自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)在神火電廠的運(yùn)用

1、自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)在神火電廠的運(yùn)用    摘要：通過介紹南瑞公司SAVR-2000勵(lì)磁系統(tǒng)在135MW機(jī)組的運(yùn)用，對汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、選型、調(diào)試、運(yùn)行中需要注意的問題進(jìn)行了一些具體分析，并提出了一些意見和看法，供同行參考和指正。 關(guān)鍵詞：自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，SAVR-2000，運(yùn)用 前言 在發(fā)電機(jī)的各種勵(lì)磁方式中，自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)在性能上具有高勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度，高起始響應(yīng)性能，高可靠性，接線簡單，滅磁效果好，能提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性能等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。其勵(lì)磁方式取消了旋轉(zhuǎn)部件，可靠性優(yōu)于交流勵(lì)磁機(jī)，大大減少了事故隱患；采用冗余設(shè)計(jì)，故

2、障元件可在線進(jìn)行更換，能有效地減少停機(jī)次數(shù)，對運(yùn)行、維護(hù)的要求也相對較低；它與三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比，取消了主、副勵(lì)磁機(jī)，縮短了軸系長度，減少了大軸聯(lián)接環(huán)節(jié)，因而提高了軸系穩(wěn)定性，降低了廠房造價(jià)，減少了機(jī)組投資；其勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)變壓器，接線方式簡單，可靠性高；其控制系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。因此隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大型汽輪發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式已成為一種趨勢。 河南神火集團(tuán)發(fā)電有限公司兩臺(tái)135MW發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)選用南瑞公司生產(chǎn)的SAVR-2000自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)、機(jī)端勵(lì)磁變壓器（勵(lì)磁變），可控硅整流器、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）、滅磁和過電壓保護(hù)裝置、啟

3、勵(lì)裝置及一些必要的監(jiān)測、保護(hù)、報(bào)警輔助裝置組成。本文將結(jié)合SAVR-2000自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)在神火電廠的運(yùn)用，對大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型和調(diào)試中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行具體分析，并提出了一些意見和看法，供同行參考和指正。 1、神火電廠SAVR-2000勵(lì)磁系統(tǒng)概況 SAVR-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是以經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論與數(shù)字信號(hào)處理器DSP技術(shù)相結(jié)合的第二代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器.它繼承了第一代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的全部調(diào)節(jié)、控制及限制保護(hù)功能，同時(shí)在計(jì)算速度、搞電磁干擾、可靠性等方面者都有了極大的進(jìn)步，是現(xiàn)代大、中型同步發(fā)電機(jī)組較為理想的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。SAVR-2000適用于各種方式的可

4、控硅勵(lì)磁，是一種通用性極強(qiáng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。作為更新?lián)Q代產(chǎn)品已被我國勵(lì)磁行業(yè)的專家認(rèn)可。SAVR-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器擁有32位總線的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）作為控制的核心，采用積木式雙通道或多通道冗余結(jié)構(gòu)，并配備大屏幕液晶顯示器，具有可靠性高、操作簡單、維護(hù)方便、使用靈活等特點(diǎn)。 根據(jù)附圖所示的SAVR-2000勵(lì)磁系統(tǒng)的框圖，整個(gè)系統(tǒng)可分為四個(gè)主要部分： l 勵(lì)磁變壓器：勵(lì)磁變壓器采用三相干式變，容量1600KVA，接線組別Y/d5，滿載二次線電壓為292V，一次電壓15.75kV。發(fā)電機(jī)滿載額定電流1807A； l 兩套相互獨(dú)立的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器冗余設(shè)計(jì)，

5、每個(gè)調(diào)節(jié)器包含一個(gè)自動(dòng)通道、一個(gè)手動(dòng)通道和一個(gè)EGC緊急手動(dòng)通道； l 可控硅整流器單元：可控硅整流裝置整流方式為三相全控橋，具有逆變能力，整流柜數(shù)量2個(gè) l 起勵(lì)單元和滅磁單元：勵(lì)磁系統(tǒng)采用三相380V交流電源整流起勵(lì)（目前已變更為直流直接起勵(lì)），當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓上升到規(guī)定值時(shí)，起勵(lì)回路自動(dòng)退出。正常情況下，可控硅逆變后滅勵(lì)或跳滅磁開關(guān)；故障情況下，跳開直流滅磁開關(guān)并接通跨接器使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接入非線性電阻進(jìn)行滅磁，滅磁系統(tǒng)設(shè)有過電壓保護(hù)。 2、系統(tǒng)接線方式： 接于發(fā)電機(jī)出口母線（如圖一）是典型的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)接線方式。     &

6、#160;                               3、勵(lì)磁變壓器： 正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)過勵(lì)磁變壓器供電，同步發(fā)電機(jī)的磁場電流經(jīng)由勵(lì)磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流橋供給。勵(lì)磁變壓器將發(fā)電機(jī)端電壓降低到可控硅整流橋所需的輸入電壓，在電氣上將發(fā)電機(jī)電壓與發(fā)電機(jī)磁場繞組之間

7、隔離，并為可控硅整流器提供整流阻抗，限制交流側(cè)和直流側(cè)的短路電流水平，此外勵(lì)磁變還應(yīng)該匹配電源電壓，使其滿足強(qiáng)勵(lì)要求。 因此，勵(lì)磁變壓器的二次側(cè)電壓的設(shè)計(jì)要求是：整流器的最大輸出電壓必須與直流頂值電壓相匹配；勵(lì)磁變壓器按短路電抗為46%(典型值為5%)來設(shè)計(jì)，這一電抗值應(yīng)足以限制短路電流和/可控硅整流橋換相期間的電流上升率di/dt。 神火電廠勵(lì)磁變壓器的選擇和計(jì)算考慮了以下幾個(gè)方面： 1)為改善可控硅整流橋電壓波形，考慮鐵芯磁通的均勻分布，變壓器采用星形-三角形(Y/)接線，一次電壓與發(fā)電機(jī)端電壓相同，二次電壓由勵(lì)磁系統(tǒng)的正向頂值電壓所決定，額定容量取決于勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)提供的直流功率值，同時(shí)應(yīng)考

8、慮到在一次電壓為80%額定電壓值時(shí)仍能保證所需的頂值電壓值，提高系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力。 2)由于勵(lì)磁變壓器的繞組間存在寄生電容，勵(lì)磁變壓器的電源投入或切除以及大氣過電壓均會(huì)在變壓器中產(chǎn)生過電壓，所以必須采取相應(yīng)措施來限制操作過電壓，目前的解決措施在一、二次繞組間加隔離屏蔽繞組(C形不閉口的線圈)，使大部分的操作過電壓通過屏蔽繞組流入大地。 此外還需要考慮變壓器的阻抗電壓、過載能力、保護(hù)配置、絕緣問題等等。 4、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的核心是控制板COB。所有的調(diào)節(jié)、控制以及脈沖形成等功能均由COB實(shí)現(xiàn)。帶數(shù)字信號(hào)處理器DSP的測量單元板MUB用于實(shí)際值的快速測量。這兩塊板疊裝在同一個(gè)金屬箱內(nèi)，形成一

9、個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)通道。箱內(nèi)還安裝了一塊結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的擴(kuò)展門極控制板EGC作備用通道，用于勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)。并配置了一套完全冗余的系統(tǒng)。每個(gè)通道可以控制一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的整流橋，輸出勵(lì)磁電流高達(dá)10000A。 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的主要目的是精確地控制和調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的端電壓和無功功率。這就要求勵(lì)磁電壓對運(yùn)行工況的變化作出快速反應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間僅為幾個(gè)毫秒。因此，AVR是一個(gè)快速控制器，它不斷地計(jì)算給定值與反饋值的偏差，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成調(diào)節(jié)運(yùn)算，控制可控硅整流橋的觸發(fā)角度。SAVR-2000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)周期相當(dāng)短，相對于模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其延遲可忽略不計(jì)。調(diào)節(jié)運(yùn)算完全由軟件實(shí)現(xiàn)。 5、滅磁 神火電廠

10、滅磁解決方案是快速直流滅磁。在整流橋出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況下，它能可靠地將整流橋與電源斷開，防止事故擴(kuò)大。 滅磁過程由來自發(fā)電機(jī)保護(hù)的或內(nèi)部的勵(lì)磁保護(hù)跳閘命令啟動(dòng)，采用逆變滅磁，將轉(zhuǎn)子電流導(dǎo)入滅磁電阻。滅磁電阻的額定值與磁場斷路器的弧壓和勵(lì)磁繞組允許的最大電壓相匹配。其能容選擇則以能夠吸收故障條件下勵(lì)磁繞組中因感應(yīng)電流而存儲(chǔ)的最大滅磁能量為準(zhǔn)，典型的故障條件是機(jī)端三相短路和空載誤強(qiáng)勵(lì)。 6、起勵(lì) 一般情況下，SAVR-2000可實(shí)現(xiàn)殘壓起勵(lì)。電子控制回路能夠正常工作所需的整流橋輸入電壓約為10V20V。如果電壓低于該值，首先使用殘壓起勵(lì)，連續(xù)觸發(fā)可控硅整流橋，以二極管整流橋模式將電壓升至該范圍。如

11、果因長期停機(jī)等原因造成在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)無法用殘壓建立起正常工作所需的10V20V電壓，則啟用備用起勵(lì)回路，用它勵(lì)方式建立這一電壓。當(dāng)機(jī)端電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電壓的10%時(shí)，整流橋已能接管勵(lì)磁控制，起勵(lì)自動(dòng)退出，軟起勵(lì)過程開始并將發(fā)電機(jī)電壓升到預(yù)定水平。整個(gè)起勵(lì)過程的控制和監(jiān)測都是由AVR軟件實(shí)現(xiàn)的。備用起勵(lì)回路需要的電流很小，這使得直流起勵(lì)在大容量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。進(jìn)一步講，由于起勵(lì)電阻的阻值可以很高，起勵(lì)時(shí)的勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)（L/R）也隨之大為減小。 7、目前勵(lì)磁系統(tǒng)存在的問題： 7.1、勵(lì)磁變的出口問題： A、 發(fā)變組保護(hù)和勵(lì)磁變保護(hù)對勵(lì)磁系統(tǒng)的出口均只動(dòng)作于跳滅磁開關(guān)，靠

12、轉(zhuǎn)子過電壓回路電流判斷啟動(dòng)逆變滅磁，影響了滅磁開關(guān)壽命，建議引發(fā)變組保護(hù)和勵(lì)磁變保護(hù)出口接點(diǎn)直接作用于逆變滅磁，確保任何情況下，滅磁開關(guān)均只切除剩磁。 B、 目前只有在遠(yuǎn)方控制時(shí)汽機(jī)轉(zhuǎn)速低于90%（2700轉(zhuǎn)）時(shí)閉鎖勵(lì)磁開關(guān)合閘脈沖，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)在就地控制時(shí)，沒有閉鎖功能，建議加裝，使其在遠(yuǎn)方/就地都有此功能。 C、 斷路器跳閘線圈1跳合閘電壓過低13V，不符合斷路器低電壓3065的部頒標(biāo)準(zhǔn)，且萬一控制回路發(fā)生直流一點(diǎn)接地，因電壓低問題極有可能造成開關(guān)偷跳。建議在開關(guān)線圈后加裝回路電阻，以免此種情形的出現(xiàn)。 7.2、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)問題： 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)目前由發(fā)變組保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)

13、子電壓A601、A602分別接自直流母排，再上保護(hù)柜端子排，N線直接引自發(fā)電機(jī)大軸，這種方式給機(jī)組帶來了一定的隱患：轉(zhuǎn)子電壓A601、A602分別接自直流母排，直流母排與轉(zhuǎn)子直接相連，其絕緣耐壓不符合現(xiàn)行部頒標(biāo)準(zhǔn)。按國標(biāo)GB-7409-87的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)Ufn500V時(shí)，Us=10Ufn，Us1500V；Ufn500V時(shí)，Us=2Ufn4000V，我廠勵(lì)磁額定電壓為407V，則其暫態(tài)過電壓大于4070V，即過電壓保護(hù)電纜的絕緣耐壓水平應(yīng)大于此數(shù)值，但實(shí)際上從勵(lì)磁小間引入勵(lì)磁保護(hù)屏的電纜僅能耐壓600800V，如發(fā)生轉(zhuǎn)子過電壓，其電纜耐壓水平是不能滿足要求的。且電纜直接接在轉(zhuǎn)子正負(fù)極上，相當(dāng)于延長了

14、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子延伸到了發(fā)變組保護(hù)屏，增加了轉(zhuǎn)子接地的概率。如果此電纜接地或絕緣降低，就相當(dāng)于轉(zhuǎn)子接地和絕緣降低。其實(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的轉(zhuǎn)子過電壓和接地保護(hù)已能滿足運(yùn)行的要求，將勵(lì)磁電壓601外引，其實(shí)并不合適，廠家也不贊成。因此建議采用勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜中的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)（現(xiàn)已完成改造）。 7.3、勵(lì)磁保護(hù)的配合問題： A、自并勵(lì)機(jī)組和常規(guī)勵(lì)磁機(jī)組相比，在機(jī)端或靠近機(jī)端部位出現(xiàn)短路故障時(shí)，特別是機(jī)端出現(xiàn)三相短路時(shí)，短路電流的變化差別特別大。常規(guī)勵(lì)磁方式下，短路電流在經(jīng)一段時(shí)間會(huì)達(dá)到穩(wěn)定短路電流；而對于自并勵(lì)方式，當(dāng)短路點(diǎn)距機(jī)端的電抗小于臨界外接電抗時(shí)，短路電流會(huì)很快衰減至零，這時(shí)必須按后備保護(hù)的動(dòng)作電

15、流或動(dòng)作阻抗以及動(dòng)作延時(shí)來校驗(yàn)自并勵(lì)發(fā)電機(jī)故障點(diǎn)經(jīng)附加電抗后發(fā)生的三相短路。一旦證實(shí)通常的電流、電壓和阻抗型后備保護(hù)對自并勵(lì)發(fā)電機(jī)不滿足技術(shù)要求，則改用低電壓保持的過電流保護(hù)，或帶電流記憶的低壓過流保護(hù)，以保證自并勵(lì)發(fā)電機(jī)外部短路電流衰減時(shí)，后備保護(hù)仍有足夠的動(dòng)作靈敏度。 B、勵(lì)磁系統(tǒng)本身配置了完善的過負(fù)荷保護(hù)、V/F保護(hù)、最大轉(zhuǎn)子過電流保護(hù)等，其動(dòng)作后果均動(dòng)作于全停，而發(fā)變組保護(hù)也配備了相關(guān)保護(hù)，如果兩者保護(hù)定值存在配合問題，存在勵(lì)磁誤動(dòng)的極大可能性，對發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。因此神火電廠勵(lì)磁系統(tǒng)采取只負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)和限制，保護(hù)任務(wù)全部由發(fā)變組保護(hù)來承擔(dān)。其主要原因是發(fā)電機(jī)出口短路故障后，需要?jiǎng)?lì)磁提供強(qiáng)勵(lì)短路電流，保證發(fā)電機(jī)保護(hù)迅速動(dòng)作切除故障。如果此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)先滅磁，將影響保護(hù)動(dòng)作的靈敏性和可靠性。如果想更好地發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)的作用，可以適當(dāng)提高勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)定值，使其高于發(fā)變組保護(hù)的定值，即確保出現(xiàn)故障后，勵(lì)磁系統(tǒng)先限制，跳閘則由發(fā)變組保護(hù)來完成。采取這樣對策時(shí)應(yīng)注意，AVR中限制和保護(hù)的定值間隔要放大，確保勵(lì)磁系統(tǒng)的限制定值低于發(fā)變組保護(hù)定值，發(fā)揮限制作