内容提要】本文分析了电站励磁系统的故障原因,改造方案的选择、实施和运行的效果.文中介绍了一种水电站励磁系统的修理改造方案,此方案使用维修型励磁控制器的专用产品,在保留励磁系统主要部件的前提下,可以快速恢复和提高励磁系统的性能.
一 电站状况
湖北省宜昌市某电站建于八十年代后期,是400kW的低压机组.励磁方式电路为三相半控可控硅整流.额定励磁电压:35V,额定励磁电流135A, 由于运行年久,设备逐日老化,故障渐增.其中电气设备的励磁控制部分电路复杂,经常发生励磁故障,从而被迫多次停产修理,影响了电站运行的安全性和经济效益.
原来励磁部分采用多块印刷电路板插件,在山区湿雾的环境长期运行后接插口氧化发黑,经常发生接触不良的故障.电路运行参数也不稳定,用钳表检查整流变压器的二次电流,不平衡度已达20%以上而且不稳定.不过励磁系统的两个主要部件——整流变压器和三相晶闸管桥路,经过检查发现其性能尚好,仍然有继续使用的价值.
二 改造方案的选择
如果要保证旧电站正常运行生产,继续使用故障事后检修的做法是行不通了,应该从根本上改善励磁系统的性能和可靠性.为此有如下三个方案可选择.
一是通常的状态检修的模式.对症下药地进行电路的修理和调整,力求恢复励磁的正常运行参数.这方案看起来最简单,实施起来却不容易.因为时隔多年,原来的电路板和元配件已很难寻觅.晶闸管励磁电路是比较复杂的技术,在电站现场改装和调试电路,需要经验丰富的资深技术人员和完备仪器,否则检修效果难以保证,甚至有可能扩大故障.
二是彻底改造,对原来励磁系统推倒重来,订做全新的励磁装置.此方案投资大,订货周期长,从确定方案到现场安装成功运行需时半月以上.电站停产损失较大.
三是改进性检修模式.保留原来的一次电路,只更换励磁控制的电路.在我们这个电站,变压器和可控硅尚有使用价值,如果更新了其控制中枢部分,整个励磁系统就可健全运行,而且新的控制装置会使励磁系统的性能会有所提高.这是最简单有效的改造方案,关键在于要有合适于维修的控制装置.使用ELC-01维修型励磁控制器,为小型电站励磁系统的修理改造找到了理想的解决办法.
三 维修型励磁控制器的性能
ELC-01型控制器专用于对旧励磁设备的改造和升级.控制器把晶闸管励磁的触发控制和发电机的起励有机地结合在一个装置内,使用了它可以保留原来主要部件(即原来的配电屏、可控硅、整流变压器等部件留用),只更新控制中枢电路部分,把控制器挂在励磁屏上接好线即可完成现场安装,而调试全免.全部的工作就是十五条电线的连接.使用此控制器的励磁系统见附图.
装置内包含了发电机励磁系统的全部核心技术,其功能比当前市场使用的同类设备要更加完善和可靠,控制器内的功能有:
1. 晶闸管移相触发电路:适用于三相半波或三相全波半控整流电路.可触发大至400A的晶闸管;
2. 三相同步移相变压器:其内部相序关系已调整正确,省去了复杂的同步理相工序;
3. 给定调节:“自动给定”按发电机恒压来运行,“手动给定”按恒励磁电流来运行;
4. 无功功率调差和调差互感器;强励功能;发电机过电压降励;手动灭磁等5项功能;
5. 残压起励电路:其中包括激励功率二极管,继电器起励保护;
6. 三相相序检测指示:在三相可控整流系统中相序的正确是非常重要的,错相会造成励磁电流失控甚至事故.附加的此功能使用户免配置专用的相序仪器,令理相工作更便利.
7. 励磁电压3.5位数字显示;
8. 过低频保护,机端过压自动减励(孤立网时用,可选);
这些功能全部在装置的面板上可以调节和显示.控制器由原来繁多的插件集成为了一个高性能的一体化电路,因此大大的提高了励磁系统的性能.
四 改造的步骤
1、安装:首先是安装固定好控制器.控制器为高360mm深320mm宽140mm的盒式装置,可以在励磁屏边面上用4只M5螺丝固定.无须另开安装孔.
2、理相:为了防止相序错误造成励磁电流失控,在正式投运前要进行理相.把控制器接入三相网电源后,如果控制器面板上的“错相指示”灯不亮或微亮,表示相序正确.反之灯明亮则表示相序错了,要重新调整输入电源的相序.控制器的相序正确后就以此为依据,去跟踪认定发电机、整流变压器和晶闸管整流桥的正确的A、B、C相序.
3、拆旧:把原来的励磁控制的线路拆除.接好相关连线:晶闸管的控制极Ga、Gb、Gc;整流输出的+L, -L;调差互感器的连线.
4、接线 :新控制系统的接线工作是很简单的按图索骥,一共是13条接线(有调差功能的要增加2条).
5、运行 :励磁控制器是免调试的,只要接线正确,相序无误,就可以投入试运行.运行操作也很简单,按正常的操作规程使发电机组进入起励的状态后,轻轻一旋控制器上的起励开关,机组立即起励建立电压(数字电压表、电压信号灯亮).此时松手,起励开关自动复位,然后把发电机的电压调节到400V,起励完成.接着进入下一个工作环节—准同期并网.
五 改造效果
本项技术改造工作取得满意的效果,主要效果在于
1、成本低,控制器设备和改造工资全部费用只要几千元.
2、接线简单,全部工作过程(从动工到成功并网送电)只用了6小时.
3、改造后励磁系统工作状态良好,电气性能得到改善.控制器工作可靠,连续运行半年后检测三相整流输入电流平衡性在2%之内.
4、即装即用,现场免调试.同时控制器的互换性好,如有故障在几小时内有备用装置补上,电站用户免维修.改造无风险,不存在失败的可能
5、控制器的不足之处:电站的励磁调节电位器一般都是采用多圈电位器,而此控制器采用是普通的单圈电位器,调节的灵敏度高.初用时对调节的幅度不适应,容易出现调节不细致的情况,甚至用力过大会使电位器损坏.
六 结束语
同时在广东、湖南、河南等地方的多座水电站进行了同类的励磁系统改造工作,均取得了满意的效果.一般而言,开关柜设备的使用寿命是8—10年,但小水电站的运行环境差——表现在:1长期运行在网电过压(430V以上)下;2常发生解列跳闸飞车,产生比较严重的操作过电压冲击,山区也易感应雷击;3不精确的并网造成过电流冲击等等——使电站电气设备的运行故障率比较高,寿命缩短.其中励磁控制电路是相对脆弱的电子器件,故障率相对更高.山区雾气湿度大,电路接点容易氧化而接触不良,这也是造成励磁系统故障率的一大原因.某些KJ集成电路的电路,内部繁多的接插件(集成电路插座、电路板接插、连线接插,使插点达百个多),电路运行三五年就故障频繁了. 然而励磁系统中的两个主要部件—整流变压器和晶闸管整流元件,由于它们的极限参数选择较为保守而比较耐用,故进入寿命后期的时间比较晚.经验认为其正常使用的寿命周期是控制组件的两三倍,故可继续使用,无须作预防性的更换.
综上所述言,对于进入后期运行阶段的励磁系统,更新其电路的核心—励磁控制部件是一个简单有效的优化维修方法,可以事半功倍地提高励磁系统的性能和可靠性,而其修理成本只是电站一天或几小时的电费而已.
对于一些旧励磁方式的发电机组.例如电抗分流式机组,并网工作时无功不足和运行不稳定,我们用本方法进行改造,也取得很好的效果.
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