黃金坪水電站左岸大站勵磁系統設計

張 春 雨，　劉 海 燕

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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黃金坪水電站左岸大站勵磁系統設計

張 春 雨，劉 海 燕

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：對黃金坪水電站勵磁設備設計的某些特點進行了分析和介紹，對于今后在建的大中型電站勵磁設備招標、技施設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：勵磁變；滅磁開關；熱管冷卻；故障信號的輸出；黃金坪水電站

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定市姑咱鎮黃金坪鄉境內，為大渡河干流規劃調整推薦二十二級方案中的第十一級電站。黃金坪水電站壩址上距丹巴縣城約100 km，距長河壩水電站約20 km，下距瀘定縣城約30 km，距成都約340 km。

黃金坪水電站總裝機容量為850 MW，采用左、右岸兩個地下廠房開發布置方式，其中左岸大廠房裝機容量為4×200 MW，主要任務是發電；右岸小廠房裝機容量為2×25 MW，主要任務為承擔電站環保供水。發電機勵磁系統設備布置在地下主廠房發電機層下游側，高程為1 409 m；勵磁變布置在地下主廠房電氣夾層下游側，高程為1 403.5 m。勵磁設備廠家為能事達公司。

筆者結合黃金坪水電站勵磁標書、勵磁廠家投標文件、勵磁廠家設計圖紙，介紹了設計過程中遇到的一些問題：如勵磁變的絕緣等級選擇、功率柜選用熱管冷卻、滅磁開關選型、故障信號輸出到保護的定義等，旨在對今后水電站的勵磁設計有所幫助和借鑒。

1勵磁參數與勵磁設備

1.1勵磁參數

(1) 額定勵磁電流：Ifn=1 900 A

(2)空載勵磁電流：Ifo=1 050 A

(3)額定勵磁電壓：Ufn=350 V

(4)空載勵磁電壓：Ufo=145 V

(5)轉子繞組電阻Rf(95 ℃)= 0.159 5 Ω

1.2勵磁設備(主要參數見表1)

勵磁調節器選用能事達公司生產的MEC3000系統，勵磁系統采用智能均流技術，每個智能橋單橋位觸發均為智能均流。滅磁電阻選用SiC。 由于ZnO沒有用在30萬kW容量機組以上，極端過熱會爆炸，且其單片容量太小，長期穩定性較差，閥片特性隨環境而變(主要是濕度，體積比較大，能容量小，離散性大)。而SiC的特點是熱容量大，體積小，極端過熱情況下融化形成開路。黃金坪水電站雖然單機容量為20萬kW機組，但考慮到安全性，最終將滅磁電阻選用SiC。

表1　勵磁設備選型主要參數列表

勵磁柜體共有6面，面對勵磁屏正面從左到右依次為：調節柜(800 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜1(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜2(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，功率柜3(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，滅磁柜(1 000 mm×1 000 mm×2 260 mm)，轉子監視保護柜(1 000 mm×1 000 mm×

2 260 mm)。

勵磁系統與外部設備的接口為：到監控的通訊接口采用RS485協議，與時鐘同步的通訊接口采用SNTP協議。勵磁系統需要由電站提供1路AC220 V交流電源，4路DC220 V直流電源。由于無風機，不需要由電站再單獨提供三相電源。

2勵磁變絕緣等級選型分析

黃金坪水電站對于勵磁變壓器是選F級絕緣，還是H級絕緣在設計招標階段進行了對比分析。變壓器F級絕緣允許極限溫度為155 ℃，允許溫升為125 ℃，采用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維、石棉等以及其他無機材料、合適的有機材料或其組合物所組成的絕緣結構。變壓器H級絕緣允許極限溫度為180 ℃以上，允許溫升為125 ℃。上述溫升是指繞組的工作溫度與環境溫度之差，單位是℃。采用合適的樹脂粘合或浸漬、涂覆后的云母、玻璃纖維以及未經浸漬處理的云母、陶瓷、石英等材料或其組合物所組成的絕緣結構。

黃金坪水電站由于海拔不太高，容量亦不太大，故經分析對比后認為勵磁變選用F級絕緣即能滿足電站運行要求，雷電沖擊耐受電壓峰值為105 kV，1 min工頻耐受電壓有效值為45 kV，勵磁變繞組溫升限值為100 K。當繞組溫度上升至130 ℃時發報警信號，155 ℃時發事故信號同時跳發電機出口斷路器和滅磁開關并停機。在任何情況下不出現使繞組、鐵芯和其他部件受到損害的溫度。對于海拔高度超過2 000 m、勵磁變容量比黃金坪水電站大一些的電站勵磁變可以選用H級絕緣。

3功率柜冷卻方式

最早的勵磁招標文件中推薦的是風機冷卻方式，但最終中標的廠家為能事達公司。由于能事達公司在熱管冷卻技術上有成功的運行經驗，故黃金坪水電站最終功率柜采用自冷型熱管功率柜而無需散熱風機。

熱管技術是1963年由美國 LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，其充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從其被引入散熱器制造行業，人們就改變了傳統散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好的散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術使散熱器既便采用低轉速、低風量電機同樣可以得到滿意的效果，從而使困擾風冷散熱的噪音問題得到了很好的解決。風機在功率柜中運行，噪音大、容易吸灰，而且運行維護成本高。

熱管就是利用蒸發制冷、使得熱管兩端溫度差很大將熱量快速傳導。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內部被抽成負壓狀態，充入適當的液體，這種液體沸點低，容易揮發。管壁有吸液芯，其由毛細多孔材料構成。熱管一段為蒸發端，另外一段為冷凝端，當熱管一端受熱時，毛細管中的液體迅速蒸發，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端并釋放出熱量，重新凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段，如此循環往復，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環是快速進行的，熱量可以被源源不斷地傳導。

能事達出品的STR-2500RG熱管整理器實驗時在無風狀態下額定輸出電流為2 500 A，超出力電流不小于3 000 A，輸入電壓不小于1 000 V,噪音小于60 Db, 功率柜內的溫升滿足工業運行要求。

4滅磁開關

黃金坪水電站左岸大機勵磁系統投標時，滅磁開關型號為ABB EMAX系列 E3H/E MS3200型開關，額定電壓1 000 V，額定電流3 200 A。該開關是由ABB EMAX交流斷路器改進而成的，主要應用于直流系統中母聯開關或隔離開關，而并非專用的直流滅磁開關。該開關的弧壓低，根據滅弧柵片的數量估算，4個斷口串聯使用弧壓只有2 000 V，而中科院等離子所對該開關的測試結果認為該開關弧壓只有1 200～1 400 V。將該開關用于發電機滅磁回路必須在其外部配套逆變和封脈沖措施輔助開關建壓，如配套措施失靈，該開關將有燒毀的風險。國內勵磁廠家大量采用該開關的主要原因是該開關價格遠低于其他進口的專用直流滅磁開關。考慮到價格因素, 廠家投標開關選用ABB EMAX系列 E3H/E MS3200型開關。

表2　滅磁開關性能對比表

在設聯會中業主要求將滅磁開關更換為法國LENOIR公司生產的CEX系列CEX06-3200型滅磁開關，其額定電壓為1 000 V，額 定 電 流 為

3 200 A。CEX系列開關是專用直流滅磁開關，弧壓高，2個斷口串聯使用弧壓2 380 V，無需配套任何輔助措施就能夠獨立可靠滅磁，而且此開關配有投入滅磁電阻專用的常閉斷口，能保證滅磁的可靠性。CEX滅磁開關為雙斷口滅磁開關，各方面參數都很好，其缺點是價格貴，體積較大，有連桿，黃金坪水電站的一個滅磁屏裝不下該開關，該開關的一小部分將延伸到轉子監測保護屏。滅磁開關性能對比情況見表2。

5重要信號輸出的選擇

黃金坪水電站輸出勵磁故障的信號到保護設備，保護設備出口作用于跳GCB。對于勵磁故障信號的定義經與廠家反復討論且因規范無統一規定，最終決定勵磁故障定義為雙套勵磁PLC全部故障，由于未設置風機，故無風機故障信號輸出。

黃金坪水電站為雙調節器失電時輸出勵磁系統嚴重故障到發電機保護屏，由發電機保護停機跳FMK和GCB。

6結語

筆者就黃金坪水電站勵磁設備選型中的一些重點內容、設備更換以及在技施設計中遇到的問題進行了分析，希望能對類似水電站勵磁設備的選型、評標和二次設計有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]DL/T 583-2006，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]GB/T 7409.3-2007,大中型同步發電機勵磁系統技術要求[S].

[3]GB/T 10228-2008,干式電力變壓器技術參數和要求[S].

[4]GB4208-2008,外殼防護等級的分類[S〗.

(責任編輯：李燕輝)

張春雨(1976-)，女，四川成都人，高級工程師，學士，從事水電站電氣二次設計工作；

劉海燕(1980-)，女，河北故城人，高級工程師，學士，從事水電站電氣二次設計工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0038-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV22;TV735

收稿日期:2015-12-31