励磁系统改造及相关问题的探讨

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1、励磁系统改造及相关问题的探讨摘要：本文对励磁改造过程中设备的选择，一次接线方式及相关保护的配置及整定的问题进行了讨论。并对改造过程中应考虑的问题进行了分析。关键词：励磁、谐波、灭磁1原励磁系统概况：1.1励磁系统结构华能上安电厂1#、2#机励磁系统为美国GE公司生产的Generrex-pps，它与常规的自并励磁系统的不同之处在于主回路，该系统励磁变压器一次侧取自发电机定子绕组内的三根互成120°的励磁专用的P棒。励磁变压器为三相式氢冷，与发电机外壳构成一体安装。功率柜为半控桥加续流二极管方式，整流器每臂2个串联元件，冷却方式为

2、水冷，3组并联整流器。灭磁方式为交流中性点灭磁。调节器为模拟式调节器，励磁调节器的调节功能由反馈量取自发电机机端TV（PT）的大闭环和取自发电机磁场小闭环构成，并具有各种限制功能.1.2运行中出现的故障及存在问题：触发脉冲板故障；交流阻容吸收保护故障；功率柜冷却水管破裂造成短路跳机。另外，该励磁调节器为模拟式励磁调节器，模拟电路板件很多，元件繁多，结构复杂，故励磁调节器试验工作量大、维护及故障处理困难。模拟电路抗干扰能力差，励磁调节器对运行环境的电磁辐射要求较高，严重时会造成励磁系统故障。模拟式PSS装置硬件电路繁多，参数整定

3、困难，PSS功能一直未投入。标准要求励磁系统电压响应比不大与0.1秒。该励磁系统为半控桥，无逆变功能。故电压下降时间难以满足要求。标准要求功率桥支路满足n-1原则，即退出一桥励磁系统仍能满足机组强励要求。但该励磁系统退出一柜运行，另两柜只能提供166%额定励磁电流1min。标准要求功率装置每个功率元件应有快速熔断器保护，但该励磁系统没有此项配置。标准要求励磁系统应装设自动灭磁装置，灭磁采用逆变灭磁和开关灭磁两种方式，在任何情况下自动灭磁装置必须保证可靠灭磁，且灭磁时间要短。而该励磁系统采用交流中性点灭磁，靠续流二极管及转子回路

4、消磁，也没有逆变灭磁功能，所以灭磁时间常数较大。鉴于以上原因，现有励磁系统已严重威胁机组安全运行，并且备件昂贵，已不适应于现代化电网对励磁调节器的要求，因此进行改造。2改造方案2.1保留的部分：a)考虑我厂机组的特殊性，确定改造方案主原则是一次系统不变，既保留P棒、励磁变压器及中性点灭磁方式，其余改造部位一定要与主系统相适应。b)保留原有P棒过流、P棒中性点过压、转子接地保护。c)保留励磁变二次电压相不平衡的报警和跳闸保护功能。2.2改造部分：a)更换原有的非线性电阻转子过压保护装置。b)采用跨接器，电子元件触发进行灭磁，提供

5、转子过电压保护。c)考虑国内成熟产品，采用n-1冗余，即4个功率柜，3个功率柜就能满足额定运行和强励。整流柜采用强迫风冷。整流柜加装交直流刀闸。要求晶闸管元件采用满足各种运行工况要求的进口元件。整流方式为三相全控桥，具有逆变能力，晶闸管桥不采用串联设计。d)将原P棒中性点的交流灭磁开关更换为性能参数不低于原开关的进口真空断路器。2.3技术要求部分：a)调节器保护跳闸要求：励磁变压器二次侧三相不平衡超过50%要求跳闸。最大励磁、V/F超限仅要求参与限制，不要求跳闸，但要求有投入、退出跳闸的程序控制。b)励磁控制用电源要求交、直流

6、两路供电，调节器与触发用电源分开，且稳定可靠，应有电源监视回路。c)要求需实现双路TV（PT）冗余功能，TV（PT）断线保护及报警功能。d)机组带负荷运行时，应闭锁手动灭磁。3相关问题分析励磁系统改造后，励磁整流主回路由原来半控桥式整流电路改造为全控桥式整流电路，谐波对励磁变发热及温升带来一定影响应进行分析。整流电流有效值损耗对励磁变温升有影响。当在半控桥式整流电路工作时，直流侧电压与交流侧线电压关系式约为：而全控桥式整流电路工作时，直流侧电压与交流侧线电压关系式约为：上两式中为励磁变副边线电压；为直流侧整流电压。由半控桥式整

7、流电路工作原理知，交流侧电流有效值与直流侧电流有效值关系式为：即：交流侧电流与直流侧电流之比随控制角α变化。全控桥式整流电路工作时，交流侧电流与直流侧电流关系为：对全控桥而言，其与α角无关。励磁变在发电机额定负荷及强励工况时温升最大，故以额定工况和强励工况两种负荷情况来分析采用半控桥式整流电路和全控桥式整流电路时，励磁变不同的温升变化情况。额定工况时：Ue=425VU2=700Vα=93.7则I2=0.69Id强励工况时：Umax=790VU2=700Vα=47.9则I2=0.816Id发电机轻负荷时，即控制角α较大时，半控桥

8、方式下交流侧电流明显小于全控桥方式下交流侧电流，即全控桥励磁变损耗在轻负荷下增加较大。因理论计算与实际测量有一定出入，我们以实际测量为依据。当P棒电流为1000A,转子电流为2800A，Is/Id=0.69，若只作粗略计算，全控桥使励磁变电流有效值增加18%(0.816/0.