同步發(fā)電機勵磁控制部分的升級改造及調(diào)試探討

1、同步發(fā)電機勵磁控制部分的升級改造及調(diào)試探討四川達(dá)州電業(yè)局 譙興宇 提要: 我單位很多小水電同步發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)都是80中后期和90年早期產(chǎn)品，都進入故障維修多發(fā)期，對該類設(shè)備改造升級勢在必行。在升級改造過程中，進行正確的產(chǎn)品選型配套、設(shè)計、安裝、調(diào)試是升級改造成功的關(guān)鍵，本文針對這一過程進行詳細(xì)闡述，并對調(diào)試過程進行重點論述，用開環(huán)方式對系統(tǒng)各部件分別調(diào)試，然后用閉環(huán)方式的組合運行試車，此方案各步驟目的明確，在調(diào)試過程中就能有針對能區(qū)分故障范圍，減小現(xiàn)場運行調(diào)試的難度，保證調(diào)試工作順利優(yōu)質(zhì)地完成。關(guān)鍵詞：起勵勵磁控制器; 設(shè)計選型; 改造經(jīng)過；現(xiàn)場調(diào)試；充磁回路完善四川達(dá)縣青寧電站在2010

2、年“7.18”洪災(zāi)中，機房進水被淹，導(dǎo)致電氣設(shè)備全部進水。電站維修過程中發(fā)現(xiàn)該電站的同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)裝置是九十年代早期產(chǎn)品，電路部分是分立元件插件式的電路結(jié)構(gòu)，長期運行至今其控制和觸發(fā)部分的故障率較高，現(xiàn)在已經(jīng)進入維修更換期，且被水浸泡后，部分元件已無法辨別其型號，又無圖紙核對，給維修工作帶來了一定的難度，公司針對這一情況成立科研課題小組，對2臺可控硅勵磁系統(tǒng)進行升級換代改造，即保留原來的柜體、晶閘管和整流變壓器以繼續(xù)使用，只對控制核心部位勵磁控制調(diào)節(jié)部分進行更換，減小維修成本?，F(xiàn)就升級改造及調(diào)試過程進行詳細(xì)論述。一、設(shè)計選型：在設(shè)計過程中，科研小組對不同型號的發(fā)電機起勵勵磁控制器的價格、

3、性能、改造難度等因素進行綜合對比，決定采用深圳普威爾公司的一種產(chǎn)品發(fā)電機起勵勵磁控制器（GLC-01B型），該裝置把晶閘管可控整流控制技術(shù)和發(fā)電機起勵技術(shù)有機地結(jié)合在一個裝置內(nèi)，裝置包含了發(fā)電機的起勵和可控硅整流的全部核心技術(shù)，可靠性高，維修互換性能較好，能保障發(fā)電機勵磁部分安全可靠運行。廣泛用于同步發(fā)電機勵磁屏柜作起勵、勵磁和控制三合一用，能滿足發(fā)電機單機運行、并網(wǎng)運行、調(diào)相運行等不同的技術(shù)要求。其功能有：1晶閘管移相觸發(fā)電路；2三相同步移相變壓器；3.自動手動的給定調(diào)節(jié) ；4.無功功率調(diào)差 ；5.有1.6 倍電壓強勵功能；6.機端過電壓降勵；7.殘壓起勵電路；8.三相相序檢測；9.勵磁電壓

4、數(shù)字顯示；10.過低頻保護；11.滅磁功能。完全能提供穩(wěn)定可靠的勵磁電流滿足同步發(fā)電機需要，且該裝置改造接線簡單，外接線路共15根線（見圖一），調(diào)試方便。根據(jù)廠方提供的技術(shù)資料，結(jié)合電站現(xiàn)有材料科研小組設(shè)計出施工圖紙，用電子郵件的形式和廠方技術(shù)人員取得聯(lián)系，廠方建議增加RC保護電路和RO負(fù)載電阻, RC的作用是：能量轉(zhuǎn)換過程中消耗能量，并抑制在LC回路引起的振蕩，保護可控硅整流裝置。 R0的作用是：在勵磁單機調(diào)試時（不連發(fā)電機）充當(dāng)可控硅的負(fù)載電阻；此外R0可泄放少量的勵磁電流（約1/20的額定電流），使小電流工作時勵磁保持穩(wěn)定。設(shè)計完成后通過電子郵件同廠方技術(shù)人員交流， 圖紙得到他們的修改認(rèn)

5、證后。并購買該廠家的起勵勵磁控制器（GLC-01B型）和相關(guān)配套產(chǎn)品。二、改造經(jīng)過:拆除跟設(shè)計中無關(guān)的元件。根據(jù)設(shè)計和原來柜體尺寸，合理布局安裝，加工電機起勵勵磁控制器（GLC-01型）固定支架。根據(jù)圖紙訂做端子號碼管。把起勵勵磁控制器（GLC-01型）的出線引至端子排，外接線路從端子排接入至勵磁控制器。外接有電流互感器調(diào)差電路，即從發(fā)電機C相用200/5的互感器的電流經(jīng)5/0.5A的串心式電流互感器二次轉(zhuǎn)換接入起勵勵磁控制器內(nèi),增加的RC保護板和RO負(fù)載電阻接到平時維修不易碰到的上部。從發(fā)電機配電屏的開關(guān)下樁頭引入三相電源至可控硅控制屏控制開關(guān)1QF開關(guān)的上樁頭處， 1QF開關(guān)控制整個可控硅

6、勵磁資置的勵磁電源，從1QF下樁頭經(jīng)保險分別控制變壓器和2QF控制起勵勵磁控制器并安裝三相冷卻風(fēng)扇，把沒有更換的勵磁整流變壓器浸漆烘烤后重新安裝固定，更換整流部分的晶閘管，并配上相應(yīng)的控制保險。安裝完畢后認(rèn)真仔細(xì)核對圖紙逐一檢查，確認(rèn)接線正確和相關(guān)元件處于完好狀態(tài)后準(zhǔn)備進行現(xiàn)場調(diào)試。三、現(xiàn)場調(diào)試1、外加電源試驗：先斷開1QF上樁頭上連接線，斷開可控硅裝置至發(fā)電機的勵磁出線。把網(wǎng)上電源A、B、C三相電源接入勵磁裝置1QF下樁頭，接線如圖所示，檢查接線無誤后合上試驗電源開關(guān)，起勵勵磁控制器（GLC-01型）勵磁電壓表有電壓指示，相序指示燈較亮。根據(jù)廠家資料證明試驗接線相序不正確，用相序表重新核對相

7、序后正確接入，相序指示燈微亮。調(diào)節(jié)手動或自動控制電位器，勵磁電壓變化平穩(wěn)，勵磁電平表指針轉(zhuǎn)角越大 。晶閘管導(dǎo)通角就越小，觸發(fā)電壓越低，輸出的勵磁電流就越小，反之勵磁電平表指針轉(zhuǎn)角越大。關(guān)閉脈沖開關(guān)能切除觸發(fā)電壓，使晶閘管停止工作，閉合關(guān)閉脈沖開關(guān)能恢復(fù)觸發(fā)電壓，使晶閘管正常工作；用萬用表測量三相觸發(fā)電壓接近一致，用鉗形電流表測勵磁整流變壓器輸出電流接近一致。手動恒壓和自動恒壓切換正常。檢查試驗證明起勵勵磁控制器（GLC-01型）調(diào)節(jié)部分正常。關(guān)閉滅磁開關(guān)，觀察可控硅屏的直流電壓，搬動起勵開關(guān)后電壓表指針出現(xiàn)波動后迅速指針歸零，證明起勵回路正常。在建壓后后保護動作，能斷開起勵充磁電源，保護起勵設(shè)

8、備。兩臺起勵勵磁控制器（GLC-01型）通過此種方法試驗后都正常，可進行起勵發(fā)電試驗。2、起勵發(fā)電現(xiàn)場調(diào)試：在電站全部恢復(fù)工程結(jié)束后，到電站進行起勵現(xiàn)場調(diào)試，檢查發(fā)電機勵磁繞組絕緣阻值符合標(biāo)準(zhǔn)，各種接線正確無誤的情況下進行1號發(fā)電機起機試驗。當(dāng)水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速達(dá)額定轉(zhuǎn)速的85%左右時，首先把手動（自動）控制電位器調(diào)到4左右，接入起勵轉(zhuǎn)換開關(guān)，不能建壓，指針沒有擺動的現(xiàn)象，說明該發(fā)電機從已無磁，需外加充磁電源，外加6V直流電源充磁，發(fā)電機正常起勵建壓。閉合DZ20-100A/3340外加充磁回路，發(fā)電機正常起勵成功，DZ20-100A/3340開關(guān)能自動跳閘，自動退出充磁回路。手動恒壓或自動恒壓電

9、位器能正常調(diào)節(jié)，電流表、電壓表指示正確，用相序表測試可控硅三相接線正確，相序指示燈微亮。進行自動恒壓和手動恒壓轉(zhuǎn)換時，晶閘管能夠維持勵磁輸出電源保持恒定；關(guān)閉脈沖開關(guān)，發(fā)電機失磁，電壓消失。重新起勵成功后準(zhǔn)備進行聯(lián)網(wǎng)并機試驗，先確認(rèn)配電屏上的負(fù)荷刀閘開關(guān)已拉開，斷路器開關(guān)處于斷開位置后，先合上斷路器開關(guān)進行跳閘試驗結(jié)果顯示正常，合上斷路器開關(guān)后準(zhǔn)備進行并機試驗前，大約半小時左右突然勵磁電壓、勵磁電流失控，立即調(diào)節(jié)勵磁電位器，無論轉(zhuǎn)換在手動控制或自動控制，可控硅失控后不久起勵勵磁控制器（GLC-01型）滅磁、斷路器開關(guān)立即跳閘。為了確定故障，外接電源重復(fù)試驗接線圖一的方法進行試驗，起勵勵磁控制器

10、（GLC-01型）調(diào)節(jié)正常無故障。對發(fā)電機滑環(huán)部分進行檢查，發(fā)現(xiàn)滑環(huán)上部軸承漏出的黃油脂小點噴灑在上滑環(huán)表面形成油膜，用500V搖表測試絕緣其阻值較低，形成滑環(huán)處油膜接地短路，造成晶閘管失控，起勵勵磁控制器（GLC-01型）保護滅磁。通知維修人員重新對兩臺發(fā)電機上軸承進行處理（經(jīng)檢查確認(rèn)油膜形成是由于發(fā)電機軸承使用黃油不當(dāng)造成），在處理完畢后通知到現(xiàn)場重新對可控硅進行調(diào)試，在正常起勵成功后，對1號可控硅進行調(diào)差試驗，調(diào)試時先把調(diào)差強度電位器關(guān)至最小，讓發(fā)電機盡量少發(fā)有功功率，帶一定的無功功負(fù)荷（有功/無功約為1/4），然后把調(diào)差電位器開大，若此時無功減少，調(diào)差接入的極性為正確的正調(diào)差。在2號發(fā)

11、電機并列后， 機組的電流表和無功表不正常擺動，則這臺機組接成了負(fù)調(diào)差，立即關(guān)機把調(diào)差電流互感器接頭對調(diào)。在核對調(diào)差極性正確后，分別調(diào)節(jié)兩臺機組的調(diào)差電位器和發(fā)電機負(fù)荷，比較兩臺機組，使之達(dá)到合適的無功分配。由于兩臺都是一機一變，根據(jù)廠家要求，關(guān)斷調(diào)差功能。在檢查2臺同步發(fā)電機運行正常后，對廠家提出的調(diào)試項目如殘壓起勵電路、滅磁功能、強勵功能、機端過電壓降勵、過低頻保護、三相相序錯誤等項目分別在1號、2號同步發(fā)電機組進行了試驗，都能正確保護、無異常后，確認(rèn)起勵勵磁控制器（GLC-01型）在發(fā)電機組運行中保護正常。改造半年后該站反饋回來的信息是起勵勵磁控制器使用方便，運行穩(wěn)定.。四、完善備用充磁回

12、路。在運行過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機失去剩磁后，外加6V充電電源比較煩瑣，加上小水電地處偏僻，起不起勵磁的情況不多，一旦碰上發(fā)電機失去剩磁，遇上值班員業(yè)務(wù)操作不熟練，就會造成幾小時或者更長的時間停機，造成發(fā)電損失。科研小組經(jīng)過反復(fù)試驗，在設(shè)計上利用網(wǎng)上電源220V，外接200VA的整流變有壓器，在12V輸出端接一只50A的整流二極管進行半波整流后得6V直流電源，開關(guān)選用帶分勵線圈和常開、常閉觸點的DZ20-100A/3340型塑料開關(guān)。其原理是在該備用充磁回路開關(guān)的分勵跳閘線圈回路上串連一對常開輔助觸點，只有當(dāng)該開關(guān)閉合時分勵線圈回路才閉合形成工作回路，當(dāng)發(fā)電機起勵成功后的輸出電壓達(dá)到線圈的動作電壓

13、值（一般為額定電壓的75%左右）后動作，起勵電源開關(guān)立即由閉合到斷開狀態(tài)，此時分勵線圈串連的輔助觸點由閉合轉(zhuǎn)換成常開觸點斷開備用充磁電源回路。保證起勵成功后自動退出備用充磁電源。經(jīng)過現(xiàn)場改造后反復(fù)試驗，可靠度較高。同時設(shè)置在故障情況下進行強勵試驗，也能快速斷開備用充磁電源回路電源，避免強勵使可控硅勵磁系統(tǒng)故障擴大化，具有較高的可靠性。通過試驗和半年多的實踐運行經(jīng)驗證明，該備用充磁電源系統(tǒng)能使同步發(fā)電機在可控硅靜止勵磁系統(tǒng)在無故障的情況下都能成功起勵，具有推廣價值。四、新舊可控硅比較舊式可控硅安裝于90年代初，可控硅控制部分控制屬晶體管放大電路構(gòu)成，運行近20年，各電子元件性能參數(shù)、穩(wěn)定性都變差

14、，導(dǎo)致三相移相觸發(fā)控制存在不一致，輸出電流不穩(wěn)定、波動較大、由于使用年久各元件參數(shù)，無法清楚辨別，給維修帶來了一定的難度。新型可控硅起勵勵磁控制器（GLC-01B型）相比較，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在。1、在可控硅保護上更完善、更可靠；2、三相移相觸發(fā)控制輸出電流波動不易控制；3、改進了起勵充磁回路，增加起勵回路作后備保護（備用充磁電源）；3、增加了手動和自動控制功能，當(dāng)手動或自動控制一個出現(xiàn)故障后，可切到另外一種模式運行，不影響生產(chǎn)發(fā)電，減少了發(fā)電損失；4、勵勵磁控制器外接線只有接15根，線簡單，改造接線方便；5、增加RC保護電路和RO負(fù)載電阻，使保護更完善。6、互換性能好，該設(shè)備如需進行更換維修該

15、設(shè)備，備件安裝只需十分鐘左右便能完成；7、改造資金少（改造一臺約需3000元左右）、時間短。六、結(jié)語1、在設(shè)計先型時要和廠方技術(shù)員溝通，保證最好的選型設(shè)計方案，是保證同步發(fā)電機運行的穩(wěn)定和可靠性的關(guān)鍵。2、起勵勵磁控制器（GLC-01B型）系統(tǒng)內(nèi)各部件的功能正常，控制發(fā)電機和起勵控制器相序相位不正確，能起勵但運行不穩(wěn)定，容易形成故障，因此相序檢查是安裝調(diào)試的重點。3、發(fā)電機組的勵磁絕緣直接影響試機的成敗，特別是滑環(huán)處軟故障的出現(xiàn)，容易造成故障的誤判，影響調(diào)試工作的進程。4、在判斷故障時可把閉環(huán)拆為開環(huán)，區(qū)分是發(fā)電機組勵磁部分故障還是起勵勵磁控制器故障，縮小故障范圍，也為維修同步發(fā)電機可控硅勵磁系統(tǒng)提供參考。4、在調(diào)試工程中確認(rèn)發(fā)電機組勵磁部分和起勵勵磁控制器都正常后，進行并網(wǎng)試車。根據(jù)廠家提供的試驗方案進行，做到步驟目的明確，是最可靠和最優(yōu)化的現(xiàn)場試車方案。5、 本文的方案對新機組的試車投運、舊勵磁系統(tǒng)重新改造、對可控勵磁的維護和維修等工作具有參考作用，對其它的整流、勵磁設(shè)備的調(diào)試維修也有借鑒作用