自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)在神火電廠的運用

1、自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)在神火電廠的運用    摘要：通過介紹南瑞公司SAVR-2000勵磁系統(tǒng)在135MW機組的運用，對汽輪發(fā)電機自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)在設(shè)計、選型、調(diào)試、運行中需要注意的問題進行了一些具體分析，并提出了一些意見和看法，供同行參考和指正。 關(guān)鍵詞：自并勵勵磁系統(tǒng)，SAVR-2000，運用 前言 在發(fā)電機的各種勵磁方式中，自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)在性能上具有高勵磁電壓響應(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)點而得到了廣泛的應(yīng)用。其勵磁方式取消了旋轉(zhuǎn)部件，可靠性優(yōu)于交流勵磁機，大大減少了事故隱患；采用冗余設(shè)計，故

2、障元件可在線進行更換，能有效地減少停機次數(shù)，對運行、維護的要求也相對較低；它與三機勵磁系統(tǒng)相比，取消了主、副勵磁機，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，減少了機組投資；其勵磁電源取自發(fā)電機機端并聯(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)電機采用自并勵勵磁方式已成為一種趨勢。 河南神火集團發(fā)電有限公司兩臺135MW發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)選用南瑞公司生產(chǎn)的SAVR-2000自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，整個系統(tǒng)包括發(fā)電機、機端勵磁變壓器（勵磁變），可控硅整流器、自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）、滅磁和過電壓保護裝置、啟

3、勵裝置及一些必要的監(jiān)測、保護、報警輔助裝置組成。本文將結(jié)合SAVR-2000自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)在神火電廠的運用，對大型汽輪發(fā)電機自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的設(shè)計、選型和調(diào)試中出現(xiàn)的一些問題進行具體分析，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勵磁系統(tǒng)概況 SAVR-2000發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器是以經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論與數(shù)字信號處理器DSP技術(shù)相結(jié)合的第二代微機勵磁調(diào)節(jié)器.它繼承了第一代微機勵磁調(diào)節(jié)器的全部調(diào)節(jié)、控制及限制保護功能，同時在計算速度、搞電磁干擾、可靠性等方面者都有了極大的進步，是現(xiàn)代大、中型同步發(fā)電機組較為理想的勵磁調(diào)節(jié)裝置。SAVR-2000適用于各種方式的可

4、控硅勵磁，是一種通用性極強的勵磁調(diào)節(jié)裝置。作為更新?lián)Q代產(chǎn)品已被我國勵磁行業(yè)的專家認可。SAVR-2000發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器擁有32位總線的DSP（數(shù)字信號處理器）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、維護方便、使用靈活等特點。 根據(jù)附圖所示的SAVR-2000勵磁系統(tǒng)的框圖，整個系統(tǒng)可分為四個主要部分： l 勵磁變壓器：勵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)電機滿載額定電流1807A； l 兩套相互獨立的勵磁調(diào)節(jié)器：自動電壓調(diào)節(jié)器冗余設(shè)計，

5、每個調(diào)節(jié)器包含一個自動通道、一個手動通道和一個EGC緊急手動通道； 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 l 起勵單元和滅磁單元：勵磁系統(tǒng)采用三相380V交流電源整流起勵（目前已變更為直流直接起勵），當(dāng)發(fā)電機電壓上升到規(guī)定值時，起勵回路自動退出。正常情況下，可控硅逆變后滅勵或跳滅磁開關(guān)；故障情況下，跳開直流滅磁開關(guān)并接通跨接器使發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組接入非線性電阻進行滅磁，滅磁系統(tǒng)設(shè)有過電壓保護。 2、系統(tǒng)接線方式： 接于發(fā)電機出口母線（如圖一）是典型的自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)接線方式。     &

6、#160;                               3、勵磁變壓器： 正常運行時，勵磁系統(tǒng)由發(fā)電機機端電壓經(jīng)過勵磁變壓器供電，同步發(fā)電機的磁場電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流橋供給。勵磁變壓器將發(fā)電機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)電機電壓與發(fā)電機磁場繞組之間

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，此外勵磁變還應(yīng)該匹配電源電壓，使其滿足強勵要求。 因此，勵磁變壓器的二次側(cè)電壓的設(shè)計要求是：整流器的最大輸出電壓必須與直流頂值電壓相匹配；勵磁變壓器按短路電抗為46%(典型值為5%)來設(shè)計，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。 神火電廠勵磁變壓器的選擇和計算考慮了以下幾個方面： 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)電機端電壓相同，二次電壓由勵磁系統(tǒng)的正向頂值電壓所決定，額定容量取決于勵磁系統(tǒng)應(yīng)提供的直流功率值，同時應(yīng)考

8、慮到在一次電壓為80%額定電壓值時仍能保證所需的頂值電壓值，提高系統(tǒng)的強勵能力。 2)由于勵磁變壓器的繞組間存在寄生電容，勵磁變壓器的電源投入或切除以及大氣過電壓均會在變壓器中產(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、保護配置、絕緣問題等等。 4、勵磁調(diào)節(jié)器 勵磁調(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實現(xiàn)。帶數(shù)字信號處理器DSP的測量單元板MUB用于實際值的快速測量。這兩塊板疊裝在同一個金屬箱內(nèi)，形成一

9、個獨立的調(diào)節(jié)通道。箱內(nèi)還安裝了一塊結(jié)構(gòu)上獨立的擴展門極控制板EGC作備用通道，用于勵磁電流調(diào)節(jié)。并配置了一套完全冗余的系統(tǒng)。每個通道可以控制一個或多個并聯(lián)的整流橋，輸出勵磁電流高達10000A。 自動電壓調(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)電機的端電壓和無功功率。這就要求勵磁電壓對運行工況的變化作出快速反應(yīng)，響應(yīng)時間僅為幾個毫秒。因此，AVR是一個快速控制器，它不斷地計算給定值與反饋值的偏差，在盡可能短的時間內(nèi)完成調(diào)節(jié)運算，控制可控硅整流橋的觸發(fā)角度。SAVR-2000型勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)周期相當(dāng)短，相對于模擬式勵磁調(diào)節(jié)器，其延遲可忽略不計。調(diào)節(jié)運算完全由軟件實現(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，防止事故擴大。 滅磁過程由來自發(fā)電機保護的或內(nèi)部的勵磁保護跳閘命令啟動，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磁繞組中因感應(yīng)電流而存儲的最大滅磁能量為準，典型的故障條件是機端三相短路和空載誤強勵。 6、起勵 一般情況下，SAVR-2000可實現(xiàn)殘壓起勵。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，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、果因長期停機等原因造成在幾秒鐘時間內(nèi)無法用殘壓建立起正常工作所需的10V20V電壓，則啟用備用起勵回路，用它勵方式建立這一電壓。當(dāng)機端電壓達到發(fā)電機額定電壓的10%時，整流橋已能接管勵磁控制，起勵自動退出，軟起勵過程開始并將發(fā)電機電壓升到預(yù)定水平。整個起勵過程的控制和監(jiān)測都是由AVR軟件實現(xiàn)的。備用起勵回路需要的電流很小，這使得直流起勵在大容量發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。進一步講，由于起勵電阻的阻值可以很高，起勵時的勵磁時間常數(shù)（L/R）也隨之大為減小。 7、目前勵磁系統(tǒng)存在的問題： 7.1、勵磁變的出口問題： A、 發(fā)變組保護和勵磁變保護對勵磁系統(tǒng)的出口均只動作于跳滅磁開關(guān)，靠

12、轉(zhuǎn)子過電壓回路電流判斷啟動逆變滅磁，影響了滅磁開關(guān)壽命，建議引發(fā)變組保護和勵磁變保護出口接點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、 目前只有在遠方控制時汽機轉(zhuǎn)速低于90%（2700轉(zhuǎn)）時閉鎖勵磁開關(guān)合閘脈沖，當(dāng)勵磁系統(tǒng)在就地控制時，沒有閉鎖功能，建議加裝，使其在遠方/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，且萬一控制回路發(fā)生直流一點接地，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)子接地保護問題： 轉(zhuǎn)子接地保護目前由發(fā)變組保護來實現(xiàn)，其轉(zhuǎn)

13、子電壓A601、A602分別接自直流母排，再上保護柜端子排，N線直接引自發(fā)電機大軸，這種方式給機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。按國標(biāo)GB-7409-87的標(biāo)準，當(dāng)Ufn500V時，Us=10Ufn，Us1500V；Ufn500V時，Us=2Ufn4000V，我廠勵磁額定電壓為407V，則其暫態(tài)過電壓大于4070V，即過電壓保護電纜的絕緣耐壓水平應(yīng)大于此數(shù)值，但實際上從勵磁小間引入勵磁保護屏的電纜僅能耐壓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)子正負極上，相當(dāng)于延長了

14、發(fā)電機轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子延伸到了發(fā)變組保護屏，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。其實勵磁調(diào)節(jié)器中的轉(zhuǎn)子過電壓和接地保護已能滿足運行的要求，將勵磁電壓601外引，其實并不合適，廠家也不贊成。因此建議采用勵磁調(diào)節(jié)柜中的轉(zhuǎn)子過電壓保護（現(xiàn)已完成改造）。 7.3、勵磁保護的配合問題： A、自并勵機組和常規(guī)勵磁機組相比，在機端或靠近機端部位出現(xiàn)短路故障時，特別是機端出現(xiàn)三相短路時，短路電流的變化差別特別大。常規(guī)勵磁方式下，短路電流在經(jīng)一段時間會達到穩(wěn)定短路電流；而對于自并勵方式，當(dāng)短路點距機端的電抗小于臨界外接電抗時，短路電流會很快衰減至零，這時必須按后備保護的動作電

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