石泉水电厂励磁系统技术改造.doc

石泉水电厂励磁系统技术改造李小勇（石泉水力发电厂 陕西石泉 725200）关键词：励磁系统；改造；结构；功能；调试；运行；石泉水力发电厂摘 要：石泉水力发电厂励磁系统在二OO二年三月进行了首台（3号）机组技术改造，将直流励磁机、测速发电机及原励磁系统的所有控制盘取掉，采用了广州擎天电气控制实业有限公司生产的FJL型发电机励磁装置系统。该系统应用了三大技术。一是采用功能强大的微机/微机/模拟三通道LTW6200型励磁调节器；二是采用氧化锌非线性灭磁技术；三是采用三相全控桥可控硅整流技术。该系统投入运行后，安全可靠，功能齐全，缺陷少，操作方便，使石泉水电厂的励磁系统上了一个新台阶。 一、 前言：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，石泉水力发电厂励磁系统自建厂以来到八十年代末，一直没有技术的更新换代，技术显得落后，缺陷较多，对安全生产带来了极大的影响。进入九十年代后，石泉水电厂狠抓技术改造，首先对励磁调节器进行改造，将原来由 生产的 励磁调节器改造为武汉洪山电工技术研究所生产的LT-03型集成电路的励磁调节器，使技术有了长足的进步，缺陷减少了，安全可靠性相对提高了。随后采用了氧化锌灭磁技术，应用于励磁系统，对电厂的机组安全起到了积极作用。经过十多年运行，随着元器件的老化，设备安全可靠性开始下降，加之计算机监控系统的应用，也需要励磁系统进行新一轮改造，运用微机型励磁调节器已是势在必行。由于静态可控硅励磁技术的成熟，励磁机励磁带来维护和检修的不便，取消旋转励磁已成为一种必然的选择。于是，石泉水电厂的励磁系统全面改造终得以进行。2001年11月通过招标的方式，与广州擎天电气控制实业有限公司签定了石泉水力发电厂励磁系统改造合同，选用了FJL型励磁装置系统。2002年2月第一批设备到货，在3号机组大修的过程中对3号机组的励磁系统进行更新改造，经过一个多月的安装调试，4月中旬投入运行。2003年3月在2号机组大修过程中对2号机组的励磁系统进行更新改造，经过安装调试于4月下旬投入运行。1号机组计划2003年年底大修时进行更改，届时全厂励磁系统改造将全部完成。 二、 原励磁系统的组成和缺点1、组成：原励磁系统主要由LT-03励磁调节器、数字给定装置、直流励磁机电枢、励磁机励磁线圈、发电机励磁线圈、旋转的磁场变阻器、灭磁开关以及满足强碱、强励、转子保护、灭磁保护、电压互感器断线判断的许多常规继电器和电阻等组成。2、缺点：（1） 系统组成较复杂，对检修和维护十分不利；（2） 构成系统的元器件老化，元件技术含量低，造成的缺陷较多，不利于安全生产；（3） 旋转的励磁机的碳刷磨损较大，常常发生故障，碳粉和铜末引起发电机线圈污染，缩短了绝缘的寿命；磁场变阻器往往发生发卡现象，对机组的无功调节带来较大的影响。（4） 常规继电器和电阻构成的各种保护，受继电器可靠性差的影响，使人有如履薄冰的感觉。三、 FJL型励磁系统的组成、工作原理和特点：1、组成 自并激励磁系统由整流变压器、功率整流柜、灭磁回路、励磁调节器及测量用电压互感器、电流互感器组成，见图1-1所示。2、工作原理 自并激励磁系统的励磁电源取自发电机机端，经过整流变压器降压、全控整流桥功率单元后输出，励磁功率单元向同步发电机磁场绕组提供直流励磁电流，励磁调节器根据输入信号和调节准则输出控制脉冲来控制励磁功率单元的励磁压，以满足同步发电机和电力系统运行的要求。一般情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。恒压自动调节的效果，在发电机并上电网后，当系统电压不变时表现为发电机无功功率的调节；如果给定不变，系统电压在变化时，机端输出无功功率也会随之变化，系统电压升高，输出无功会减少甚至进相，反之，则输出无功增加。3、特点：(1)采用了功能强大的LTW6200型励磁调节器代替了模拟型LT-03励磁调节器（祥见第四部分）。(2)采用了自并激三相全控桥静止晶闸管整流励磁代替了旋转的直流励磁机励磁。选用了智能化功率柜，在每一个智能功率柜内安装一套智能控制系统，实现了功率柜工况检测和显示智能化、信息传输、风机控制、功率柜退出的智能化。配合智能脉冲封锁技术可以在两个功率柜之间实现100%动态均流。（3）采用了高能氧化锌非线性电阻灭磁，当有20%的非线性电阻退出时，仍能满足最严重灭磁工况要求。转子过电压保护采用非线性电阻和晶闸管跨接器配合实现。当机组残压不够高，不能满足起励要求时，起励电源投入（即：直接给发电机励磁线圈加一个20A的电流），达到起励的目的。（5）正常停机时采用简单、经济、无触点的逆变灭磁方式，事故停机时采用灭磁时间较短的非线性电阻灭磁。（6）与计算机监控系统接口方式灵活，既可采用常规的继电器方式，也可采用通讯方式或组网方式。石泉电厂励磁系统采用的是RS485接口，MODBUS通讯规约。通讯出现故障时，远方控制发出开关量指令。四、 LTW6200型励磁调节器的组成和功能1、组成： 励磁调节器为的三通道调节器，一个主通道（A通道）和二个备用通道（B、C通道），三个通道通过两条外部总线联结。调节器组成方框图见图2-1所示。图2-1 调节器组成方框图2、功能：LTW6200型励磁调节器为三通道调节器，三通道以主从方式工作，正常方式为A通道工作，B通道及C通道自动跟踪A通道。可选择B通道或C通道作为备用通道。当A通道出现故障时，自动切换到备用通道运行。同样，当B通道投入运行后出现故障，自动切换到C通道运行。A、B通道可相互跟踪，C通道总是自动跟踪当前运行通道。3、特点：（1）独立的微机/微机/模拟三通道组态，调节规律为PID，功能强大、应用范围广。（2）采用美国PRO-LOG公司制造的基于STD总线的工业控制机，可在-2570度全封闭环境下正常工作，无需风扇，具有很强的抗冲击和抗振动能力，平均无故障时间达到20000小时。（3）良好的软件兼容性。在BIOS级与IBM-PC系列微机兼容，为开发和调式带来极大的方便。（4）人机界面优良、操作简单。可现地和远方全方位控制。（5）独特的双总线结构。LTW6200型励磁调节器以双总线为框架，将所有的硬件都挂靠在双总线上。通过内部总线，CPU板、开关量输入板、开关量输出板、A/D转换板组成一个独立的工业控制机。通过外部总线，调节器采集外界开关量信号和模拟量信号，并输出相应的开关量和模拟量信号到外部总线。外部总线是调节通道之间、调节器和信号回路、操作回路之间交换信息的桥梁。使励磁系统接线变得简单和有序。也可随意将微机型和模拟型励磁调节器组合成新的励磁调节系统。（6）独立的智能型故障检测系统。以单片机为核心的独立于调节器的智能型故障检测系统，当检测到调节器电源、脉冲、软硬件、PT断线等故障时，发出通道切换指令。从根本上防止了漏发、误发故障信号。五、 系统调式和运行情况本次改造将原来的直流励磁机及测速发电机拔掉，将原来励磁系统的控制盘和旧电缆全部拆除；由于测速发电机扒掉，为了准确反映机组转速，采用了哈尔滨 生产的 测速装置用以测量机组转速。系统安装完毕后，预置了有关数值，对有关保护进行了整定，先后进行了静态和动态试验，全方位对系统的相关功能进行了验证。5.1静态试验1. 操作回路及信号回路检查，绝缘符合要求，电源正常，接线正确，模拟动作正确。2. 开环试验2.1 给定值预置约为发电机空载励磁电流的10。 2.2 自动调节特性试验不改变给定，A、B通道控制信号应能随PT 电压的上升而上升，随PT电压的下降而下降；C通道的反馈为励磁电流，其控制信号不随PT电压的变化而变化。不改变PT电压，增励时，UK下降，下降；减励时，UK上升，上升。2.3 自动切换试验 调节器运行于A通道，分别模拟1PT断相、丢脉冲、电源故障、调节器故障故障，设备自动切换到备用B通道。调节器运行于B通道时，分别模拟以上故障，设备自动切到C通道 。2.4 微机励磁调节器过励反时限试验与励磁电流对应的直流电压8V8.8V10V12V14V 倍 数11.11.31.51.75 时 间（秒）长期长期12.67.74.22.5 过励保护动作值测定 VL(V)倍数(与额定值之比)额定励磁电流81保护动作值22.52.815.2动态试验1. 空载闭环试验 1.1 起励及“自动”预整定（1）A通道下限值：11.28V B通道下限值：11.7V C通道下限值：17.28V（2）发电机空载试验，空载电压波形见图一被测项测量值标准值试验结果电压超调量8.5%10UG合格振荡次数1.53次合格调节时间5.810秒合格发电机空载电压10.5KV10.5KV合格1.2 工作方式切换试验（1）“手动自动”切换正常。（2）双套通道互相切换正常。1.3 调压范围、防粘连（1）A通道调压至118%额定电压（2）B通道调压至118%额定电压（3）C通道试验调节器置C通道运行，检查调压范围为17.1V至120V,在整个调压范围电压变化平稳,符合要求。增、减磁按纽持续按下，脉冲不连发，证明防粘连动作正确。1.4 10%阶跃试验（1）A通道阶跃试验 录波见图二。发电机电压由9.5KV-10.5KV-9.5KV。从波形分析：对-10%阶跃，超调量38%，振荡次数1.5次，调节时间1.1秒；对+10%阶跃，超调量10.6%，振荡次数1次，调节时间0.7秒。（2）B通道阶跃试验发电机电压由9.5KV-10.5KV-9.5KV。从波形分析：对-10%阶跃，超调量23.7%，振荡次数1次，调节时间2.3秒；对+10%阶跃，超调量13.6%，振荡次数1次，调节时间1.7秒。以上结果符合国标: 阶跃试验时，超调量不大于阶跃量的50%，振荡次数不超过3次，调节时间不超过10秒的规定。1.5 频率特性运行通道：Af(HZ)55545352515049484746Upt(%)99.199.299.399.499.610099.699.9100.2100.6IL(%)38.440.742.743.544.546.448.450.352.655.2试验结果：合格运行通道：Bf(HZ)55545352515049484746Upt(%)99.299.399.3599.499.510099.799.9100.1100.3IL(%)38.439.942.243.144.345.847.649.752.254.6试验结果：合格1.6 V/F限制特性试验自动通道的V/F限制值整定在115%Ue,当频率低于45HZ时,自动逆变。调节通道ABVf限制值120V120.6V逆变频率45HZ45HZ1.7 系统电压跟踪系统电压跟踪投入，检测系统电压跟踪精度。通道系统电压跟踪后机端电压A104.4104.2B104.5104.41.8 调节器工作电源模拟故障试验A、B调节器均投入，运行方式置自动，升发电机电压为80%额定电压。分别断开交流及220V直流电源，调节器工作正常。1.9 发电机空载灭磁试验录波见图三；空载灭磁时间常数=310ms2. 负载试验项目2.1 过励限制试验（含额定励磁电流整定）额定励磁电流整定为1150A，过励限制整定值定为1.1倍额定励磁电流。2.2 低励限制试验最大进相值为21MVA。2.3 工作方式切换试验机组带少量有功及少量无功，切换试验正常。2.4、 恒无功调节 给定无功为7.7MVAR，调节P值，在调节过程中，系统运行稳定。调节结束，无功值为3.6MVAR。 2.5、恒功率因数调节 目标值在现地给出, P=44MW,Q=11 MVAR。调节P值，在调节过程中，系统运行稳定.调节结束，P=44MW,Q=7MVAR。2.6、模拟量输出信号模拟量转子电压(V)转子电流(A)转子温度()实际值119633544-20mA输出118.9463253.42.7、 功率柜试验a) 均流系数检验A套调节器（智能均流） I1（A）I2（A）均流系数1/2额定电流（575A）2983180.973/4额定电流（862.5A）4424480.991倍额定电流（1150A）5945980.99B套调节器（智能均流） I1（A）I2（A）均流系数1/2额定电流（575A）3003070.983/4额定电流（862.5A）4464530.991倍额定电流（1150A）5986110.99C套调节器（无智能均流） I1（A）I2（A）实测系数1/2额定电流（575A）2713180.923/4额定电流（862.5A）4154630.941倍额定电流（1150A）5356150.93从试验结果可以看出，A、B、C三套调节器的均流系数均大于0.85，全部合格,避免了由于各元件电流分配不均，而造成连串击穿的发生。3. 甩负荷及灭磁试验（仅举50%负载时的一组试验数据）A、B通道均投入，二功率柜均投入。定子电压=1