EXC9100励磁系统在春厂坝电站的应用

唐炯 蒋三斌 郭安奎

摘 要： 春厂坝电站采用广州擎天EXC9100励磁系统，此系统充分融入了电磁兼容性设计，进一步提高了励磁装置的可靠性。介绍了春厂坝电站励磁系统的特点、运行方式与操作、维护经验，可控硅元件、灭磁电阻、灭磁开关的选型计算以及调试软件的简要使用。

关键词： EXC9100；运行方式；维护经验；参数计算；调试软件

中图分类号：TM761+.1 文献标识码：B

1设备概述

春厂坝电站单机额定功率18MW，额定机端电压10.5kV，额定机端电流1164.4A，采用EXC9100励磁系统，额定励磁电压160V，额定励磁电流490A，空载励磁电压57V，空载励磁电流262A。励磁变二次侧额定电压320V，最大电流568.3，短路阻抗4.16%。

2运行方式

（1）励磁系统功率柜采用两柜并联运行模式，每柜装有一个三相全控整流桥，单个桥整流能力满足两倍额定励磁电流。

（2）正常运行时，默认A通道为主用，B通道为备用，主用通道LED显示为“3.3”，备用通道LED显示为“33.”。

（3）运行设置为：通道跟踪投入；零起升压退出；强励允许投入；残压起励投入；恒Q調节退出；恒PF调节退出，采用自动准同期装置的机组还需退出网压跟踪。

（4）系统设置为：PSS功能投入；欠励限制投入；调差功能投入；残压起励；软起励。

3故障处理经验

（1）风机启动故障：检查风机电源是否正常，接触器是否正常动作，风机本体是否正常；检查参数R631动作值与返回值设置是否合理。

（2）功率柜均流差：首先检查脉冲回路是否正常，然后通过测量与晶闸管相连的熔断器两端压降（假设熔断器阻值固定），大致判断出1号桥哪只晶闸管输出较高，2号桥哪只晶闸管输出较低，然后对调两只晶闸管以平衡两桥输出。

4主要设备选型校核

4.1可控硅元件的选择

晶闸管制造厂为英国DYNEX，型号为DCR1006SF28 2800V/1255A

4.1.1 反向重复峰值电压验算

依据GB 50150标准规定，本站励磁绕组试验电压最大为10倍额定励磁电压，即工频电压1600V，最大峰值为1600× =2263V，因此励磁绕组两端过电压瞬时值应不大于2263×0.7=1584V，VRRM 应在此值以上。同时，反向重复峰值电压VRRM应不小于励磁变压器二次侧最大峰值电压的2.75倍，即VRRM应大于320× ×2.75=1245V。所选可控硅VRRM为2800V，能满足以上各项要求。

4.1.2 晶闸管通态平均电流

IP≥KSAKjiIdK4/K2KS Id ，式中Kji-电路系数，三相全控桥取0.367 ；K4-海拔高度系数，K4取1.21。KSA-电流储备系数取2；K6-风速降低，温度上升，取0.9 ；K2-风速系数，5m/s，取1.0 ；KS-环境温度系数，40℃取1.0 ；Id -强励顶值电流，取960A 。则Ip≧2×0.367×960×1.21/（1×1×0.9）=947.3A 。所选可控硅通态平均电流1255A，满足机组各种工况的要求。

4.1.3 相应的快熔的选择

额定电压>1.3*K1*UFN =1.3*2*160=416V （K1=强励倍数）；额定电流>0.577*Id=0.577*960=553.9A （Id=本桥顶值输出电流） ；所以快熔选用RS4 AC500V/700A P1M104NK h40，满足使用要求。

4.2 灭磁电阻的选择

4.2.1 磁场绕组电感

Lf=Tdo × Rf75℃ ；式中Rf75℃为75度时励磁绕组直流电阻，合同中该值为0.274Ω，Tdo 为直流暂态开路时间常数，合同中该值为6.17S。则Lf =6.17×0.274 =1.6906（H）

4.2.2 发电机额定空载励磁电流时磁场储能Wfo

Wf0=0.5×Lf×If02=0.5×1.6906×2622 =0.058MJ （注：Ifo—空载励磁电流）

4.2.3 发电机磁场最大储能Wfmax

Wfk=1/2 Lf ×If 0×Ifk= 0.5×1.6906×262×960 = 0.213（MJ）（注：Ifk—强励励磁电流）

4.2.4 灭磁时灭磁电阻耗能和灭磁电阻设计能容量WRfk

根据经验估算，灭磁电阻在空载灭磁时耗能占磁场储能的比率系数为0.7，考虑其配置容量应有20%备退裕度，则：WRfk = 0.213×0.7×1.2 =0.179（MJ）

4.2.5 配置的非线性灭磁电阻的总能容

根据以上估算结果，氧化锌非线性电阻配置如下：单片极限能容/标称能容/：20KJ/15KJ；总标称能容：0.179MJ，取16片，采用2串8并。

4.2.6 非线性灭磁电阻残压值的选择

标准规定，灭磁过程中，励磁绕组反向电压不低于出厂试验时励磁绕组对地试验电压幅值的30%，不高于50%。则ZnO非线性电阻的残压选择范围如下：

UfN×10×1.414×（0.3—0.5）=678V—1131V；我站选择的灭磁电阻配置为2串8并16片残压700V。

4.2.7 励磁绕组正向过电压保护动作值的计算

标准规定，励磁绕组回路动作电压最低瞬时值应高于最大整流电压的峰值，同时还应高于自动灭磁装置正常动作时产生的过电压值； 最高瞬时值应低于可控硅整流桥的最大允许电压，且不得超过出厂试验时励磁绕组对地试验电压幅值的70%。

根据工程实践经验，可控硅整流桥产生的换相过电压会达到阳极电压峰值的2.5倍，即：2.5×U2L×1.414=1131.2V （注：U2L—励磁变副边电压）

则与励磁绕组并联的可控硅跨接器触发电压不得低于该值，同时，它还不得高于：UfN×10×1.414×0.7=1583.7V，即：2.5× ×U2L<动作值<10× ×UfN×0.7，因此，可控硅跨接器的触发电压（即正向过电压保护动作值）可选为1400V。

4.3 灭磁开关的选择

4.3.1 选型

采用ABB公司生产的E1B/E MS-800A/1000V型灭磁开关。

4.3.2 额定电压的核算

磁场断路器额定电压应大于磁场断路器长期工作电压的最大值，按2倍额定励磁电压考虑：UN≧2UfN=2×160V=320V。实选额定工作电压为1000V。

4.3.3 额定电流的核算

磁场断路器的额定电流应不小于发电机最大容量时励磁电流的1.2倍。 IN≧K×IfN=1.2×490=588A。实选额定电流为800A，满足要求。

4.3.4 分断能力的核算

最严重工况是当发电机发生转子滑环侧短路故障时所产生的磁场绕组短路电流：Iqf（0.5s）=100I2n/（0.816Xipd）=100×568.3/（0.816×4.16）=16.7kA

其中I2n为励磁变额定二次电流，Xipd为励磁变压器短路阻抗值。

实选最大分断电流为42kA，满足要求。

5USC Debug调试软件的应用

USC Debug是广州擎天为方便调试和维护EXC9100型励磁调节器而开发的一款调试软件。软件具有完善的示波功能、参数操作功能、命令操作功能、故障录波功能、事件记录功能。

软件与调节器通讯需使用串口线。实现正常通讯还需按以下步骤配置软件，第一步点击“系统”选择“设备选择”内的调节器编号；第二步点击“系统”选择“通讯配置”并将“Serial Port”修改为使用中的PC端口，“Baudrate”默认为波特率115200；第三步点击“系统”选择“连接”即可实现PC与AVR的实时通讯。（“接口选择”默认为RS232，“工程设置”默認为Setup.prj）

在软件的“参数”列表中点击“上载”可将AVR中保存的控制参数上传至PC端，如果调试人员在PC端对参数进行了修改，就需在“参数”列表中点击“下载”将PC端修改后的参数下载到AVR中，但在修改参数前必须取消“参数锁定”，必要时可使用“参数比较”功能与原保存的参数进行比较。在“参数”列表中有一栏“Model”列表，该列表下是对AVR非常重要的三个数学模型：AVR控制模型、PSS模型、低励限制模型，有需要时可在该模型下直接查看或修改参数。

USC Debug同时有非常强大的录波功能，不仅可以实现对试验波形的实时录制，还能在必要时打开保存的录波文件查看，并且可以随时暂停波形滚动，以便于分析试验波形和数据。在录波画面下可以同时显示6个录波通道的波形，并且这6个通道可在软件右侧参数列表中，根据实际需求修改显示的参数。在波形分析当中需要对比两个时间点的数据时，可以使用鼠标左键和右键分别点击显示界面，会出现一黄一红两根竖线，两根竖线对应的数据即为两个不同时间点的数据，使用该功能前需先在软件底部的6个通道中点击需要查看的参数。

6结束语

EXC9100型励磁系统在传统功能上实现了功能软件化、系统数字化、检测智能化。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制和信息智能传输。进一步提高了励磁装置的可靠性。

参考文献

[1] 张东木，EXC9100励磁系统在贡川水电站的应用.

[2] EXC9100静态励磁系统说明书，广州擎天实业有限公司.