勵磁系統均流在線監測裝置設計

楊曉成，王 歌，平措頓旦

（華能西藏雅魯藏布江水電開發投資有限公司，西藏 山南 856000）

0 引言

隨著電站投產運行年限增加，由于勵磁系統可控硅設備老化或大電流接線銅牌螺栓松動等原因[1]，勵磁系統整流柜的均流系數逐漸下降。為及時發現設備隱患缺陷，一般電站的均流系數由運行維護人工定期巡檢查表計讀數后計算得出，該方式存在一定的疏忽風險，且需要耗費大量的人力物力對數據進行整理記錄分析。另外還考慮到現有電站勵磁的實際運行情況，提出了一種原理簡單且適合已投運電站技術升級改造的均流在線監測裝置。

1 勵磁系統均流概述

1.1 基本概念

在發電系統中，勵磁作為發電機的重要組成，主要功能是精確快速地調節同步發電機的機端電壓和無功功率。一般由功率單元（整流）和勵磁調節器兩個主要部分組成。在自并勵勵磁系統中，勵磁功率單元將勵磁變壓器的交流電轉變為直流電后向同步發電機轉子提供勵磁電流；而勵磁調節器則根據輸入信號和給定的調節準則來控制勵磁功率單元的輸出，從而達到機端電壓與無功功率可控的目的。

為確保發電機的運行可靠性，勵磁功率單元并聯運行的整流支路數一般按N-1的冗余模式配置[2]，即當一個功率柜由于故障原因突然退出運行時，剩下的功率柜依然能夠滿足勵磁系統的運行要求，從而避免出現瞬間失磁跳機的風險。在多個整流柜并聯運行的情況下，為保證每個可控硅承擔的負荷基本一致，避免某些可控硅長期過負荷運行，同時也是提前發現的隱患缺陷的需要，一般勵磁系統每組整流柜配備有輸出直流電流測量顯示的裝置，作為設備運行監視之用。

1.2 均流系數要求

根據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》 中4.2.11要求：在發電機額定勵磁電流情況下，均流系數不應低于0.85。

1.3 研究現狀

目前一般的發電機勵磁系統在每個可控硅整流柜內設計有相應整流柜直流輸出電流表計，但很少有對所有整流柜進行數據整合及自動分析[3，4]。由于電站實際應用中直流電流測量較為普遍地采用2種方式：1是通過霍爾傳感器測量[5]，2是將直流電流轉換為直流電壓進行二次測量。考慮到柜內空間與成本問題，勵磁整流柜內多采用在直流回路中串聯一個阻值很小的電阻再測量電壓來實現較大直流電流的測量。

規程一般要求均流系數在機組接近額定工況下測量（機組在低負荷情況下測量計算不準確），而國內有部分均流在線監測產品設計思路中，忽略了對機組發電工況的判斷，容易造成均流系數測量不準確的情況。

2 裝置設計原理

2.1 裝置總體設計方案

該裝置由5個模塊組成：電源模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、數據顯示及操作模塊、通信模塊。通過接入直流電流數據，實現自動計算勵磁均流系數、現地顯示、遠程數據上送、定值參數設置、歷史數據查詢等功能。裝置總體結構示意圖如圖1所示。

圖1 裝置總體結構示意圖

2.2 電源模塊

該部分功能是為其它模塊供電，為應對不同現場電源環境，輸入電源應在AC220 V與DC220 V均可使用，輸出電壓一般為5 V與3.3 V。

2.3 數據采集模塊

將從每個可控硅整流柜引入的直流輸出電流模擬量信號通過A/D轉換為數字量信號，再把每個數字量信號“打上標簽”后傳輸給數據處理模塊，以便數據處理模塊能夠有效識別故障的可控硅并聯支路。較傳統的表計讀數方式，很大程度上降低了視值讀數誤差。

2.4 數據處理模塊

使用勵磁電流來判斷的優缺點：利用已接入的電流信號，不需要再引入發電機電壓電流等信號計算功率，簡化了裝置接線，降低了安裝成本，方便已投運電站在現有設備上對均流監測設備的升級改造。由于還要考慮機組無功功率，單靠勵磁電流不能完全判斷機組有功功率，但在電力負荷沒有較大變化下，現場人員可以根據機組長期運行有功無功負荷及勵磁電流曲線，識別三者之間關系，自由設置相關定值。

由于正常運行中機組負荷波動，可在裝置程序內設置測量開始系數K1=0.9，即實時勵磁電流高于0.9Ie時開始數據測量。同時為了避免負荷剛好在90%左右波動造成裝置誤測，還需設置裝置在測量退出系數K2=0.8，即機組勵磁電流低于0.8Ie時退出數據測量。

為提前發現勵磁設備故障，可在數據處理模塊內可設置若干級報警：均流系數降至0.9，均流系數偏低預警動作；均流系數降至0.85，均流系數告警動作。

圖2 數據模塊設計邏輯

2.5 數據顯示模塊

將均流系數通過數碼管或液晶顯示屏的方式在現地在線監測裝置上顯示，同時可在該模塊上實現相關數據的設置與歷史告警查詢等功能。

2.6 通信模塊

設置多組開關量節點作為均流預警、告警信號輸出，另有485通信或4～20mA電流信號將實時的均流系數上送至監控，滿足電站遠程監控需求。

3 結語

終上所述，本文通過對勵磁均流相關的知識的介紹，系統地分析了一種勵磁均流在線監測裝置的設計方案，較傳統的人為讀數方式有明顯的進步，在降低人為記錄錯誤風險的同時增加了對整流設備的長期高效監測及預警，同時通過遠程監控系統調取均流系數等歷史數據，可以輕松實現事故追憶及趨勢分析，該裝置將為勵磁主要設備長期安全穩定運行提供有力的保障，該裝置設計原理同樣適用于一般的整流回路均流監測。