火电厂励磁均流性能影响因素与治理

2011-04-21聂振勇

东北电力技术 2011年3期

聂振勇,杨斌

（河北国华沧东发电厂,河北沧州 061113）

随着交流励磁机和静止整流励磁系统的普遍应用,大功率硅整流元件（二极管和可控硅）的使用越来越广泛。为提高励磁系统可靠性,增加励磁电源容量,一般均采用多柜并联运行。多个功率单元并列运行时,由于各种因素导致各功率单元出力不一致,影响功率单元寿命和强励效果,给系统的长期稳定运行带来隐患。电力部行业标准DL/ T650—1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》和DL/T583—1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》规定：功率整流装置的均流系数一般不小于0.85,而用户往往要求均流系数不小于0.9[1,2]。

1 影响励磁功率柜均流系数因素

5个整流桥并列运行励磁系统主回路电气原理如图1所示。

1.1 交流侧进线的影响

在励磁柜设计、安装过程中,并联支路元器件与交流母线的距离都不相等,因此,交流母线的磁通对各支路电流分配所产生的影响也不等。母线的长短不一、刀闸的接触电阻也有很大的不同。由于交流侧的电阻、电感的影响,总体规律是电流分配与长度成反比。由于励磁系统的自并励方式,改变交流铜排电抗比较困难,而且造价高,因此,采用改变电阻的方式比较经济和容易。

由于可控硅通态电阻比整流桥交、直流侧电阻大,一般达到R1T/（R1a+R1d）≈15[3];当整流桥选择的可控硅通态电流比较大,由于可控硅通态电阻下降,使两者比值R1T/（R1a+R1d）≈4,那么交流侧进线长度对均流的影响就较明显。如果为了减小交流进线对均流的影响,在满足整流桥出力要求下,可控硅通态电流的裕量不要选择过大[4]。

对于交流侧采用铜排互连的整流桥,由于其铜排呈阻性,即电阻远大于电感,因此,可以通过改变铜排电阻达到均流的目的,如在铜排上刻槽、打孔,通过改变连接铜排接触电阻改善均流。如果采用改变电感来均流,不仅要花费较多资金,而且加装电抗器的体积[3]和磁滞损耗发热比较大,因此不建议采用该方法。

图1 5个整流桥并列运行励磁系统主回路电气原理图

1.2 可控硅的影响

在多个可控硅元器件并联时,尽管选用元器件的正向特性完全一致,但也无法达到良好的均流效果。因为多个元器件并联时,受到元件、快熔等接触电阻及外界因素的影响,电流出现差异,当某只整流元器件的电流（平均电流）减少时,其他整流元器件的电流将增加,以补偿输出电流的减少,将造成可控硅的门槛电压压降变化较大,直接影响输出电流的分配。可控硅从触发到完全导通需要满足门槛电压VT（TO）,因此,对于VT（TO）值大的可控硅,将滞后于VT（TO）值小的可控硅导通[5]。可控硅达到VT（TO）导通后,可控硅压降将减小到VT。在整流桥可控硅排列中,需要优先选配可控硅门槛压降,按照门槛电压相近原则排列同桥臂可控硅[6]。可控硅通态电阻差异可以根据交直流侧进出线长短平衡。如采用交流电缆作为进出线就是一种平衡可控硅通态电阻差异的方法,可控硅触发时刻的差异也影响电流的分配,时间影响是至关重要的因素。硬件主要选择特性相同的硅元件,个体差异越小越好。装配时结构应对称,如果不是铜排连接,交流进线的电缆长度也要尽量一致,可控硅的散热效果要好。

1.3 脉冲处理回路的影响

脉冲回路可靠性对功率柜均流可靠性至关重要。脉冲处理回路的移相电阻、电容参数的变化,使移相特性不一致,导致功率柜支路触发脉冲偏移较大,造成均流失衡[8,9],脉冲易受到电磁干扰,因此在调节器与功率柜距离较远的系统中,需要设计脉冲变换回路,防止干扰放大,误触发可控硅。另外,脉冲单元的移相电阻变值、电容漏电,使移相特性改变,脉冲偏移较大,应采用高性能的脉冲变压器,保证脉冲触发前沿的一致性,保证触发脉冲前沿陡峭,触发脉冲电流要大,以达到均流的目的。通过微调触发脉冲位置,使难以开通、通态压降大、回路阻抗高的可控硅提前触发,该方法适用于励磁调节器对各功率柜分别产生触发脉冲。

2 实例分析

国华黄骅发电厂一期工程励磁调节系统于2004年投产,UNITROL5000励磁系统功率柜配有完善的措施对整流桥各部分进行智能检测和显示。通过功率柜门的CDP可以了解功率柜的运行状态。励磁系统通过软件实现功率柜的智能均流,现场试验证明,在机组空载和负载运行情况下,5柜并联运行时均流系数均保证在97%以上,任意一个整流桥退出时,其余4柜无需人工调整,自动保证均流系数在97%以上[7]。

国华黄骅发电厂二期工程2×660 MW机组采用南瑞电气控制公司生产的自并励磁系统,系统配置1台发电机励磁调节器、5台可控硅整流装置（单台额定出力3 000 A）、1台发电机灭磁装置、1只灭磁电阻。3号机组励磁系统已投入运行,3号机组额定励磁电流为960 A,新系统自2006年开始两功率柜输出电流较不平衡,严重时A柜输出300 A,B柜达600 A左右,均流问题急待解决。NARI脉冲驱动电路如图2所示。

该工程励磁系统配置裕度大,机组满负荷运行时单台可控硅整流装置最大出力900 A,仅为其额定出力的1/3,因此均流系数没有达到规范要求的0.85,不影响机组安全稳定运行,对机组的正常工况及事故工况没有影响。交流进线柜位于5台可控硅装置的一侧,是造成均流系数低的原因之一,但不是惟一的原因,因此,要求南瑞电气控制公司进行以下工作。

a.在厂内完成5台可控硅均流试验,定量分析回路电阻对均流系统的影响。

图2 NARI脉冲驱动回路

b.在厂内完成可控硅装置温升试验、强励试验,确认励磁系统的实际运行能力。

c.提供温升试验和强励试验大纲,供使用单位审核。

d.提供其他发电厂励磁系统加磁环试验记录,验证在交流母排加磁环方法对改善励磁系统均流系数的效果。

e.考虑并提供在距离交流进线柜远端的可控硅装置母排并联铜排解决均流问题的方案。

完成以上工作后,确定在1、2号功率柜交流进线处加装磁环,改善3号机组励磁系统均流系数。4号机励磁系统将交流进线柜布置在5台可控硅装置中间,以改善均流系数,因此,请设计院考虑重新排列5台可控硅装置的可行性,实现4号机励磁系统盘柜优化布置,改善4号机励磁系统均流系数。加装磁环前后各整流柜电流分配情况如表1所示,温度、噪声测量数据如表2所示。