熊 勁 楊 柳

（東方電機有限公司裝備部 四川德陽）

一、概述

近年來，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展和人類環(huán)保意識的增強，低碳排放的綠色能源進入了新的發(fā)展時期，核能發(fā)電將成為電力系統(tǒng)的主力。投身于核能發(fā)電設備制造先進行列，是東方電機的重要發(fā)展戰(zhàn)略。目前公司正在制造的核能發(fā)電機的主力機型容量為1000 MW、1750 MW等級。發(fā)電機的型式試驗是電機研發(fā)制造過程中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，公司原有的大電機試驗站已運行多年，且原設計是以600 MW汽輪發(fā)電機型式試驗為基本條件，已不能滿足1750 MW核能發(fā)電機試驗要求，因此，公司決定對大電機試驗站進行技術(shù)改造。

大電機試驗站改造的基本原則是充分考慮試驗系統(tǒng)的可靠性、先進性、實用性、經(jīng)濟性，基本要求是該試驗站進行核能發(fā)電技術(shù)數(shù)字化改造后，可承擔1750 MW核能發(fā)電機及其他大型電機的型式試驗任務，提高試驗站的自動化程度及試驗參數(shù)測試精度，并成為同行業(yè)中具有領(lǐng)先水平的大電機試驗站。

二、試驗站改造的基本目標

試驗站改造以《大型試驗站核電技術(shù)改造技術(shù)要求》為基本要求，主要涉及電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等幾個方面，改造后的試驗站可達到同行業(yè)先進水平，達到以下四項基本目標。

（1）滿足1750 MW核能發(fā)電機、1400 MW（50 Hz）超超臨界發(fā)電機、1000 MW（60 Hz）發(fā)電機廠內(nèi)型式試驗。

（2）提升變頻電源容量，滿足汽發(fā)試驗區(qū)獨立進行型式試驗要求。

（3）采用計算機操控系統(tǒng)對試驗站所有設備進行操控、監(jiān)測，提供靈活方便的智能控制，為測試系統(tǒng)創(chuàng)造最佳的運行環(huán)境，確保試驗站安全可靠運行。

（4）采用計算機及智能數(shù)字儀表對被試產(chǎn)品的各項參數(shù)進行測試，其中穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)通過高精度數(shù)字功率分析儀進行采集處理，瞬態(tài)數(shù)據(jù)用高速數(shù)字錄波器并行同步采集處理。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過高速工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)服務器，并由計算機測試系統(tǒng)自動分析、計算、曲線擬合，生成試驗報告并打印輸出。

三、部分核心系統(tǒng)的基本參數(shù)和性能

1.大功率直流傳動系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用SIEMENS公司全數(shù)字直流調(diào)速裝置為控制核心，其性能優(yōu)異，質(zhì)量可靠，通信接口（串口、Profibus-DP、Simolink等）豐富，在國內(nèi)各行業(yè)得到了廣泛的應用。

直流調(diào)速裝置本身帶有參數(shù)設定單元，不需要其他的任何附加設備即可完成參數(shù)的整定。所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視及附加功能都由微處理器來實現(xiàn)；給定值和反饋值可選擇為數(shù)字量或模擬量，外部信號的連接（開關(guān)量、模擬量的輸入/輸出，脈沖編碼器等）通過插接端子排實現(xiàn)。直流調(diào)速裝置控制精度高、抗干擾性好、運行可靠、不受元器件老化和溫度漂移的影響，能長期保持穩(wěn)定的控制精度。它有很強的自診斷處理功能，工作時可同步觀察、測定征兆性的參數(shù)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，預測預報硬件和軟件劣化趨勢，同期顯示故障代碼和故障值，邏輯清晰，分類清楚，便于及時處理故障，使用、調(diào)試、維護方便。

直流調(diào)速裝置在控制中由DSP計算送出的寬脈沖信號，經(jīng)光電隔離后，傳送至脈沖放大板，輸出形成高頻脈沖系列，該脈沖系列經(jīng)過脈沖變壓器隔離后，送到晶閘管控制極：K極、G極。脈沖變壓器鐵心采用高磁密材料，輸出脈沖無延時和無振蕩現(xiàn)象。輸出脈沖波形穩(wěn)定，當晶閘管換相時，提供一定數(shù)值的反向電壓，使晶閘管能可靠關(guān)斷，抗干擾能力強。直流調(diào)速裝置的功率單元采用ABB公司的晶閘管，采用三相全控橋四象限整流方式。以ABB公司的5STP38N4000型為例，其額定電流為3960 A，電壓為4000 V，管芯直徑為100 mm的晶閘管，可以組成單柜額定電壓1200 V，電流3500 A，短時過載允許電流達7000 A的大功率晶閘管直流調(diào)速裝置。

本次改造，大功率直流傳動系統(tǒng)共有四套大功率晶閘管直流調(diào)速裝置。每兩套直流調(diào)速裝置構(gòu)成12脈波并聯(lián)方式，向三電機組的直流電機供電。兩個直流電機采用主從工作模式，一套為主機，另一套為從機。整個系統(tǒng)以24脈波四象限工作，減小了諧波的成分。

2.功率柜結(jié)構(gòu)

功率柜設計與布置結(jié)構(gòu)合理，可使晶閘管達到最大有效通風與散熱，保證晶閘管的最大出力的同時，也保證了晶閘管的安全穩(wěn)定運行。功率柜把晶閘管的熱管散熱器組件、連接銅排、快熔、RC阻容吸收回路、功率柜的電子電路板、風道等有機地組合在一起，構(gòu)成直流傳動的基本裝置。

3.高壓開關(guān)柜

（1）基本參數(shù)。額定運行電壓10 kV；額定電流1600 A；額定頻率50 Hz、60 Hz；額定短路開斷電流31.5 kA；額定峰值耐受電流≥25 kA；熱穩(wěn)定電流20 kA；1 min工頻耐壓對地、相間42 kV；隔離斷口：48 kV；雷電沖擊耐壓對地、相間75 kV；隔離斷口85 kV；額定短時持續(xù)時間4 s；外殼防護等級IP2X。

（2）柜體。柜體采用封閉開關(guān)柜型式。柜體骨架由角鋼焊接而成。柜體的安裝和維護可在前面和背面進行。整個柜體由接地的金屬隔板分隔成4個功能小室，即母線室、低壓室、斷路器室和電纜室，各功能小室有獨立的壓力釋放通道和釋放門。每個功能小室裝有門，門上有鎖和鉸鏈，柜門的開啟角度≥90°，且?guī)в械鹊匚贿B接線（接地線）。

柜面必須用≥2 mm的雙面敷鋁鋅板，能承受設備工作時的沖擊或運輸和安裝時的沖撞。柜面采用靜電噴塑固化處理，無油污、耐酸、防銹、美觀。

4.低壓開關(guān)柜

（1）基本參數(shù)。額定電壓0.4 kV、0.6 kV；額定絕緣電壓660 V、1000 V；工作頻率 50 Hz、60 Hz；主母線額定短時耐受電流50 kA/s；主母線額定峰值耐受電流105 kA；工頻絕緣每米500 V；外殼防護等級IP30。

（2）SV（懸掛式結(jié)構(gòu)）電氣技術(shù)在電機試驗站的應用。電機試驗站具有母線系統(tǒng)容量大、設備分散、轉(zhuǎn)換復雜、組合形式多等特點，因此采用傳統(tǒng)的低壓開關(guān)柜組屏方式有如下的不足：①由于母線采用打孔連接，導致母線載流量減少，母線容量需降容處理；②銅排尺寸大，排列不整齊，不便于布置；③屏柜中母線全裸露，安全性能大大降低，給操作和檢修帶來極大的不利；④各個廠家開關(guān)外形和安裝尺寸不一，一旦選定便難以替代，更不便于擴展。

鑒于上述狀況，目前國外廣泛使用懸掛式結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)免打孔連接和密封安裝。該結(jié)構(gòu)有3種特殊母線：Mini-PLS，PLS，Maxi-PLS，載流量從250～3200 A不等（70℃時），這使柜體結(jié)構(gòu)緊湊而安全，組裝快速而完善，載流容量大而散熱好，組屏方式靈活多樣等特點，本次改造采用了特別適用于試驗站的低壓交流開關(guān)柜和直流開關(guān)柜，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：①安全，母線系統(tǒng)采用全密閉方式，屏柜內(nèi)無裸露銅排，安全性能大大提高。②可靠，采用免打孔連接，整個母線系統(tǒng)容量得到充分保證；分支連接母線直接壓接至主母排，降低了接觸電阻，減少了連接部分的發(fā)熱量。③易擴展，屏柜內(nèi)電氣元件采用模數(shù)化密集安裝方式，既減少了安裝空間，又便于適應功能的增加和規(guī)模的擴充。④易維護，由于采用了適合多廠家開關(guān)器件的元件適配器安裝形式，各種電氣元件不是直接從母線上取電，而是安裝至元件適配器上，因此維修更換十分方便。

5.全數(shù)字柔性操作臺

改造前的試驗站限于當時的技術(shù)發(fā)展條件和生產(chǎn)狀況，其試驗系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的分立式、單臺疊放、人工指揮、人工操作并記錄讀數(shù)方式，目前已遠遠不能滿足當代電機試驗高精度、高穩(wěn)定性、高速掃描或巡回監(jiān)測大量的測點數(shù)據(jù)并實時處理或后期處理、計算機網(wǎng)絡控制多臺微機可在不同地點監(jiān)控試驗過程參數(shù)變化情況等要求。

伴隨著電子電器技術(shù)以及計算機技術(shù)日新月異發(fā)展，以電器元件為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)模擬操作臺系統(tǒng)已顯得相當落后了，取而代之的是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字柔性操作臺系統(tǒng)。

全數(shù)字柔性操作臺計算機測控系統(tǒng)實施方案和傳統(tǒng)試驗站有一個較大差異就是針對試驗站測量控制點多而分散、距離遠、工況復雜、信號切換頻繁、易受干擾等狀況，采用PC+PLC+智能儀器+現(xiàn)場總線構(gòu)成測控系統(tǒng)，即中央計算機集中處理操作、PLC分散獨立控制、智能儀器高速并行采樣、現(xiàn)場總線實時傳輸數(shù)據(jù)，將高、低壓供配電系統(tǒng)、交直流傳輸系統(tǒng)、電源拖動系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)以及油水系統(tǒng)等聯(lián)動起來，并將所有傳輸過程中存在長途衰減和干擾的模擬信號隔離轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到測控系統(tǒng)，實時監(jiān)視試驗的進行狀況，并實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的完全共享和分析處理，形成完整的試驗圖表和報告。

四、結(jié)語

本次大型電機試驗站核能發(fā)電技術(shù)改造工程竣工后，公司在大型發(fā)電機、核能發(fā)電機試驗能力方面將達到同行業(yè)先進水平。其試驗能力將涵蓋1750MW核能發(fā)電機，1400MW超超臨界發(fā)電機、1000MW（60Hz）發(fā)電機的廠內(nèi)型式試驗。通過對測控系統(tǒng)進行的數(shù)字化改造，將使大型電機試驗站全面實現(xiàn)全數(shù)字柔性操作臺測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)視、控制、測試全計算機化。試驗設備以及被試產(chǎn)品的安全、產(chǎn)品的測試精度都將達到一個全新的高度。