白溪水电站微机励磁系统的应用体会

2010-07-03周兴军曹国锋

大坝与安全 2010年3期

周兴军，汪涓，曹国锋

（1.白溪水库管理局，浙江宁波315606；2.杭州交联电力设计咨询有限公司，浙江杭州310011；3.浙江华东机电工程有限公司，浙江杭州310014）

0 引言

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，要求发电机迅速增大励磁电流，维持电网的电压水平及稳定性。因此，对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行进行控制的重要内容之一。

同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成，见图1所示。

图1 励磁系统组成示意图Fig.1 Sketch drawing of the components of the excitation system

其中，励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统。

1 基本情况

白溪水电站位于浙江省宁海县，装机容量2×9 MW，是宁波市最大的常规水电站，承担系统调峰、调频和事故备用。因此，要求机组频繁开停机，并能及时准确并入系统，调节宁波地区电网电压水平及稳定性。电站1号机、2号机都曾因励磁故障，不能及时并网，严重影响电站各项功能的充分发挥。

2 自并激微机励磁系统的简单介绍

Exc9000型和SAVR2000微机励磁包括主程序和控制调节程序，如图2所示。

Exc9000型和SAVR2000微机励磁结构上采用双微机并联+手动通道冗余容错机构，两套微机构成的双通道输入到输出各环节均完全独立工作，两套微机通道互为备用运行，一套微机通道发生故障将自动切换为另一套微机通道运行。Exc9000型和SAVR2000型励磁系统运行时，主用通道的触发脉冲控制两组可控硅整流桥，两组整流桥并列运行。

图2 流程控制示意图Fig.2 Sketch drawing of the flow control

自并激微机励磁系统接线方式，如图3所示。

图3 自并激励磁接线简图Fig.3 Connection of the self-excited excitation system

以下根据南瑞、广科院三家微机励磁在白溪水电厂多年的投运情况，对各种励磁日常出现的缺陷和设计暴露出来的问题加以对比分析和探讨。

2.1 励磁调节器电源

励磁调节器电源的稳定直接关系到励磁系统的正常工作。

南瑞SAVR2000微机励磁调节器电源见图4。

图4 SAVR2000微机励磁调节器电源Fig.4 Power supply for the regulator in the SAVR 2000 microcomputer excitation system

广科院Exc9000型微机励磁调节器电源如图5所示。

南瑞的SAVR2000设计了双路供电和分布式隔离电源，电源模块输出并列对两套微机通道进行供电，电源模块的输入设计采用直流和厂用交流电两路电源，正常情况使用厂用交流电源输入，厂用交流电源故障则自动切换为直流供电。当任一电源模块故障时，可由另一正常模块单独对两套微机通道供电。

图5 Exc9000型微机励磁调节器电源Fig.5 Power supply for the regulator in the Exc 9000 microcomputer excitation system

Exc9000型励磁在设计上采用两套独立电源模块，一套电源模块的输入采用直流和厂用交流电两路电源，另一套电源模块采用直流和自用交流电（机端励磁变低压侧经自用变降压至380V）两路输入，电源模块输出并列对两套微机通道供电。显然由于自用交流电的接入，只要机组在运行，即使直流和厂用交流电均故障，调节器仍然可以正常工作。

2.2 实时故障诊断

采用的检测方式有CPU检测方式、硬件检测方式和软件检测方式。目前，南瑞的SAVR2000和广科院的Exc9000两个厂家都注重软件检测方式，及时检测各种异常运行工况，并做相应的报警或切换处理，确保发电机机组运行稳定。

南瑞SAVR2000实时故障检测项目有：电源电压过低、过高或消失的检测；PT断线的检测；可控硅同步电压信号及发电机机端电压相序的检测；可控硅脉冲丢失的检测；控制角的检测；双机通讯故障的检测；硬件和软件看门狗。

广科院Exc9000实时故障检测项目有：同步故障检测：判断条件为（Utb+15%＜Ug）&R632&(Utb＞20%)；Ug为机端电压，Utb为同步电压，R632＞40%机端电压；低励磁电流检测（判断条件为：本通道运行情况下，定子电流大于励磁电流的10%且小于空载励磁电流的20%）；以及励磁变副边CT故障检测；PT故障检测；调节器故障检测。

2.3 可控硅整流桥投运方式

白溪水库2001年投产运行，考虑微机励磁调节器不够全面，经常是一组整流桥投入运行，另一组整流桥仅当运行的整流桥发生故障或运行的微机通道发生故障切换通道后再投入运行。从实际运行情况来看，每次开机1号可控硅整流桥均投入运行，2号整流桥处于备用状态；1号可控硅整流桥始终处于运行状态，1号整流桥柜多次因长时间运行、灰尘过多阻挡了可控硅散热风机的正常运行，引起散热风机故障，导致微机通道发生切换。而且经常处于运行状态的1号可控硅整流桥容易老化，而经常处于备用状态的2号可控硅整流桥得不到充分利用。

SAVR2000、Exc9000型微机励磁装置运行时，两组可控硅整流桥并联投入运行，整流桥得到充分利用，当任何一组可控硅整流桥发生故障时，另外一组整流桥可以独立承担所有负荷的调节并能保证所有工况（包括强励）的冗余配置。可控硅的这种并列运行方式接线简单，实际运行中效果比较好。

2.4 PT断线判据的比较

SAVR2000装置每一套微机调节通道都有2种运行工况：（1）发电机机端电压调节（以发电机机端电压为判据，维持机端电压恒定，自动方式实现调节，简称AVR）；（2）发电机励磁电流调节（以发电机励磁电流为判据，维持励磁电流恒定，手动方式实现调节，简称FCR）。正常运行方式下，调节器均处于AVR调节工况，电压PT1、PT2同时采样进入两套微机装置，A套微机装置采样的PT1电压用来AVR调节，采样的PT2电压仅仅用来判断PT1电压是否发生断线故障，而不用来AVR调节，B套微机通道同样，采样的PT2电压用来AVR调节，采样的PT1电压仅判断PT2是否发生断线故障。装置正常运行时，两套微机通道均处于AVR调节工况，每套微机通道采样的PT1、PT2经过模拟量板的隔离整流，然后把PT1、PT2的整流值进行比较。当PT1或PT2发生一相或二相（三相）断线时，整流值将明显降低，装置会比较PT1、PT2整流值，然后判断出哪组PT断线，将对应PT断线的微机通道切换为备用通道（输出跟踪主用通道但被闭锁），没有发生断线的PT对应的微机通道自动切换为主用通道运行在AVR工况。这样，发生PT断线的微机通道由于输出被闭锁将不会引起误强励。

仔细分析一下处理PT断线的方法，就能得出其中的不足之处。假设发电机正常运行在A套微机通道的AVR调节工况,B套微机通道备用在AVR调节工况，PT1电压回路发生断线故障，A套微机通道根据PT1、PT2的整流值进行比较，发出PT断线报警信号，由于PT1发生断线，A套微机通道将自动由AVR工况转成FCR工况，同时A套微机通道自动转为备用，B套微机通道切换为主用仍工作在AVR调节工况，此时PT2用于B套微机通道作为电压调节的判据。由于PT1己经发生断线故障，若此时PT2再发生断线故障而使PT2的整流值降低，此时PT1、PT2的整流值均降低，将引起励磁装置判断是因为系统短路故障而引起的电压下降，调节器将增大励磁输出造成误强励。

Exc9000型励磁系统判别PT断线采用PT电压和励磁变低压侧电压进行比较，并结合励磁电流值来判断而不是PT1与PT2之间比较，避免了误强励、误强减，同时报出“PT断线”字样，并将励磁调节器切换到手动运行模式。