楊曉成，王 歌，平措頓旦

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

0 引言

隨著電站投產(chǎn)運(yùn)行年限增加，由于勵(lì)磁系統(tǒng)可控硅設(shè)備老化或大電流接線銅牌螺栓松動(dòng)等原因[1]，勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜的均流系數(shù)逐漸下降。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患缺陷，一般電站的均流系數(shù)由運(yùn)行維護(hù)人工定期巡檢查表計(jì)讀數(shù)后計(jì)算得出，該方式存在一定的疏忽風(fēng)險(xiǎn)，且需要耗費(fèi)大量的人力物力對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理記錄分析。另外還考慮到現(xiàn)有電站勵(lì)磁的實(shí)際運(yùn)行情況，提出了一種原理簡(jiǎn)單且適合已投運(yùn)電站技術(shù)升級(jí)改造的均流在線監(jiān)測(cè)裝置。

1 勵(lì)磁系統(tǒng)均流概述

1.1 基本概念

在發(fā)電系統(tǒng)中，勵(lì)磁作為發(fā)電機(jī)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(jī)的機(jī)端電壓和無(wú)功功率。一般由功率單元（整流）和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)磁功率單元將勵(lì)磁變壓器的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾笙蛲桨l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則來(lái)控制勵(lì)磁功率單元的輸出，從而達(dá)到機(jī)端電壓與無(wú)功功率可控的目的。

為確保發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性，勵(lì)磁功率單元并聯(lián)運(yùn)行的整流支路數(shù)一般按N-1的冗余模式配置[2]，即當(dāng)一個(gè)功率柜由于故障原因突然退出運(yùn)行時(shí)，剩下的功率柜依然能夠滿(mǎn)足勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行要求，從而避免出現(xiàn)瞬間失磁跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。在多個(gè)整流柜并聯(lián)運(yùn)行的情況下，為保證每個(gè)可控硅承擔(dān)的負(fù)荷基本一致，避免某些可控硅長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)也是提前發(fā)現(xiàn)的隱患缺陷的需要，一般勵(lì)磁系統(tǒng)每組整流柜配備有輸出直流電流測(cè)量顯示的裝置，作為設(shè)備運(yùn)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(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件》 中4.2.11要求：在發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流情況下，均流系數(shù)不應(yīng)低于0.85。

1.3 研究現(xiàn)狀

目前一般的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在每個(gè)可控硅整流柜內(nèi)設(shè)計(jì)有相應(yīng)整流柜直流輸出電流表計(jì)，但很少有對(duì)所有整流柜進(jìn)行數(shù)據(jù)整合及自動(dòng)分析[3，4]。由于電站實(shí)際應(yīng)用中直流電流測(cè)量較為普遍地采用2種方式：1是通過(guò)霍爾傳感器測(cè)量[5]，2是將直流電流轉(zhuǎn)換為直流電壓進(jìn)行二次測(cè)量。考慮到柜內(nèi)空間與成本問(wèn)題，勵(lì)磁整流柜內(nèi)多采用在直流回路中串聯(lián)一個(gè)阻值很小的電阻再測(cè)量電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)較大直流電流的測(cè)量。

規(guī)程一般要求均流系數(shù)在機(jī)組接近額定工況下測(cè)量（機(jī)組在低負(fù)荷情況下測(cè)量計(jì)算不準(zhǔn)確），而國(guó)內(nèi)有部分均流在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路中，忽略了對(duì)機(jī)組發(fā)電工況的判斷，容易造成均流系數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確的情況。

2 裝置設(shè)計(jì)原理

2.1 裝置總體設(shè)計(jì)方案

該裝置由5個(gè)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(guò)接入直流電流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算勵(lì)磁均流系數(shù)、現(xiàn)地顯示、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上送、定值參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 電源模塊

該部分功能是為其它模塊供電，為應(yīng)對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)電源環(huán)境，輸入電源應(yīng)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(gè)可控硅整流柜引入的直流輸出電流模擬量信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，再把每個(gè)數(shù)字量信號(hào)“打上標(biāo)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(shí)別故障的可控硅并聯(lián)支路。較傳統(tǒng)的表計(jì)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(lì)磁電流來(lái)判斷的優(yōu)缺點(diǎn)：利用已接入的電流信號(hào)，不需要再引入發(fā)電機(jī)電壓電流等信號(hào)計(jì)算功率，簡(jiǎn)化了裝置接線，降低了安裝成本，方便已投運(yùn)電站在現(xiàn)有設(shè)備上對(duì)均流監(jiān)測(cè)設(shè)備的升級(jí)改造。由于還要考慮機(jī)組無(wú)功功率，單靠勵(lì)磁電流不能完全判斷機(jī)組有功功率，但在電力負(fù)荷沒(méi)有較大變化下，現(xiàn)場(chǎng)人員可以根據(jù)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行有功無(wú)功負(fù)荷及勵(lì)磁電流曲線，識(shí)別三者之間關(guān)系，自由設(shè)置相關(guān)定值。

由于正常運(yùn)行中機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)，可在裝置程序內(nèi)設(shè)置測(cè)量開(kāi)始系數(shù)K1=0.9，即實(shí)時(shí)勵(lì)磁電流高于0.9Ie時(shí)開(kāi)始數(shù)據(jù)測(cè)量。同時(shí)為了避免負(fù)荷剛好在90%左右波動(dòng)造成裝置誤測(cè)，還需設(shè)置裝置在測(cè)量退出系數(shù)K2=0.8，即機(jī)組勵(lì)磁電流低于0.8Ie時(shí)退出數(shù)據(jù)測(cè)量。

為提前發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁設(shè)備故障，可在數(shù)據(jù)處理模塊內(nèi)可設(shè)置若干級(jí)報(bào)警：均流系數(shù)降至0.9，均流系數(shù)偏低預(yù)警動(dòng)作；均流系數(shù)降至0.85，均流系數(shù)告警動(dòng)作。

圖2 數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)邏輯

2.5 數(shù)據(jù)顯示模塊

將均流系數(shù)通過(guò)數(shù)碼管或液晶顯示屏的方式在現(xiàn)地在線監(jiān)測(cè)裝置上顯示，同時(shí)可在該模塊上實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)置與歷史告警查詢(xún)等功能。

2.6 通信模塊

設(shè)置多組開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)作為均流預(yù)警、告警信號(hào)輸出，另有485通信或4～20mA電流信號(hào)將實(shí)時(shí)的均流系數(shù)上送至監(jiān)控，滿(mǎn)足電站遠(yuǎn)程監(jiān)控需求。

3 結(jié)語(yǔ)

終上所述，本文通過(guò)對(duì)勵(lì)磁均流相關(guān)的知識(shí)的介紹，系統(tǒng)地分析了一種勵(lì)磁均流在線監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)方案，較傳統(tǒng)的人為讀數(shù)方式有明顯的進(jìn)步，在降低人為記錄錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)增加了對(duì)整流設(shè)備的長(zhǎng)期高效監(jiān)測(cè)及預(yù)警，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)事故追憶及趨勢(shì)分析，該裝置將為勵(lì)磁主要設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障，該裝置設(shè)計(jì)原理同樣適用于一般的整流回路均流監(jiān)測(cè)。