CCS電站勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)分析

李煒金，談洋洋

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

CCS電站勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)分析

李煒金，談洋洋

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

介紹了厄瓜多爾科卡科多（簡(jiǎn)稱CCS）水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用以及勵(lì)磁系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)，并對(duì)CCS水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析，為日后其他電站更好的進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性分析提供了有利依據(jù)。

勵(lì)磁系統(tǒng)；組成和特點(diǎn)；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；穩(wěn)定性；安全性

TV734.2

B

1672-5387（2016）09-0004-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.002

1　水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用

勵(lì)磁系統(tǒng)是水電站最重要的系統(tǒng)之一，其作用主要包括以下5方面：①維持發(fā)電機(jī)的電壓在給定水平，②控制并聯(lián)運(yùn)行電機(jī)無功功率的合理分配，③提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，④保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備安全，⑤保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)電站勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)的掌握以及勵(lì)磁系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯得尤為重要，這決定了勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)良性、機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2　 CCS電站勵(lì)磁系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

CCS電站發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率整流裝置、滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置、起勵(lì)裝置、測(cè)量變送及信號(hào)單元、勵(lì)磁變壓器及交直流側(cè)電纜、電制動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。整套勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換通過現(xiàn)場(chǎng)CAN總線實(shí)現(xiàn)，CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。

2.1勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在正常運(yùn)行過程中，需要完成大量復(fù)雜的計(jì)算、各種調(diào)節(jié)功能，以及諸多的信號(hào)采集和發(fā)送，單個(gè)CPU很難滿足系統(tǒng)要求，所以CCS電站大的勵(lì)磁系統(tǒng)采用多CPU模式運(yùn)行，在多CPU模式下，通過合理分工，使各個(gè)CPU可以充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。CCS電站勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工控機(jī)有3塊板卡：主CPU板、DSP板、I/O板。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為雙微機(jī)三通道調(diào)節(jié)器，其中A、B通道為數(shù)字通道，C通道為模擬通道。三通道調(diào)節(jié)器采用微機(jī)/微機(jī)/模擬三通道雙冗余結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)自用通道（A、B）和一個(gè)手動(dòng)通道（C）組成，這3個(gè)通道從測(cè)量回路到脈沖輸出完全獨(dú)立。三通道之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1　調(diào)節(jié)器通道配置圖

2.2勵(lì)磁功率整流裝置

勵(lì)磁功率整流裝置包括：功率元件及散熱器、冷卻系統(tǒng)、過壓過流保護(hù)系統(tǒng)。勵(lì)磁功率裝置為晶閘管整流，其采用3個(gè)整流橋并聯(lián)，一主兩備，3個(gè)整流橋設(shè)有均流措施，可保證均流系數(shù)為0.85。

晶閘管整流裝置的冷卻決定了勵(lì)磁功率系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，CCS電站的晶閘管裝置采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，冷卻風(fēng)機(jī)可長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，同時(shí)冷卻風(fēng)機(jī)采用雙回路供電，兩路電源互相閉鎖，并能自動(dòng)/手動(dòng)進(jìn)行切換，且設(shè)有相應(yīng)的風(fēng)機(jī)工況信號(hào)及風(fēng)機(jī)電源消失保護(hù)，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，晶閘管整流器可在額定工況下運(yùn)行30 min。

2.3滅磁及過電壓保護(hù)單元

滅磁柜的主要部件包括滅磁開關(guān)、滅磁電阻（線性或非線性電阻）、晶閘管跨接器單元、直流電壓、常規(guī)的機(jī)械顯示儀表和指示燈等。

CCS電站正常停機(jī)采用逆變滅磁，事故停機(jī)采用滅磁開關(guān)和氧化鋅非線性電阻滅磁，并設(shè)有逆變失敗轉(zhuǎn)滅磁開關(guān)與非線性電阻滅磁的措施。

轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)采用氧化鋅非線性電阻。利用滅磁非線性電阻和晶閘管跨接器，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)過電壓保護(hù)。晶閘管跨界器包括3個(gè)晶閘管，其中兩個(gè)用于滅磁和反向過電壓，另外一個(gè)用于正向過電壓。圖2為CCS電站滅磁電阻和跨機(jī)器的原理圖。

圖2　滅磁電阻和跨機(jī)器的原理圖

2.4起勵(lì)裝置

起勵(lì)裝置有兩套起勵(lì)方式：殘壓起勵(lì)和外部輔助電源起勵(lì)。

CCS電站采用快速脈沖列技術(shù)以實(shí)現(xiàn)殘壓起勵(lì)。起勵(lì)的過程中，在晶閘管整流橋的輸入端僅需要約10～20 V的電壓即可以正常工作，如果電壓低于10～20 V，晶閘管整流橋就會(huì)被連續(xù)地觸發(fā)以達(dá)到該值。若在10 s內(nèi)殘壓起勵(lì)失敗，勵(lì)磁系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)外部輔助起勵(lì)回路。

2.5勵(lì)磁變壓器及交直流電纜等

CCS電站的變壓器為自冷干式變壓器，容量為1 700 kVA，變壓器一次側(cè)裝有電流互感器用于測(cè)量和保護(hù)。變壓器本體裝有RTD用于高溫報(bào)警和超溫跳閘。

CCS電站制動(dòng)變壓器采用三相戶內(nèi)式環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。制動(dòng)變壓器的一次側(cè)經(jīng)電纜直接接至廠用電，二次側(cè)安裝4只電動(dòng)操作斷路器，分別引至4臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁柜，斷路器的額定容量滿足停機(jī)電氣制動(dòng)最大電流的要求，短路容量滿足制動(dòng)變壓器二次側(cè)三相短路的要求。

交直流電纜是連接勵(lì)磁一次系統(tǒng)的媒介，由于勵(lì)磁電流很大，所以在敷設(shè)電纜的時(shí)候應(yīng)該采取消磁法敷設(shè)。

3　勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)分析

為了保證勵(lì)磁系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，投運(yùn)前需要進(jìn)行一些必要的試驗(yàn)：開環(huán)小電流試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)他勵(lì)升壓試驗(yàn)、負(fù)荷下勵(lì)磁試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）試驗(yàn)等。

3.1開環(huán)小電流試驗(yàn)

小電流試驗(yàn)的目的是創(chuàng)造一個(gè)模擬的試驗(yàn)環(huán)境檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制功能，脈沖觸發(fā)的能力，晶閘管是否完好，同時(shí)檢查同步信號(hào)回路的相序，檢查輸出直流波形是否正確，品質(zhì)是否良好，試驗(yàn)曲線如圖3所示。

圖3　小電流直流輸出波形

經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)控制器控制功能正常，直流輸出波形正常（每個(gè)周期6個(gè)波頭），品質(zhì)良好無毛刺。

3.2發(fā)電機(jī)他勵(lì)升壓試驗(yàn)

在AVR的模式下采用零起升壓的起勵(lì)方式，逐漸將機(jī)端電壓加到額定值的1.1倍，記錄空載特性數(shù)據(jù)，檢查機(jī)端電壓調(diào)節(jié)是否平滑，勵(lì)磁變副邊輸入電壓的相序是否正確，升壓范圍內(nèi)PT采集電壓的幅值、相位是否正確。

分別在50%和100%額定電壓下跳滅磁開關(guān)，檢查系統(tǒng)的滅磁特性，試驗(yàn)曲線分別如圖4和圖5所示。

試驗(yàn)證明機(jī)端電壓調(diào)節(jié)平滑，滅磁時(shí)間和滅磁特性均滿足要求。

3.3空載下勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)整和試驗(yàn)

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器空載試驗(yàn)檢驗(yàn)了手動(dòng)控制單元調(diào)節(jié)范圍，測(cè)量了開環(huán)放大倍數(shù)，檢測(cè)了晶閘管的均流能力，檢查了系統(tǒng)在通道切換，階躍干擾情況下的穩(wěn)定性和超調(diào)量，試驗(yàn)曲線如圖6和圖7所示。

圖4　他勵(lì)50%額定電壓跳滅磁開關(guān)

圖5　他勵(lì)100%額定電壓跳滅磁開關(guān)

圖6　 10%上階躍試驗(yàn)曲線

圖7　 10%下階躍試驗(yàn)曲線

試驗(yàn)證明調(diào)節(jié)器控制平滑，均流系數(shù)、超調(diào)量、超調(diào)時(shí)間、超調(diào)次數(shù)均滿足要求。

3.4負(fù)荷下勵(lì)磁試驗(yàn)

在發(fā)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)下，檢查現(xiàn)地、遠(yuǎn)方無功的調(diào)節(jié)能力，測(cè)量計(jì)算最大負(fù)荷下勵(lì)磁均流系數(shù)，檢查調(diào)差極性。

3.5 PSS試驗(yàn)

分析表明，按電壓偏差調(diào)節(jié)的比例式快速勵(lì)磁系統(tǒng)，會(huì)造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)酰?dāng)總阻尼較小時(shí)，就容易導(dǎo)致低頻振蕩，PSS可以抑制這種振蕩。PSS試驗(yàn)整定了PSS的相頻性和幅頻性，測(cè)試PSS對(duì)有功低頻振蕩抑制的有效性。

4　結(jié)束語

本文對(duì)CCS水電站勵(lì)磁系統(tǒng)組成和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)CCS水電站勵(lì)磁系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行了分析，確保了勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)良性、機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，為日后其他電站更快速有效的進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性分析提供了有利依據(jù)。

2016-04-25

李煒金（1985-），男，助理工程師，從事水電站電氣設(shè)備試驗(yàn)工作。