王飛

[摘 要]2011年12月，安徽響水澗抽水蓄能電站250MW一號(hào)機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行。250MW機(jī)組采用國電南瑞完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，是國內(nèi)首臺(tái)國產(chǎn)化抽水蓄能勵(lì)磁系統(tǒng)，成功打破國外公司在該領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。本文介紹該勵(lì)磁系統(tǒng)主回路設(shè)備及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用情況，明確指出該勵(lì)磁系統(tǒng)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及對(duì)策分析，為國產(chǎn)勵(lì)磁裝置在抽水蓄能電站的應(yīng)用提供參考。

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能電站；勵(lì)磁系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV743；TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0354-01

一、國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路設(shè)備

1.1 勵(lì)磁電源

勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁變壓器連接在主變低壓側(cè)，中間不設(shè)隔離開關(guān)。交流電源通過電纜線被送至1號(hào)整流柜FLZ1內(nèi)交流母線。3個(gè)可控硅整流橋并聯(lián)在交流母線上，為轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電源。在勵(lì)磁變的低壓側(cè)裝設(shè)一只勵(lì)磁變低壓開關(guān)。機(jī)組正常開機(jī)建壓時(shí)，開關(guān)合閘；停機(jī)滅磁時(shí)，開關(guān)分閘。電制動(dòng)投入前合閘，電制動(dòng)退出后分閘。在勵(lì)磁變保護(hù)動(dòng)作時(shí)，該開關(guān)由保護(hù)出口跳閘，隔離故障設(shè)備，保障設(shè)備安全；在設(shè)備檢修維護(hù)時(shí)將其斷開作為停電隔離措施，保證人身安全。

1.2 可控硅整流裝置

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，3個(gè)可控硅整流橋均投入運(yùn)行，當(dāng)一個(gè)可控硅整流橋發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，剩余2個(gè)可控硅整流橋仍能滿足機(jī)組包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的最大運(yùn)行出力要求；當(dāng)二個(gè)可控硅整流橋發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即限負(fù)荷運(yùn)行，有備用機(jī)組的可以聯(lián)系轉(zhuǎn)移負(fù)荷、停機(jī)處理。不同可控硅整流橋相同橋臂上的可控硅發(fā)生故障的數(shù)量不超過1個(gè)時(shí)，機(jī)組仍能正常運(yùn)行。

1.3 散熱裝置

每個(gè)整流柜底部都安裝2臺(tái)DDM10/8型抽氣式冷卻風(fēng)機(jī)，3個(gè)整流柜內(nèi)部聯(lián)通，在3號(hào)整流柜上方有一公共排氣口。勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，冷空氣經(jīng)濾網(wǎng)從整流柜底部進(jìn)入，對(duì)可控硅進(jìn)行冷卻，熱空氣從3號(hào)整流柜上部排至柜外。為了減小風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音，在其內(nèi)部裝設(shè)了噪聲吸收裝置。風(fēng)機(jī)運(yùn)行遵循輪番啟動(dòng)原則，自動(dòng)切換，互為備用，在確保備用風(fēng)機(jī)具備正常運(yùn)行功能的同時(shí)，也使兩臺(tái)風(fēng)機(jī)具有相同的磨損度。

1.4 黑啟動(dòng)裝置

勵(lì)磁系統(tǒng)配置有發(fā)電機(jī)黑啟動(dòng)功能箱，由閉鎖二極管、限流電阻和起勵(lì)接觸器及其控制回路組成，起勵(lì)電源取自直流220V母線。當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，起勵(lì)接觸器合上，接入直流電源，使發(fā)電機(jī)的端電壓升高，當(dāng)機(jī)組電壓達(dá)到5%額定機(jī)端電壓時(shí)，可控硅整流橋啟動(dòng)整流，使機(jī)組的勵(lì)磁電流逐步升高，在直流母線上的勵(lì)磁電流超過20%空載勵(lì)磁電流時(shí)，起勵(lì)接觸器跳開。此后，機(jī)端電壓將隨勵(lì)磁電流增加而增加。

二、國產(chǎn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式

響水澗電站的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用帶集成順控器的NES5100發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，為雙通道數(shù)字調(diào)節(jié)器，兩個(gè)通道彼此獨(dú)立，一主一備，兩個(gè)通道的配置和功能完全一樣。運(yùn)行通道故障時(shí)首先切至備用通道，若此時(shí)故障仍存在，再切至備用通道的電流閉環(huán)調(diào)節(jié)模式（無擾動(dòng)自動(dòng)切換）。每個(gè)通道均設(shè)有電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)方式和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)方式。勵(lì)磁電流閉環(huán)調(diào)節(jié)方式是常規(guī)勵(lì)磁控制方式，主要在SFC啟動(dòng)、背靠背拖動(dòng)、電氣制動(dòng)、黑啟動(dòng)、調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)電壓測量故障（PT斷線）或做試驗(yàn)時(shí)使用，以勵(lì)磁電流作為調(diào)節(jié)變量，維持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流與電流參考值一致。勵(lì)磁電流參考值由增磁命令（遠(yuǎn)方或就地）或減磁命令（遠(yuǎn)方或就地）進(jìn)行增加或減小，而勵(lì)磁電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)方式在大于90%額定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行工況下使用。電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)模式和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)模式的切換操作，可通過工控機(jī)“模式切換”功能界面進(jìn)行切換。

三、國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)存在的問題及對(duì)策分析

從2011年9月響水澗電站1號(hào)機(jī)整組啟動(dòng)調(diào)試開始，該勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組調(diào)試及運(yùn)行過程中，各元器件運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生因設(shè)備原因引起的故障或事故，保證了電站及電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。但在使用過程中，控制回路及保護(hù)功能方面尚存在有待改進(jìn)之處。

3.1 勵(lì)磁變低壓開關(guān)合分過于頻繁

3.1.1 問題分析

機(jī)組開機(jī)，轉(zhuǎn)速達(dá)到95%Ne時(shí)，勵(lì)磁變低壓開關(guān)ECB第一次合閘，勵(lì)磁裝置啟動(dòng)工作，機(jī)端建壓至額定后并網(wǎng)，機(jī)組停機(jī)，在機(jī)組開關(guān)GCB分閘后，ECB第一次分閘；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降至50%Ne時(shí)，ECB第二次合閘，勵(lì)磁裝置工作電制動(dòng)投入；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至5%Ne，機(jī)械制動(dòng)投入，電制動(dòng)退出，ECB第二次分閘，見圖1。在一個(gè)開停機(jī)過程中，勵(lì)磁變低壓開關(guān)將會(huì)分別完成合分閘動(dòng)作2次。響水澗電站1號(hào)機(jī)目前每天的負(fù)荷計(jì)劃是2發(fā)2抽，勵(lì)磁變低壓開關(guān)每天要合分8次；在電網(wǎng)負(fù)荷緊張的時(shí)候，抽水蓄能機(jī)組為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰填谷的要求，每日抽發(fā)次數(shù)將會(huì)更多，勵(lì)磁變低壓開關(guān)在一天之內(nèi)將要合分十幾次，頻繁的動(dòng)作將會(huì)影響開關(guān)本體的使用壽命。

3.1.2 對(duì)策分析

響水澗電站的勵(lì)磁系統(tǒng)采用三相全控整流橋?qū)⒔涣麟娫崔D(zhuǎn)換為直流電源，當(dāng)需要滅磁的時(shí)候，全控橋的控制角后退至最小逆變角，全控橋從“整流”狀態(tài)過渡到“逆變”狀態(tài)，在逆變狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子繞組中儲(chǔ)存的能量逐漸被反送回交流電源側(cè)。由于勵(lì)磁繞組是無源的，隨著儲(chǔ)藏能量的衰減和逆變電流的減小，逆變過程將隨之結(jié)束。磁場開關(guān)FCB在逆變結(jié)束后自動(dòng)斷開，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組與交流進(jìn)線電源的可靠隔離?；谏鲜鰧?duì)勵(lì)磁系統(tǒng)目前運(yùn)行情況的分析，對(duì)控制回路進(jìn)行改造是解決該問題最快捷有效的方式。改造的基本思路是：在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制回路中，取消正常停機(jī)時(shí)勵(lì)磁變低壓開關(guān)的合分控制邏輯，只在保護(hù)動(dòng)作或勵(lì)磁裝置出現(xiàn)逆變故障時(shí)，才斷開勵(lì)磁變低壓開關(guān)。經(jīng)過這樣改造，在正常開停機(jī)過程中，勵(lì)磁變低壓開關(guān)ECB不動(dòng)作，只合分磁場開關(guān)FCB，從而極大地減少勵(lì)磁變低壓開關(guān)的合分次數(shù)，延長開關(guān)的使用壽命。

3.2 勵(lì)磁變保護(hù)設(shè)置不當(dāng)

3.2.1 問題分析

勵(lì)磁變壓器設(shè)置了門控跳閘邏輯，即勵(lì)磁變帶電且柜門打開時(shí)出口跳相鄰開關(guān)的保護(hù)。該保護(hù)功能主要靠檢測主變低壓側(cè)PT及勵(lì)磁變柜門位置反饋來實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 對(duì)策分析

門控跳閘邏輯一般在進(jìn)口勵(lì)磁設(shè)備中配備，并不符合國內(nèi)電廠運(yùn)行維護(hù)的習(xí)慣和作業(yè)操作，易誤動(dòng)作。設(shè)置該保護(hù)的主要目的，是為了防止在帶電情況下，人員誤開勵(lì)磁變柜門導(dǎo)致觸電事故。可對(duì)該保護(hù)進(jìn)行下列改造：1）對(duì)勵(lì)磁變柜門加裝五防閉鎖裝置，通過五防裝置的閉鎖實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)功能；2 ）取消該保護(hù)的跳閘功能，改為發(fā)報(bào)警信號(hào)。在保護(hù)誤動(dòng)作時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)報(bào)警信號(hào)，不跳閘，提醒運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行檢查。經(jīng)過這樣改造，除了能有效防止人員誤開勵(lì)磁變柜門之外，還能極大地減小保護(hù)誤動(dòng)作對(duì)電站及電網(wǎng)帶來沖擊的可能性。

四、結(jié)論

作為在大型抽水蓄能機(jī)組上應(yīng)用的國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)，國電南瑞先后承建了安徽響水澗抽水蓄能電站4*250MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、江蘇溧陽抽水蓄能電站250MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、江西洪坪抽水蓄能電站300MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)和更大容量的浙江仙居抽水蓄能電站375MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)，在調(diào)試及運(yùn)行過程中，國產(chǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足機(jī)組發(fā)電和水泵方向（包括水泵啟動(dòng)、水泵停機(jī)、SFC啟動(dòng)、背靠背拖動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等）各種工況的需要，運(yùn)行情況穩(wěn)定。該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行為我國在抽蓄機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)該勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、完善，將能使之更好地適用于抽水蓄能機(jī)組。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭春平，余振.關(guān)于中國抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一些思考[J].水電自動(dòng)化與大壩檢測，2011