火電廠勵(lì)磁均流性能影響因素與治理

聶振勇,楊 斌

（河北國(guó)華滄東發(fā)電廠,河北 滄州 061113）

隨著交流勵(lì)磁機(jī)和靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)的普遍應(yīng)用,大功率硅整流元件（二極管和可控硅）的使用越來(lái)越廣泛。為提高勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性,增加勵(lì)磁電源容量,一般均采用多柜并聯(lián)運(yùn)行。多個(gè)功率單元并列運(yùn)行時(shí),由于各種因素導(dǎo)致各功率單元出力不一致,影響功率單元壽命和強(qiáng)勵(lì)效果,給系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。電力部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/ T650—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》和DL/T583—1995《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》規(guī)定：功率整流裝置的均流系數(shù)一般不小于0.85,而用戶往往要求均流系數(shù)不小于0.9[1,2]。

1 影響勵(lì)磁功率柜均流系數(shù)因素

5個(gè)整流橋并列運(yùn)行勵(lì)磁系統(tǒng)主回路電氣原理如圖1所示。

1.1 交流側(cè)進(jìn)線的影響

在勵(lì)磁柜設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中,并聯(lián)支路元器件與交流母線的距離都不相等,因此,交流母線的磁通對(duì)各支路電流分配所產(chǎn)生的影響也不等。母線的長(zhǎng)短不一、刀閘的接觸電阻也有很大的不同。由于交流側(cè)的電阻、電感的影響,總體規(guī)律是電流分配與長(zhǎng)度成反比。由于勵(lì)磁系統(tǒng)的自并勵(lì)方式,改變交流銅排電抗比較困難,而且造價(jià)高,因此,采用改變電阻的方式比較經(jīng)濟(jì)和容易。

由于可控硅通態(tài)電阻比整流橋交、直流側(cè)電阻大,一般達(dá)到R1T/（R1a+R1d）≈15[3];當(dāng)整流橋選擇的可控硅通態(tài)電流比較大,由于可控硅通態(tài)電阻下降,使兩者比值R1T/（R1a+R1d）≈4,那么交流側(cè)進(jìn)線長(zhǎng)度對(duì)均流的影響就較明顯。如果為了減小交流進(jìn)線對(duì)均流的影響,在滿足整流橋出力要求下,可控硅通態(tài)電流的裕量不要選擇過(guò)大[4]。

對(duì)于交流側(cè)采用銅排互連的整流橋,由于其銅排呈阻性,即電阻遠(yuǎn)大于電感,因此,可以通過(guò)改變銅排電阻達(dá)到均流的目的,如在銅排上刻槽、打孔,通過(guò)改變連接銅排接觸電阻改善均流。如果采用改變電感來(lái)均流,不僅要花費(fèi)較多資金,而且加裝電抗器的體積[3]和磁滯損耗發(fā)熱比較大,因此不建議采用該方法。

圖1 5個(gè)整流橋并列運(yùn)行勵(lì)磁系統(tǒng)主回路電氣原理圖

1.2 可控硅的影響

在多個(gè)可控硅元器件并聯(lián)時(shí),盡管選用元器件的正向特性完全一致,但也無(wú)法達(dá)到良好的均流效果。因?yàn)槎鄠€(gè)元器件并聯(lián)時(shí),受到元件、快熔等接觸電阻及外界因素的影響,電流出現(xiàn)差異,當(dāng)某只整流元器件的電流（平均電流）減少時(shí),其他整流元器件的電流將增加,以補(bǔ)償輸出電流的減少,將造成可控硅的門檻電壓壓降變化較大,直接影響輸出電流的分配。可控硅從觸發(fā)到完全導(dǎo)通需要滿足門檻電壓VT（TO）,因此,對(duì)于VT（TO）值大的可控硅,將滯后于VT（TO）值小的可控硅導(dǎo)通[5]。可控硅達(dá)到VT（TO）導(dǎo)通后,可控硅壓降將減小到VT。在整流橋可控硅排列中,需要優(yōu)先選配可控硅門檻壓降,按照門檻電壓相近原則排列同橋臂可控硅[6]。可控硅通態(tài)電阻差異可以根據(jù)交直流側(cè)進(jìn)出線長(zhǎng)短平衡。如采用交流電纜作為進(jìn)出線就是一種平衡可控硅通態(tài)電阻差異的方法,可控硅觸發(fā)時(shí)刻的差異也影響電流的分配,時(shí)間影響是至關(guān)重要的因素。硬件主要選擇特性相同的硅元件,個(gè)體差異越小越好。裝配時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱,如果不是銅排連接,交流進(jìn)線的電纜長(zhǎng)度也要盡量一致,可控硅的散熱效果要好。

1.3 脈沖處理回路的影響

脈沖回路可靠性對(duì)功率柜均流可靠性至關(guān)重要。脈沖處理回路的移相電阻、電容參數(shù)的變化,使移相特性不一致,導(dǎo)致功率柜支路觸發(fā)脈沖偏移較大,造成均流失衡[8,9],脈沖易受到電磁干擾,因此在調(diào)節(jié)器與功率柜距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)中,需要設(shè)計(jì)脈沖變換回路,防止干擾放大,誤觸發(fā)可控硅。另外,脈沖單元的移相電阻變值、電容漏電,使移相特性改變,脈沖偏移較大,應(yīng)采用高性能的脈沖變壓器,保證脈沖觸發(fā)前沿的一致性,保證觸發(fā)脈沖前沿陡峭,觸發(fā)脈沖電流要大,以達(dá)到均流的目的。通過(guò)微調(diào)觸發(fā)脈沖位置,使難以開(kāi)通、通態(tài)壓降大、回路阻抗高的可控硅提前觸發(fā),該方法適用于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)各功率柜分別產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。

2 實(shí)例分析

國(guó)華黃驊發(fā)電廠一期工程勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)于2004年投產(chǎn),UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜配有完善的措施對(duì)整流橋各部分進(jìn)行智能檢測(cè)和顯示。通過(guò)功率柜門的CDP可以了解功率柜的運(yùn)行狀態(tài)。勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)功率柜的智能均流,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,在機(jī)組空載和負(fù)載運(yùn)行情況下,5柜并聯(lián)運(yùn)行時(shí)均流系數(shù)均保證在97%以上,任意一個(gè)整流橋退出時(shí),其余4柜無(wú)需人工調(diào)整,自動(dòng)保證均流系數(shù)在97%以上[7]。

國(guó)華黃驊發(fā)電廠二期工程2×660 MW機(jī)組采用南瑞電氣控制公司生產(chǎn)的自并勵(lì)磁系統(tǒng),系統(tǒng)配置1臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、5臺(tái)可控硅整流裝置（單臺(tái)額定出力3 000 A）、1臺(tái)發(fā)電機(jī)滅磁裝置、1只滅磁電阻。3號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)已投入運(yùn)行,3號(hào)機(jī)組額定勵(lì)磁電流為960 A,新系統(tǒng)自2006年開(kāi)始兩功率柜輸出電流較不平衡,嚴(yán)重時(shí)A柜輸出300 A,B柜達(dá)600 A左右,均流問(wèn)題急待解決。NARI脈沖驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

該工程勵(lì)磁系統(tǒng)配置裕度大,機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)單臺(tái)可控硅整流裝置最大出力900 A,僅為其額定出力的1/3,因此均流系數(shù)沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求的0.85,不影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)機(jī)組的正常工況及事故工況沒(méi)有影響。交流進(jìn)線柜位于5臺(tái)可控硅裝置的一側(cè),是造成均流系數(shù)低的原因之一,但不是惟一的原因,因此,要求南瑞電氣控制公司進(jìn)行以下工作。

a.在廠內(nèi)完成5臺(tái)可控硅均流試驗(yàn),定量分析回路電阻對(duì)均流系統(tǒng)的影響。

圖2 NARI脈沖驅(qū)動(dòng)回路

b.在廠內(nèi)完成可控硅裝置溫升試驗(yàn)、強(qiáng)勵(lì)試驗(yàn),確認(rèn)勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行能力。

c.提供溫升試驗(yàn)和強(qiáng)勵(lì)試驗(yàn)大綱,供使用單位審核。

d.提供其他發(fā)電廠勵(lì)磁系統(tǒng)加磁環(huán)試驗(yàn)記錄,驗(yàn)證在交流母排加磁環(huán)方法對(duì)改善勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)的效果。

e.考慮并提供在距離交流進(jìn)線柜遠(yuǎn)端的可控硅裝置母排并聯(lián)銅排解決均流問(wèn)題的方案。

完成以上工作后,確定在1、2號(hào)功率柜交流進(jìn)線處加裝磁環(huán),改善3號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)。4號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)將交流進(jìn)線柜布置在5臺(tái)可控硅裝置中間,以改善均流系數(shù),因此,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院考慮重新排列5臺(tái)可控硅裝置的可行性,實(shí)現(xiàn)4號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)盤柜優(yōu)化布置,改善4號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)均流系數(shù)。加裝磁環(huán)前后各整流柜電流分配情況如表1所示,溫度、噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 加裝磁環(huán)前后各整流柜電流對(duì)比A

表2 溫度/噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

a.盡量選用正向特性相近,且正向動(dòng)態(tài)伏安特性一致的元器件。元器件損壞后,橋臂的元器件全部更換。

b.各并聯(lián)支路快熔電阻及其他接觸元器件盡可能一致。

c.推薦采用ABB公司的智能均流方法。均流是為了均功耗、均發(fā)熱,在整流元件容量裕度較大、運(yùn)行工況點(diǎn)較低及整流器散熱能力足夠強(qiáng)時(shí),可適當(dāng)降低均流系數(shù),只有設(shè)計(jì)裕量太小時(shí)才須“均流”。

[1] 冷增祥,徐以榮.電力電子學(xué)基礎(chǔ)[M].南京.東南大學(xué)出版社,1992.

[2] 李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社,2002.

[3] 許實(shí)章.電機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1981.

[4] 劉 取.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制[M].北京：中國(guó)電力出版社,2007.

[5] 陸繼明,毛承雄.同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁控制[M].北京：中國(guó)電力出版社,2006.

[6] 竺士章.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2005.

[7] 方思立,朱 方.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的原理及其應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社.1996.

[8] 周雙喜,李 丹.同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[M].北京：中國(guó)電力出版社,1998.

[9] 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,2002.