錦屏一級水電站勵磁系統及其主要特點

孫新志， 郭洪娜， 張育賓， 葉添鋅

(中國電器科學研究院有限公司、廣州擎天實業有限公司，廣東廣州 510860)

錦屏一級水電站勵磁系統及其主要特點

孫新志， 郭洪娜， 張育賓， 葉添鋅

(中國電器科學研究院有限公司、廣州擎天實業有限公司，廣東廣州 510860)

錦屏一級水電站6×600MW水輪發電機組勵磁系統裝置使用的是UNITROL6800型自并勵靜態勵磁系統，主要由勵磁調節器、功率整流柜、滅磁及過電壓保護裝置、起勵裝置、勵磁變壓器及其它輔助設備等組成。本文結合UNITROL6800勵磁系統的特點和功能，重點介紹了光纖通訊技術、智能均流技術、電源回路冗余、順序功能圖編程技術等在錦屏一級電站勵磁系統中的應用，對今后國內巨型水電機組勵磁系統的設計、制造等具有很好的借鑒意義。

勵磁系統;主要部分;錦屏一級;主要特點

1 概述

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，是雅礱江干流下游河段(卡拉至江口河段)的控制性水庫梯級電站，下距河口約358公里。電站總裝機容量360萬千瓦，枯水年枯期平均出力108．6萬千瓦，多年平均年發電量166．2億千瓦時，是國家“西電東送”的標志性工程。

電站水輪發電機組勵磁系統裝置使用的是UNITROL6800型靜態勵磁系統，型號為A6S－0/ U241－S4500。該勵磁系統既秉承了UNITROL系列勵磁系統的設計優點，同時又增加了很多技術創新，如電源回路冗余設計新思路、光纖通訊技術的廣泛應用、智能均流技術的升級換代等，這都大大提高了系統的可靠性和穩定性。本文對這些重要特點進行了分析，對今后國內巨型水電機組發電機組勵磁系統的設計、制造等具有很好的借鑒意義［1］。

2 勵磁系統組成的主要部分

2．1 總體結構

錦屏一級水電站勵磁系統主要由勵磁調節器、功率整流柜、滅磁及過壓保護裝置、起勵裝置、勵磁變壓器及其它輔助設備等組成，其系統原理框圖如下圖1所示。

圖1 勵磁系統原理框圖

2．2 勵磁調節器

勵磁調節器硬件采用雙通道冗余配置，每個通道均采用的是高性能的AC800PEC64位浮點運算控制器，AC800PEC+CCM框架結構［2］。

其中AC800PEC主要用于運算、邏輯控制、與其他系統的光纖通訊等;CCM板主要用于整個勵磁系統的通訊控制和模擬量信號采集，包括PT、CT、系統PT等信號的采集及PSS功能的實現; CIO板，用于跟外部系統如DCS系統的開關量，模擬量信號的接口;人機界面ECT既可以用于參數顯示，還可以用做勵磁系統的調試工具。

2．3功率整流柜［3］

勵磁系統功率整流橋采用UNL13300型整流橋，單柜額定輸出電流2000A，強勵4000A。選用四(4)柜并聯運行模式，每柜裝有一個三相全控整流橋，各支路串聯元件數為1。功率柜設計原則按n－2考慮冗余，2橋故障時能滿足發電機包括強勵在內的所有運行工況要求。

整流橋交流側采用集中式阻容保護，可以有效降低整流橋操作過電壓及換向過電壓，減小可控硅的di/dt，保護可控硅原件不受損害。

2．4 滅磁及過電壓保護裝置

錦屏一級水電站勵磁系統在正常停機時采用逆變滅磁，事故停機時跳滅磁開關將能量轉移到滅磁電阻進行滅磁。滅磁采用瑞士Secheron公司生產的直流單斷口滅磁開關，此開關具有結構設計簡單直觀，運行穩定、可靠、維護量小等特點。開關的合閘線圈有一路，分閘線圈分為兩路，從而保障了系統發生事故時，滅磁開關的可靠跳閘。

滅磁電阻采用的是英國M＆I公司生產的SiC滅磁電阻，既用于事故滅磁，也用于轉子側過壓保護。

轉子正反向過壓保護采用可控硅跨接器(CROWBAR)+SiC滅磁電阻的方式，整定方法簡單，無須維護。

2．5 起勵單元

錦屏一級電站采用高頻脈沖列起勵技術，在起勵過程中首先使用殘壓起勵，高頻脈沖列連續觸發可控硅直至其能夠正常工作，如果殘壓起勵不成功，則投入備用直流起勵電源回路進行起勵。

3 錦屏一級站的勵磁系統的主要特點

3．1 冗余的光纖通訊技術

在國內，常規的勵磁系統采用CAN總線、ARCNET總線等技術，采用的是串行通訊，即整個勵磁系統由一條通訊通道組成，如果中途通訊中斷，調節器與功率柜、滅磁柜等的聯系即會中斷。而UNITROL6800型勵磁系統實現了近100%的光纖通訊控制，這使得勵磁系統具備了更高的抗電磁干擾能力。其光纖連接圖如下圖2所示:

圖2 冗余的光纖通訊控制

可以看出，在UNITROL6800勵磁系統中，以光纖控制實現勵磁各調節器器到功率柜、滅磁柜及IO輸入輸出板之間的樹狀連接，實現了點對點通訊，任何一點脫落進步會影響勵磁系統的正常運行，整個勵磁系統具備更高的冗余能力。

3．2 智能均流技術的使用

對于大型水輪發電機組，勵磁功率柜大量采用三柜或更多柜并聯方式運行。當多柜并聯運行時，由于各功率柜電流回路的電勢參數和(或)阻抗參數的不一致，從而引起功率柜輸出電流不平衡，因此需要采取措施實現功率柜之間的輸出電流均流。［4］

UNITROL6800勵磁系統中采用的智能均流技術為第二代均流技術來實現各整流橋之間的智能均流。所謂智能均流技術，即是勵磁調節器通過觸發角控制原理將總勵磁電流平均分配給各個功率柜晶閘管單元。

在該電站勵磁系統中，整流橋電流的測量使用的是三相交流側安裝3個CT來進行測量，測量設備體積小，接線方便，測量原理簡單，原理接線圖如圖3所示。其次電流均衡控制功能由CCI上的電流控制器和AC800PEC的平均電流兩個主要部分組成，電流控制器調節各個晶閘管的電流，晶閘管電流的六個參考值則是從AC800PEC得到并與其實際值進行比較，原理圖如下圖4所示。

圖3 可控硅電流測量

圖4 智能均流原理框圖

現場試驗表明，四柜并聯運行時均流系數達到在97%以上，在任意一個整流橋退出時，其余三柜無需人工調整，自動保證均流系數在97%以上。現場實際均流情況記錄如下表:

表1 現場實際均流情況記錄表

智能均流技術的使用，可以使多柜并聯的整流橋在運行時均流系數保達到97%以上，可控硅參數將不再重要，功率柜機械結構布置及母排設計將大為簡化。

3．3 電源回路的冗余設計

在UNITROL6800勵磁系統中，采用了多種電源的雙冗余設計，包括調節器電源及功率滅磁柜電源，如圖5所示。

圖5 電源回路設計方案

可以看出，在本套勵磁系統中，勵磁調節器與功率滅磁柜電源回路完全獨立，每個電源回路均設計兩路電源模塊供電，各板件電源由APD電源分配器分配，當有板件故障時相應的APD電源回路自動切斷該路電源，不會影響到勵磁系統其它器件的正常運行，這種設計方案極大地提高了設備運行的安全性。

3．4 順序功能圖編程技術的應用

UNITROL6800勵磁系統的調試軟件是面向對象的controlbuilder軟件，其中大量使用了順序功能圖編程技術。順序功能圖(SFC，Sequential FunctionChart)采用IEC標準的語言，用于編制復雜的順控程序。利用這種先進的編程方法，初學者也很容易編出復雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調試、試運行帶來許多言傳的方便。

下面是滅磁開關分合閘的SFC框圖，左圖是總的滅磁開關控制流程圖，右圖是點擊FBFimaOff模塊后相應的子流程圖，清晰的流程使得在勵磁裝置調試、排除故障方面非常方便。

圖6 滅磁開關分合閘控制SFC邏輯圖

除此之外，如三通道調節器的實現、PSS4B功能的實現、IEC61850智能化通訊規約在勵磁系統中、SNTP網絡對時的應用等也是UNITROL6800勵磁系統的顯著特點［5］。

4 結論

錦屏一級水電站勵磁系統主要由勵磁調節器、功率整流柜、滅磁及過壓保護裝置、起勵裝置、勵磁變壓器及其它輔助設備等組成。本文結合UNITROL6800勵磁系統的特點和功能，重點介紹了光纖通訊技術、智能均流技術、電源回路冗余、順序功能圖編程技術等在錦屏一級電站勵磁系統中的應用。

截止2014年7月，錦屏一級電站6×600MW水輪發電機組均已經全部投入運行，勵磁系統運行良好，為錦屏一級電站發電機組可靠安全運行提供了有力保障。現場試驗及運行情況表明:勵磁系統滿足電網運行需求，整體運行良好。其先進的勵磁控制技術、完善的調節限制功能、方便的調試手段得到了用戶的贊賞，為后續大型水電站勵磁系統設計、制造提供技術依據，具有很好的借鑒意義。

［1］ 潘道明，UNITROL6800勵磁系統在隔河巖水電廠的應用［J］．水電與新能源2013年1期．

［2］ 李亞松，顧和鵬，等．錦屏水電站雙自動通道勵磁調節器的應用分析［J］．水電與新能源2013年3期．

［3］ 楊云峰，冶海廷，等．拉西瓦水電站勵磁裝置典型結構及特點［J］．水力發電2009年11期．

［4］ 陸繼明，毛承雄，王丹，李國棟，等．勵磁功率柜智能均流暫態過程分析［J］．華中科技大學學報(自然科學版)》2005年11期．

［5］ ABBUNITROL6800FunctionDescription［M］．ABB2010．11．

(責任編輯:卓政昌)

大渡河沙坪二級水電站500千伏送出工程獲核準

1月30日，國電大渡河沙坪二級水電站500千伏送出工程獲得四川省發改委核準。沙坪二級水電站500千伏送出工程全長約62千米，其中新建單回線路53千米(含20毫米重冰區11．3千米)，利用500千伏普天線已建雙回線路鐵塔單邊掛線9千米，由四川省電力公司投資建設。線路由電站構架往西北出線，途經樂山市金口河區、峨邊縣、峨眉山市、沙灣區、市中區等五個區縣，接入樂山南天500千伏變電站。

TV7;TM331

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1001-2184(2015)01-0105-04

孫新志(1979-)，男，河南武陟人，西安理工大學水利水電工程，碩士，工程師，就職于廣州擎天實業有限公司，主要研究方向電力電子技術及同步發電機勵磁設計、研發;

郭洪娜(1980-)，女，湖北襄樊人，武漢理工大學自動化專業，碩士，工程師，就職于廣州擎天實業有限公司，主要研究方向電力電子技術及同步發電機勵磁設計、研發;

張育賓(1987-)，男，河南溫縣人，南昌大學電氣工程，碩士，工程師，現于廣州擎天實業有限公司從事勵磁系統設計、調試工作;

葉添鋅(1985-)，男，江西龍南人，南京農業大學農業電氣化與自動化，本科，工程師，現于廣州擎天實業有限公司從事勵磁系統設計、調試工作。

2014-11-18