励磁系统均流在线监测装置设计

杨晓成，王 歌，平措顿旦

（华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，西藏 山南 856000）

0 引言

随着电站投产运行年限增加，由于励磁系统可控硅设备老化或大电流接线铜牌螺栓松动等原因[1]，励磁系统整流柜的均流系数逐渐下降。为及时发现设备隐患缺陷，一般电站的均流系数由运行维护人工定期巡检查表计读数后计算得出，该方式存在一定的疏忽风险，且需要耗费大量的人力物力对数据进行整理记录分析。另外还考虑到现有电站励磁的实际运行情况，提出了一种原理简单且适合已投运电站技术升级改造的均流在线监测装置。

1 励磁系统均流概述

1.1 基本概念

在发电系统中，励磁作为发电机的重要组成，主要功能是精确快速地调节同步发电机的机端电压和无功功率。一般由功率单元（整流）和励磁调节器两个主要部分组成。在自并励励磁系统中，励磁功率单元将励磁变压器的交流电转变为直流电后向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则来控制励磁功率单元的输出，从而达到机端电压与无功功率可控的目的。

为确保发电机的运行可靠性，励磁功率单元并联运行的整流支路数一般按N-1的冗余模式配置[2]，即当一个功率柜由于故障原因突然退出运行时，剩下的功率柜依然能够满足励磁系统的运行要求，从而避免出现瞬间失磁跳机的风险。在多个整流柜并联运行的情况下，为保证每个可控硅承担的负荷基本一致，避免某些可控硅长期过负荷运行，同时也是提前发现的隐患缺陷的需要，一般励磁系统每组整流柜配备有输出直流电流测量显示的装置，作为设备运行监视之用。

1.2 均流系数要求

根据DL/T 583-2006《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》 中4.2.11要求：在发电机额定励磁电流情况下，均流系数不应低于0.85。

1.3 研究现状

目前一般的发电机励磁系统在每个可控硅整流柜内设计有相应整流柜直流输出电流表计，但很少有对所有整流柜进行数据整合及自动分析[3，4]。由于电站实际应用中直流电流测量较为普遍地采用2种方式：1是通过霍尔传感器测量[5]，2是将直流电流转换为直流电压进行二次测量。考虑到柜内空间与成本问题，励磁整流柜内多采用在直流回路中串联一个阻值很小的电阻再测量电压来实现较大直流电流的测量。

规程一般要求均流系数在机组接近额定工况下测量（机组在低负荷情况下测量计算不准确），而国内有部分均流在线监测产品设计思路中，忽略了对机组发电工况的判断，容易造成均流系数测量不准确的情况。

2 装置设计原理

2.1 装置总体设计方案

该装置由5个模块组成：电源模块、数据采集模块、数据处理模块、数据显示及操作模块、通信模块。通过接入直流电流数据，实现自动计算励磁均流系数、现地显示、远程数据上送、定值参数设置、历史数据查询等功能。装置总体结构示意图如图1所示。

图1 装置总体结构示意图

2.2 电源模块

该部分功能是为其它模块供电，为应对不同现场电源环境，输入电源应在AC220 V与DC220 V均可使用，输出电压一般为5 V与3.3 V。

2.3 数据采集模块

将从每个可控硅整流柜引入的直流输出电流模拟量信号通过A/D转换为数字量信号，再把每个数字量信号“打上标签”后传输给数据处理模块，以便数据处理模块能够有效识别故障的可控硅并联支路。较传统的表计读数方式，很大程度上降低了视值读数误差。

2.4 数据处理模块

使用励磁电流来判断的优缺点：利用已接入的电流信号，不需要再引入发电机电压电流等信号计算功率，简化了装置接线，降低了安装成本，方便已投运电站在现有设备上对均流监测设备的升级改造。由于还要考虑机组无功功率，单靠励磁电流不能完全判断机组有功功率，但在电力负荷没有较大变化下，现场人员可以根据机组长期运行有功无功负荷及励磁电流曲线，识别三者之间关系，自由设置相关定值。

由于正常运行中机组负荷波动，可在装置程序内设置测量开始系数K1=0.9，即实时励磁电流高于0.9Ie时开始数据测量。同时为了避免负荷刚好在90%左右波动造成装置误测，还需设置装置在测量退出系数K2=0.8，即机组励磁电流低于0.8Ie时退出数据测量。

为提前发现励磁设备故障，可在数据处理模块内可设置若干级报警：均流系数降至0.9，均流系数偏低预警动作；均流系数降至0.85，均流系数告警动作。

图2 数据模块设计逻辑

2.5 数据显示模块

将均流系数通过数码管或液晶显示屏的方式在现地在线监测装置上显示，同时可在该模块上实现相关数据的设置与历史告警查询等功能。

2.6 通信模块

设置多组开关量节点作为均流预警、告警信号输出，另有485通信或4～20mA电流信号将实时的均流系数上送至监控，满足电站远程监控需求。

3 结语

终上所述，本文通过对励磁均流相关的知识的介绍，系统地分析了一种励磁均流在线监测装置的设计方案，较传统的人为读数方式有明显的进步，在降低人为记录错误风险的同时增加了对整流设备的长期高效监测及预警，同时通过远程监控系统调取均流系数等历史数据，可以轻松实现事故追忆及趋势分析，该装置将为励磁主要设备长期安全稳定运行提供有力的保障，该装置设计原理同样适用于一般的整流回路均流监测。