溪洛渡左岸励磁系统功能优化

谢燕军，陈小明

（1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106；2.溪洛渡水力发电厂，云南 永善 657300）

溪洛渡左岸励磁系统功能优化

谢燕军1，陈小明2

（1.国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106；2.溪洛渡水力发电厂，云南 永善 657300）

对溪洛渡水电站左岸励磁系统在投产阶段的功能进行了研究，对其优化后的功率柜、灭磁时序、起励功能等进行了详细的介绍与分析。经现场试验结果证明优化以后的励磁系统运行稳定、性能优良，为发电机励磁提供可靠保证。

溪洛渡水电站；励磁系统；功能优化

1 系统简介

溪洛渡水电站是目前仅次于三峡工程的国内第二大水电站，位于四川和云南交界的金沙江上。溪洛渡水电站装机为18台770 MW的水轮发电机组，采用静止可控硅自并励励磁方式，溪洛渡电站发电机励磁系统主要技术参数如表1所示,其中左岸发电机组采用国电南瑞科技股份有限公司生产的NES5100励磁系统，配置拥有完全自主知识产权符合中国国情的应用控制软件。

表1 左岸发电机技术参数

2 溪洛渡左岸励磁系统功能优化

2.1 功率柜均流优化

随着发电机组单机容量的不断增加，自并励励磁系统中并列运行可控硅整流柜的数量也在不断地增加。处理好可控硅整流柜之间的均流问题，可以提高励磁系统运行的可靠性，进而对保证电厂设备长期稳定运行具有非常重要的意义。所以可控硅整流柜间的均流问题也就越来越受到人们的重视。

首先，溪洛渡左岸电站励磁系统在设计时对整流柜的可控硅参数（主要是通态压降和斜率电阻）进行一致性筛选，并尽可能保证各功率柜的可控硅散热条件相同，克服可控硅平均通态压降的影响，使得可控硅的平均通态压降对整流柜均流的影响相互抵消。

其次，左岸电站励磁系统的整流柜交流侧至励磁变压器副边采用24根等长的交流电缆进线，每相8根。同时，将励磁电缆以A、B、C三相为一组，分为8组，每组电缆成“品”字型排列，减少涡流损耗及发热，保证并联支路的交流输入阻抗尽可能相等。

溪洛渡电站左岸9台机组并网以后，每台机组均流系数均大于0.9，优于国标。并网以后，机组长时间运行工况时，励磁电流约为2 500 A，此时按DL/T583公式：

Imax——并联支路中的电流最大值。

计算各台机组的均流系数如表2所示。

表2 左岸各台机组的均流系数

2.2 功率柜风道优化

左岸电站励磁系统机柜风道是按照机柜前、后柜门进风口进风设计，机柜柜顶出风口出风，励磁系统内部除功率柜散热器风道外形成负压系统。为了减少励磁系统除功率柜外的其他盘柜灰尘，减低功率柜出风阻力，对左岸励磁盘柜的盘顶出风口进行技术改进，主要措施是增高功率柜出风口，将功率柜顶部出风口顶盖加高；同时对其他盘柜柜顶出风口设置滤网，以减少灰尘进入励磁系统柜内，提高设备的运行可靠性。左岸励磁系统盘柜通风示意如图1所示。

图1 励磁系统盘柜通风示意图

另外，左岸励磁系统具备励磁系统功率柜风机停风延时跳闸功能，励磁系统并网运行过程中，当单个功率柜的双风机故障时，启动延时继电器，延时闭锁本功率柜可控硅的输入脉冲，退出该功率柜运行。当退出的功率柜数量≥3时，发信号给保护，启动跳闸。为了延长溪洛渡左岸励磁功率柜风机全停运行时间，在功率柜盘后风道的下方，开3个椎20 mm左右运行通风孔，如图2所示，正常运行时，这3个通风小孔出风，出风量很小，由于功率柜采用的风机功率较大，所以基本不会降低可控硅风道风量。但是，当双风机停风后，因为双风机的出风板封闭，这3个通风小孔进风，根据自然对流换热时热空气上升原理，让风道内形成自然对流散热，改善功率柜风道运行环境，可以增加功率柜无风运行时间，延时启动跳闸功能。经现场试验验证，停风以后的功率柜运行温升得到很好改善，运行时间比开孔之前明显延长。

2.3 灭磁时序控制优化

溪洛渡左岸励磁系统采用HPB45M-82S高速直流磁场断路器+SiC灭磁电阻灭磁方式。SiC灭磁电阻具有可靠性高、单片能量大，总体积小的优点，具有易于并联的特性，自然均能性优越。因为HPB45M-82S无常闭触头，所以采用以冗余的跨接器回路代替灭磁开关的灭磁常闭触头，实现无触头磁场能量释放。冗余的机械跨接器和电子跨接器回路可消除机械机构松动、卡塞等事故隐患，显著减少维护工作量。

图2 励磁系统盘柜通风示意图

优化以后的溪洛渡灭磁时序控制为：运行中，收到励磁系统跳闸令时，首先触发跨接器回路，由于电子跨接器比机械跨接器响应快，此时电子跨接器回路先动作，然后，通过逆变灭磁或切断整流桥触发脉冲（硬件封脉冲）的方法帮助磁场断路器在转子上建立足够高的负方向电压，同时冗余的机械跨接器也会动作，此时断开灭磁开关，减少灭磁开关拉弧，灭磁开关的负担非常小，实现励磁系统的最佳灭磁，灭磁时序如图3所示。

图3 溪洛渡左岸励磁系统他励方式实测灭磁时序图

2.4 起励回路控制优化

溪洛渡电站左岸励磁系统起励回路采用的是三相交流起励。起励回路的续流电阻与转子之间以及续流电阻与外部起励电源回路之间分别增加大容量直流接触器，如图4所示，根据励磁系统的工作模式与转子电流的大小分别控制续流电阻与起励电源的投入与退出，起励回路工作状态为：他励零起升压、升流试验工作模式时，当转子电流小于4%额定转子电流时通过图中续流电阻右侧直流接触器投入续流电阻，将续流电阻并接至转子的两端，防止因转子电感作用而导致起励失败。当转子电流大于5%额定转子电流时断开接触器闭锁续流电阻的投入，利用4%～5%额定转子电流的死区，防止他励升压或升流过程中停留在4%额定转子电流时电阻频繁的投入与退出。自并励开机时，机端电压小于20%额定值，通过图4中左、右侧接触器投入续流电阻与起励电源，帮助发电机成功建压。发电机建压成功后，同时退出起励电源回路与续流电阻。

图4 溪洛渡左岸励磁系统起励回路

该起励回路既可以实现发电机起励时励磁系统可控硅整流桥的续流功能，又可以完成发电机他励零起升压、升流试验时励磁系统可控硅整流桥的续流功能。

2.5 溪洛渡PSS监视优化

发电机并网运行以后，为了抑制电网发生功率波动，励磁系统PSS功能会正常动作。在此基础上，溪洛渡电站励磁系统利用PSS的动作输出，增设PSS输出监视功能，设置PSS输出阀值判断，即当电网有大功率振荡时，PSS输出大于该阀值，发出报警信号，以检测PSS的动作以及电网波动，阀值整定为

0.3 %。PSS投入运行时，一旦系统发生有功波动，PSS输出大于0.3%，PSS输出监视动作，直接证明PSS正常运行。该功能已在溪洛渡励磁系统运行中正确验证。在2014年4月，运行中的溪洛渡3台机组励磁系统的PSS信号均出现动作、复归信号，在此期间，励磁系统均运行在AVR方式，PSS均处于投入状态，系统电压在536 kV上下，有约为2 kV的波动。PSS动作的两个短暂时段机端电压均稳定，每台机组的有功均有2～7 MW的低频波动，总有功有约为20 MW的波动，为了抑制此低频波动，3台机组的PSS出现了动作现象，并很快复归。后经相关单位告知是电网直流线路有调试试验。经分析判断，此PSS动作属于正常情况。

3 总结

水力发电是清洁能源发展的重要方向，励磁系统作为其中的重要组成部分，必须充分满足和适应当前技术发展的需要，本文从溪洛渡水电站励磁系统功能改进与创新出发，提出了励磁系统在功率柜结构、灭磁方式、PSS监视等方面的优化设计思路，满足励磁系统可靠稳定运行的要求，为今后励磁系统的设计提供较高的参考价值。溪洛渡电站励磁系统自运行以来全部实现“守稳百日”，改造以后的励磁系统满足励磁系统技术规范和设计要求。目前溪洛渡电站各运行机组状态正常、运行稳定。

[1]许其品，许其质.励磁系统的起励问题[J].水电厂自动化，2004（3）.

[2]许其品，孙素娟，程小勇.大型发电机组合灭磁方式[J].电力系统自动化，2007（15）.

[3]许其品，魏 伟，王永刚.可控硅整流桥均流的探讨[J].水电自动化与大坝监测，2010（04）.

[4]谢燕军，陈小明.溪洛渡水电站左右岸励磁系统起励回路对比分析[C]//2014年全国水电厂自动化技术学术研讨会论文集，2014.

[5]刘喜泉，陈小明，毕欣颖，等.溪洛渡水电站励磁系统灭磁逻辑和时序分析[C]//2013年度发电机励磁系统学术年会暨技术研讨会论文集，2013.

TV734.2

：B

：1672-5387（2017）03-0027-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.008

2016-09-19

谢燕军（1986-），男，工程师，从事发电机励磁系统设计与调试工作。