燈泡貫流式水輪發電機組勵磁系統改造

【摘 要】蓬辣灘水電公司機組勵磁系統為靜止式可控硅整流自并勵勵磁系統，勵磁系統設備主要包括：勵磁變壓器、滅磁開關、轉子過電壓保護裝置、自動勵磁調節器（AVR）、功率整流柜、勵磁專用電流電壓互感器等。現機組4臺勵磁調節器已于2011年相繼更換成國電南瑞生產的NES5100勵磁調節器，而勵磁功率柜、滅磁開關柜現已使用12年，部分元件已出現老化。

【關鍵詞】勵磁變壓器；滅磁開關；自動勵磁調節器（AVR）；功率整流柜

前言

勵磁系統的作用：維持發電機端電壓在給定值，當發電機負荷發生變化時，通過調節勵磁電流的大小來恒定機端電壓；合理分配并列運行機組之間的無功分配；提高電力系統的穩定性，包括靜態穩定性和暫態穩定性及動態穩定性。功率柜內的可控硅和滅磁開關及其輔助設備運行的穩定性及可靠性，直接關系著水輪發電機組運行的穩定性和安全性。

一、改造原因

首先電子元件老化。電子元件的使用壽命通常在9到10年，現用勵磁功率柜、滅磁開關柜已投運12年，各元器件均有不同程度的老化，為保證電站的安全穩定運行及反措、技術監督、《水力發電廠安全性評價標準》等要求，擬對勵磁功率柜、滅磁開關柜進行更新改造；滅磁開關多次出現不能合閘現象，現已更換兩臺滅磁開關，其它仍存有隱患；安評檢查要求：勵磁風機要加裝風量開關；根據設計復核要求：原使用起勵電纜為6㎡銅芯電纜，根據復核計算，最少應使用20㎡銅芯電纜。

二、改造內容

本次改造不涉及勵磁調節器，僅對4臺機組勵磁功率柜和滅磁開關柜進行整體改造更換，并完成與現用勵磁調節柜的對接。更換初勵電源電纜，型號為：ZR-VV-2×25mm2，長度約：250m。滅磁開關仍采用原型號ABB隔離開關。廠家應提供齊全的設計與計算資料、大修時的檢查方法與標準。

三、勵磁功率柜技術指標和要求

功率柜應采用雙橋整流裝置，并滿足單橋狀態下全負荷長時間運行。整流裝置采用三相橋式全控整流電路，滿足在1.1倍額定勵磁電流下2倍強勵要求，并留有足夠的容量裕度，裝置運行效率高、發熱量小、特性穩定。可控硅整流元件應采用原裝知名進口元件，可控硅整流元件應經過嚴格的地老化篩選。在額定負載運行溫度下，硅晶閘管整流橋應能承受反向峰值電壓不小于2.75倍勵磁電源變壓器二次側最大峰值電壓。每個硅晶閘管整流器的整流臂設置一個限流熔斷器，快速熔斷器采用優質元件。在整流裝置的交、直流側均應設置相應的過流、過壓保護，并相互配合協調。每個硅晶閘管元件均應并聯RC回路，以抑制硅晶閘管換相過電壓。功率柜采用強迫風冷，風機宜采用進口、低噪聲、免維護的渦輪式風機，其使用壽命要求大于47000小時。在柜旁1米處感受到的噪音水平不超過過70dBA，風機應能長期無故障運行。根據安評要求，加裝風量開關，提供風機所需的一切控制、監視風速、溫度等的裝置（包括控制開關、接觸器、起動設備、熱繼電器保護、自動切換及信號設備等），并且采用優質元器件。功率柜在風機停止運行或風量不足的情況下，應能保證發電機處于額定工況連續運行不少于60 min，并應設置相應的風機工況信號及風機電源消失保護。勵磁系統的功率整流器應具有切除脈沖控制功能及風機停風、快速熔斷器熔斷、脈沖故障檢測等報警功能。為便于設備檢修，功率柜必須在交流側設置具有足夠承受負載能力的帶明顯斷口的隔離開關，隔離開關的導電部位應做好絕緣防護。

四、起勵裝置技術要求

發電機起勵采用殘壓起勵和直流起勵兩種方式。賣方應提供直流起勵的成套設備，包括接觸器，控制、保護和報警回路，并負責配線，起勵接觸器選用進口優質元件。起勵方式應該有殘壓起勵和直流電源起勵兩種。當停機時間不長，發電機有足夠的剩余勵磁時，應能成功地進行殘壓起勵。直流起勵電源取自220 V直流饋電屏，起勵電流應不大于空載勵磁電流的20%，起勵時間小于5S。應設有起勵后自動退出和起勵不成功的控制、信號、保護、閉鎖回路。

五、滅磁裝置與過電壓保護技術指標和要求

勵磁系統設逆變滅磁和自動滅磁裝置滅磁兩種方式，機組正常停機一般采用逆變滅磁，事故停機采用自動滅磁裝置滅磁。在任何需要滅磁的情況下（包括發電機空載強勵）都應保證可靠快速滅磁。滅磁開關仍采用現用型號的ABB隔離開關。滅磁開關和非線性電阻，還應符合下列要求：最小斷流能力不大于額定勵磁電流的6%；最大斷流能力不小于額定勵磁電流的300%。廠家應提供根據電站提出的發電機基本設計參數和本規范3.2條款的運行方式下本工程機組滅磁開關的最大開斷電流和最大開斷電壓的選擇計算書。磁場滅磁電阻采用氧化鋅非線性電阻。其容量確保在最嚴重滅磁工況下，承受的耗能容量不超過其工作能容量的80%。同時，當20%的電阻組件退出運行時，仍能滿足最嚴重滅磁工況下的要求。廠家應提交熔斷器、滅磁電抗耗能容量計算書，以及非線性電阻（閥片）的主要技術參數供我方審核。磁場滅磁及轉子過電壓時，滅磁電阻將自動接入。轉子回路過電壓保護電阻采用氧化鋅或碳化硅非線性電阻，在發生過電壓時能自動投入，以限制機組異常工況下轉子過電壓不得超過磁場繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的70%。在機組正常運行工況下，非線性電阻的漏電電流應小于1mA，并確保無過熱現象。轉子回路過電壓應有動作次數計數裝置。為防止換相尖峰電壓引起勵磁裝置故障，應裝設尖峰電壓吸收器。滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓一般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%。滅磁開關和滅磁電阻等組裝在勵磁裝置的整流滅磁柜中，柜內裝設監視非線性電阻各并聯支路閥片有無故障和過電壓動作的指示裝置。非線性電阻元件使用壽命應大于 10 年。滅磁開關柜面板上設有滅磁開關分合閘按鈕和分合閘位置指示燈，且按鈕應增加保護罩。

六、改造后的效果

四臺機組的勵磁功率柜經過改造之后，勵磁系統運行穩定，勵磁電流波動減小，滅磁開關動作可靠。

參考文獻：

[1]《南京南瑞勵磁系統NES5100說明書》

[2]《大埔縣梅江蓬辣灘水電站勵磁系統運行規程》

[3]《水電廠發電機勵磁系統設計》梁建行 著

作者簡介：

潘麗珍，女，江西贛州人，1987年出生，大專學歷，助理工程師，就職于國家電投集團江西水電檢修安裝工程有限公司，研究方向：水電廠勵磁系統

（作者單位：國家電投集團江西水電檢修安裝工程有限公司）