【摘要】本文主要介绍了紫坪铺水力发电厂励磁装置的组成性能，对提高电厂自动化水平发挥作用的相关励磁装置的自动功能。

　　【关键词】水电站；励磁系统；调节器；起励；灭磁

　　1概述

　　紫坪铺水电厂位于距成都60KM的岷江上游。水电厂为地面式厂房，单机单管布置，装有四台水轮发电机组，4台机组的励磁系统均采用了中国广州科学研究院的EXC9000型励磁系统。单元接线，单机容量190MW，总装机容量760MW。发电机出口设有发电机断路器；发电机励磁方式采用静止自并励励磁方式，励磁电源取自发电机出口断路器内侧。调节器为双微机三通道调节器。正常灭磁采用逆变灭磁，事故停机时跳灭磁开关，能量转化到高能氧化锌非线性电阻灭磁吸收。正常时采用残压起励，如失败则启动辅助起励回路。

　　2励磁系统参数和特性

　　额定励磁电流：1380A

　　额定励磁电压：410V

　　空载励磁电流：I740A

　　空载励磁电压：155V

　　励磁电压响应时间：上升方向不大于0.08S，下降方向不大于0.15S

　　3励磁系统主要设备

　　3.1励磁变压器

　　3.2调节器

　　3.2.1调节器

　　调节器为双微机三通道调节器，A、B通道为微机通道，C通道为模拟通道。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，切换无扰动。这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立（如下图1所示）。

　　调节规律采用PID4-PSS控制模式；运行方式包括恒发电机机端电压的自动调节、恒发电机转子电流的手动调节、叠加的恒无功调节、叠加的恒功率因数调节。

　　限制功能包括V/f限制、过励限制、欠励限制、定子电流限制、最大磁场电流限制、最小磁场电流限制。

　　监测与保护功能包括PT断线、电源故障、调节器软/硬件故障、脉冲故障等；v/f保护、整流桥故障报警、整流桥内部短路跳闸、整流桥过载跳闸、过

　　流保护等；其它功能包括智能均流、智能封脉冲、软起励、残压起励、有功和无功补偿、调差、系统电压跟踪、通道之间自动跟踪、故障智能检测和自动切换、容错控制（包括开关量和模拟量）、故障录波和故障记录、辅助调试和试验功能等。

　　3.2.2功率柜

　　（1）我厂配备两台功率柜，采用三相全控整流桥并联输出，整流桥单桥输出能力为2000A，每个桥独立安装在一个功率柜中。当其中一个功率柜退出运行时，可保证发电机在所有运行方式下均能连续运行和强励。

　　（2）功率柜的智能控制

　　在每个功率柜内设计有一套智能控制系统，该系统包括智能检测单元、通讯接口、传感器、LCD显示器、以及相应的输入输出接口电路等。

　　工况显示实现智能化

　　在每个功率柜柜门上，安装了一个带触摸键的LCD显示器，用于显示该功率柜的各种状态及实现相关操作。

　　信息传输实现智能化

　　将现场总线技术用于智能化功率柜，功率柜的开关量信号和模拟量信号均通过现场总线传递到调节柜。

　　风机控制实现智能化

　　当智能控制系统检测到功率柜处于运行状态时，自动启动风机；当功率柜处于停机或备用状态时，风机自动停转。功率柜的冷却采用双风机冗余，则由智能控制系统控制两台风机以循环主备用方式工作，即本次开机该风机若为主用，则下次开机该风机为备用。主用/备用的选择是自动实现的。当主风机出现故障时，比如风机断相、风压过低等，备用风机自动投入，同时切除主风机。

　　智能化退柜

　　当智能控制系统检测到功率柜处于某种故障状态时，比如风温长时间过高、脉冲故障、桥臂断流等，立即发出退柜信号给调节器，由调节器自动封锁该柜脉冲，实现智能化退柜。

　　3.2.3灭磁及过压保护

　　灭磁及过压保护回路框图2

　　图中：QFG—灭磁开关；FR—氧化锌非线性电阻；RD—快速熔断器；V61—二极管；V62—可控硅；A61—可控硅触发器；CT—过电压动作检测器

　　励磁系统正常停机，调节器自动逆变灭磁；事故停机，跳灭磁开关将磁场能量转移到氧化锌非线性电阻。

　　当发电机处于滑极等非正常运行状态时，将在转子回路中产生很高的感应电压，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到转子正向过电压信号，马上触发V62可控硅元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，将产生的过电压能量消除；而转子回路的反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻吸能，以确保发电机转子始终不会出现开路，从而可靠地保护转子绝缘不会遭受破坏。由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。

　　3.2.4起励控制

　　采用快速脉冲列技术以实现残压起励。在起励过程中，在可控硅整流器的输入端仅需要约10～20V的电压即可正常工作。如果电压低于10～20V，可控硅整流器就会被连续地触发（二极管工作模式）以达到该值。然而，如果在5秒内残压起励失败，则起动备用起励回路。在机端电压达到发电机电压的10%时，备用起励回路自动退出，立即开始软起励过程并建压到预定的电压水平。整个起励过程和顺序控制是通过调节器实现的。备用起励回路仅需要一个较小的电流，一般地，当额定励磁电流小于2000A时，辅助起励电流不大于20A。

　　4EXC900励磁系统的功能说明

　　励磁电源取自发电机机端（断路器内侧），同步发电机的磁场电流经由励磁变压器、可控硅整流器、磁场断路器提供。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压，经可控硅整流器将交流电流转换成受控的直流电流输出给转子建立磁场，从而实现控制机组的端电压及无功输出。

　　励磁系统的通信接口与计算机监控系统可进行数据交换，在计算机监控系统与励磁系统通信正常的情况下，励磁系统优先采用通信方式上送该系统的状态、报警信号，并接受监控系统下发的调节、控制命令；在通信异常的情况下，则自动转换（无扰动转换）成接受来自计算机监控系统的硬接点调节、控制命令。

　　4.1调节功能

　　利用数字量输入命令或模拟量输入信号或者通过串行通讯线路，可控制AVR给定值的增、减或预置。给定有最大上限和最小下限，达到限制值后会发出指示信号。调节器内有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒机端电压调节和恒励磁电流调节。

　　恒机端电压调节为自动调节方式，恒励磁电流调节为手动调节方式。发电机起励建压后，两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，跟踪的依据是两种调节输出相等。两种运行方式可以人工切换，有些情况下如PT故障也会自动切换。

　　4.2自动运行方式

　　在自动运行方式下，电压调节器（AVR）、电力系统稳定器（PSS）、励磁电流限制器等是相互配合的一个整体，称为自动励磁调节器（AER）。AER还包括调差及各种限制功能单元。

　　4.3手动运行方式

　　手动控制模式是由设备内部的励磁电流调节器实现的。该运行模式主要用于调试（如在设备的投运或维护过程中），或者是作为在AVR故障时（如PT故障）的备用控制模式。

　　当手动控制模式下运行时，调节器以同步发电机的磁场电流作为反馈量进行调节。手动控制模式的给定功能与AVR控制模式的给定功能相同。可调整最大和最小给定值。在手动模式下运行时，磁场电流的给定值可以通过增、减命令来控制。

　　为了避免在手动模式下突然甩负荷引起的过电压，手动模式具有自动返回空载的功能。在发电机断路器跳闸的情况下，一个脉冲信号传送给调节器，使手动给定值立即恢复到预定值，该预定值一般与同步发电机空载励磁电流的90～100%相对应。

　　手动运行方式还设置了电压限制功能，当机端电压大于电压限制值时进行电压限制。电压限制值与过V/HZ的电压限制值相同。

　　4.4通道间的跟踪

　　通道间的跟踪是由调节器软件实现的，备用通道跟踪运行通道，跟踪的依据是两通道的调节输出（控制信号）相等。自动跟踪功能保证了从运行通道到备用通道的平稳切换。切换可能是由于故障引起的自动切换（如PT断相）或人工切换，备用通道总是跟踪运行通道。

　　4.5限制器功能

　　限制器的目的是维护发电机的安全稳定运行，以避免由于保护继电器的动作而出现的事故停机。

　　4.6保护功能

　　设置过流保护、反时限特性的过流保护瞬时过流保护、失磁保护、过磁通量保护（V/Hz保护）。

　　4.7智能封脉冲

　　若功率柜智能检测系统检测到功率柜出现异常，比如风温过高、桥臂断流、桥臂短路等，它将发出一个退柜信号给调节器，由调节器自动封锁该功率柜的脉冲信号，实现智能退柜。这一功能可有效防止事故进一步扩大。

　　4.8辅助调试和智能试验

　　（1）通过调试软件在线控制调节器进行模拟量采样整定；

　　（2）通过调试软件在线控制调节器进行相关的功能试验，如零起升压、短路试验、阶跃试验、PSS试验等；

　　（3）在线设定各个输出开关量的定义；

　　（4）对智能化的功率柜和智能化的灭磁柜进行在线调试；

　　（5）在人机界面和调试软件中置入了在线帮助系统，可针对不同的功能和不同的故障提供详尽的帮助信息和处理方法。

　　5综述

　　紫坪铺水电厂4台机组的励磁系统已稳定运行了8年，确保了电厂的安全、经济、稳定运行，提高发电厂的自动化水平，对发电机组运行的可靠性、电力系统的稳定性有着重要的作用。

 

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