淺析國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)在大型抽水蓄能電站的應(yīng)用

王飛

[摘 要]2011年12月，安徽響水澗抽水蓄能電站250MW一號機組正式投入商業(yè)運行。250MW機組采用國電南瑞完全自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，是國內(nèi)首臺國產(chǎn)化抽水蓄能勵磁系統(tǒng)，成功打破國外公司在該領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。本文介紹該勵磁系統(tǒng)主回路設(shè)備及勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用情況，明確指出該勵磁系統(tǒng)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及對策分析，為國產(chǎn)勵磁裝置在抽水蓄能電站的應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能電站；勵磁系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號：TV743；TV734 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）21-0354-01

一、國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)主回路設(shè)備

1.1 勵磁電源

勵磁系統(tǒng)中勵磁變壓器連接在主變低壓側(cè)，中間不設(shè)隔離開關(guān)。交流電源通過電纜線被送至1號整流柜FLZ1內(nèi)交流母線。3個可控硅整流橋并聯(lián)在交流母線上，為轉(zhuǎn)子提供勵磁電源。在勵磁變的低壓側(cè)裝設(shè)一只勵磁變低壓開關(guān)。機組正常開機建壓時，開關(guān)合閘；停機滅磁時，開關(guān)分閘。電制動投入前合閘，電制動退出后分閘。在勵磁變保護動作時，該開關(guān)由保護出口跳閘，隔離故障設(shè)備，保障設(shè)備安全；在設(shè)備檢修維護時將其斷開作為停電隔離措施，保證人身安全。

1.2 可控硅整流裝置

機組運行時，3個可控硅整流橋均投入運行，當(dāng)一個可控硅整流橋發(fā)生故障時，監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，剩余2個可控硅整流橋仍能滿足機組包括強勵在內(nèi)的最大運行出力要求；當(dāng)二個可控硅整流橋發(fā)生故障時，應(yīng)立即限負(fù)荷運行，有備用機組的可以聯(lián)系轉(zhuǎn)移負(fù)荷、停機處理。不同可控硅整流橋相同橋臂上的可控硅發(fā)生故障的數(shù)量不超過1個時，機組仍能正常運行。

1.3 散熱裝置

每個整流柜底部都安裝2臺DDM10/8型抽氣式冷卻風(fēng)機，3個整流柜內(nèi)部聯(lián)通，在3號整流柜上方有一公共排氣口。勵磁系統(tǒng)運行時，冷空氣經(jīng)濾網(wǎng)從整流柜底部進入，對可控硅進行冷卻，熱空氣從3號整流柜上部排至柜外。為了減小風(fēng)機運行噪音，在其內(nèi)部裝設(shè)了噪聲吸收裝置。風(fēng)機運行遵循輪番啟動原則，自動切換，互為備用，在確保備用風(fēng)機具備正常運行功能的同時，也使兩臺風(fēng)機具有相同的磨損度。

1.4 黑啟動裝置

勵磁系統(tǒng)配置有發(fā)電機黑啟動功能箱，由閉鎖二極管、限流電阻和起勵接觸器及其控制回路組成，起勵電源取自直流220V母線。當(dāng)勵磁系統(tǒng)起動時，起勵接觸器合上，接入直流電源，使發(fā)電機的端電壓升高，當(dāng)機組電壓達到5%額定機端電壓時，可控硅整流橋啟動整流，使機組的勵磁電流逐步升高，在直流母線上的勵磁電流超過20%空載勵磁電流時，起勵接觸器跳開。此后，機端電壓將隨勵磁電流增加而增加。

二、國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

2.1 勵磁調(diào)節(jié)方式

響水澗電站的勵磁調(diào)節(jié)器采用帶集成順控器的NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器，為雙通道數(shù)字調(diào)節(jié)器，兩個通道彼此獨立，一主一備，兩個通道的配置和功能完全一樣。運行通道故障時首先切至備用通道，若此時故障仍存在，再切至備用通道的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)模式（無擾動自動切換）。每個通道均設(shè)有電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)方式和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)方式。勵磁電流閉環(huán)調(diào)節(jié)方式是常規(guī)勵磁控制方式，主要在SFC啟動、背靠背拖動、電氣制動、黑啟動、調(diào)節(jié)器的發(fā)電機電壓測量故障（PT斷線）或做試驗時使用，以勵磁電流作為調(diào)節(jié)變量，維持發(fā)電機勵磁電流與電流參考值一致。勵磁電流參考值由增磁命令（遠方或就地）或減磁命令（遠方或就地）進行增加或減小，而勵磁電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)方式在大于90%額定轉(zhuǎn)速的運行工況下使用。電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)模式和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)模式的切換操作，可通過工控機“模式切換”功能界面進行切換。

三、國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)存在的問題及對策分析

從2011年9月響水澗電站1號機整組啟動調(diào)試開始，該勵磁系統(tǒng)在機組調(diào)試及運行過程中，各元器件運行穩(wěn)定，未發(fā)生因設(shè)備原因引起的故障或事故，保證了電站及電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。但在使用過程中，控制回路及保護功能方面尚存在有待改進之處。

3.1 勵磁變低壓開關(guān)合分過于頻繁

3.1.1 問題分析

機組開機，轉(zhuǎn)速達到95%Ne時，勵磁變低壓開關(guān)ECB第一次合閘，勵磁裝置啟動工作，機端建壓至額定后并網(wǎng)，機組停機，在機組開關(guān)GCB分閘后，ECB第一次分閘；當(dāng)機組轉(zhuǎn)速降至50%Ne時，ECB第二次合閘，勵磁裝置工作電制動投入；當(dāng)機組轉(zhuǎn)速下降至5%Ne，機械制動投入，電制動退出，ECB第二次分閘，見圖1。在一個開停機過程中，勵磁變低壓開關(guān)將會分別完成合分閘動作2次。響水澗電站1號機目前每天的負(fù)荷計劃是2發(fā)2抽，勵磁變低壓開關(guān)每天要合分8次；在電網(wǎng)負(fù)荷緊張的時候，抽水蓄能機組為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰填谷的要求，每日抽發(fā)次數(shù)將會更多，勵磁變低壓開關(guān)在一天之內(nèi)將要合分十幾次，頻繁的動作將會影響開關(guān)本體的使用壽命。

3.1.2 對策分析

響水澗電站的勵磁系統(tǒng)采用三相全控整流橋?qū)⒔涣麟娫崔D(zhuǎn)換為直流電源，當(dāng)需要滅磁的時候，全控橋的控制角后退至最小逆變角，全控橋從“整流”狀態(tài)過渡到“逆變”狀態(tài)，在逆變狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子繞組中儲存的能量逐漸被反送回交流電源側(cè)。由于勵磁繞組是無源的，隨著儲藏能量的衰減和逆變電流的減小，逆變過程將隨之結(jié)束。磁場開關(guān)FCB在逆變結(jié)束后自動斷開，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組與交流進線電源的可靠隔離。基于上述對勵磁系統(tǒng)目前運行情況的分析，對控制回路進行改造是解決該問題最快捷有效的方式。改造的基本思路是：在勵磁調(diào)節(jié)器控制回路中，取消正常停機時勵磁變低壓開關(guān)的合分控制邏輯，只在保護動作或勵磁裝置出現(xiàn)逆變故障時，才斷開勵磁變低壓開關(guān)。經(jīng)過這樣改造，在正常開停機過程中，勵磁變低壓開關(guān)ECB不動作，只合分磁場開關(guān)FCB，從而極大地減少勵磁變低壓開關(guān)的合分次數(shù)，延長開關(guān)的使用壽命。

3.2 勵磁變保護設(shè)置不當(dāng)

3.2.1 問題分析

勵磁變壓器設(shè)置了門控跳閘邏輯，即勵磁變帶電且柜門打開時出口跳相鄰開關(guān)的保護。該保護功能主要靠檢測主變低壓側(cè)PT及勵磁變柜門位置反饋來實現(xiàn)。

3.2.2 對策分析

門控跳閘邏輯一般在進口勵磁設(shè)備中配備，并不符合國內(nèi)電廠運行維護的習(xí)慣和作業(yè)操作，易誤動作。設(shè)置該保護的主要目的，是為了防止在帶電情況下，人員誤開勵磁變柜門導(dǎo)致觸電事故?？蓪υ摫Ｗo進行下列改造：1）對勵磁變柜門加裝五防閉鎖裝置，通過五防裝置的閉鎖實現(xiàn)安全防護功能；2 ）取消該保護的跳閘功能，改為發(fā)報警信號。在保護誤動作時，保護裝置發(fā)報警信號，不跳閘，提醒運行維護人員進行檢查。經(jīng)過這樣改造，除了能有效防止人員誤開勵磁變柜門之外，還能極大地減小保護誤動作對電站及電網(wǎng)帶來沖擊的可能性。

四、結(jié)論

作為在大型抽水蓄能機組上應(yīng)用的國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)，國電南瑞先后承建了安徽響水澗抽水蓄能電站4*250MW機組勵磁系統(tǒng)、江蘇溧陽抽水蓄能電站250MW機組勵磁系統(tǒng)、江西洪坪抽水蓄能電站300MW機組勵磁系統(tǒng)和更大容量的浙江仙居抽水蓄能電站375MW機組勵磁系統(tǒng)，在調(diào)試及運行過程中，國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)滿足機組發(fā)電和水泵方向（包括水泵啟動、水泵停機、SFC啟動、背靠背拖動機啟動等）各種工況的需要，運行情況穩(wěn)定。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運行為我國在抽蓄機組勵磁系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用方面積累了豐富經(jīng)驗。通過對該勵磁系統(tǒng)進行改進、完善，將能使之更好地適用于抽水蓄能機組。

參考文獻：

[1]郭春平，余振.關(guān)于中國抽水蓄能電站經(jīng)濟運行的一些思考[J].水電自動化與大壩檢測，2011