桐柏抽水蓄能電站抽水停機(jī)過(guò)程中勵(lì)磁異常的淺析

董曉亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái) 317200）

桐柏抽水蓄能電站抽水停機(jī)過(guò)程中勵(lì)磁異常的淺析

董曉亮

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái) 317200）

桐柏抽水蓄能電站抽水停機(jī)過(guò)程中勵(lì)磁異常，針對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，并提出相關(guān)處理措施。

勵(lì)磁異常；原因分析；處理對(duì)策；桐柏抽水蓄能電站

0　前言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺(tái)縣境內(nèi)，距天臺(tái)縣城約7 km，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。主副廠(chǎng)房和主變室均設(shè)在地下，主廠(chǎng)房安裝4臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)，電站主設(shè)備采用國(guó)際招標(biāo)，全是國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，單機(jī)發(fā)電容量300MW，抽水容量336MW，總發(fā)電裝機(jī)容量1 200MW，總抽水容量1 344MW。通過(guò)二回500 kV輸電線(xiàn)接入華東電網(wǎng)，日發(fā)電量600萬(wàn)kW·h，平均年發(fā)電量21.18億kW·h，在華東電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用任務(wù)。

1　勵(lì)磁系統(tǒng)介紹

抽水蓄能電站與常規(guī)機(jī)組相比較，運(yùn)行工況較多，有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等數(shù)種工況。因此，勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到SFC啟動(dòng)、電氣制動(dòng)和背靠背起動(dòng)時(shí)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求。由奧地利VATECH-ELIN公司為桐柏抽水蓄能電站提供的自并勵(lì)可控硅靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)能滿(mǎn)足不同工況下的要求，其勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用帶集成順控器的GMR3型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。下面結(jié)合勵(lì)磁系統(tǒng)主回路圖（圖1）簡(jiǎn)單介紹下桐柏電站勵(lì)磁系統(tǒng)的主要設(shè)備。

1.1勵(lì)磁變壓器

勵(lì)磁變壓器是由三個(gè)單相干式變組合而成，其絕緣采用樹(shù)脂澆注。每個(gè)單相變分別安裝在一個(gè)金屬盤(pán)柜內(nèi)，高壓側(cè)與主變低壓側(cè)IPB系統(tǒng)相連，采用自然空氣冷卻方式。機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)時(shí)，勵(lì)磁變?yōu)榭蛰d帶電狀態(tài)，安裝在機(jī)組母線(xiàn)道內(nèi)。

1.2勵(lì)磁電源

勵(lì)磁電源取自勵(lì)磁變壓器，其低壓側(cè)通過(guò)勵(lì)磁盤(pán)柜送至勵(lì)磁的交流母線(xiàn)側(cè)，通過(guò)該交流母線(xiàn)，可控硅將交流轉(zhuǎn)化為直流向轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。此外在勵(lì)磁變壓器的低壓側(cè)還裝設(shè)了一個(gè)交流斷路器，它可以在勵(lì)磁故障或保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳開(kāi)，以保護(hù)設(shè)備，也可以在維修時(shí)將其斷開(kāi)，以保證人身安全。

1.3可控硅整流器

可控硅整流器包括四個(gè)并聯(lián)的全控三相整流橋，它們分別位于勵(lì)磁整流盤(pán)柜中，每個(gè)可控硅整流橋和它的附屬設(shè)備都單獨(dú)安裝于一個(gè)柜內(nèi)。每個(gè)可控硅上均串聯(lián)著一個(gè)快速熔斷器，當(dāng)可控硅上流過(guò)的電流太大時(shí)快速熔斷器熔斷以保護(hù)可控硅，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

1.4通風(fēng)裝置

通風(fēng)罩裝于盤(pán)柜上方，為減小風(fēng)扇運(yùn)行中的噪音，其內(nèi)裝設(shè)了噪聲吸收裝置。該通風(fēng)裝置與所有的可控硅整流橋及下部進(jìn)風(fēng)口形成了一個(gè)共同的空氣通道。

該通風(fēng)裝置設(shè)有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，互為備用，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，冷卻空氣從下部進(jìn)入，經(jīng)濾網(wǎng)后對(duì)可控硅進(jìn)行冷卻，然后經(jīng)風(fēng)扇排至柜外。

1.5起勵(lì)裝置

起勵(lì)裝置由閉鎖二極管、限流電阻和起勵(lì)接觸器及其控制回路組成。當(dāng)電網(wǎng)失電后，為使電網(wǎng)能夠盡快恢復(fù)，在本廠(chǎng)的勵(lì)磁系統(tǒng)中設(shè)立了黑起動(dòng)功能，因此裝設(shè)了一套起勵(lì)裝置，其電源取自直流220 V母線(xiàn)。

1.6滅磁裝置

磁場(chǎng)斷路器是一個(gè)帶有三個(gè)主觸頭和兩個(gè)帶重疊時(shí)間輔助滅磁觸頭的斷路器。對(duì)于任何的跳閘信號(hào)，磁場(chǎng)斷路器都能迅速跳開(kāi)，其輔助觸點(diǎn)在主觸點(diǎn)斷開(kāi)前1ms合上，這樣就可以充分保證轉(zhuǎn)子回路無(wú)斷流地接入滅磁電阻 (在輔助節(jié)點(diǎn)回路中串聯(lián)了一個(gè)非線(xiàn)性滅磁電阻)。滅磁電阻材料無(wú)老化現(xiàn)象且特性維持不變，其壽命無(wú)限制，能夠吸收大量的能量，因此非常適合頻繁操作。

2　異常現(xiàn)象和分析

機(jī)組正常停機(jī)時(shí)在機(jī)組轉(zhuǎn)速到50%額定轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)投入電氣制動(dòng)加快機(jī)組轉(zhuǎn)速的下降。在某次抽水停機(jī)過(guò)程中，1號(hào)機(jī)勵(lì)磁跳閘引起機(jī)組電氣事故停機(jī)，電氣制動(dòng)投入失敗。查看該次電氣事故停機(jī)的上位機(jī)信號(hào)，有幾個(gè)關(guān)鍵的報(bào)警信號(hào)：1號(hào)機(jī)勵(lì)磁變斷路器故障報(bào)警、1號(hào)機(jī)勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)、1號(hào)機(jī)勵(lì)磁跳閘。

分析什么原因會(huì)引起機(jī)組勵(lì)磁跳閘，查看勵(lì)磁邏輯圖（圖2），從中可以看出有以下幾種情況都會(huì)發(fā)勵(lì)磁跳閘的報(bào)警信號(hào)：

（1）如果啟動(dòng)超時(shí)、停止超時(shí)、制動(dòng)超時(shí)或者速度低于整定值跳閘延時(shí)0.9 s，輸出勵(lì)磁跳閘；

（2）電制動(dòng)刀位置故障延時(shí)0.6 s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（3）轉(zhuǎn)子過(guò)壓跳閘延時(shí)0.6 s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（4）可控硅橋跳閘延時(shí)0.6 s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（5）滅磁開(kāi)關(guān)跳閘延時(shí)0.6 s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（6）勵(lì)磁變溫度高跳閘延時(shí)0.6s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（7）直流起勵(lì)跳閘延時(shí)0.6 s，則輸出勵(lì)磁跳閘；

（8）可控硅風(fēng)扇跳閘延時(shí)0.6s，則輸出勵(lì)磁跳閘。查看上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁盤(pán)面相關(guān)信號(hào)，沒(méi)有轉(zhuǎn)子過(guò)壓、可控硅橋、滅磁開(kāi)關(guān)、勵(lì)磁變溫度、直流起勵(lì)、可控硅風(fēng)扇有關(guān)的相關(guān)信號(hào)。因此我們可以認(rèn)為造成勵(lì)磁跳閘的原因最大的可能是勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)引起的。勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)報(bào)警的邏輯見(jiàn)圖3。

由圖2我們可以看到輸入勵(lì)磁電氣制動(dòng)模式啟動(dòng)1、試驗(yàn)?zāi)Ｊ絾?dòng)1、勵(lì)磁啟動(dòng)1或者設(shè)定運(yùn)行模式命令后會(huì)輸出勵(lì)磁運(yùn)行的命令，延時(shí)15 s如果沒(méi)有勵(lì)磁啟動(dòng)的信號(hào)則會(huì)發(fā)出勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)跳閘信號(hào)。排除試驗(yàn)?zāi)Ｊ絾?dòng)1和設(shè)定運(yùn)行模式命令的情況，下面具體分析勵(lì)磁電氣制動(dòng)模式啟動(dòng)1和勵(lì)磁啟動(dòng)1的兩種情況。

查看電氣制動(dòng)啟動(dòng)的邏輯圖（圖4），可知在沒(méi)有閉鎖電制動(dòng)啟動(dòng)命令或勵(lì)磁在運(yùn)行的狀態(tài)輸入的情況下：（1）輸入勵(lì)磁現(xiàn)地準(zhǔn)備好，電氣制動(dòng)運(yùn)行釋放，則輸出勵(lì)磁電氣制動(dòng)模式啟動(dòng)1與電氣制動(dòng)刀投入；（2）輸入勵(lì)磁現(xiàn)地準(zhǔn)備好，電氣制動(dòng)運(yùn)行釋放，延時(shí)7 s輸出滅磁開(kāi)關(guān)，未在跳閘狀態(tài)；（3）輸入勵(lì)磁現(xiàn)地準(zhǔn)備好，電氣制動(dòng)運(yùn)行釋放，延時(shí)7 s輸入電氣制動(dòng)刀投入狀態(tài)和勵(lì)磁電氣制動(dòng)模式運(yùn)行狀態(tài)，延時(shí)1 s輸出勵(lì)磁電氣制動(dòng)模式啟動(dòng)2。

查看上位機(jī)相關(guān)信號(hào)勵(lì)磁啟動(dòng)準(zhǔn)備好和電氣制動(dòng)刀正常投入，也無(wú)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)。并且沒(méi)有閉鎖啟動(dòng)的命令勵(lì)磁也不在運(yùn)行狀態(tài)。因而電氣制動(dòng)啟動(dòng)是正常的。那最大的可能是勵(lì)磁啟動(dòng)1命令輸入后15 s內(nèi)沒(méi)有勵(lì)磁運(yùn)行的信號(hào)反饋而引起了勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)跳閘。

由圖5可知：在勵(lì)磁啟動(dòng)準(zhǔn)備好情況下，若有輸入現(xiàn)地啟動(dòng)勵(lì)磁（勵(lì)磁不在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)）或者勵(lì)磁啟動(dòng)和遠(yuǎn)方啟動(dòng)勵(lì)磁命令的情況下，則輸出勵(lì)磁啟動(dòng)1，同時(shí)輸出電壓調(diào)節(jié)命令。

由圖6可知：在勵(lì)磁變斷路器位置指示正常的情況下勵(lì)磁啟動(dòng)后會(huì)發(fā)出勵(lì)磁變斷路器合閘的命令，而上位機(jī)有勵(lì)磁變斷路器故障的信號(hào)。

由圖7可知：（1）如果有勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)投入的命令而勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)卻在退出狀態(tài)延時(shí)1 s，則輸出勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障狀態(tài)。（2）如果有勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)退出的命令而勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)卻不在退出狀態(tài)延時(shí)1 s，則輸出勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障狀態(tài)。

顯然勵(lì)磁啟動(dòng)會(huì)發(fā)出勵(lì)磁變斷路器合閘的命令，而勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)沒(méi)有正常合閘，因此上位機(jī)才有勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障信號(hào)。仔細(xì)檢查上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)情況，勵(lì)磁變斷路器確實(shí)在分閘狀態(tài)沒(méi)有合閘。

由圖8可知在排除試驗(yàn)?zāi)Ｊ絾?dòng)3和設(shè)定模式情況下，勵(lì)磁變斷路器合閘是滅磁開(kāi)關(guān)合閘的先決條件。勵(lì)磁變開(kāi)關(guān)合閘情況下且在勵(lì)磁直流起勵(lì)電源開(kāi)關(guān)在分狀態(tài)延時(shí)0.5 s，滅磁開(kāi)關(guān)安裝正常情況下才會(huì)有延時(shí)1 s輸出滅磁開(kāi)關(guān)的合閘命令，不出意外,經(jīng)過(guò)檢查滅磁開(kāi)關(guān)也沒(méi)有正常合閘。勵(lì)磁變斷路器和滅磁開(kāi)關(guān)合閘是勵(lì)磁運(yùn)行信號(hào)的必要條件。因此15 s內(nèi)勵(lì)磁接收不到勵(lì)磁運(yùn)行的信號(hào)，發(fā)了勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)的信號(hào)。

排除勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)本身的問(wèn)題。通過(guò)以上的分析一個(gè)比較明確的結(jié)論是：勵(lì)磁跳閘是因?yàn)閯?lì)磁啟動(dòng)超時(shí)引起的，而勵(lì)磁啟動(dòng)超時(shí)是因?yàn)閯?lì)磁變斷路器沒(méi)有正常合閘引起的。分析勵(lì)磁變斷路器合閘命令邏輯可知，勵(lì)磁變斷路器裝置不正常或者沒(méi)有勵(lì)磁投入命令都不會(huì)有勵(lì)磁變斷路器合閘的命令發(fā)出。而“合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)”的命令由數(shù)字量輸出模塊然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸去合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)。在此過(guò)程中，如果數(shù)字量輸出模塊異常，網(wǎng)絡(luò)傳輸回路不通，都會(huì)造成勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)合不上。

因此經(jīng)過(guò)分析后，桐柏電站結(jié)合機(jī)組檢修將四臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部通訊由網(wǎng)絡(luò)傳輸，改為硬布線(xiàn)傳輸。取消了機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部通訊用交換機(jī)、AM1703模塊、內(nèi)部通訊Lcom板，勵(lì)磁兩套調(diào)節(jié)器總共增加4塊DE板、2塊DA板、1塊AA板；將勵(lì)

磁變低壓開(kāi)關(guān)的儲(chǔ)能信號(hào)接入調(diào)節(jié)器。這次異動(dòng)極大提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性，異動(dòng)后沒(méi)有發(fā)生類(lèi)似的異常現(xiàn)象。

3　小結(jié)

桐柏蓄能電站勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行頻繁，內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸涉及設(shè)備較多容易發(fā)生信號(hào)丟包現(xiàn)象，從而引起勵(lì)磁系統(tǒng)異常。

通過(guò)對(duì)該次異常現(xiàn)象的分析研究，找到該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并采取了針對(duì)性的異動(dòng)措施，從根本上防止類(lèi)似現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]梅祖彥.抽水蓄能技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1988.

[2]朱振青.勵(lì)磁控制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,1994.

[3]戴文進(jìn)，徐龍權(quán)，張景明.電機(jī)學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2008.

董曉亮（1984-），男，工程師，從事行政綜合工作。

TV737

B

1672-5387（2015）11-0055-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.019

2015-07-31