周興軍，汪 涓，曹國鋒

（1.白溪水庫管理局，浙江寧波315606；2.杭州交聯(lián)電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，浙江杭州310011；3.浙江華東機(jī)電工程有限公司，浙江杭州310014）

0 引言

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配。在某些故障情況下，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，維持電網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。因此，對同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行控制，是對發(fā)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制的重要內(nèi)容之一。

同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分組成，見圖1所示。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Sketch drawing of the components of the excitation system

其中，勵(lì)磁功率單元是指向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電源部分，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元輸出的裝置。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。

1 基本情況

白溪水電站位于浙江省寧海縣，裝機(jī)容量2×9 MW，是寧波市最大的常規(guī)水電站，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。因此，要求機(jī)組頻繁開停機(jī)，并能及時(shí)準(zhǔn)確并入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)寧波地區(qū)電網(wǎng)電壓水平及穩(wěn)定性。電站1號機(jī)、2號機(jī)都曾因勵(lì)磁故障，不能及時(shí)并網(wǎng)，嚴(yán)重影響電站各項(xiàng)功能的充分發(fā)揮。

2 自并激微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡單介紹

Exc9000型和SAVR2000微機(jī)勵(lì)磁包括主程序和控制調(diào)節(jié)程序，如圖2所示。

Exc9000型和SAVR2000微機(jī)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)上采用雙微機(jī)并聯(lián)+手動通道冗余容錯(cuò)機(jī)構(gòu)，兩套微機(jī)構(gòu)成的雙通道輸入到輸出各環(huán)節(jié)均完全獨(dú)立工作，兩套微機(jī)通道互為備用運(yùn)行，一套微機(jī)通道發(fā)生故障將自動切換為另一套微機(jī)通道運(yùn)行。Exc9000型和SAVR2000型勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，主用通道的觸發(fā)脈沖控制兩組可控硅整流橋，兩組整流橋并列運(yùn)行。

圖2 流程控制示意圖Fig.2 Sketch drawing of the flow control

自并激微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)接線方式，如圖3所示。

圖3 自并激勵(lì)磁接線簡圖Fig.3 Connection of the self-excited excitation system

以下根據(jù)南瑞、廣科院三家微機(jī)勵(lì)磁在白溪水電廠多年的投運(yùn)情況，對各種勵(lì)磁日常出現(xiàn)的缺陷和設(shè)計(jì)暴露出來的問題加以對比分析和探討。

2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源的穩(wěn)定直接關(guān)系到勵(lì)磁系統(tǒng)的正常工作。

南瑞SAVR2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源見圖4。

圖4 SAVR2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源Fig.4 Power supply for the regulator in the SAVR 2000 microcomputer excitation system

廣科院Exc9000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源如圖5所示。

南瑞的SAVR2000設(shè)計(jì)了雙路供電和分布式隔離電源，電源模塊輸出并列對兩套微機(jī)通道進(jìn)行供電，電源模塊的輸入設(shè)計(jì)采用直流和廠用交流電兩路電源，正常情況使用廠用交流電源輸入，廠用交流電源故障則自動切換為直流供電。當(dāng)任一電源模塊故障時(shí)，可由另一正常模塊單獨(dú)對兩套微機(jī)通道供電。

圖5 Exc9000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源Fig.5 Power supply for the regulator in the Exc 9000 microcomputer excitation system

Exc9000型勵(lì)磁在設(shè)計(jì)上采用兩套獨(dú)立電源模塊，一套電源模塊的輸入采用直流和廠用交流電兩路電源，另一套電源模塊采用直流和自用交流電（機(jī)端勵(lì)磁變低壓側(cè)經(jīng)自用變降壓至380V）兩路輸入，電源模塊輸出并列對兩套微機(jī)通道供電。顯然由于自用交流電的接入，只要機(jī)組在運(yùn)行，即使直流和廠用交流電均故障，調(diào)節(jié)器仍然可以正常工作。

2.2 實(shí)時(shí)故障診斷

采用的檢測方式有CPU檢測方式、硬件檢測方式和軟件檢測方式。目前，南瑞的SAVR2000和廣科院的Exc9000兩個(gè)廠家都注重軟件檢測方式，及時(shí)檢測各種異常運(yùn)行工況，并做相應(yīng)的報(bào)警或切換處理，確保發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

南瑞SAVR2000實(shí)時(shí)故障檢測項(xiàng)目有：電源電壓過低、過高或消失的檢測；PT斷線的檢測；可控硅同步電壓信號及發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相序的檢測；可控硅脈沖丟失的檢測；控制角的檢測；雙機(jī)通訊故障的檢測；硬件和軟件看門狗。

廣科院Exc9000實(shí)時(shí)故障檢測項(xiàng)目有：同步故障檢測：判斷條件為（Utb+15%＜Ug）&R632&(Utb＞20%)；Ug為機(jī)端電壓，Utb為同步電壓，R632＞40%機(jī)端電壓；低勵(lì)磁電流檢測（判斷條件為：本通道運(yùn)行情況下，定子電流大于勵(lì)磁電流的10%且小于空載勵(lì)磁電流的20%）；以及勵(lì)磁變副邊CT故障檢測；PT故障檢測；調(diào)節(jié)器故障檢測。

2.3 可控硅整流橋投運(yùn)方式

白溪水庫2001年投產(chǎn)運(yùn)行，考慮微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器不夠全面，經(jīng)常是一組整流橋投入運(yùn)行，另一組整流橋僅當(dāng)運(yùn)行的整流橋發(fā)生故障或運(yùn)行的微機(jī)通道發(fā)生故障切換通道后再投入運(yùn)行。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，每次開機(jī)1號可控硅整流橋均投入運(yùn)行，2號整流橋處于備用狀態(tài)；1號可控硅整流橋始終處于運(yùn)行狀態(tài)，1號整流橋柜多次因長時(shí)間運(yùn)行、灰塵過多阻擋了可控硅散熱風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，引起散熱風(fēng)機(jī)故障，導(dǎo)致微機(jī)通道發(fā)生切換。而且經(jīng)常處于運(yùn)行狀態(tài)的1號可控硅整流橋容易老化，而經(jīng)常處于備用狀態(tài)的2號可控硅整流橋得不到充分利用。

SAVR2000、Exc9000型微機(jī)勵(lì)磁裝置運(yùn)行時(shí)，兩組可控硅整流橋并聯(lián)投入運(yùn)行，整流橋得到充分利用，當(dāng)任何一組可控硅整流橋發(fā)生故障時(shí)，另外一組整流橋可以獨(dú)立承擔(dān)所有負(fù)荷的調(diào)節(jié)并能保證所有工況（包括強(qiáng)勵(lì)）的冗余配置?？煽毓璧倪@種并列運(yùn)行方式接線簡單，實(shí)際運(yùn)行中效果比較好。

2.4 PT斷線判據(jù)的比較

SAVR2000裝置每一套微機(jī)調(diào)節(jié)通道都有2種運(yùn)行工況：（1）發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)節(jié)（以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為判據(jù)，維持機(jī)端電壓恒定，自動方式實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，簡稱AVR）；（2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)（以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流為判據(jù)，維持勵(lì)磁電流恒定，手動方式實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，簡稱FCR）。正常運(yùn)行方式下，調(diào)節(jié)器均處于AVR調(diào)節(jié)工況，電壓PT1、PT2同時(shí)采樣進(jìn)入兩套微機(jī)裝置，A套微機(jī)裝置采樣的PT1電壓用來AVR調(diào)節(jié)，采樣的PT2電壓僅僅用來判斷PT1電壓是否發(fā)生斷線故障，而不用來AVR調(diào)節(jié)，B套微機(jī)通道同樣，采樣的PT2電壓用來AVR調(diào)節(jié)，采樣的PT1電壓僅判斷PT2是否發(fā)生斷線故障。裝置正常運(yùn)行時(shí)，兩套微機(jī)通道均處于AVR調(diào)節(jié)工況，每套微機(jī)通道采樣的PT1、PT2經(jīng)過模擬量板的隔離整流，然后把PT1、PT2的整流值進(jìn)行比較。當(dāng)PT1或PT2發(fā)生一相或二相（三相）斷線時(shí)，整流值將明顯降低，裝置會比較PT1、PT2整流值，然后判斷出哪組PT斷線，將對應(yīng)PT斷線的微機(jī)通道切換為備用通道（輸出跟蹤主用通道但被閉鎖），沒有發(fā)生斷線的PT對應(yīng)的微機(jī)通道自動切換為主用通道運(yùn)行在AVR工況。這樣，發(fā)生PT斷線的微機(jī)通道由于輸出被閉鎖將不會引起誤強(qiáng)勵(lì)。

仔細(xì)分析一下處理PT斷線的方法，就能得出其中的不足之處。假設(shè)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行在A套微機(jī)通道的AVR調(diào)節(jié)工況,B套微機(jī)通道備用在AVR調(diào)節(jié)工況，PT1電壓回路發(fā)生斷線故障，A套微機(jī)通道根據(jù)PT1、PT2的整流值進(jìn)行比較，發(fā)出PT斷線報(bào)警信號，由于PT1發(fā)生斷線，A套微機(jī)通道將自動由AVR工況轉(zhuǎn)成FCR工況，同時(shí)A套微機(jī)通道自動轉(zhuǎn)為備用，B套微機(jī)通道切換為主用仍工作在AVR調(diào)節(jié)工況，此時(shí)PT2用于B套微機(jī)通道作為電壓調(diào)節(jié)的判據(jù)。由于PT1己經(jīng)發(fā)生斷線故障，若此時(shí)PT2再發(fā)生斷線故障而使PT2的整流值降低，此時(shí)PT1、PT2的整流值均降低，將引起勵(lì)磁裝置判斷是因?yàn)橄到y(tǒng)短路故障而引起的電壓下降，調(diào)節(jié)器將增大勵(lì)磁輸出造成誤強(qiáng)勵(lì)。

Exc9000型勵(lì)磁系統(tǒng)判別PT斷線采用PT電壓和勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓進(jìn)行比較，并結(jié)合勵(lì)磁電流值來判斷而不是PT1與PT2之間比較，避免了誤強(qiáng)勵(lì)、誤強(qiáng)減，同時(shí)報(bào)出“PT斷線”字樣，并將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切換到手動運(yùn)行模式。

3 結(jié) 語

勵(lì)磁系統(tǒng)是關(guān)系發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。根據(jù)微機(jī)勵(lì)磁在白溪水庫的應(yīng)用情況，從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源、實(shí)時(shí)故障診斷、可控硅整流橋投運(yùn)方式、PT斷線判據(jù)的比較幾個(gè)方面進(jìn)行對比分析，得出一些結(jié)論和建議，為電站今后的運(yùn)行管理、故障處理奠定更扎實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]SAVR2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器技術(shù)說明書(V2.0)[Z].國電自動化研究院南瑞電氣控制公司,2003.

[2]EXC9000靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)用戶手冊.廣州電器科學(xué)研究院.