大峡水电站励磁系统的改造.doc

大峡水电站励磁系统的改造 甘肃小三峡公司大峡水电站 赵新虎【文 摘】 大峡水电站对老式励磁系统更新改造，结合电站实际情况，采用EXC9000型微机励磁装置，实现一台励磁装置三个控制器，一个工作，另两个备用，并自动切换，大大提高了运行可靠性、长期稳定性和其他各项性能。 【主题词】 大中型水电站 励磁装置 技术改造 技术经济分析 经济效益 1基本情况概述 大峡水电站位于黄河上游甘肃白银市，具有防洪、灌溉、供水、发电等综合功能。大峡水电站是黄河小三峡水利枢纽工程的一部分，总装机容量为4325MW。 第一台机组于1996年12月投产运行，1998年6月5台机组全部投产运行，本电站主要任务是发电，大峡水电站水库正常蓄水位1480.0m高程，相应总库容0.9亿m3，为日调节水库，电站装机总容量32.5万KW，其中四台7.5万kW、一台2.45万KW机组。保证出力143MW，多年平均发电量14.65亿kWh。本电站采用发电机变压器单元接线，220KV侧为双母线的主接线，两回出线，在系统中担任调频、调峰，系统不要求做调相运行。投入运行近10年来，累计发电达100多亿kWh，创造了显著的经济效益。随着运行时间的积累，机电设备的缺陷老化渐渐增多，尤其是励磁装置的缺陷日渐暴露出来，已严重影响电站的经济效益和安全运行，为此电站加快了改造的实施工作。 2原励磁装置主要缺陷原励磁装置型号为HWJ-08B，额定励磁电压346V，额定励磁电流1263A，其核心是以8098单片机为核心的励磁调节装置，其励磁型式为静止式自并激励磁系统。其主要缺陷有以下几点。 1)由于励磁调节器柜内大部分器件为晶体管分立元件，易发热损坏，造成可控硅失控，烧坏可控硅，导致事故停机。目前运行的四台机组励磁装置除3#机运行稳定外、其余3台均出过不少故障或事故，如2#机组在试运行阶段2#功率柜2只可控硅击穿。4#机组在九八年度由于元器件质量问题造成六次事故。1#机组在运行过程中A套调节器故障两次、氧化锌电阻烧损1次。截至现在由于励磁系统故障造成被迫停机处理达六次。晶体管特性也随温度变化和运行时间的加长而变化，造成调节性能不稳定，均流差，故障查找相当困难，调试复杂。晶体管元件的型号近年已改用新型号或淘汰，其备品备件购买困难。 2)励磁脉冲、过压、测量放大板均采用印刷板插件，长期运行中由于板脚震动而造成接触不良，使机组运行不稳定、不可靠。 3)励磁系统中所用的灭磁开关为DM-1600系列开关，经常造成主回路触头接触不良建不起电压，而导致延误并网发电。 3励磁装置改造理由1) 基于上述原因再加上大峡电站励磁装置在九十年代初设计、生产。虽然在当时属于高端产品，但随着电力产业的飞速发展、计算机技术、电力电子器件的进步，中国水电励磁装置的研究开发单位逐渐增多，励磁装置已发展成于世界水平同步的高端数字化产品。无论其功能、性能、结构都落后于现代励磁装置。尤其是今年对大峡电站的保护装置、监控系统的改造、升级，要求励磁装置的调节速度，快速响应、系统电压波动、振荡的抑制能力越来越高。2）水电站自动化系统的应用，无人值班、少人值守逐渐成为水电站运行管理的基本模式，水电站设备运行计算机监控系统、水电站经济运行计算机管理系统以及电网稳定运行计算机自动化调度系统都对励磁装置提出了新的要求。尤其是大峡水电站在甘肃电网中所处的中心负荷位置以及我站灵活多样的运行方式，AGC、AVC的投入，调度中心直接控制我站机组运行状况。势必要求励磁系统功能完善、性能优良、运行稳定。3）、基于上述理由再加上设备逐年老化、电子元器件的寿命5-10年。所以我们要提前考虑改造事宜，以免造成被动局面。4设备选型及改造方案 4.1 设备选型 针对上述运行中的缺陷，我们公司组织有关技术人员就本电站励磁改造项目进行设计选型、调研励磁设备。目前中国水电励磁装置从制造厂家来看，首先是有多家外国制造商，如广州抽水蓄能电站引进阿尔斯通的励磁装置，隔河岩水电站引进加拿大通用电气公司的励磁装置，马迹塘、五强溪电站引进奥地利伊林公司的励磁装置三峡水电站采用西门子的励磁装置，李家峡电站部分机组引进ABB公司的励磁装置。国外励磁装置的主要优点是可靠性、控制特性的标准高、元器件质量过关、维护量少，但价格比之国内的要贵。国内励磁装置的研究开发单位、专业制造商发展到今天已有几十家，技术开发的特点各有侧重，各个特色，但有共同点是向数字化方向发展。目前做的比较好的有国电南自院生产的SAVR-2000型微机励磁调节器以数字信号处理器（DSP）为核心，构成32位高速微处理系统，可双套或多套系统冗余，采用可编程控制器进行逻辑控制。但不生产成套设备。广州电器科学研究院生产的EXC9000静态励磁系统是目前国内水电站引用比较多的一款。EXC9000系统主要由微机调节器、人机界面、对外接口、功率柜、灭磁及过压保护、励磁变压器等组成。其励磁装置的特点是以LOG公司的工控机为核心是基于双总线结构的调节器。该总线用于励磁系统的各个部分进行控制和信息交换，每个柜子均能实现智能检测、智能控制。该系统吸收了目前数字控制领域先进的研究成果，如DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥动态均流技术、高频脉冲列触发技术、软起励技术等。这些技术的应用解决了现场一些实际困难。另外河北工学院研制的以PCC为核心控制器的KWLZ系列产品，哈尔滨电机厂的DWLZ-2型微机调节器，东方电机厂的DWLS-2C型微机调节器等都是在国内应用的成熟产品。综合上述，首先选择进口的励磁设备（性能、标准高，质量可靠）。其次选择国内生产的广科所的EXC9000静态励磁系统，国电南自院生产的SAVR-2000型励磁装置，河北工学院的KWLZ系列产品，哈尔滨电机厂的DWLZ-2型微机调节器，东方电机厂的DWLS-2C型励磁装置。结合本电站实际情况，并经统一招标，决定采用广科所生产的EXC900型微机励磁装置，该励磁调节器由三通道组成，两个自动通道、一个手动通道。一个工作，另两个备用，并自动切换。 42 改造方案励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。我厂四台机的励磁变压器是上海ABB公司生产的干式变，运行稳定、可靠，无需更换，励磁变高压侧电流互感器保留、励磁变低压侧电流互感器保留，所有一、二次电缆保留，仅更换励磁调节器柜、功率柜、灭磁柜。价格预算为40万元。该项目于今年初改造完备，设备功能、安装、调试项目齐全，满足设计、合同及国标要求，装置硬件、软件配置合理，符合合同要求。装置运行稳定，维护、调试方便，符合反措要求。， 5EXC9000型励磁装置的特点 其主要特点是功能软件化、系统数字化。本系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。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、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。EXC9000励磁系统吸收了目前数字控制领域先进的研究成果和工艺，增添了新的精巧的解决方案和手段，如DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥智能均流技术、高频脉冲列触发技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和智能化的调试手段等。现场总线技术也被用于励磁系统的各个部分进行控制和信息交换，使励磁装置成为一个有机的、完整的整体。EXC9000型励磁调节器具有独立的数字/数字/模拟三通道、两种不同的调节组态。调节器人机界面采用一体化工控平板机，具有多层三维汉化画面，不仅可以直观地显示励磁系统的运行工况，也可用作现场调试工具，实现智能化调试。调节器对外接口方式通讯规约简单实用，可满足不同监控系统接口的需要。调节器在电路设计、工艺结构等方面采取了多种抗干扰措施，充分发挥了屏蔽、接地、滤波、布线设计的作用，显著降低了调节器的故障率。智能化的功率柜实现了工况检测智能化、工况显示智能化、信息传输智能化、控制智能化、智能退柜、智能均流等功能。为功率柜提供了全方位监测，大大简化了功率柜的操作回路，功率柜的任一种故障信号、任一个状态信号均可通过总线方式输出。现并联运行功率柜均流系数大于97%。在灭磁柜内也引入了智能控制系统，取消了常规表计和指示灯，灭磁柜的操作、控制、状态监视、信息传递、信息显示、试验等均实现了智能化。6EXC-9000型励磁装置的应用效果 近年的运行情况显示了该项技改的经济效益。过去单机故障停机时间每年约120h，其中90%是励磁装置故障，现在几乎降为零，仅发电量一项每年有近20万元效益。可控硅及其他元件节省约50000元。 逆变灭磁的方式使得正常停机操作可以不去跳开发电机灭磁开关，减少合闸冲击，延长直流电源装置使用寿命。 该装置软起励的功能使机组开机起励极其简单。只需软件中投入，在3s内自动与电网电压保持一致。建