沙灣水電站機組勵磁系統風機動力電源改造

何國珍, 朱 波, 楊加林

(四川圣達水電開發有限公司,四川樂山 614900)

1 概 述

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區葫蘆鎮,為大渡河干流下游梯級開發中的第一級電站,距上游已建成的銅街子水電站 11.5km,距樂山市區約 44.5km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發,大壩最大高程 435.90m,壩軸線長 699.82m,尾水渠全長 9.015km。安裝4臺單機容量 120MW(總裝機 480MW)的軸流轉槳式水輪發電機組,屬國家大(二)型規模電站。電站以發電為主,兼顧灌溉。

2 沙灣水電站機組勵磁系統

沙灣水電站機組勵磁系統采用由東方電氣公司生產的 GES-3320靜止可控硅同步發電機勵磁裝置 ,自并勵接線方式。勵磁系統主要包括勵磁變壓器、功率整流柜、自動勵磁調節器、轉子過電壓保護裝置、自動滅磁裝置等幾部分。調節器采用 IPC總線工控機,雙通道冗余結構;勵磁功率單元采用三個功率柜并聯運行,功率柜單柜額定輸出直流 2000A,退出兩個功率柜尚可正常運行;啟勵方式為剩磁 +直流電源助磁啟勵;正常停機時采用逆變方式滅磁,機組事故時采用滅磁開關 +非線性電阻滅磁,滅磁開關的額定電流為2000A。主要技術指標見表 1、2、3。

勵磁整流柜可控硅元件采用強迫風冷冷卻方式,每個勵磁整流柜安裝兩臺軸流式風機,在每個風機出風口處裝有擋板,擋板聯動一個位置開關。當單個風機出風量下降或風機未運行時,其擋板落下、聯動位置開關動作向勵磁調節器發該整流柜“風機停風”信號,30s未復歸,整流柜封鎖可控硅觸發脈沖退出運行。三整流柜同時退出時調節器向機組 A、B保護柜發“整流柜全部故障”信號,觸發機組事故停機。

表 1 沙灣水電站勵磁系統主要技術參數表

表 2 勵磁變壓器主要技術參數表

表 3 功率柜風機主要技術參數表

3 勵磁風機動力電源存在的缺陷

沙灣電廠機組使用的勵磁系統風機動力電源原設計為兩路,分別來自廠用 400V自用電Ⅰ、Ⅱ段的 1#、2#電源(動力電源原理圖見圖 1)。機組啟勵時,若 1#電源正常則投 1#電源,否則投 2#電源;機組運行時,若 1#電源消失,5s未恢復則自動切換到 2#電源,恢復后切換回 1#電源。

這種電源配置存在兩種隱患:

(1)一旦 400V自用電Ⅰ、Ⅱ段同時失電,運行機組將因 3個功率柜同時報“風機退出”延時30s后跳機組出口斷路器、磁場開關并停機,不利于機組安全運行;

(2)全廠停電時用機組進行黑啟動,若 30s內未能合上出口斷路器,將跳磁場開關并停機而無法完成黑啟動過程,不滿足電力系統關于機組需要具備黑啟動功能的要求。

基于以上原因,沙灣水電站對 4臺機組勵磁系統整流冷卻風機動力電源進行了技術改造。

圖 1 改造前風機動力電源接線圖

圖 2 改造后接線原理圖

4 勵磁風機動力電源改造思路及過程

4.1 改造思路

要求改造工作對勵磁系統接線的改動盡量小。按照此原則,在保留原接于廠用電 400VⅠ、Ⅱ段兩路電源的基礎上,增加一路取自機端勵磁變的電源,原廠用電Ⅱ段 2#電源作為第一備用,新增的電源為第二備用電源。當 1#電源失電則由調節器切換至 2#電源;1#、2#電源同時失電時則切到新增的第二備用電源。

4.2 改造原理

改造后的原理圖見圖 2。新增的第二備用電源取自機端勵磁變低壓側(780V),經過風機電源變壓器 T1降壓變為 380V接到切換接觸器的常閉主觸頭,備用電源的切換由切換接觸器 JC完成。這樣,機組無論在運行中,還是在廠用電全消失時的黑啟動過程中,只要機組啟勵建壓正常,該電源即可為冷卻風機提供動力電源,使機組勵磁系統正常工作,比取自廠用電的 1#、2#電源均可靠。

整個改造項目所用的材料(單臺機組)見表4。

表 4 改造項目用材料清單表

4.3 改造后進行的試驗

(1)勵磁無交流啟勵試驗。

斷開勵磁系統,接于廠用電 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#電源,在上位機發開機令,機組轉速達到ne95%后勵磁系統啟勵建壓正常,勵磁整流風機工作正常。

(2)機組空轉狀態下的電源切換試驗。

廠用電 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#電源正常投入,開啟機組到空載態,檢查風機電源接觸器 Q4勵磁 Q5未勵磁,1#電源為風機工作電源;斷開 1#電源,Q4失勵磁斷開,5s后 Q5勵磁,備用電源切換接觸器 JC勵磁狀態,2#電源為風機工作電源,第一備用電源切換正常;再斷開 2#電源,備用電源切換接觸器 JC立即失勵磁狀態,風機工作電源切換到新增的第二備用電源。

(3)新增動力電源長時間帶負荷試驗。

保持用新增動力電源勵磁整流柜冷卻風機運行,30s后測量檢查新增風機電源變 T1各部分溫度,各部分溫度都正常。

(4)廠用電源恢復試驗。

恢復 2#電源,備用電源切換接觸器 JC勵磁,風機工作電源切換到 2#電源;再恢復 1#電源,風機電源接觸器 Q5失去勵磁而 Q4勵磁,風機工作電源恢復為 1#電源供電。

試驗結果:1#電源、2#電源及新增的第二備用電源的切換和恢復均按改造思路完成,風機電源變壓器 T1帶風機負載運行狀態良好,改造工作成功。

5 結 語

沙灣水電站勵磁整流冷卻風機動力電源的技術改造經試驗和運行驗證了此項改造工作是成功的,改造后的電源系統保證了勵磁系統風機運行的可靠,消除了影響機組安全運行的一大隱患,同時使沙灣水電站 4臺機組具備黑啟動能力,滿足電力系統關于機組必須具備黑啟動能力的要求。