勵磁系統整流柜均流問題分析及試驗驗證

霍乾濤，何 靖，劉國華，黃衛平，徐春建，王海軍

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210003）

隨著電力系統的飛速發展以及單機容量的增長，大型同步發電機所需的勵磁功率亦有了明顯的上升。目前勵磁系統的功率整流裝置通常采用多路并聯結構，這就要求多柜并聯運行的大功率整流柜間應具有較好的均流系數，以便設備的容量得到充分和合理的應用。因此，在相關標準中，對功率整流裝置的均流做了規定。某電廠一臺汽輪發電機采用自并勵勵磁方式，配置5臺整流裝置，單臺額定出力3 000 A。在機組試運行過程中，勵磁系統各功率柜輸出電流存在一定的差異。

1 問題分析

勵磁系統整流裝置多柜并聯運行等效電路如圖1所示。

圖1 自并勵勵磁回路等效電路

因此影響均流系數的幾個因素有：

（1）可控硅觸發的一致性的影響；

（2）可控硅的平均通態壓降的影響；

（3）交直流回路電阻和電感的影響。

當可控硅的平均通態壓降相等，且可控硅觸發的一致性很好，則交直流回路的等效阻抗的差異將成為可控硅整流柜均流的主要障礙。

該電廠勵磁變電源從一側進線方式，如圖2所示。

理論分析：由于1號和2號柜之間連接銅排上流過的電流近似為一個功率柜輸出電流的4倍，2號和3號柜之間連接銅排上流過的電流近似為一個功率柜輸出電流的3倍，3號和4號柜之間連接銅排上流過的電流近似為一個功率柜輸出電流的2倍，所以對應段銅排的壓降近似與流過的電流成正比，進而造成1號柜與2號柜的電流相差最大，2號柜與3號柜以及3號柜與4號柜、4號柜與5號的電流差異逐漸縮小，與該電廠勵磁系統各整流柜輸出情況趨勢相吻合。

圖2 勵磁柜體布置情況

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的方法，是提高均流系數的有效手段。如把功率裝置重新排布，功率裝置輸出均流系數會有明顯的提高。

根據DL/T 583—2006標準中均流系數KI計算公式：

可控硅伏安特性曲線見圖3。

圖3 可控硅V/A特性

可控硅的平均通態壓降會受到可控硅結溫的因素的影響，當電流增大時，可控硅斜率電阻增大，可控硅的平均通態壓降增大，所以當功率系統輸出電流增大時，在相同散熱條件情況下，均流系數會上升。

2 試驗及數據記錄

2.1 左側進線方式

試驗用可以控制的硅整流裝置按照左側進線方式布置見圖4（其中6號柜為進線位置，該柜退出運行）。

圖4 左側進線

各個運行點對應各柜電流分布見圖5。

圖5 左側進線各柜電流分布

圖5中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數據分布情況。從圖中可知，從5號柜到1號柜，針對不同總電流情況下，電流分布呈下降的總趨勢。左側進線均流系數變化趨勢見圖6。

圖6 左側進線均流系數變化趨勢

從圖5中可知，從5號柜到1號柜，針對不同總電流情況下，電流分布呈下降的總趨勢。

從圖6中可以看到，均流系數隨著總電流的增大而上升，這說明功率柜工作點越靠近額定工作點，均流系數越高。

2.2 右側進線方式

試驗用可控硅整流裝置按照右側進線方式布置見圖7（其中1號柜為進線位置，該柜退出運行）。

圖7 右側進線機柜布置

各個運行點對應各柜電流分布見圖8。

圖8 右側進線各柜電流分布

圖8中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數據分布情況。從圖中可知，從6號柜到2號柜，針對不同總電流情況下，電流分布呈上升的總趨勢，其中2號柜到1號柜的電流梯度最大。右側進線均流系數變化趨勢見圖9。

圖9 右側進線均流系數變化趨勢

從圖9中可以看到，均流系數隨著總電流的增大而上升。這說明功率柜工作點越靠近額定工作點，均流系數越高。

2.3 中間進線方式

試驗用可以控制的硅整流裝置按照中間進線方式布置見圖10（其中4號柜為進線位置，該柜退出運行）。

各個運行點對應各柜電流分布見圖11。

圖10 中間進線機柜布置

圖11 中間進線各柜電流分布

圖11中不同顏色的曲線代表總電流不同情況下的各柜電流數據分布情況。從圖中可知，從1號柜到6號柜，針對不同總電流情況下，電流分布較為均勻，靠近直流出線端略有差異。

交流進線均流系數變化趨勢見圖12。

圖12 交流進線均流系數變化趨勢

從圖12中可知，均流系數隨著總電流的增大而上升。這說明功率柜工作點越靠近額定工作點，均流系數越高。

3 數據分析

（1）根據2.1和2.2中的試驗數據可知，并聯整流柜的電流分布情況與交流進線位置（即交流阻抗）有重要關系。越是靠近交流進線位置，整流柜輸出電流越大；反之，越是遠離交流進線位置，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的高低。

（2）根據2.1和2.2的試驗方式及試驗數據可知，均流系數隨著總電流的增加而上升。可控硅整流裝置的實際工作點與可控硅整流裝置的設計值相比越接近，裕度越小，其均流效果越好。反之，裕度越大均流系數越低。

（3）可控硅整流柜的實際工作點與可控硅整流柜的設計值相比越接近，即可控硅電流裕度越小，其均流效果越好。反之，可控硅整流柜的實際工作點越遠離可控硅整流柜的設計值，即可控硅電流裕度越大，均流系數越低。

4 結束語

在勵磁系統多并聯整流裝置設計過程中，針對常規均流措施，應當考慮交流進線的位置，盡最大可能地消除交流輸入阻抗的差異對勵磁系統均流的影響。另外，在設計晶閘管整流柜選擇晶閘管規格時，在不影響柜出力的情況下，宜優先選擇通態平均電流較小的晶閘管，以保證較高的均流系數。

[1]DL/T583—2006，大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統及裝置技術條件[S].

[2]DL/T650—1998，大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件[S].

[3]李基成.現代同步發電機勵磁系統設計及應用[M].北京：中國電力出版社，2009.