EXC9100勵磁系統在春廠壩電站的應用

唐炯 蔣三斌 郭安奎

摘 要： 春廠壩電站采用廣州擎天EXC9100勵磁系統，此系統充分融入了電磁兼容性設計，進一步提高了勵磁裝置的可靠性。介紹了春廠壩電站勵磁系統的特點、運行方式與操作、維護經驗，可控硅元件、滅磁電阻、滅磁開關的選型計算以及調試軟件的簡要使用。

關鍵詞： EXC9100；運行方式；維護經驗；參數計算；調試軟件

中圖分類號：TM761+.1 文獻標識碼：B

1設備概述

春廠壩電站單機額定功率18MW，額定機端電壓10.5kV，額定機端電流1164.4A，采用EXC9100勵磁系統，額定勵磁電壓160V，額定勵磁電流490A，空載勵磁電壓57V，空載勵磁電流262A。勵磁變二次側額定電壓320V，最大電流568.3，短路阻抗4.16%。

2運行方式

（1）勵磁系統功率柜采用兩柜并聯運行模式，每柜裝有一個三相全控整流橋，單個橋整流能力滿足兩倍額定勵磁電流。

（2）正常運行時，默認A通道為主用，B通道為備用，主用通道LED顯示為“3.3”，備用通道LED顯示為“33.”。

（3）運行設置為：通道跟蹤投入；零起升壓退出；強勵允許投入；殘壓起勵投入；恒Q調節退出；恒PF調節退出，采用自動準同期裝置的機組還需退出網壓跟蹤。

（4）系統設置為：PSS功能投入；欠勵限制投入；調差功能投入；殘壓起勵；軟起勵。

3故障處理經驗

（1）風機啟動故障：檢查風機電源是否正常，接觸器是否正常動作，風機本體是否正常；檢查參數R631動作值與返回值設置是否合理。

（2）功率柜均流差：首先檢查脈沖回路是否正常，然后通過測量與晶閘管相連的熔斷器兩端壓降（假設熔斷器阻值固定），大致判斷出1號橋哪只晶閘管輸出較高，2號橋哪只晶閘管輸出較低，然后對調兩只晶閘管以平衡兩橋輸出。

4主要設備選型校核

4.1可控硅元件的選擇

晶閘管制造廠為英國DYNEX，型號為DCR1006SF28 2800V/1255A

4.1.1 反向重復峰值電壓驗算

依據GB 50150標準規定，本站勵磁繞組試驗電壓最大為10倍額定勵磁電壓，即工頻電壓1600V，最大峰值為1600× =2263V，因此勵磁繞組兩端過電壓瞬時值應不大于2263×0.7=1584V，VRRM 應在此值以上。同時，反向重復峰值電壓VRRM應不小于勵磁變壓器二次側最大峰值電壓的2.75倍，即VRRM應大于320× ×2.75=1245V。所選可控硅VRRM為2800V，能滿足以上各項要求。

4.1.2 晶閘管通態平均電流

IP≥KSAKjiIdK4/K2KS Id ，式中Kji-電路系數，三相全控橋取0.367 ；K4-海拔高度系數，K4取1.21。KSA-電流儲備系數取2；K6-風速降低，溫度上升，取0.9 ；K2-風速系數，5m/s，取1.0 ；KS-環境溫度系數，40℃取1.0 ；Id -強勵頂值電流，取960A 。則Ip≧2×0.367×960×1.21/（1×1×0.9）=947.3A 。所選可控硅通態平均電流1255A，滿足機組各種工況的要求。

4.1.3 相應的快熔的選擇

額定電壓>1.3*K1*UFN =1.3*2*160=416V （K1=強勵倍數）；額定電流>0.577*Id=0.577*960=553.9A （Id=本橋頂值輸出電流） ；所以快熔選用RS4 AC500V/700A P1M104NK h40，滿足使用要求。

4.2 滅磁電阻的選擇

4.2.1 磁場繞組電感

Lf=Tdo × Rf75℃ ；式中Rf75℃為75度時勵磁繞組直流電阻，合同中該值為0.274Ω，Tdo 為直流暫態開路時間常數，合同中該值為6.17S。則Lf =6.17×0.274 =1.6906（H）

4.2.2 發電機額定空載勵磁電流時磁場儲能Wfo

Wf0=0.5×Lf×If02=0.5×1.6906×2622 =0.058MJ （注：Ifo—空載勵磁電流）

4.2.3 發電機磁場最大儲能Wfmax

Wfk=1/2 Lf ×If 0×Ifk= 0.5×1.6906×262×960 = 0.213（MJ）（注：Ifk—強勵勵磁電流）

4.2.4 滅磁時滅磁電阻耗能和滅磁電阻設計能容量WRfk

根據經驗估算，滅磁電阻在空載滅磁時耗能占磁場儲能的比率系數為0.7，考慮其配置容量應有20%備退裕度，則：WRfk = 0.213×0.7×1.2 =0.179（MJ）

4.2.5 配置的非線性滅磁電阻的總能容

根據以上估算結果，氧化鋅非線性電阻配置如下：單片極限能容/標稱能容/：20KJ/15KJ；總標稱能容：0.179MJ，取16片，采用2串8并。

4.2.6 非線性滅磁電阻殘壓值的選擇

標準規定，滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓不低于出廠試驗時勵磁繞組對地試驗電壓幅值的30%，不高于50%。則ZnO非線性電阻的殘壓選擇范圍如下：

UfN×10×1.414×（0.3—0.5）=678V—1131V；我站選擇的滅磁電阻配置為2串8并16片殘壓700V。

4.2.7 勵磁繞組正向過電壓保護動作值的計算

標準規定，勵磁繞組回路動作電壓最低瞬時值應高于最大整流電壓的峰值，同時還應高于自動滅磁裝置正常動作時產生的過電壓值； 最高瞬時值應低于可控硅整流橋的最大允許電壓，且不得超過出廠試驗時勵磁繞組對地試驗電壓幅值的70%。

根據工程實踐經驗，可控硅整流橋產生的換相過電壓會達到陽極電壓峰值的2.5倍，即：2.5×U2L×1.414=1131.2V （注：U2L—勵磁變副邊電壓）

則與勵磁繞組并聯的可控硅跨接器觸發電壓不得低于該值，同時，它還不得高于：UfN×10×1.414×0.7=1583.7V，即：2.5× ×U2L<動作值<10× ×UfN×0.7，因此，可控硅跨接器的觸發電壓（即正向過電壓保護動作值）可選為1400V。

4.3 滅磁開關的選擇

4.3.1 選型

采用ABB公司生產的E1B/E MS-800A/1000V型滅磁開關。

4.3.2 額定電壓的核算

磁場斷路器額定電壓應大于磁場斷路器長期工作電壓的最大值，按2倍額定勵磁電壓考慮：UN≧2UfN=2×160V=320V。實選額定工作電壓為1000V。

4.3.3 額定電流的核算

磁場斷路器的額定電流應不小于發電機最大容量時勵磁電流的1.2倍。 IN≧K×IfN=1.2×490=588A。實選額定電流為800A，滿足要求。

4.3.4 分斷能力的核算

最嚴重工況是當發電機發生轉子滑環側短路故障時所產生的磁場繞組短路電流：Iqf（0.5s）=100I2n/（0.816Xipd）=100×568.3/（0.816×4.16）=16.7kA

其中I2n為勵磁變額定二次電流，Xipd為勵磁變壓器短路阻抗值。

實選最大分斷電流為42kA，滿足要求。

5USC Debug調試軟件的應用

USC Debug是廣州擎天為方便調試和維護EXC9100型勵磁調節器而開發的一款調試軟件。軟件具有完善的示波功能、參數操作功能、命令操作功能、故障錄波功能、事件記錄功能。

軟件與調節器通訊需使用串口線。實現正常通訊還需按以下步驟配置軟件，第一步點擊“系統”選擇“設備選擇”內的調節器編號；第二步點擊“系統”選擇“通訊配置”并將“Serial Port”修改為使用中的PC端口，“Baudrate”默認為波特率115200；第三步點擊“系統”選擇“連接”即可實現PC與AVR的實時通訊。（“接口選擇”默認為RS232，“工程設置”默認為Setup.prj）

在軟件的“參數”列表中點擊“上載”可將AVR中保存的控制參數上傳至PC端，如果調試人員在PC端對參數進行了修改，就需在“參數”列表中點擊“下載”將PC端修改后的參數下載到AVR中，但在修改參數前必須取消“參數鎖定”，必要時可使用“參數比較”功能與原保存的參數進行比較。在“參數”列表中有一欄“Model”列表，該列表下是對AVR非常重要的三個數學模型：AVR控制模型、PSS模型、低勵限制模型，有需要時可在該模型下直接查看或修改參數。

USC Debug同時有非常強大的錄波功能，不僅可以實現對試驗波形的實時錄制，還能在必要時打開保存的錄波文件查看，并且可以隨時暫停波形滾動，以便于分析試驗波形和數據。在錄波畫面下可以同時顯示6個錄波通道的波形，并且這6個通道可在軟件右側參數列表中，根據實際需求修改顯示的參數。在波形分析當中需要對比兩個時間點的數據時，可以使用鼠標左鍵和右鍵分別點擊顯示界面，會出現一黃一紅兩根豎線，兩根豎線對應的數據即為兩個不同時間點的數據，使用該功能前需先在軟件底部的6個通道中點擊需要查看的參數。

6結束語

EXC9100型勵磁系統在傳統功能上實現了功能軟件化、系統數字化、檢測智能化。勵磁系統的各個部分均能實現智能檢測、智能顯示、智能控制和信息智能傳輸。進一步提高了勵磁裝置的可靠性。

參考文獻

[1] 張東木，EXC9100勵磁系統在貢川水電站的應用.

[2] EXC9100靜態勵磁系統說明書，廣州擎天實業有限公司.