王金虎，孫 暉，秦志勇

（浙能阿克蘇熱電有限公司，新疆維吾爾自治區(qū) 阿克蘇 843000）

0 引言

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)運(yùn)行以及電力系統(tǒng)容量不斷倍增，加之快速勵(lì)磁裝置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)也出現(xiàn)了許多新的問(wèn)題。例如，由于系統(tǒng)阻尼不足出現(xiàn)的低頻振蕩，遠(yuǎn)距離輸電線路的串聯(lián)補(bǔ)償電容引起的次同步振蕩及軸系扭振，系統(tǒng)無(wú)功不足、無(wú)功功率平衡破壞導(dǎo)致的電壓崩潰，這些都威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。因此，提高勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性顯得尤為重要，對(duì)于電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的實(shí)現(xiàn)意義[4,5]。

本文研究了某熱電公司實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行存在的安全隱患，通過(guò)對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源部分的改進(jìn)，簡(jiǎn)單的接線方式，使可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠[6]。消除了單一電源開(kāi)關(guān)跳閘引起兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同時(shí)故障而使發(fā)電機(jī)失磁跳機(jī)的安全隱患，為火電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器安全運(yùn)行及優(yōu)化改造提供參考。

1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本情況及運(yùn)行隱患

1.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器基本情況

某公司勵(lì)磁系統(tǒng)采用機(jī)端自并勵(lì)靜態(tài)可控硅整流方式，主要由勵(lì)磁變、三相全控橋式整流裝置、滅磁裝置、起勵(lì)裝置、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等組成。勵(lì)磁交流電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓整流，通過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)（磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)）供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，控制勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和無(wú)功功率。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)均采用國(guó)內(nèi)某公司制造的NES6100型號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器控制單元采用高性能微處理器PowerPC 和兩塊支持高速浮點(diǎn)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成的多核硬件平臺(tái)，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，模塊化軟件程序設(shè)計(jì)，并配備網(wǎng)絡(luò)化的人機(jī)交互系統(tǒng)。

1.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行安全隱患

1.2.1 直流環(huán)路互竄隱患

該公司每臺(tái)機(jī)組配置兩段220V 直流母線，分別配置一套直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置。由于原直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置功能單一，2021 年5 月結(jié)合機(jī)組檢修，對(duì)1 號(hào)機(jī)220V 直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了換型升級(jí)，并在直流系統(tǒng)每一支路上加裝高精度漏電流傳感器，提高了直流回路絕緣監(jiān)測(cè)的靈敏性。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置啟動(dòng)選線，可監(jiān)測(cè)直流系統(tǒng)正極接地、負(fù)極接地、正負(fù)極同時(shí)接地、環(huán)路互竄、蓄電池接地等主要故障，故障信息顯示在裝置屏幕上。

2021 年06 月17 日，1 號(hào)機(jī)組檢修結(jié)束后，勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開(kāi)關(guān)兩路控制電源恢復(fù)送電，220V 直流1A 段絕緣監(jiān)測(cè)裝置報(bào)“主屏A 段12 路環(huán)路互竄告警”，220V 直流1B段絕緣監(jiān)測(cè)裝置報(bào)“主屏B 段12 路環(huán)路互竄告警”，檢查確認(rèn)報(bào)警支路分別為1 號(hào)機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)控制電源1，1 號(hào)機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)控制電源2。

1 號(hào)機(jī)組220V 直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置在換型后監(jiān)測(cè)到直流環(huán)路互竄，是新?lián)Q型的絕緣監(jiān)測(cè)裝置問(wèn)題，還是勵(lì)磁系統(tǒng)二次回路存在隱患，引起了高度關(guān)注。經(jīng)過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)1 號(hào)機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)兩路控制電源環(huán)路互竄報(bào)警實(shí)為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器二次回路設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致，換型前的直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置因功能較為單一，而一直未能發(fā)現(xiàn)環(huán)路互竄的缺陷。

正常情況下，兩套直流系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。由于各種原因使直流系統(tǒng)之間電氣連接形成環(huán)網(wǎng)，在直流系統(tǒng)故障時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置無(wú)法正確動(dòng)作，使得在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)擴(kuò)大事故范圍[7,8]。

1.2.2 發(fā)電機(jī)失磁隱患

2021 年，1 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)展靜態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中，在拉開(kāi)1 號(hào)機(jī)B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置直流電源總開(kāi)關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)A 套、B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入信號(hào)異常。經(jīng)檢查二次回路，發(fā)現(xiàn)1 號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源為單電源，取自B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源，同時(shí)供兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器使用，如果B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源故障，則會(huì)造成A 套、B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同時(shí)失去開(kāi)入電源。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，如果因單一電源開(kāi)關(guān)跳閘而引起兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同時(shí)故障，那機(jī)組必然因失去勵(lì)磁而跳機(jī)。如果電力系統(tǒng)中無(wú)功功率儲(chǔ)備不足，將使系統(tǒng)中鄰近點(diǎn)的電壓低于允許值，破壞負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成系統(tǒng)電壓崩潰[9,10]，存在非常大的安全隱患。后經(jīng)進(jìn)一步檢查，采用同類型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的2 號(hào)機(jī)組也存在同樣的安全隱患。

2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器二次回路優(yōu)化

2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源回路優(yōu)化

直流環(huán)路互竄雖然未造成實(shí)質(zhì)性故障而影響機(jī)組安全運(yùn)行，但本著防患于未然的初衷，公司電氣技術(shù)人員對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源原理圖進(jìn)行了深入分析研究，發(fā)現(xiàn)1 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滅磁開(kāi)關(guān)有兩個(gè)跳閘線圈，其兩路控制電源分別取自220V 直流1A 段和220V 直流1B 段，任一路跳閘回路動(dòng)作后，會(huì)同時(shí)斷開(kāi)脈沖觸發(fā)電源，使功率柜的可控硅關(guān)斷。由圖1 可知，斷開(kāi)脈沖觸發(fā)電源通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA1 實(shí)現(xiàn)，此設(shè)計(jì)導(dǎo)致滅磁開(kāi)關(guān)兩路直流控制電源的負(fù)極通過(guò)KA1 線圈連接在一起了，從而導(dǎo)致220V 直流1A 段和220V 直流1B 段產(chǎn)生負(fù)極環(huán)路，影響了直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。原有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源回路原理圖如圖1 所示。

圖1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源回路原理圖（原圖）Fig.1 Schematic diagram of excitation regulator pulse power supply circuit（original drawing）

為此，擬定二次回路優(yōu)化方案如下：拆開(kāi)1 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源控制回路中KA1 繼電器處的并聯(lián)點(diǎn)，在KK-19、KK-20 號(hào)端子之間增加一個(gè)中間繼電器KA2，在脈沖電源回路KA1 繼電器輔助觸點(diǎn)后，串聯(lián)KA2 繼電器的常閉觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘后KA1 或KA2 繼電器任一動(dòng)作均可斷開(kāi)脈沖電源，如圖2 所示。

圖2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖電源回路原理圖（優(yōu)化后）Fig.2 Schematic diagram of excitation regulator pulse power supply circuit (optimized)

2022 年5 月，1 號(hào)機(jī)組檢修期間實(shí)施了優(yōu)化方案。二次回路優(yōu)化后，實(shí)現(xiàn)了繼電器KA1 配合滅磁開(kāi)關(guān)第一路跳閘線圈動(dòng)作后斷開(kāi)脈沖電源，繼電器KA2 配合滅磁開(kāi)關(guān)第二路跳閘線圈動(dòng)作后斷開(kāi)脈沖電源，使滅磁開(kāi)關(guān)的兩路直流控制電源不再直接連接，從而避免產(chǎn)生環(huán)路互竄現(xiàn)象。改造完成后，對(duì)1 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行了小電流試驗(yàn)及滅磁開(kāi)關(guān)傳動(dòng)，驗(yàn)證了脈沖電源回路的正確性、可靠性，證明二次回路優(yōu)化解決了滅磁開(kāi)關(guān)跳閘封脈沖回路引起的兩路控制電源環(huán)路互竄問(wèn)題，有效提高了220V 直流1A 段、1B 段分列運(yùn)行的可靠性。

2.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源優(yōu)化

1 號(hào)機(jī)A 套、B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置均由雙路電源（一路交流、一路直流）供電，任一路失電均不影響勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置運(yùn)行。兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共用一路開(kāi)入電源，該開(kāi)入電源取自B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置直流電源。如圖3 所示，開(kāi)入電源開(kāi)關(guān)Q6 與B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源開(kāi)關(guān)Q4 同源。在1 號(hào)機(jī)組運(yùn)行中，若Q4 開(kāi)關(guān)跳閘，則不影響B(tài) 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行，但若Q4 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源開(kāi)關(guān)跳閘，則會(huì)使兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源失電，導(dǎo)致兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器失去開(kāi)入電源而故障，引起機(jī)組失磁跳機(jī)。原有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源原理圖如圖3 所示。

圖3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源原理圖（原圖）Fig.3 Schematic diagram of excitation regulator input power supply (original diagram)

為此，基于對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源原理圖的分析研究，擬定優(yōu)化方案如下：在1 號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置開(kāi)入電源開(kāi)關(guān)Q6 上端，增加“由直流接觸器K70 構(gòu)成的雙電源自切換回路”。電源1 取自A 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源開(kāi)關(guān)Q3 的進(jìn)線，電源2 取自B 套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源開(kāi)關(guān)Q4的進(jìn)線，如圖4 所示。機(jī)組運(yùn)行中，Q3 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源和Q4 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源均正常，K70 接觸器得電，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（1 和2、3 和4）閉合，常閉輔助觸點(diǎn)（R1 和R2、R3 和R4）斷開(kāi)，開(kāi)入電源開(kāi)關(guān)Q6 由Q3 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源供電；當(dāng)Q3 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源失電時(shí)，K70 接觸器失電，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（1 和2、3 和4）斷開(kāi)，常閉輔助觸點(diǎn)（R1 和R2、R3 和R4）閉合，開(kāi)入電源開(kāi)關(guān)Q6 由Q4 開(kāi)關(guān)的進(jìn)線電源供電，從而確保了開(kāi)入電源不會(huì)失電。

圖4 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開(kāi)入電源原理圖（優(yōu)化后）Fig.4 Schematic diagram of excitation regulator input power supply (optimized)

2022 年5 月，1 號(hào)機(jī)組檢修期間實(shí)施了優(yōu)化方案。二次回路優(yōu)化后，單路直流電源改為雙路直流電源自動(dòng)切換，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)某一套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流電源進(jìn)線因故失電時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)入電源失電，提高了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行的可靠性。改造完成后，結(jié)合勵(lì)磁調(diào)節(jié)器小電流試驗(yàn)進(jìn)行了開(kāi)入電源切換測(cè)試，驗(yàn)證了雙電源自動(dòng)切換回路的可靠性及開(kāi)入電源的正確性。證明二次回路優(yōu)化消除了單一電源開(kāi)關(guān)跳閘引起兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同時(shí)故障，而使發(fā)電機(jī)失磁跳機(jī)的安全隱患。

3 結(jié)語(yǔ)與建議

本研究主要講述了通過(guò)對(duì)1 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)二次回路優(yōu)化改造，集中處理勵(lì)磁系統(tǒng)二次回路的兩個(gè)隱患方法和思路。2022 年06 月28 日，1 號(hào)機(jī)組并網(wǎng)投運(yùn)后，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，220V 直流系統(tǒng)未再發(fā)生滅磁開(kāi)關(guān)控制電源環(huán)路互竄報(bào)警，改造取得了良好成效。

此次勵(lì)磁調(diào)節(jié)器二次回路優(yōu)化研究為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)工作提供以下建議：

1）重視和發(fā)揮好直流絕緣監(jiān)測(cè)裝置的作用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析，對(duì)癥治理。

2）加強(qiáng)電氣設(shè)備二次回路原理圖的分析研究，多思考、多質(zhì)疑，盡早發(fā)現(xiàn)不完善之處，及時(shí)處理，消除隱患。