水电厂励磁系统的改造问题及其对策探讨

李桂华（湖南省水运建设投资集团有限公司，湖南　长沙　410000）



水电厂励磁系统的改造问题及其对策探讨

李桂华（湖南省水运建设投资集团有限公司，湖南长沙410000）

目前一些水电厂发电机组励磁系统装置因为投运时间长，技术落后，可靠性差，需要对励磁系统进行改造。本文主要根据实例阐述了某水电厂励磁系统存在的问题以及对励磁系统的改造。

水电厂；励磁；改造；整流柜；试验

引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。但是一些老型水电厂的励磁系统却存在运行效率低下并且故障率高等方面的问题，特别是小型水电站，导致水电厂的效益大幅度的降低，因此急需对水电厂励磁系统进行改造，提高励磁系统的运行效率。

1　某水电厂改造前情况概述

某水电厂原1#、2#发电机励磁系统设备情况如表1～4。

表1　1#励磁机

表2　1#相复励励磁调节器

2　水电厂励磁系统存在的问题与缺陷

（1）1#励磁机整流子已先后车削过两次，累积径向车削6.5mm之多；2#励磁机整流子车削过一次，径向车削4mm；励磁机刷握与整流子表面距离增大，碳刷在运行中不同程度的会发生摇晃和抖动，易发生火花，加速整流子车削的间隔；

表3　2#励磁机

表4　2#相复励励磁调节器

（2）随着整流子的车削，整流子片间绝缘更不易处理，运行中容易造成碳刷和整流子表面发热，并且会因接触不好而冒火花严重；

（3）励磁机维护量大，且运行中不易更换碳刷，经常出现因励磁机需维护而停机；

（4）因技术落后、调节器老化，反应速度慢，不能实现电压、功率因数实时跟踪，起不到自动励磁的作用；

（5）相复励励磁调节器采用正序、负序电压继电器加出口继电器实现强励、强减功能，强励、强减时切除或增加励磁回路一固定电阻，既存在继电器反应速度慢、接点容易烧坏现象，又不能根据系统需要随时调整或停止强励、强减的动作；

（6）随着主控室电控系统自动化水平的不段提高。发电机的励磁作为发电机的主要控制、调节参数，若不能在电控系统后台机上实现控制与监视，对发电机的安全运行不易保障。

3　励磁系统的改造方案确定和设备选型

根据 1#、2#发电机直流励磁机的现状及存在的缺陷，若不进行改造，则需尽快更换直流励磁机电枢，考虑到每年因整流子或电刷需维护停机2～3次，直流励磁机电枢正常使用寿命不过在9年左右，而每隔4～5年需车削一次，综合其它因素，选择取消直流励磁机，采用机端或厂用电供电的静止励磁系统；淘汰性能及功能达不到要求的相复励励磁调节器，选择现在正推广使用的微机型自动励磁调节装置；相应对发电机小室的原有配置及接线进行改造。励磁系统改造的设备选型主要考虑可靠性、先进性、节省投资三方面。

3.1励磁功率变压器

根据1#、2#发电机励磁系统额定参数进行选择。1#直流励磁机额定容量为50kW、1#发电机额定励磁电流为163A、额定励磁电压为165V，按强励倍数2倍考虑，选择85kWA三相干式变压器；2#直流励磁机额定容量为40kW、2#发电机额定励磁电流为238A、额定励磁电压为112V，按强励倍数2倍考虑，选择85kWA三相干式变压器。

3.2自动励磁装置

自动励磁功率柜采用三相全控桥式整流电路，可达到运行效率高、性能稳定的目的，并可实现逆变快速灭磁。冷却方式选择热管式，冷却效果好。整流柜组容吸收采用三相五线式吸收方式，使吸收效果明显，结构紧凑。自动励磁调节柜选择已成熟应用的DWLZ-2C微机励磁调节装置，既实现了可编程励磁调节装置不具备的汉化运行监视窗口，又避免了工控机励磁调节装置价格昂贵的缺点。

3.3互感器

根据发点机小室空间小、设备多的实际情况，选择墙壁安装方式的互感器。

设备选型见表5。

表5　设备选型

改造后励磁系统见图1。

图1　改造后的励磁系统图

4　励磁调节系统改造投运试验

4.1静态试验

用调压器在可控硅整流桥交流开关处加电压 （100V），在直流开关处加滑动变阻器作为负载，使得流过负载的电流大于2A。投入调节器电源，按就地开机按钮，通过增、减磁，观察发现工控机显示触发角度、转子电压、转子电流与示波器触发性一致。

4.2空载试验

4.2.1阶跃响应试验

励磁调节装置切至“电压闭环”方式，通过“就地增磁”、“就地减磁”按钮，在80%Ufn、100%Ufn时通过计算机键入命令，做±10%Ufn阶跃响应试验，观察调节性能，整定PID参数（阶跃响应先在5%下做，最终在10%下做）。

4.2.2零起升压试验

励磁调节装置置“电压闭环”方式，集控室按下励磁投入按钮，发电机自动建压5%Ufn，然后由集控室增磁按钮将机端电压升至100%Ufn，试验结果负荷国标要求。

4.2.3频率特性及V/F限制试验

将机端电压调整为额定值。降低机组转速，使得机组频率逐步降低到45Hz。在从50Hz降低到47.16Hz的过程中，机端电压和电压给定保持不变，转子电流逐渐上升；在到达47.16Hz时，调节器报出V/F限制，机端电压下降；在47.16Hz降低到45Hz的过程中，机端电压持续下降；在到达45Hz时，调节器自动逆变停机。

4.3并网试验

4.3.1欠励试验

调整无功至欠励限制动作值，两套调节装置欠励限制动作，此时减磁，无功不变，增磁返回。

4.3.2过励试验

调整无功至过励限制动作值，约5s后两套调节装置过励限制动作，此时增磁，无功不变，减磁返回。

4.3.3A、B套切换试验

在主界面观察A套为主，B套为从，A/B套空载，A/B套正常，A/B套控制方式“在电压闭环”。在调节装置面板上作手动切换（A套切至B套和B套切至A套），切换过程中机组无功不变化。

5　结语

改造后至今，系统运行正常，没有发生过因励磁系统故障而停机，各参数稳定，完善了上位机对发电机的全方位控制，使发电机的控制回路更加简单明了，从而减少事故的发生；改造后励磁系统技术性能先进，维护量大幅度减少，励磁系统的快速性、稳定性、自动化程度、可靠性指标、自动投入率和电厂的电压与无功指标均得到提高，保证了该水电厂发电机组的可靠运行。

［1］杨水华.浅谈盘溪电站的励磁系统改造［J］.中国科技信息，2008（20）：65～66.

［3］初立宏.莲花发电厂励磁系统论证及更新改造［J］.中国电力教育，2010（S1）：28～29.

李桂华（1976-），男，工程师，本科，主要从事生产技术管理工作。

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