電壓下跳滅磁開關，檢查系統(tǒng)的滅磁特性，試驗曲線分別如圖4和圖5所示。

試驗證明機端電壓調(diào)節(jié)平滑，滅磁時間和滅磁特性均滿足要求。

3.3空載下勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)整和試驗

勵磁調(diào)節(jié)器空載試驗檢驗了手動控制單元調(diào)節(jié)范圍，測量了開環(huán)放大倍數(shù)，檢測了晶閘管的均流能力，檢查了系統(tǒng)在通道切換，階躍干擾情況下的穩(wěn)定性和超調(diào)量，試驗曲線如圖6和圖7所示。

圖4　他勵50%額定電壓跳滅磁開關

圖5　他勵100%額定電壓跳滅磁開關

圖6　 10%上階躍試驗曲線

圖7　 10%下階躍試驗曲線

試驗證明調(diào)節(jié)器控制平滑，均流系數(shù)、超調(diào)量、超調(diào)時間、超調(diào)次數(shù)均滿足要求。

3.4負荷下勵磁試驗

在發(fā)電機負載狀態(tài)下，檢查現(xiàn)地、遠方無功的調(diào)節(jié)能力，測量計算最大負荷下勵磁均流系數(shù)，檢查調(diào)差極性。

3.5 PSS試驗

分析表明，按電壓偏差調(diào)節(jié)的比例式快速勵磁系統(tǒng)，會造成電力系統(tǒng)機電振蕩阻尼變?nèi)?，當總阻尼較小時，就容易導致低頻振蕩，PSS可以抑制這種振蕩。PSS試驗整定了PSS的相頻性和幅頻性，測試PSS對有功低頻振蕩抑制的有效性。

4　結束語

本文對CCS水電站勵磁系統(tǒng)組成和特點進行了詳細介紹，并對CCS水電站勵磁系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和結果進行了分析，確保了勵磁系統(tǒng)的優(yōu)良性、機組運行的經(jīng)濟性以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，為日后其他電站更快速有效的進行勵磁系統(tǒng)試驗以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性分析提供了有利依據(jù)。

2016-04-25

李煒金（1985-），男，助理工程師，從事水電站電氣設備試驗工作。