洞巴水電站勵磁系統改造

摘要：以廣西省百色市田林縣洞巴水電站勵磁系統改造為例，詳細闡述了EXC9100勵磁系統的組成及功能特點，并對其進行了起勵試驗和階躍試驗，結果表明，該勵磁系統滿足發電機組各項性能要求，符合國家相關規范要求，為機組的安全穩定運行提供了保障。

關鍵詞：水電站;勵磁系統;EXC9100;改造

0 引言

洞巴水電站位于廣西省百色市田林縣那比鄉，水電站機組為混流式水輪發電機，電站總裝機容量為3×24 MW，該電站是百色地方電網的骨干電廠之一，承擔著部分調峰任務。

1 改造的必要性

洞巴水電站3臺機組從2007年起全部并網，至改造前已運行13年。機組勵磁系統經長期運行，設備老化，故障頻發，存在較多安全隱患，如：

（1）勵磁系統的抗干擾能力降低，調節柜觸摸屏失靈無法操作，多次誤發報警信號;（2）3#機組的2#勵磁功率柜可控硅被擊穿損壞，整流橋橋臂斷流，導致3#機組長期在單個勵磁功率柜狀態下運行;（3）勵磁調節柜響應遲鈍，無法正常起勵建立機端電壓，導致機組開機失敗。為保證機組穩定運行，提供可靠出力，故對原勵磁系統進行了改造。

2 勵磁系統改造情況介紹

2.1? ? 勵磁系統改造選型

將原EXC9000微機勵磁系統升級為EXC9100勵磁系統，其生產廠家依然是中國電器科學院廣州擎天實業有限公司，原有的控制邏輯無需改變，有效降低了改造難度，硬件、控制系統及應用程序改版升級，功能更強大，性能更優越，使機組的發電操作更加方便快捷。

EXC9100勵磁系統整體由1個勵磁調節柜、2個并列獨立運行的功率柜以及1個滅磁柜構成，這4個柜的內部通信數據采集和交換通過CAN總線實現。

2.2? ? 發電機勵磁系統主要參數

發電機勵磁系統主要參數如表1所示。

2.3? ? EXC9100勵磁系統主要組成及功能特點

2.3.1? ? 勵磁調節柜

勵磁調節柜由A、B、C 3組調節通道模塊及RS232串口、智能人機界面觸摸屏、通信模塊等組成。A、B、C 3組調節通道均屬于數字調節通道，其中A通道和B通道互為主備用，可以任意轉換;C通道則屬于A、B通道的后備備用保護通道，可通過轉換開關選擇自動或現地控制。A、B、C通道從測量采樣回路開始到脈沖輸出控制回路都是獨立完成的，所以當主通道出現故障后系統自動切換至備用通道時，機組運行狀態不受影響。一般情況下，A通道主用，B通道作為主備用，B通道和C通道能夠讀取A通道脈沖輸出量信息，以保證通道切換時能夠做到平滑穩定，不出現擾動，且機端電壓不出現大幅度波動。

EXC9100勵磁調節柜核心控制單元采用主流ARM+新型FPGA的嵌入式精簡系統，運算速度快，能夠實時處理大量數據。新型FPGA內的RAM儲存容量大，工作人員可自由定義其內部邏輯。智能人機界面可以讀取到機組及勵磁系統實時準確的參數，當勵磁系統內部出現問題時能夠利用通信模塊直接將報警信息上傳至上位機，以供運行人員快速處理。

EXC9100勵磁系統擁有兩種起勵建壓方式：殘壓起勵和零起升壓。運行人員可以在智能人機界面觸摸屏上完成起勵操作。

2.3.2? ? 勵磁功率柜

勵磁功率柜主要由整流橋及輔助設備（可控硅散熱器、過壓保護、快熔熔斷器、頂部軸流冷卻風機、智能檢測/控制回路）組成，雙柜并列獨立運行。功率柜的核心由ARM+CPLD控制芯片組成，具有智能均流控制功能，可以檢測整流橋每一個可控硅的狀態，監測柜內溫度、內部風速流動，識別快熔熔斷器狀態，同時能將柜內各種信號通過CAN總線傳遞到勵磁調節柜進行處理，有效地增加了信息傳輸量，極大地減少了柜體之間的電纜接線，提高了勵磁系統運行的穩定性和整體工藝水平。

功率柜的智能控制板具有智能均流功能，不需要其他輔助設施，就能將可控硅均流系數控制在95%以上。在機組開機過程中，若其中一個功率柜發生故障退出運行時，另一個功率柜的可控硅依然可以實現智能均流功能。

2.3.3? ? 滅磁柜

當發電機組正常停機時，勵磁調節柜可以自動逆變滅磁，滅磁柜內滅磁開關無需斷開;當出現事故停機時，將自動跳開滅磁開關，通過氧化鋅非線性滅磁電阻消耗發電機轉子磁場能量，確保轉子不會出現開路狀態，從而保證轉子絕緣不受破壞，避免轉子燒毀。

滅磁柜的智能控制核心采用ARM芯片，通過該芯片實現了柜內操作、控制、元件狀態監控、通信等一系列的智能化操作。滅磁柜元件狀態以及故障信號，通過CAN總線傳送到調節柜進行處理。

3 現場試驗

在完成EXC9100勵磁系統安裝固定以及接線檢查正確后，對其開展了現場試驗。本次試驗包括起勵、階躍、零起升壓、開環、空載閉環、負載閉環、V/F限制特性等試驗內容，試驗均符合有關要求。部分試驗情況如下：

3.1? ? 起勵試驗

本次試驗利用調試軟件直接向SD200微機綜合自動測控裝置發出開機令，勵磁系統接到開機令后，勵磁調節器自動正常起勵建壓，首先將電壓調節到額定值10 500 V的30%，然后調節器按一定的速率逐漸將機端電壓增加到額定值，并將機端電壓震蕩幅度控制在±5%以內。額定值和起勵建壓速度，可通過專用調試軟件修改，一般設置5～10 s，使機端電壓達到額定值。該過程稱之為軟起勵，這種設定能有效限制機組起勵建壓時出現較大的超調量。

3.2? ? 階躍試驗

通過階躍試驗數據可以準確判斷勵磁系統的動態指標是否符合行業要求。EXC9100勵磁系統擁有5%和10%的階躍響應功能，可通過調試軟件進行選擇，兩者都能夠先上躍然后下躍，階躍前機端電壓調至額定值的90%，勵磁系統階躍試驗記錄如表2所示。

由表2可以看出：階躍響應調節時間小于2 s，超調量不超過10%，震蕩次數均為1次，滿足《同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求》（GB/T 7409.3—1997）標準關于發電機階躍響應的相關規定要求。

4 結語

本文對洞巴水電站改造后使用的EXC9100勵磁系統的主要特點及現場調試情況進行了分析，結果表明，該型號勵磁系統能夠滿足本電站發電機組的各項性能要求，符合國家相關規范要求，目前該系統運行良好，為確保機組穩定運行奠定了基礎。

[參考文獻]

[1] 郭洪娜，余長軍.EXC9100型勵磁調節器在三機勵磁系統中的應用[J].自動化應用，2016（9）：33-35.

[2] 徐金勇.EXC9100型水電站全數字式微機勵磁系統調試條件[J].水電站機電技術，2016（5）：13-14.

收稿日期：2020-02-22

作者簡介：甘東林（1992—），男，廣西貴港人，助理工程師，從事水電站自動化設備調試維護工作。