發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不均流現(xiàn)象分析

毛立森,何靖

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇 南京 210061)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展以及單機(jī)容量的增加,大型同步發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁功率亦有了明顯的上升。目前,勵(lì)磁系統(tǒng)的功率整流裝置通常采用多路并連結(jié)構(gòu),這就要求多柜并聯(lián)運(yùn)行的大功率整流柜間應(yīng)具有良好的均流系數(shù),以便設(shè)備的容量得到充分和合理的應(yīng)用。為此,在相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)功率整流裝置的均流系數(shù)做了不小于 0.85的規(guī)定。

1 問(wèn)題的提出

河北國(guó)華滄東黃驊電廠(以下簡(jiǎn)稱黃驊電廠)#3機(jī)組是 1臺(tái) 660MW的汽輪發(fā)電機(jī)組,勵(lì)磁方式為自并勵(lì),額定勵(lì)磁電流為 4563A。勵(lì)磁系統(tǒng)配置5臺(tái)整流裝置,單臺(tái)額定電流為 3 000A。在機(jī)組試運(yùn)行過(guò)程中,機(jī)組帶有功功率 610MW,無(wú)功功率 71 MV·A時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜輸出電流分別是 890,690,590,500,500A,存在著勵(lì)磁系統(tǒng)各功率裝置輸出電流不平衡的現(xiàn)象。

2 問(wèn)題分析

對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),其回路可用圖 1所示電路圖等效。在圖 1中:電壓源 US1i表示第 i個(gè)可控硅整流柜輸出電壓的大小;US2i表示第 i個(gè)可控硅整流柜可控硅的平均通態(tài)壓降;Ri表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第 i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電阻;Li表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第 i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電感(包括自感和互感);R表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻;L表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電感。

2.1 影響均流系數(shù)的因素

圖1 自并勵(lì)勵(lì)磁回路等效電路

(1)可控硅觸發(fā)的一致性的影響。由于 n個(gè)可控硅整流橋公用一個(gè)勵(lì)磁變壓器,所以,它們的交流側(cè)輸入電壓是相等的。據(jù)以上分析可知,在忽略可控硅通態(tài)壓降差異的基礎(chǔ)上,如果每個(gè)可控硅整流橋交、直流回路的等效電阻和電感都相等,則可控硅觸發(fā)的一致性直接決定了電壓源并聯(lián)支路電壓的大小,從而決定了可控硅整流柜之間均流的好壞。

(2)可控硅平均通態(tài)壓降的影響。當(dāng)可控硅觸發(fā)的一致性很好時(shí),如果每個(gè)可控硅整流橋交直流回路的等效電阻和電感也相等,則可控硅平均通態(tài)壓降將直接影響到可控硅整流柜的均流。

(3)交直流回路電阻和電感的影響。當(dāng)可控硅的平均通態(tài)壓降相等,且可控硅觸發(fā)的一致性很好時(shí),交直流回路等效阻抗的差異將成為可控硅整流柜均流的主要障礙。

2.2 黃驊電廠勵(lì)磁系統(tǒng)配置情況

(1)采用國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的 NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,對(duì)可控硅觸發(fā)方式采用強(qiáng)觸發(fā)方式,保證了各可控硅觸發(fā)的一致性。

(2)整流裝置可控硅采用原裝進(jìn)口 ABB可控硅,并對(duì)可控硅進(jìn)行了合理的選擇,最大限度地保證了各可控硅平均通態(tài)壓降的一致性。

黃驊電廠勵(lì)磁變壓器電源從一側(cè)進(jìn)線的進(jìn)線方式如圖 2所示。

由于#1和#2柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為 1個(gè)功率柜輸出電流的 4倍,#2和#3柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為 1個(gè)功率柜輸出電流的 3倍,#3和#4柜之間連接銅排上流過(guò)的電流近似為 1個(gè)功率柜輸出電流的 2倍,所以,對(duì)應(yīng)段銅排的壓降與流過(guò)的電流近似成正比,進(jìn)而造成#1柜與#2柜的電流相差最大,#2柜與#3柜以及#3柜與#4柜、#4柜與#5的電流差異逐漸縮小,這與黃驊電廠#3機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)各整流柜輸出是相吻合的。

圖2 勵(lì)磁柜體目前布置

因此,采用合理的布局,盡量減小可控硅整流柜交、直流回路阻抗的差異是提高均流系數(shù)的有效手段。如把黃驊電廠交流進(jìn)線位置布置在 5臺(tái)功率裝置的中間位置,功率裝置輸出均流系數(shù)會(huì)有明顯的提高。勵(lì)磁柜體布置如圖 3所示。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方式 1(左邊進(jìn)線)

試驗(yàn)用可控硅整流裝置按照?qǐng)D 4所示方式布置(其中,#6柜為進(jìn)線位置,該柜退出運(yùn)行)。

整流電源輸入電壓為 15V,試驗(yàn)時(shí)把整流輸出端正負(fù)短接,在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器置“定角度方式”下進(jìn)行升流試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置總電流按照黃驊電廠#3機(jī)組額定勵(lì)磁電流(4563A)由30%逐漸增加到 110%進(jìn)行輸出,記錄勵(lì)磁電流在 30%(1 368.9 A),50%(2281.5A),70%(3194A),100%(4563 A),110%(5020A)額定勵(lì)磁電流下各柜輸出情況,試驗(yàn)記錄見(jiàn)表 1。

3.2 試驗(yàn)方式 2(右邊進(jìn)線)

試驗(yàn)用可控硅整流裝置按照?qǐng)D 5所示方式布置(其中,#1柜為進(jìn)線位置,該柜退出運(yùn)行)。

按照以上試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)記錄見(jiàn)表 2。

表1 左邊進(jìn)線試驗(yàn)記錄

圖5 右側(cè)進(jìn)線

表2 右邊進(jìn)線試驗(yàn)記錄

3.3 試驗(yàn)方式 3(中間進(jìn)線)

試驗(yàn)用可控硅整流裝置按照?qǐng)D 6所示方式布置(其中,#4柜為進(jìn)線位置,該柜退出運(yùn)行)。

按照以上試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)記錄見(jiàn)表 3。

3.4 數(shù)據(jù)分析

(1)由3.1試驗(yàn)方式及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在該進(jìn)線方式下,均流系數(shù)為 0.69,高電流輸出的均流系數(shù)為 0.81;均流系數(shù)隨著總電流的增加而上升。

(2)由3.2試驗(yàn)方式及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在該進(jìn)線方式下,均流系數(shù)為 0.56～0.68;均流系數(shù)隨著總電流的增加而上升。

(3)由3.3試驗(yàn)方式及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在該進(jìn)線方式下,勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)為 0.87～0.95;均流系數(shù)隨著總電流的增加而上升。

圖6 中間進(jìn)線

表3 中間進(jìn)線試驗(yàn)記錄

(4)由3.1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,并聯(lián)整流柜的電流分布情況與交流進(jìn)線位置(即交流阻抗)有重要關(guān)系,越是靠近交流進(jìn)線位置,整流柜輸出電流越大;反之,越是遠(yuǎn)離交流進(jìn)線位置,整流柜輸出電流越小。該因素直接決定電流分布的情況和均流系數(shù)的高低。

(5)在同一種進(jìn)線方式下,均流系數(shù)會(huì)隨著系統(tǒng)輸出總電流的增加而上升。

(6)在同一種進(jìn)線方式下,均流系數(shù)會(huì)隨著并聯(lián)運(yùn)行功率柜數(shù)目的減少而上升。

4 結(jié)論

(1)勵(lì)磁系統(tǒng)交流進(jìn)線位置的不同,對(duì)整流裝置的均流系數(shù)有很大的影響,在中間進(jìn)線方式下,勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)最高,側(cè)進(jìn)線方式均流系數(shù)較低。

(2)并聯(lián)整流裝置的電流分布情況與交流進(jìn)線位置(即交流阻抗)有重要關(guān)系,越是靠近交流進(jìn)線位置,整流柜輸出電流越大;反之,越是遠(yuǎn)離交流進(jìn)線位置,整流柜輸出電流越小。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)論可知,影響黃驊電廠勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)的主要原因?yàn)榻涣鬏斎胱杩沟牟町悺?/p>

在勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,針對(duì)常規(guī)均流措施,應(yīng)當(dāng)考慮調(diào)整交流進(jìn)線和直流出線的位置,盡最大可能消除交流輸入阻抗的差異對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)均流效果帶來(lái)的影響。另外,在設(shè)計(jì)晶閘管整流柜選擇晶閘管規(guī)格時(shí),在不影響柜出力的情況下,優(yōu)先選擇通態(tài)電流較小的晶閘管,使晶閘管參數(shù)在均流影響中占優(yōu)先地位,以保證晶閘管的均流效果。

[1]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[S].

[2]DL/T 650—1998,大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[3]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.