燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造

【摘 要】蓬辣灘水電公司機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)為靜止式可控硅整流自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備主要包括：勵(lì)磁變壓器、滅磁開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）、功率整流柜、勵(lì)磁專(zhuān)用電流電壓互感器等。現(xiàn)機(jī)組4臺(tái)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已于2011年相繼更換成國(guó)電南瑞生產(chǎn)的NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，而勵(lì)磁功率柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)已使用12年，部分元件已出現(xiàn)老化。

【關(guān)鍵詞】勵(lì)磁變壓器；滅磁開(kāi)關(guān)；自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）；功率整流柜

前言

勵(lì)磁系統(tǒng)的作用：維持發(fā)電機(jī)端電壓在給定值，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小來(lái)恒定機(jī)端電壓；合理分配并列運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功分配；提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。功率柜內(nèi)的可控硅和滅磁開(kāi)關(guān)及其輔助設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，直接關(guān)系著水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

一、改造原因

首先電子元件老化。電子元件的使用壽命通常在9到10年，現(xiàn)用勵(lì)磁功率柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜已投運(yùn)12年，各元器件均有不同程度的老化，為保證電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行及反措、技術(shù)監(jiān)督、《水力發(fā)電廠安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等要求，擬對(duì)勵(lì)磁功率柜、滅磁開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行更新改造；滅磁開(kāi)關(guān)多次出現(xiàn)不能合閘現(xiàn)象，現(xiàn)已更換兩臺(tái)滅磁開(kāi)關(guān)，其它仍存有隱患；安評(píng)檢查要求：勵(lì)磁風(fēng)機(jī)要加裝風(fēng)量開(kāi)關(guān)；根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核要求：原使用起勵(lì)電纜為6㎡銅芯電纜，根據(jù)復(fù)核計(jì)算，最少應(yīng)使用20㎡銅芯電纜。

二、改造內(nèi)容

本次改造不涉及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，僅對(duì)4臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁功率柜和滅磁開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行整體改造更換，并完成與現(xiàn)用勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜的對(duì)接。更換初勵(lì)電源電纜，型號(hào)為：ZR-VV-2×25mm2，長(zhǎng)度約：250m。滅磁開(kāi)關(guān)仍采用原型號(hào)ABB隔離開(kāi)關(guān)。廠家應(yīng)提供齊全的設(shè)計(jì)與計(jì)算資料、大修時(shí)的檢查方法與標(biāo)準(zhǔn)。

三、勵(lì)磁功率柜技術(shù)指標(biāo)和要求

功率柜應(yīng)采用雙橋整流裝置，并滿(mǎn)足單橋狀態(tài)下全負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。整流裝置采用三相橋式全控整流電路，滿(mǎn)足在1.1倍額定勵(lì)磁電流下2倍強(qiáng)勵(lì)要求，并留有足夠的容量裕度，裝置運(yùn)行效率高、發(fā)熱量小、特性穩(wěn)定。可控硅整流元件應(yīng)采用原裝知名進(jìn)口元件，可控硅整流元件應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的地老化篩選。在額定負(fù)載運(yùn)行溫度下，硅晶閘管整流橋應(yīng)能承受反向峰值電壓不小于2.75倍勵(lì)磁電源變壓器二次側(cè)最大峰值電壓。每個(gè)硅晶閘管整流器的整流臂設(shè)置一個(gè)限流熔斷器，快速熔斷器采用優(yōu)質(zhì)元件。在整流裝置的交、直流側(cè)均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)，并相互配合協(xié)調(diào)。每個(gè)硅晶閘管元件均應(yīng)并聯(lián)RC回路，以抑制硅晶閘管換相過(guò)電壓。功率柜采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，風(fēng)機(jī)宜采用進(jìn)口、低噪聲、免維護(hù)的渦輪式風(fēng)機(jī)，其使用壽命要求大于47000小時(shí)。在柜旁1米處感受到的噪音水平不超過(guò)過(guò)70dBA，風(fēng)機(jī)應(yīng)能長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)行。根據(jù)安評(píng)要求，加裝風(fēng)量開(kāi)關(guān)，提供風(fēng)機(jī)所需的一切控制、監(jiān)視風(fēng)速、溫度等的裝置（包括控制開(kāi)關(guān)、接觸器、起動(dòng)設(shè)備、熱繼電器保護(hù)、自動(dòng)切換及信號(hào)設(shè)備等），并且采用優(yōu)質(zhì)元器件。功率柜在風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行或風(fēng)量不足的情況下，應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)處于額定工況連續(xù)運(yùn)行不少于60 min，并應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)機(jī)工況信號(hào)及風(fēng)機(jī)電源消失保護(hù)。勵(lì)磁系統(tǒng)的功率整流器應(yīng)具有切除脈沖控制功能及風(fēng)機(jī)停風(fēng)、快速熔斷器熔斷、脈沖故障檢測(cè)等報(bào)警功能。為便于設(shè)備檢修，功率柜必須在交流側(cè)設(shè)置具有足夠承受負(fù)載能力的帶明顯斷口的隔離開(kāi)關(guān)，隔離開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電部位應(yīng)做好絕緣防護(hù)。

四、起勵(lì)裝置技術(shù)要求

發(fā)電機(jī)起勵(lì)采用殘壓起勵(lì)和直流起勵(lì)兩種方式。賣(mài)方應(yīng)提供直流起勵(lì)的成套設(shè)備，包括接觸器，控制、保護(hù)和報(bào)警回路，并負(fù)責(zé)配線(xiàn)，起勵(lì)接觸器選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)元件。起勵(lì)方式應(yīng)該有殘壓起勵(lì)和直流電源起勵(lì)兩種。當(dāng)停機(jī)時(shí)間不長(zhǎng)，發(fā)電機(jī)有足夠的剩余勵(lì)磁時(shí)，應(yīng)能成功地進(jìn)行殘壓起勵(lì)。直流起勵(lì)電源取自220 V直流饋電屏，起勵(lì)電流應(yīng)不大于空載勵(lì)磁電流的20%，起勵(lì)時(shí)間小于5S。應(yīng)設(shè)有起勵(lì)后自動(dòng)退出和起勵(lì)不成功的控制、信號(hào)、保護(hù)、閉鎖回路。

五、滅磁裝置與過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)指標(biāo)和要求

勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)逆變滅磁和自動(dòng)滅磁裝置滅磁兩種方式，機(jī)組正常停機(jī)一般采用逆變滅磁，事故停機(jī)采用自動(dòng)滅磁裝置滅磁。在任何需要滅磁的情況下（包括發(fā)電機(jī)空載強(qiáng)勵(lì)）都應(yīng)保證可靠快速滅磁。滅磁開(kāi)關(guān)仍采用現(xiàn)用型號(hào)的ABB隔離開(kāi)關(guān)。滅磁開(kāi)關(guān)和非線(xiàn)性電阻，還應(yīng)符合下列要求：最小斷流能力不大于額定勵(lì)磁電流的6%；最大斷流能力不小于額定勵(lì)磁電流的300%。廠家應(yīng)提供根據(jù)電站提出的發(fā)電機(jī)基本設(shè)計(jì)參數(shù)和本規(guī)范3.2條款的運(yùn)行方式下本工程機(jī)組滅磁開(kāi)關(guān)的最大開(kāi)斷電流和最大開(kāi)斷電壓的選擇計(jì)算書(shū)。磁場(chǎng)滅磁電阻采用氧化鋅非線(xiàn)性電阻。其容量確保在最嚴(yán)重滅磁工況下，承受的耗能容量不超過(guò)其工作能容量的80%。同時(shí)，當(dāng)20%的電阻組件退出運(yùn)行時(shí)，仍能滿(mǎn)足最嚴(yán)重滅磁工況下的要求。廠家應(yīng)提交熔斷器、滅磁電抗耗能容量計(jì)算書(shū)，以及非線(xiàn)性電阻（閥片）的主要技術(shù)參數(shù)供我方審核。磁場(chǎng)滅磁及轉(zhuǎn)子過(guò)電壓時(shí)，滅磁電阻將自動(dòng)接入。轉(zhuǎn)子回路過(guò)電壓保護(hù)電阻采用氧化鋅或碳化硅非線(xiàn)性電阻，在發(fā)生過(guò)電壓時(shí)能自動(dòng)投入，以限制機(jī)組異常工況下轉(zhuǎn)子過(guò)電壓不得超過(guò)磁場(chǎng)繞組出廠對(duì)地耐壓試驗(yàn)電壓幅值的70%。在機(jī)組正常運(yùn)行工況下，非線(xiàn)性電阻的漏電電流應(yīng)小于1mA，并確保無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子回路過(guò)電壓應(yīng)有動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)裝置。為防止換相尖峰電壓引起勵(lì)磁裝置故障，應(yīng)裝設(shè)尖峰電壓吸收器。滅磁過(guò)程中，勵(lì)磁繞組反向電壓一般不低于出廠試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁繞組對(duì)地試驗(yàn)電壓幅值的30%，不高于50%。滅磁開(kāi)關(guān)和滅磁電阻等組裝在勵(lì)磁裝置的整流滅磁柜中，柜內(nèi)裝設(shè)監(jiān)視非線(xiàn)性電阻各并聯(lián)支路閥片有無(wú)故障和過(guò)電壓動(dòng)作的指示裝置。非線(xiàn)性電阻元件使用壽命應(yīng)大于 10 年。滅磁開(kāi)關(guān)柜面板上設(shè)有滅磁開(kāi)關(guān)分合閘按鈕和分合閘位置指示燈，且按鈕應(yīng)增加保護(hù)罩。

六、改造后的效果

四臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁功率柜經(jīng)過(guò)改造之后，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，勵(lì)磁電流波動(dòng)減小，滅磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]《南京南瑞勵(lì)磁系統(tǒng)NES5100說(shuō)明書(shū)》

[2]《大埔縣梅江蓬辣灘水電站勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程》

[3]《水電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)》梁建行 著

作者簡(jiǎn)介：

潘麗珍，女，江西贛州人，1987年出生，大專(zhuān)學(xué)歷，助理工程師，就職于國(guó)家電投集團(tuán)江西水電檢修安裝工程有限公司，研究方向：水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)

（作者單位：國(guó)家電投集團(tuán)江西水電檢修安裝工程有限公司）