灯泡贯流式水轮发电机组励磁系统改造

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　　【摘 要】蓬辣滩水电公司机组励磁系统为静止式可控硅整流自并励励磁系统，励磁系统设备主要包括：励磁变压器、灭磁开关、转子过电压保护装置、自动励磁调节器（AVR）、功率整流柜、励磁专用电流电压互感器等。现机组4台励磁调节器已于2011年相继更换成国电南瑞生产的NES5100励磁调节器，而励磁功率柜、灭磁开关柜现已使用12年，部分元件已出现老化。
　　【关键词】励磁变压器；灭磁开关；自动励磁调节器（AVR）；功率整流柜
　　前言
　　励磁系统的作用：维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节励磁电流的大小来恒定机端电压；合理分配并列运行机组之间的无功分配；提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。功率柜内的可控硅和灭磁开关及其辅助设备运行的稳定性及可靠性，直接关系着水轮发电机组运行的稳定性和安全性。
　　一、改造原因
　　首先电子元件老化。电子元件的使用寿命通常在9到10年，现用励磁功率柜、灭磁开关柜已投运12年，各元器件均有不同程度的老化，为保证电站的安全稳定运行及反措、技术监督、《水力发电厂安全性评价标准》等要求，拟对励磁功率柜、灭磁开关柜进行更新改造；灭磁开关多次出现不能合闸现象，现已更换两台灭磁开关，其它仍存有隐患；安评检查要求：勵磁风机要加装风量开关；根据设计复核要求：原使用起励电缆为6㎡铜芯电缆，根据复核计算，最少应使用20㎡铜芯电缆。
　　二、改造内容
　　本次改造不涉及励磁调节器，仅对4台机组励磁功率柜和灭磁开关柜进行整体改造更换，并完成与现用励磁调节柜的对接。更换初励电源电缆，型号为：ZR-VV-2×25mm2，长度约：250m。灭磁开关仍采用原型号ABB隔离开关。厂家应提供齐全的设计与计算资料、大修时的检查方法与标准。
　　三、励磁功率柜技术指标和要求
　　功率柜应采用双桥整流装置，并满足单桥状态下全负荷长时间运行。整流装置采用三相桥式全控整流电路，满足在1.1倍额定励磁电流下2倍强励要求，并留有足够的容量裕度，装置运行效率高、发热量小、特性稳定。可控硅整流元件应采用原装知名进口元件，可控硅整流元件应经过严格的地老化筛选。在额定负载运行温度下，硅晶闸管整流桥应能承受反向峰值电压不小于2.75倍励磁电源变压器二次侧最大峰值电压。每个硅晶闸管整流器的整流臂设置一个限流熔断器，快速熔断器采用优质元件。在整流装置的交、直流侧均应设置相应的过流、过压保护，并相互配合协调。每个硅晶闸管元件均应并联RC回路，以抑制硅晶闸管换相过电压。功率柜采用强迫风冷，风机宜采用进口、低噪声、免维护的涡轮式风机，其使用寿命要求大于47000小时。在柜旁1米处感受到的噪音水平不超过过70dBA，风机应能长期无故障运行。根据安评要求，加装风量开关，提供风机所需的一切控制、监视风速、温度等的装置（包括控制开关、接触器、起动设备、热继电器保护、自动切换及信号设备等），并且采用优质元器件。功率柜在风机停止运行或风量不足的情况下，应能保证发电机处于额定工况连续运行不少于60 min，并应设置相应的风机工况信号及风机电源消失保护。励磁系统的功率整流器应具有切除脉冲控制功能及风机停风、快速熔断器熔断、脉冲故障检测等报警功能。为便于设备检修，功率柜必须在交流侧设置具有足够承受负载能力的带明显断口的隔离开关，隔离开关的导电部位应做好绝缘防护。
　　四、起励装置技术要求
　　发电机起励采用残压起励和直流起励两种方式。卖方应提供直流起励的成套设备，包括接触器，控制、保护和报警回路，并负责配线，起励接触器选用进口优质元件。起励方式应该有残压起励和直流电源起励两种。当停机时间不长，发电机有足够的剩余励磁时，应能成功地进行残压起励。直流起励电源取自220 V直流馈电屏，起励电流应不大于空载励磁电流的20%，起励时间小于5S。应设有起励后自动退出和起励不成功的控制、信号、保护、闭锁回路。
　　五、灭磁装置与过电压保护技术指标和要求
　　励磁系统设逆变灭磁和自动灭磁装置灭磁两种方式，机组正常停机一般采用逆变灭磁，事故停机采用自动灭磁装置灭磁。在任何需要灭磁的情况下（包括发电机空载强励）都应保证可靠快速灭磁。灭磁开关仍采用现用型号的ABB隔离开关。灭磁开关和非线性电阻，还应符合下列要求：最小断流能力不大于额定励磁电流的6%；最大断流能力不小于额定励磁电流的300%。厂家应提供根据电站提出的发电机基本设计参数和本规范3.2条款的运行方式下本工程机组灭磁开关的最大开断电流和最大开断电压的选择计算书。磁场灭磁电阻采用氧化锌非线性电阻。其容量确保在最严重灭磁工况下，承受的耗能容量不超过其工作能容量的80%。同时，当20%的电阻组件退出运行时，仍能满足最严重灭磁工况下的要求。厂家应提交熔断器、灭磁电抗耗能容量计算书，以及非线性电阻（阀片）的主要技术参数供我方审核。磁场灭磁及转子过电压时，灭磁电阻将自动接入。转子回路过电压保护电阻采用氧化锌或碳化硅非线性电阻，在发生过电压时能自动投入，以限制机组异常工况下转子过电压不得超过磁场绕组出厂对地耐压试验电压幅值的70%。在机组正常运行工况下，非线性电阻的漏电电流应小于1mA，并确保无过热现象。转子回路过电压应有动作次数计数装置。为防止换相尖峰电压引起励磁装置故障，应装设尖峰电压吸收器。灭磁过程中，励磁绕组反向电压一般不低于出厂试验时励磁绕组对地试验电压幅值的30%，不高于50%。灭磁开关和灭磁电阻等组装在励磁装置的整流灭磁柜中，柜内装设监视非线性电阻各并联支路阀片有无故障和过电压动作的指示装置。非线性电阻元件使用寿命应大于 10 年。灭磁开关柜面板上设有灭磁开关分合闸按钮和分合闸位置指示灯，且按钮应增加保护罩。
　　六、改造后的效果
　　四台机组的励磁功率柜经过改造之后，励磁系统运行稳定，励磁电流波动减小，灭磁开关动作可靠。
　　参考文献：
　　[1]《南京南瑞励磁系统NES5100说明书》
　　[2]《大埔县梅江蓬辣滩水电站励磁系统运行规程》
　　[3]《水电厂发电机励磁系统设计》梁建行 著
　　作者简介：
　　潘丽珍，女，江西赣州人，1987年出生，大专学历，助理工程师，就职于国家电投集团江西水电检修安装工程有限公司，研究方向：水电厂励磁系统
　　（作者单位：国家电投集团江西水电检修安装工程有限公司）
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