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1电站概况
二滩电站总装机容量6×550 MW,年发电量达170亿kW·h以上。电站距攀枝花市46 km,通过三回500 kV高压输电线路与川渝负荷中心相连,系统联系相对比较薄弱。这种远距离、大负荷、超高压的传输系统存在着电力系统的暂态稳定性问题,也对二滩电站的励磁系统提出了很高的要求:(1)高可靠性。二滩电站装机容量330万 kW,目前主要承担着系统调频、调峰的任务,为使机组可靠运行,故要求其励磁系统故障率减到极低水平,保证机组和系统的安全;(2)快速响应能力。在系统发生故障时,要求发电机能迅速增大励磁电流,以维持电网的电压水平和稳定性;(3)能使发电机无功进相运行。这对提高电网稳定性和实现电网优化运行有重要的意义。
2励磁系统简介
2.1概述
机组采用自并励方式,选用加拿大通用电气公司的SILCO5型双调节器双微机静态励磁系统。该系统有很高的可靠性;具有高初始响应特性,能随系统扰动迅速将发电机的电压值恢复到设定基准的0.1%以内;采用模块化设计、数字控制监测;具远程通讯控制能力,为电站自动化运行提供了重要保证;能提供负励磁电流,使机组具备传送＋336 M Var或－266 MVar无功的能力,体现了巨大的技术经济效益。另外,在远距离输电且联系薄弱的电力系统中,因机组采用了励磁调节器,降低了机组与系统的阻尼能力,导致系统可能出现低频振荡。因此,有必要引入电力系统稳定器(PSS),产生正阻尼转矩以抵消励磁系统引起的负阻尼转矩,增强系统稳定性。
二滩机组主要相关参数:
额定容量612 MVA;
额定功率因数0.90(滞后);
额定电压18 kV;
额定转速142.9 r/min;
额定励磁电压378 VDC;
额定励磁电流3 190 ADC;
励磁顶值电流5 800 ADC;
励磁顶值电压1 259 VDC;
励磁时间60 s。
2.2励磁变压器
采用3个单相双绕组干式变压器,接线组分别为Y/△-1型,励磁变比18 kV/1 014 V,容量4 600 kVA,短路电压12%,频率50 Hz。
每相变压器设置3只测温元件,监测绕组温度,信号送至计算机监控系统或作用于报警、跳闸回路,整定值分别为190℃、220℃。每相变压器设两只加热器,由温控回路控制,当励磁柜内温度低于8℃时启动加热器,防止变压器受潮。
2.3可控硅整流器
励磁系统中采用三相可控硅全控桥,使用n+1冗余设计,6只整流桥并联运行,提供机组正常运行和强励时所需励磁电流,并可实现逆变灭磁和机组欠励磁运行。
每支整流桥的桥臂上,均安装了霍尔效应型传感器,以检测可控硅导通的情况。
整流器的冷却采用强迫风冷,两台风机互为备用。
2.4启励单元
启动电源取自厂内400 V交流电源,回路中包括启励变压器,三相不可控整流桥,限流电阻和启励开关。限流电阻限制启励电流至与30%额定端电压相适应的电流值。当励磁断路器闭合且发电机达95%及以上额定转速时,系统允许启励。启励后,机端电压达15%时,励磁主回路产生励磁电流,达50%时,启励开关自动断开。若10 s内主回路未产生励磁电流,则送出启励失败报警信号,励磁断路器跳闸,启励回路断开。
2.5灭磁回路
该系统采用直流磁场断路器配以非线性电阻来灭磁,见图1。一般正常停机时,可以通过整桥逆变灭磁,而不必每次停机都操作灭磁开关。其过电压保护通过跨接器回路实现。当磁场电压达到3 000 VDC时,跨接器回路中一晶闸管触发导通,从而导通非线性电阻灭磁回路。配有1只过流继电器监视跨接器回路运行情况。
2.6励磁接地探测器
励磁系统通过高阻抗线路接地,如果回路中有一个单独接地,接地电流会较小,且不会对设备造成损坏。但若再出现另一个接地点,则会产生较大接地故障电流。励磁接地探测器可以检测出励磁系统中一点接地故障,并提供报警信号。
2.7励磁数字控制系统
SILCO5数字控制是1个采用微处理器的系统,可以灵活地配置用户要求的各种功能。该系统包括2个主要部分,一个是数字控制本身;另一个是用来管理、配置数字控制的工作站程序。下面按硬件、软件分类作简单介绍。
(1)硬件部分。
①调节器板。这是采用微处理器的插件,是该控制系统的心脏。主要功能有所有励磁调节功能,导通脉冲计算和产生,励磁过压,过流检测等;②顺序器板。这也是采用微处理器的插件,作用是实现与调节器板、工作站的通讯,管理外部输入输出信号接口,进行外部故障寻找器显示的控制等;③变换器接口板。该板作为整流桥和调节器板的接口,其功能为实现可控硅触发控制,提供触发脉冲同步信号,从电压衰减器板获取励磁电压反馈信号,从DCCT获得励磁电流反馈等;④触发脉冲放大器板(GPA)。每只电桥有一独立的GPA板,每块板提供6个输出信号至6支桥臂。触发信号由调节器板控制,每一脉冲宽度为120°,彼此相互独立;⑤输入/输出板(I/O)。两块I/O板(IOA&IOB)实现所有至顺序器板输入输出信号的光隔离,提供44个输入或输出信号;⑥变送器板。变送器板调整发电机电压和电流信号,并将信号通过变换器接口板送至调节器板;⑦电压衰减器板。该板用电阻分压器将DC励磁电压降至小于50 V的水平。AC桥电压通过3个单相控制变压器减至约17 V。然后,这些信号通过变换器接口板送至调节器板;⑧导通监测传感器板。导通传感器插件由安装于铁芯上的回路卡和每只电桥的每条AC母线上的插件组成。
(2)励磁系统软件。
该系统主要调节功能有:①自动电压调节;②励磁电压调节;③最大励磁限制;④故障过电流保护;⑤发电机励磁12T保护;⑥励磁过电压保护;⑦发电机电压等级监测;⑧导通迟后限制;⑨端电压限制; 励磁温度计算; 试验信号发生功能; 电力系统稳定器; 最小励磁限制; 电压频率限制;功率因数调节器; 无功调节器; PT故障检测。
3调试
励磁系统现场调试工作按经工程师审核批准的GE公司提供的调试程序进行,包括机组启动前的检查和启动后的各项功能试验。
(1)机组启动前要进行以下试验:①励磁变试验;②跨接器试验;③盘内各控制板电源及功能检查;④盘内继电器回路检查;⑤启励试验;⑥小电流试验;⑦反馈值检查;⑧变送器检查;⑨控制回路变压器检查;灭磁开关试验;
(2)机组启动后主要试验项目:①整流桥输出检查;②AVR、FVR阶跃响应;③AVR、FVR启励试验;④发电机短路灭磁特性试验;⑤发电机空载灭磁特性试验;⑥励磁电流调节器(FCR)检查;⑦电压/数率限制检查;⑧PSS试验;⑨手动与自动、现场与远方、双调节器间各项切换试验。
整个调试过程中,在励磁直流母线的负极出口软连接处,串联一只精确分流器(4 000 A/100 mV),用于励磁电流的监视与测量。另外,由于启动试运行初期,机组采用它励方式,励磁电源取自厂内6 kV系统,于是,在为系统提供控制电源的降压变压器T1(1 014 V/380 V)前端接入一升压变(400 V/1 014 V),升压变由业主提供,其电源取自厂内400 V系统。与该套励磁系统配套,厂家提供了一套在IBM兼容机上运行的工作站软件,采用菜单驱动,界面友好。该软件具有以下主要功能:文件处理、打印和通讯功能;输入和编辑故障信息、规定第三类故障数目的功能;输入和编辑梯形的功能;对励磁机进行配置和调试;以及数据连接等其它功能。
利用该软件的调试功能,可以轻易地在梯形图上强制各种输入或输出的开关量信号,进行故障模拟试验;可以降低某些保护功能(如最大励磁限制功能)的设定参数,以便在正常运行范围之内就能对这些功能进行检查;可以利用其试验信号功能,分两阶段设定参数的幅值和延续时间,进行很多功能试验,如AVR、FVR阶跃响应试验等。
由于励磁装置可靠性较高,整个调试工作进展的较顺利。启励、逆变过程平稳,启励无超调;A、B两套调节器之间切换,调节器手、自动切换过程无扰动;PSS调节参数选择合理,机组带负荷稳定可靠。
在调试过程中,也存在着一些问题:
(1)跨接器电阻、启励电阻、个别继电器元件在整个调试期间出现过数次损坏情形,说明这些元件可靠性较差;
(2)4号机试运行期间,在录制发电机短路灭磁曲线时的一次开关的断开操作中,开关发生明显拉弧现象。拆开灭磁开关检查,发现两个灭弧触头均已脱落,开关主触头部分有烧灼痕迹。更换灭磁开关后完成了后续调试工作;
(3)工作站调试软件能圆满地完成各项调试工作,但是某些不足亦是明显的。如:它的在线监控功能中不能进行参数变化曲线的录制与编辑,而不得不采用Hioki存储记录器进行波形记录,这给调试监控工作带来了一些不便;
(4)1号机可控硅整流器各元件门槛值差别太大,致使部分可控硅不工作,发出“熔断器故障”信号,用备品可控硅更换消除故障。
4综合评述
从已投运的全部6台机组来看,这套励磁系统成功地完成了电压调节、无功调差的任务,运行可靠性很高,在其投入商业运行以后,至目前没有因为励磁系统故障而出现甩负荷停机情况。
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