励磁系统整流柜均流问题分析及试验验证

霍乾涛，何 靖，刘国华，黄卫平，徐春建，王海军

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京210003）

随着电力系统的飞速发展以及单机容量的增长，大型同步发电机所需的励磁功率亦有了明显的上升。目前励磁系统的功率整流装置通常采用多路并联结构，这就要求多柜并联运行的大功率整流柜间应具有较好的均流系数，以便设备的容量得到充分和合理的应用。因此，在相关标准中，对功率整流装置的均流做了规定。某电厂一台汽轮发电机采用自并励励磁方式，配置5台整流装置，单台额定出力3 000 A。在机组试运行过程中，励磁系统各功率柜输出电流存在一定的差异。

1 问题分析

励磁系统整流装置多柜并联运行等效电路如图1所示。

图1 自并励励磁回路等效电路

因此影响均流系数的几个因素有：

（1）可控硅触发的一致性的影响；

（2）可控硅的平均通态压降的影响；

（3）交直流回路电阻和电感的影响。

当可控硅的平均通态压降相等，且可控硅触发的一致性很好，则交直流回路的等效阻抗的差异将成为可控硅整流柜均流的主要障碍。

该电厂励磁变电源从一侧进线方式，如图2所示。

理论分析：由于1号和2号柜之间连接铜排上流过的电流近似为一个功率柜输出电流的4倍，2号和3号柜之间连接铜排上流过的电流近似为一个功率柜输出电流的3倍，3号和4号柜之间连接铜排上流过的电流近似为一个功率柜输出电流的2倍，所以对应段铜排的压降近似与流过的电流成正比，进而造成1号柜与2号柜的电流相差最大，2号柜与3号柜以及3号柜与4号柜、4号柜与5号的电流差异逐渐缩小，与该电厂励磁系统各整流柜输出情况趋势相吻合。

图2 励磁柜体布置情况

因此采用合理的布局，尽量减小可控硅整流柜交直流回路阻抗的差异的方法，是提高均流系数的有效手段。如把功率装置重新排布，功率装置输出均流系数会有明显的提高。

根据DL/T 583—2006标准中均流系数KI计算公式：

可控硅伏安特性曲线见图3。

图3 可控硅V/A特性

可控硅的平均通态压降会受到可控硅结温的因素的影响，当电流增大时，可控硅斜率电阻增大，可控硅的平均通态压降增大，所以当功率系统输出电流增大时，在相同散热条件情况下，均流系数会上升。

2 试验及数据记录

2.1 左侧进线方式

试验用可以控制的硅整流装置按照左侧进线方式布置见图4（其中6号柜为进线位置，该柜退出运行）。

图4 左侧进线

各个运行点对应各柜电流分布见图5。

图5 左侧进线各柜电流分布

图5中不同颜色的曲线代表总电流不同情况下的各柜电流数据分布情况。从图中可知，从5号柜到1号柜，针对不同总电流情况下，电流分布呈下降的总趋势。左侧进线均流系数变化趋势见图6。

图6 左侧进线均流系数变化趋势

从图5中可知，从5号柜到1号柜，针对不同总电流情况下，电流分布呈下降的总趋势。

从图6中可以看到，均流系数随着总电流的增大而上升，这说明功率柜工作点越靠近额定工作点，均流系数越高。

2.2 右侧进线方式

试验用可控硅整流装置按照右侧进线方式布置见图7（其中1号柜为进线位置，该柜退出运行）。

图7 右侧进线机柜布置

各个运行点对应各柜电流分布见图8。

图8 右侧进线各柜电流分布

图8中不同颜色的曲线代表总电流不同情况下的各柜电流数据分布情况。从图中可知，从6号柜到2号柜，针对不同总电流情况下，电流分布呈上升的总趋势，其中2号柜到1号柜的电流梯度最大。右侧进线均流系数变化趋势见图9。

图9 右侧进线均流系数变化趋势

从图9中可以看到，均流系数随着总电流的增大而上升。这说明功率柜工作点越靠近额定工作点，均流系数越高。

2.3 中间进线方式

试验用可以控制的硅整流装置按照中间进线方式布置见图10（其中4号柜为进线位置，该柜退出运行）。

各个运行点对应各柜电流分布见图11。

图10 中间进线机柜布置

图11 中间进线各柜电流分布

图11中不同颜色的曲线代表总电流不同情况下的各柜电流数据分布情况。从图中可知，从1号柜到6号柜，针对不同总电流情况下，电流分布较为均匀，靠近直流出线端略有差异。

交流进线均流系数变化趋势见图12。

图12 交流进线均流系数变化趋势

从图12中可知，均流系数随着总电流的增大而上升。这说明功率柜工作点越靠近额定工作点，均流系数越高。

3 数据分析

（1）根据2.1和2.2中的试验数据可知，并联整流柜的电流分布情况与交流进线位置（即交流阻抗）有重要关系。越是靠近交流进线位置，整流柜输出电流越大；反之，越是远离交流进线位置，整流柜输出电流越小。该因素直接决定电流分布的情况和均流系数的高低。

（2）根据2.1和2.2的试验方式及试验数据可知，均流系数随着总电流的增加而上升。可控硅整流装置的实际工作点与可控硅整流装置的设计值相比越接近，裕度越小，其均流效果越好。反之，裕度越大均流系数越低。

（3）可控硅整流柜的实际工作点与可控硅整流柜的设计值相比越接近，即可控硅电流裕度越小，其均流效果越好。反之，可控硅整流柜的实际工作点越远离可控硅整流柜的设计值，即可控硅电流裕度越大，均流系数越低。

4 结束语

在励磁系统多并联整流装置设计过程中，针对常规均流措施，应当考虑交流进线的位置，尽最大可能地消除交流输入阻抗的差异对励磁系统均流的影响。另外，在设计晶闸管整流柜选择晶闸管规格时，在不影响柜出力的情况下，宜优先选择通态平均电流较小的晶闸管，以保证较高的均流系数。

[1]DL/T583—2006，大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件[S].

[2]DL/T650—1998，大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件[S].

[3]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.