楊曉成，王 歌，平措頓旦

（華能西藏雅魯藏布江水電開發(fā)投資有限公司，西藏 山南 856000）

0 引言

隨著電站投產(chǎn)運行年限增加，由于勵磁系統(tǒng)可控硅設備老化或大電流接線銅牌螺栓松動等原因[1]，勵磁系統(tǒng)整流柜的均流系數(shù)逐漸下降。為及時發(fā)現(xiàn)設備隱患缺陷，一般電站的均流系數(shù)由運行維護人工定期巡檢查表計讀數(shù)后計算得出，該方式存在一定的疏忽風險，且需要耗費大量的人力物力對數(shù)據(jù)進行整理記錄分析。另外還考慮到現(xiàn)有電站勵磁的實際運行情況，提出了一種原理簡單且適合已投運電站技術升級改造的均流在線監(jiān)測裝置。

1 勵磁系統(tǒng)均流概述

1.1 基本概念

在發(fā)電系統(tǒng)中，勵磁作為發(fā)電機的重要組成，主要功能是精確快速地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的機端電壓和無功功率。一般由功率單元（整流）和勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分組成。在自并勵勵磁系統(tǒng)中，勵磁功率單元將勵磁變壓器的交流電轉變?yōu)橹绷麟姾笙蛲桨l(fā)電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則來控制勵磁功率單元的輸出，從而達到機端電壓與無功功率可控的目的。

為確保發(fā)電機的運行可靠性，勵磁功率單元并聯(lián)運行的整流支路數(shù)一般按N-1的冗余模式配置[2]，即當一個功率柜由于故障原因突然退出運行時，剩下的功率柜依然能夠滿足勵磁系統(tǒng)的運行要求，從而避免出現(xiàn)瞬間失磁跳機的風險。在多個整流柜并聯(lián)運行的情況下，為保證每個可控硅承擔的負荷基本一致，避免某些可控硅長期過負荷運行，同時也是提前發(fā)現(xiàn)的隱患缺陷的需要，一般勵磁系統(tǒng)每組整流柜配備有輸出直流電流測量顯示的裝置，作為設備運行監(jiān)視之用。

1.2 均流系數(shù)要求

根據(jù)DL/T 583-2006《大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術條件》 中4.2.11要求：在發(fā)電機額定勵磁電流情況下，均流系數(shù)不應低于0.85。

1.3 研究現(xiàn)狀

目前一般的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在每個可控硅整流柜內(nèi)設計有相應整流柜直流輸出電流表計，但很少有對所有整流柜進行數(shù)據(jù)整合及自動分析[3，4]。由于電站實際應用中直流電流測量較為普遍地采用2種方式：1是通過霍爾傳感器測量[5]，2是將直流電流轉換為直流電壓進行二次測量?？紤]到柜內(nèi)空間與成本問題，勵磁整流柜內(nèi)多采用在直流回路中串聯(lián)一個阻值很小的電阻再測量電壓來實現(xiàn)較大直流電流的測量。

規(guī)程一般要求均流系數(shù)在機組接近額定工況下測量（機組在低負荷情況下測量計算不準確），而國內(nèi)有部分均流在線監(jiān)測產(chǎn)品設計思路中，忽略了對機組發(fā)電工況的判斷，容易造成均流系數(shù)測量不準確的情況。

2 裝置設計原理

2.1 裝置總體設計方案

該裝置由5個模塊組成：電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示及操作模塊、通信模塊。通過接入直流電流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動計算勵磁均流系數(shù)、現(xiàn)地顯示、遠程數(shù)據(jù)上送、定值參數(shù)設置、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。裝置總體結構示意圖如圖1所示。

圖1 裝置總體結構示意圖

2.2 電源模塊

該部分功能是為其它模塊供電，為應對不同現(xiàn)場電源環(huán)境，輸入電源應在AC220 V與DC220 V均可使用，輸出電壓一般為5 V與3.3 V。

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

將從每個可控硅整流柜引入的直流輸出電流模擬量信號通過A/D轉換為數(shù)字量信號，再把每個數(shù)字量信號“打上標簽”后傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊，以便數(shù)據(jù)處理模塊能夠有效識別故障的可控硅并聯(lián)支路。較傳統(tǒng)的表計讀數(shù)方式，很大程度上降低了視值讀數(shù)誤差。

2.4 數(shù)據(jù)處理模塊

使用勵磁電流來判斷的優(yōu)缺點：利用已接入的電流信號，不需要再引入發(fā)電機電壓電流等信號計算功率，簡化了裝置接線，降低了安裝成本，方便已投運電站在現(xiàn)有設備上對均流監(jiān)測設備的升級改造。由于還要考慮機組無功功率，單靠勵磁電流不能完全判斷機組有功功率，但在電力負荷沒有較大變化下，現(xiàn)場人員可以根據(jù)機組長期運行有功無功負荷及勵磁電流曲線，識別三者之間關系，自由設置相關定值。

由于正常運行中機組負荷波動，可在裝置程序內(nèi)設置測量開始系數(shù)K1=0.9，即實時勵磁電流高于0.9Ie時開始數(shù)據(jù)測量。同時為了避免負荷剛好在90%左右波動造成裝置誤測，還需設置裝置在測量退出系數(shù)K2=0.8，即機組勵磁電流低于0.8Ie時退出數(shù)據(jù)測量。

為提前發(fā)現(xiàn)勵磁設備故障，可在數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)可設置若干級報警：均流系數(shù)降至0.9，均流系數(shù)偏低預警動作；均流系數(shù)降至0.85，均流系數(shù)告警動作。

圖2 數(shù)據(jù)模塊設計邏輯

2.5 數(shù)據(jù)顯示模塊

將均流系數(shù)通過數(shù)碼管或液晶顯示屏的方式在現(xiàn)地在線監(jiān)測裝置上顯示，同時可在該模塊上實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的設置與歷史告警查詢等功能。

2.6 通信模塊

設置多組開關量節(jié)點作為均流預警、告警信號輸出，另有485通信或4～20mA電流信號將實時的均流系數(shù)上送至監(jiān)控，滿足電站遠程監(jiān)控需求。

3 結語

終上所述，本文通過對勵磁均流相關的知識的介紹，系統(tǒng)地分析了一種勵磁均流在線監(jiān)測裝置的設計方案，較傳統(tǒng)的人為讀數(shù)方式有明顯的進步，在降低人為記錄錯誤風險的同時增加了對整流設備的長期高效監(jiān)測及預警，同時通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)取均流系數(shù)等歷史數(shù)據(jù)，可以輕松實現(xiàn)事故追憶及趨勢分析，該裝置將為勵磁主要設備長期安全穩(wěn)定運行提供有力的保障，該裝置設計原理同樣適用于一般的整流回路均流監(jiān)測。