三峡右岸电站励磁系统调试

2013-05-16巨民尚

水电站机电技术 2013年5期

关键词：励磁三峡调试

巨民尚

（西安热工研究院，陕西西安 710032）

三峡右岸电站励磁系统调试

巨民尚

（西安热工研究院，陕西西安 710032）

三峡右岸电站机组的安装和调试于2006年开始，右岸电站机组励磁系统采用南瑞集团与德国SIEMENS合作提供的THYRIPOL励磁系统设备，调试过程中顺利完成了甩负荷、电气制动等试验。从调试完成后的机组运行情况来看，本系统硬件配置合理，软件流程编制符合机组实际运行要求，机组整体运行稳定。用于完成本系统调试的整套调试流程充分发挥了其技术指导性作用，值的同行借鉴和参考。

三峡右岸电站；励磁系统；调试

三峡右岸电站共安装有12台单机容量为700MW的混流式水轮发电机组，发电机机端额定电压20kV，额定电流22453A，额定功率因数0.9（滞后），机组额定空载励磁电压176V，机组额定空载励磁电流2145A，机组额定负载励磁电压481V，机组额定负载励磁电流3948A，发电机最大励磁电压506V，发电机顶值励磁电压1609V，发电机顶值励磁电流7896A，励磁系统允许强励时间20s，机组励磁方式为可控硅自并励励磁方式。三峡发电机励磁系统也是当时世界上励磁电流最大的水力发电机励磁系统，因此对励磁系统的调试能够检验励磁系统中的隐患，保证今后机组的安全稳定运行。

1 三峡机组励磁系统的特点和功能

1.1 三峡右岸电站励磁系统概述

由于三峡电站在华中电网中主要担负基荷调节任务，所以机组励磁系统更多的时候表现为调节电力系统无功功率负荷，这样对于700MW的大机组而言能够充分发挥其自身优势，而且对电网的安全经济运行将起到显著作用。

三峡右岸电站励磁系统主设备包括励磁调节器柜，辅助继电器柜、功率柜、灭磁柜、转子接地检测柜等。该系统采用Simadyn-d型励磁调节器，控制程序采用的是Struc-G软件程序，该程序为SEIMENS公司开发的一种PLC工业程序，其运用到电厂励磁系统中后能明显提高发电机的运行稳定性，三峡左岸电站同样采用该软件，从软件在机组运行过程中所发挥的实际效应来看，该软件控制性能可靠、软件整体运行稳定。

三峡右岸电站励磁系统采用双通道励磁调节系统，两套调节器具有相同的硬件装置，以及相同的调节功能。每个励磁调节器由2个微机调节通道组成每个微机调节通道又分为2种励磁控制模式，即AVR模式和ECR模式，AVR模式为发电机自动电压控制模式，取发电机机端电压信号进行闭环调节ECR模式为发电机手动控制模式，取发电机转子励磁电流进行闭环调节。机组正常运行时2个微机调节通道都同时运行，其中1通道在线控制机组运行2通道处于热备用状态，如果在线运行通道发生故障，调节器在闭锁其故障通道的同时，热备用通道转入在线运行。

另外为了保证励磁系统的可靠工作，调节器采用双冗余电源供电，并且可以自动或手动及时分段触发脉冲。

1.2 励磁调节器的主要功能

励磁系统具有调节、保护、制动、灭磁等各项功能，能够适应三峡电厂对机组正常运行的各种要求下面就主要的功能予以简单介绍：

（1）闭环调节和开环调节。励磁系统闭环调节主要包括发电机机端电压闭环调节、励磁电流闭环调节、无功功率闭环调节、功率因数闭环调节等。机组在各种闭环调节模式下运行时，其自动控制的给定值须在其自动控制范围内，超出其有效范围的给定值，励磁调节器视其为无效。开环调节模式为励磁系统手动调节模式，手动调节模式又分为正常模式和试验模式（unlocked模式），试验模式与正常模式相比，其开机条件比AVR/ECR的给定范围限制较宽，这为励磁系统现场调试提供了便利条件。

（2）电气制动。励磁系统判定机组转速降至50%ne以下时投入电气制动模式，本模式为励磁电流闭环调节模式，按预先设定的给定值进行闭环控制，在机组转速降至10%ne以下时或机组电气制动时长超过600s时，本模式自动退出运行。

（3）灭磁和限制。励磁系统灭磁分为逆变灭磁和强行灭磁两种方式。逆变灭磁为机组正常停机时所采用，灭磁电阻不起耗能作用，交流灭磁开关分断；强行灭磁为机组事故停机或紧急事故停机时所采用，强行灭磁分两种情况，第一种情况是直流灭磁开关接到跳闸令后可靠动作，直流灭磁开关的辅助触头先于其主触头的分段而接通，非线性电阻投入灭磁回路，在直流灭磁开关响应跳闸指令的同时，励磁调节器接到跳闸指令后进行逆变灭磁。第二种情况是直流灭磁开关接到跳闸指令后拒动，但跳闸指令的发出在触发了跨接器中的可控硅后，同样可以使非线性电阻投入灭磁回路。

励磁系统限制功能主要包括过励限制、欠励限制、转子电流限制、定子电流限制和伏频限制等。在各种限制功能中过励限制和欠励限制实质是机组提供无功功率的限制，由于励磁系统在过励条件下提供无功功率的能力对防止电力系统发生电压失稳非常关键，所以励磁系统限制功能发挥其应有作用对发电机的运行稳定性至关重要。鉴于过励限制的重要性本文给出了它与保护协联调节的曲线图（见图1），转子电流限制和定子电流限制在一定条件下受转子和定子绕组发热极限的限制，换言之，转子及定子的温度在一定条件下正比于转子及定子的电流。伏频限制为防止与发电机所连接的变压器铁芯发生磁滞饱和而设定。

图1 发电机过励限制与保护协调

（4）为了保证励磁调节器可靠工作，励磁系统设有在线监测和保护功能，如PT断线判定功能、触发脉冲丢失判定功能、电源模块失电保护功能、功率柜停风保护功能、励磁变温高判定功能、励磁柜门误开保护功能等。

（5）过电压保护功能。在非线性电阻柜设置有Si非线性电阻保护元件和过电压跨接器，而阻容保护作为常规过电压保护及浪涌吸收元件存在于过电压保护回路当中。无论是对转子回路的正向过电压还是反向过电压，过电压跨接器都会严格的将电压限制在不超过±3000V范围内。

（6）转子一点接地保护和转子失磁保护功能。本保护功能的实现由机组继电保护系统综合判定后动作出口。

（7）过电流保护功能。励磁系统非正常运行时会在转子回路产生过电压，这是励磁系统过电压保护回路中过流继电器动作的根本原因。

2 励磁系统无水调试

2.1 励磁系统二次接线校核

为确保励磁系统二次硬接线的正确性，在其系统设备还未带电之前，用通灯对二次接线的接线位置进行校核，连接系统设备之间的线缆分为信号线和指令线，励磁系统通过信号线把系统内的事件、故障、事故等信号上送至监控系统，励磁系统通过指令线接收监控和保护系统所发出的开机指令、停机指令、调节指令、及跳闸指令等；励磁系统设备与监控及保护设备都上电之后，进行系统设备间的传点测试，依据点表逐一进行校核。

励磁系统盘柜内部二次接线的校核就是具体核实调节器的I/O端接线定义、电源板接线定义AI/AO端接线定义及其他信号采集回路接线定义，系统设备上电后用继电保护测试仪校核系统设置参数，模拟机组运行的各种工况，检验励磁系统能否实现其各项设计功能。以下实验均以21号机组调试为例进行介绍。

2.2 励磁系统静态特性试验

完成对励磁系统接线检查、绝缘测试、性能测试工作后，可使励磁系统设备带电，用假负载替代转子负载，调节功率柜输出不大于50A的励磁电流，考核励磁调节器调节性能。

3 励磁系统有水调试

3.1 发电机升流和升压

本试验采用10kV临时电源使励磁变高压侧带电，第一次升流至5%Ig，检查CT回路及极性的正确性，再次升流至30%Ig，进行发电机保护试验。其后拆除发变组升流短路点连线，进行升压试验，检查PT回路及相序的正确性。

3.2 励磁系统特性测试

励磁系统特性测试是检验励磁系统各种功能是否正常的关键步骤，主要包括以下几个方面：

（1）ECR阶跃试验。在完成发变组升流和升压试验之后进行手动励磁调节通道的±5%Ig阶跃试验，试验之前将发电机过电压保护定值修改为115%Ug，无延时出口，以免保护延迟动作。

（2）在机组自并励模式下进行励磁系统调节通道切换试验，用以检验励磁系统的无扰动切换性能。

（3）顶值励磁电压测试。Kp、Ki和Kd参数保持不变，减小励磁顶值电压限制时间Tn至0.1s（随现场调试而定），调节励磁系统输出一定励磁电压值，随后减小可控硅触发角α至10°以下，测试到励磁系统响应的正向顶值电压达到1537V，负向顶值励磁电压达到-1406V，计算顶值励磁倍数大于2.9。

（4）过励限制及欠励限制功能性试验。过励限制和欠励限制试验中通过改变限制器限制值的方法来测试励磁系统限制器动作特性。欠励限制试验要求机组输出一定的无功负荷，设定限制值小于实际值10%的值，用下阶跃的测试手段促使欠励限制器动作。过励限制器动作时间反比于励磁回路的过励值

（5）U/f限制性能的测试。须调节机端电压到110%Ug，机组空载状态下在20s内把机组频率从50Hz降到45Hz，同时测录U/f限制特性曲线，经过对本次测录曲线的计算，验证限制器限制特性的要求，当机频变化1%时，机端电压变化率远小于±0.25%。

（6）定子电流限制试验。机组在AVR1控制模式下带75%有功和15%无功，设置定子电流限制值比实际定子电流值小2%的值，经过大约3min后，发电机定子电流限制器动作。

（7）甩负荷试验。在机组分别带20%Pn、40%Pn 70%Pn、100%Pn负荷情况下进行AVR模式下的机组甩负荷试验，经过对不同负荷测录波形的分析机端电压在机组甩不同负荷时都会有短暂的升高但其超调量都在技术要求范围之内，计算值小于15%～20%的超调范围，本次甩负荷超调次数均为次，调节时间小于5s。

本次甩负荷过程中频率受到影响程度和机组所带有功负荷的大小有关，甩负荷典型实例见三峡右岸电站21号机2次甩负荷的录制波形图（图2、图3）。