缅甸国YEYWA水电站励磁系统的组成与调试浅析

摘要:励磁系统是水电站的一个重要组成部分,文章介绍了缅甸国YEYWA水电站引进的中国先进的励磁系统的各重要部件的组成及其励磁装置的性能特点,并对此系统的调试过程进行了必要的诠释。

关键词:励磁系统;灭磁;磁场开关;起励;逆变;阶路响应;超调量

中图分类号:TV7文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2010.07.014

文章编号:1672-0407(2010)07-034-03收稿日期:2010—05—26

励磁系统简介

缅甸国YEYWA水电站安装4台机组,单机容量为197.5MW,本电站采用可控硅自并励静止整流励磁系统,励磁变压器电源取自发电机机端,将机端电压减少到功率柜所需的输入电压,并使功率柜与机端隔离。磁场电流经励磁变、功率柜将交流电变为直流电,经磁场开关到达转子。

1.励磁系统组成

EXC9000型励磁系统是由励磁调节器、功率整流器、灭磁及转子过压保护回路、起励单元、测量用电压互感器、电流互感器及励磁变压器6个部分组成。原理图如图1所示。

图1

1.1励磁变压器

励磁变压器由三个单相式变压器组成,从发电机机端供给励磁装置交流电源,该变压器附有温度监控装置,当励磁变压器因为过流、短路等引起变压器绕组过热时,温度监控装置将发出报警信号,并向保护系统提供报警或跳闸接点。

1.2控制部分

(1)励磁调节器

EXC9000励磁调节器为由两个自动电压调节通道(A 、 B)和一个手动调节通道(C)组成,A套和B套调节器是以COMPACT PCI总线工控机为核心的数字调节器,而C套调节器则是基于集成电路的模拟调节器,这三个通道从测量回路到脉冲输出回路均完全独立。调节器以主从方式工作,其中一个自动电压调节器作为主通道,另一个自动电压调节通道作为第一备用通道,手动调节通道作为第二备用通道。调节器可以人工切换,在故障情况下自动进行切换。

励磁调节器的各种模拟量信号是通过模拟接口采样,然后经CAN总线传送至CPU单元,CPU控制器将这些信号根据软件处理后,送出控制信号到脉冲形成单元;此信号是通过CAN总线传输的。开关量信号分别由各自的I/O模块采集,并经过RS485传送到PCI工控机上,由PCI工控机中的CPU控制器完成逻辑控制、保护、监测等功能。

励磁装置CAN总线,从一个接点到另一个接点的信息传递,是通过令牌传输。本励磁装置软件采用C语言进行编程,软件的编制采用模块化结构,主程序流程如上图2所示:

(2)软件功能

调节器软件的功能主要是精确控制和调整机端电压及无功功率,数字调节器不断比较反馈信号和给定量的偏差,计算出控制量。通讯模块包括开关量输入模块和输出模块,每个功率柜灭磁柜都装有以上两个模块,各柜的开关信息通过输入模块实时传送至CPU控制器,由CPU控制器完成相应的逻辑运算,再通过输出模块发出相应的控制命令,所有模拟信号由传感器测量,这些信号在模拟信号接口板得到一级处理。全部过程数字化,计算速度快。逻辑运算流程图如图3所示:

图3逻辑运算流程图

(3)电源

两段三相交流380V电源引至灭磁柜,互为备用,柜内有自动切换装置。励磁装置的直流电源为DC220V/DC110V,从灭磁柜引入。DC24V弱电操作电源由励磁系统自身配备的自用变压器及直流控制电源经过两台独立的DC24V开关电源并列供电,两台开关电源均有独立的电源控制开关。励磁调节器工控机的工作电源±12V、+5V同样由自身配备的自用变压器及直流控制电源并列供电,经过两台开关电源后分别送到A/B调节器通道,每个通道对应独立的1台开关电源。

1.3 功率部分

励磁系统可控硅桥是由发电机机端供电,受控的可控硅桥经磁场断路器为发电机提供直流电流,控制是由高速PCI工业控制机完成的。脉冲形成电路所产生的脉冲经过一级放大处理后,送至功率整流单元,再经过功率整流单元进行二级放大送至可控硅控制。功率整流单元由三组并联的整流桥组成,如果一组桥故障退出,励磁系统保证所有工况下正常运行;如果两组桥退出,励磁系统将限制发电机组强励运行。功率柜由风机提供冷却,如果风机、风机开关或风叶发生故障,就对相应的整流桥采取阻断脉冲,退出运行。

可控硅整流桥AC侧过电压保护包括并联在每只可控硅上的电阻、电容,连接于整流桥交流侧的电阻、电容回路,用来吸收可控硅的电压尖峰;DC侧过电压保护运用BOD电路,检测励磁回路的正负电压,当发电机机端短路、机组失步等引起过电压发生时,该装置能吸收过电压,保护转子绕组。

1.4磁场起励和灭磁部分

(1)起励

为保证发电机能顺利起励,励磁装置设计了两种起励方式。正常用残压起励。若在10S内残压起励失败时,励磁系统可能自动起动外部辅助电源起励回路。这个辅助电源起励回路的目的在于达到整流桥正常工作所需要的10V~20V电压。在机端电压达到额定电压的10%时,起励回路将自动退出,立即开始软起励过程将机端电压建立预置的电压值。整个起励过程和顺序控制是通过调节器的LOU板实现的,软起励流程由调节器的主CPU程序控制。

(2)灭磁

灭磁开关能够满足发电机在最严重事故状态下切掉励磁。灭磁时,要求能量快速释放,这需要功率柜、灭磁电阻、磁场开关的共同作用。正常停机时,采用逆变灭磁;故障停机时,采用ZnO非线性电阻灭磁。

1.5过电压保护

过电压保护有交流侧和直流侧过电压保护,交流侧过电压保护包括并联在每只可控硅上的电路,电容及连接于整流桥交流侧的电阻、电容回路,用来吸收可控硅的电压尖峰。直流侧过电压保护采用BOD的电路用于检测励磁回路的正、负电压,当发电机机端短路、机组失步等引起的过电压发生时,该保护装置能吸收过电压,保护转子绕组。

2.机组及励磁系统的技术参数

(1)额定容量:197.5MW/142.8

(2)额定定子电压: 16KV

(3)额定定子电流:8299A

(4)额定频率:50HZ

(5)额定转速:142.8r/min

(6)额定励磁电压:234V

(7)额定励磁电流:2444A

(8)空载励磁电压:112V

(9)空载励磁电流:1380A

3.励磁系统调试及运行

图4励磁系统调试流程图

3.1开环试验

参照系统原理图、操作原理图、接线端子图检查装置各柜间的内部接线及外部接线。拨出全部弱电插件,并将开关电源等弱电器从回路中切除,然后检查带电部分的对地绝缘,都不低于1MΩ。静态试验是模拟动态工况下运行的情况,检查回路连线和逻辑回路的正确性,主要包括操作回路、信号回路、保护回路的检查。

用便携式计算机(上位机)与调节器的串行通讯口连接,运行上位机调试软件,上位机能正确接收数据,由屏幕显示表格、曲线,通过上位机在线显示,检查励磁系统的各种操作及运行状态正常。

小电流试验时断开CT、PT外接线,将用厂用电供电的三相调压器引入模拟机端电压,用另一个三相调压器接入三相可变阳极电压,整流桥直流侧接一电炉作负载,检查最大控制角、最小控制角和控制角的连续性。大电流试验时用转子绕组直接作负载,调整并检查功率柜的工作情况及均流情况良好。

3.2 闭环试验

(1)空载试验

零起升压试验时,记录TV电压、励磁电压、励磁电流的对应关系。励磁调节器静态特性如表1:

表1励磁调节器静态特性

在自动开停机试验中,当转速达95%额定值时,发电机自动起励至100%机端电压。零升建立发电机电压的下限值约15%额定电压,逐渐增励到110%额定电压。10%阶跃响应试验时,电压超调量为22%。在频率为50Hz时,发电机最高机端电压限为110%额定电压,当频率降至45%以下,发电机自动逆变灭磁。对于1%的频率变化,机端电压的变化不大于额定值±0.25%。频率特性如表2:

表2频率特性

发电机在空载额定时,模拟一通道故障,调节器自动切换到备用通道继续运行,机端电压无明显波动。在额定工况下正常停机,发电机逆变灭磁,灭磁开关不跳闸。事故状态下,跳灭磁开关,磁场能量由非线性电阻消耗。

(2)并网试验

发电机并网后,调差系数调整为7.3%。励磁电流过励限制为1.1倍的额定电流。当发电机在进相运行情况下励磁电流减小至欠励限制动作时,励磁系统运行稳定。恒功率因数调节、恒无功功率整定,在调节过程中,励磁系统稳定运行。发电机甩25%、50%、75%、100%负荷试验,录取波形图,计算超调量,均不大于规定值。额定运行工况下,计算三个功率柜的均流系数为0.99。跳灭磁开关,录取波形,计算灭磁开关分闸时间为1ms。

4 结束语

EXC9000型全数字静态励磁系统是广州擎天电气控制实业有限公司开发的的第四代微机励磁系统,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上。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。精减的硬件结构及全新的故障检测方式保证了励磁系统的可靠运行,这都为调试与运行提供了很大的方便,同时也为实现电站“无人值班,少人值守”创造了良好的条件。

参考文献:

[1] 现代同步发电机励磁系统设计及应用(精)李基成 出 版 社: 中国电力出版社出版日期:2009-3-1

[2] 发电机励磁系统技术监督规程DL/T1049-2007 著作 者:中华人民共和国国家发展和改革委员会 出版社:中国电力出版社 出版日期:2007-12-1

[3] 电力系统稳定性及发电机励磁控制 出版社:中国电力出版社 出版日期: 2007-3-1

[4] 电力试验丛书发电机励磁系统试验 著作者:姜龙华出版社:中国电力出版社 出版日期:2005-2-4

[5] EXC9000静态励磁系统用户手册 广州擎天电气控制实业有限公司

(责任编辑:刘兵)