浅析石门水库河床坝后水电站发电机励磁系统的改造

陈麒羽

(汉中市石门水库管理局，陕西 汉中 723000)

1 工程概况

石门水库是以灌溉为主结合发电、旅游等综合利用的大(二)型水利枢纽工程。水库位于汉江北岸一级支流褒河峡谷出口，距汉中市18 km。1969年动工兴建，1975年基本建成发挥效益，1983年正式验收交付使用。石门水库河床坝后电站位于石门水库坝后右岸250 m处，是以“灌溉为主，结合发电”的引水式电站。电站由河床坝后电站、河东渠首电站和河西渠首电站三部分组成。全站原共有装机6台，总装机容量40500 kW。2010年11月，电站自筹资金续建7号、8号机组，全站装机台数达到了8台。

2013年11月，石门水电站进行了河床坝后电站增效扩容技术改造工程，2015年6月改造全部完成，电站总装机容量达到44380 kW。

2 改造前发电机励磁系统设备概况

河床电站1号～3号发电机励磁系统原设计励磁方式为直流励磁机自并励励磁，型号是ZLS74/19-6。均为我国60年代产品，结构较为简单，经过多年的运行，设备陈旧老化。加之电站属地下厂房，渗漏水严重，环境潮湿大，特别是夏季开机后十分闷热，加速了金属部件锈蚀和电气设备绝缘老。励磁机转子绝缘降低，运行期间常发接地信号，被迫停机处理。励磁机转子换向性能变差、火花大、碳刷易坏、更换频繁，且噪音超标。运行和检修人员工作量大，检修费用高，励磁调节灵敏性差，在机组与系统并网时电压调正迟缓，延长了并网时间，减少了发电量。绝缘老化，故障频发导致发电机组无法正常发电等一系列问题，直接影响到值班人员的身心健康。此种现状给电站安全可靠运行埋下了很多隐患造成严重的能源浪费现象。

3 第一次发电机励磁系统技术改造

针对存在的问题，石门水电站成立了技改小组，于2002年开始逐步将危机电站正常发电的设备进行更新换代改造。2002年4月首先对河床2号发电机励磁进行改造，经过一年运行，充分显示了双微机励磁的优点和设备的先进性。2003年5月改造了河床1号发电机励磁系统；2004年5月改造了河床3号发电机励磁系统。河床1号、2号、3号发电机励磁系统均采用由武汉华中理工大学生产的WL-03型双微机励磁调节器代替原设计的直流励磁机，该型设备为20世纪90年代产品，其主要特点是具有常规模拟式励磁系统控制的全部调节、控制功能，而且具备常规励磁控制没有的许多控制、保护、限制、逻辑判断、自诊断、容错、在线整定、参数显示与现地各种标准通讯接口，可与上级计算机通讯，便于实现无功成组调节和全厂集中控制，时间顺序记录功能。经过几年的运行，实践证明发电机励磁系统改为微机励磁是正确的，解决了长期欠发无功问题，基本满足了电力系统的运行要求。

4 第二次发电机励磁系统技术改造

随着运行时间的延长，近年来励磁系统设备故障亦逐渐增加，逐渐暴露出许多缺陷，如调节性能不稳定，均流能力差，调试复杂；停机检修时间延长等，励磁变压器没有相应的保护措施，也没有配置温度控制器，不符合实时监视和实时报警的需求，且该型号设备已经停产，对电站机组稳定运行和安全生产造成了严重的影响。2013年底，石门水电站开始对原电站内的大部分机电设备进行科学合理的系统改造。此次改造石门河床水电站1号、2号、3号发电机励磁系统设备采用广州擎天实业有限公司生产的EXC9100型全数字式静态励磁系统，主要有励磁调节柜、多个功率柜、灭磁柜、起励回路、励磁变组成。励磁调节柜包括了A、B、C三调节通道、人机界面部分、对外接口及通讯模块部分。励磁系统内部的励磁调节通道、人机界面、智能IIU、功率单元、灭磁及过压保护单元之间的数据交换通过现场CAN总线实现。其主要技术特点是系统数字化、功能软件化、检测智能化、应用范围广。数字化主要体现在调节器、功率柜和灭磁柜，DSP数字信号处理技术、完善的通讯功能和智能化的调试手段等。励磁调节器结构紧凑，其功能单元完全模块化。调节器合理地组装在调节柜中，调节器人机界面是彩色液晶触摸屏，功能完备，操作简便。电站设备巡检人员可以通过人机界面很方便观察励磁系统的运行参数及运行工作状态，运行操作人员在界面上可进行增减励磁以及运行方式切换等操作，还可作为检修人员现场调试设备的工具，方便维护及检修设备。人机界面还有故障记录及故障报警等功能。励磁系统可以实现远方和现地两种控制方式，EXC9100励磁系统通过通信接口与本站的计算机监控系统LCU连接，可以进行数据交换。运行人员在电站中控室通过监控系统进行远方操作控制，是正常运行中的主要控制方式。现地控制是在现场通过励磁调节柜按钮、转换开关和调节器人机界面进行操作控制，一般仅在试验和紧急控制时使用。励磁屏由调节控制柜、1号和2号功率整流柜和灭磁开关柜组成。功率柜采用双功率柜并联运行模式，每柜装有一个三相全控整流桥。单桥额定输出电流1000A，强励电流2000A持续60s，整流桥退出1个支路仍能保证机组在所有运行工况下正常运行，包括强励。可控硅装置采用强迫风冷，每个整流柜设二台低噪音风机，风机正常供电电源取机旁厂用电交流380V回路，当此电源故障时自动切换至励磁变副方绕组连接的自用变电源回路。机组由220V直流系统供给备用起励电源。灭磁开关采用ABB开关SACE系列E1B型直流断路器，性能好，工艺水准高，功能齐全。具有自动防跳功能，具有电动储能和手动储能机构。励磁变压器采用额定容量为250kVA的三相干式变压器，安装带有电气独立的、可调的报警和跳闸接点的温度指示器。

5 结语

通过采用自动化程度高、性能良好的EXC9100型励磁系统，经过近几年的运行实践，消除了原励磁系统设备性能不稳定、不能实时监控和报警、调试复杂等安全隐患和不足，设备运行可靠性大大增强。满足了电力系统运行的要求。检修维护方便，操作简单直观，给工作人员减轻了很大的工作量和节约了维修材料费用。实现对发电机运行状态进行实时监视和记录以及励磁设备自动化管理。提高了发电机运行稳定性，灭磁可靠，更好地保证了开、停机及电站正常发电运行，生产条件得到改善，提高了水电站的生产效率。达到了“增效”改造的目的。