火电厂励磁系统主、备励切换可靠性的改造.pdf

第 3 3卷 第 8期 2 0 1 1年 8月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 3 No ． 8 Au g ． 2 01 1 火 电厂励磁 系统主、 备励切换可靠性的改造 程威 ， 史运峰 1 ． 广州珠江 电厂 ， 广东 广州5 1 1 4 5 7 ； 2 ． 广州艾博电力设计 院公 司 ， 广东 广州5 1 0 0 8 0 摘要 针对广州某火电厂励磁系统在主 、 备励切换过程中出现的无功波动大、 机组发生失磁事故的问题， 对并列可控硅 整流 、 二极管整流的换流过程和备用励磁系统调压装置的机械特性进行了分析， 提出了提高励磁系统主、 备励切换可靠 性的措施， 有效地提高了励磁系统主备励切换的可靠性 。 关键词 励磁系统 ； 主励； 备励； A V R； 可控硅整流； 二极管整流 中图分类号 T M 7 6 1 ． 1 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 1 0 8 0 0 3 2 0 2 1 系统概况 广州某火 电厂 3 0 0 MW 机组配备主励和备励 2 套可以互相切换的励磁系统。该电厂发电机为哈尔 滨电机有 限公司的 Q F S N一3 0 0 2发 电机 ， 励磁 系 统为有副励磁机的它励 整流 三级励磁 ， 永磁 副励磁 机输 出4 0 0 Hz 交流 ， 一路经主励交流开关 4 1 E为 自 动电压调节 A V R 可控硅整流装置供 电。另一路 经感应 调 压 器 和 隔离 变压 器 以及 备 励 直 流 开关 2 Z K K为二极管整流装置供电。副励磁机输出经整 流后为主励磁机提供励磁电流， 主励磁机输出 1 0 0 H z 交流经三组 三相二极管桥式整流装置 整流后 为 发电机提供励磁 。主励采用的励磁调节器是南瑞电 气控制公 司 S A V R一 2 0 0 0励磁调节器 。备励采用感 应调压器来调节发电机励磁 ， 控制方式是“ 人 一机” 开环方式。在正常运行时， 由 A V R主励实现对极端 电压的闭环控制以及 P S S ， A V C等附加控制功能。 当主励故障且退出运行时， 切换至备励由值班员根 据极端 电压 和系统 无功需求 手动调节励 磁 j 。系 统一次接线如图 1 所示。 2 励磁 系统转换过程 的异 常情 况 2 ． 1 备励切主励导致失磁 该厂 自1 9 9 4年投运以来， 因 A V R卡件故障、 A V R装置 电源丢 失、 AV R 电源板 故 障、 A V R误 强 励 、 A VR失灵等原因经历过几 十次励 磁系统 主、 备 励切换 。该 厂采 用 的主 、 备励 切换 方 式是 并列 式 转移负荷法 ， 在主 、 备励的直 流输 出并列 、 解列瞬 间多次出现无功波动大、 发电机失磁报警甚至发电 机失磁保护动作跳机、 发电机转进相运行等异常现 象和事故。2 0 0 2年9月2 2日， 4机组A V R失灵故 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 2 8 主励磁机励磁线 圈 图 1 系统 一次接线图 障处理完后进行了备励转换主励的操作 当时机组 有功负荷为 2 0 0 M W， 无功负荷为 6 3 M V A ， 合上 主励交流开关 4 1 E后 ， 增主励输 出， 减备励输 出， 维 持无功负荷在 6 3～7 8 ． 0 MV A之间， 备励输 出降 至 最 小 后 ， 投 入 微 机 励 磁 调 节 系统 的补 偿 开 关 2 KKl 1 J ，在无功负荷为 7 8 ． 0 MV A时 ， 手动切开备 励开关“ 2 Z K K ” ， 此时， 无功负荷从 7 8 ． 0 M V A跌 至 1 ． 7 M V A， 运行人员立即抢合备励开关 2 Z K K， 同时按 “ 备励 增磁” 按钮 ， 但发 电机失 磁保护 已动 作 ， 机组 主开关及 4 1 E， 灭磁 F MK 开关跳闸 ， 并联 跳机 、 炉 。 2 ． 2 备励切主励导致无功大波动 2 0 1 0年 5月 3日， 2机组因检查 A V R可控硅 柜下桥脉冲开关跳闸将主励切备励运行 当时机组 有功负荷为 2 2 0 M W， 无功负荷为6 5 M V A ， 备励 调 至最低输 出后 ， 投人微机励磁调节系统 的补偿 开 第 8期 程威 ， 等 火电厂励磁 系统主 、 备励切换可靠性的改造 3 3． 关 2 K K ， 合 2 Z K K使主备励并列后开始增备励输出， 减主励输 出维持无功在 6 0 MV A左右 ， 值班员为 确保断开主励交 流开关 4 1 E前 主励 可控硅输 出尽 可能小 ， 点击 了 3次以上分散控 制系统 D C S D i s ． t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m 上 “ 主励减磁” 按钮 ， 发现无 功没有减小 ， 作者认为在此情况下断开 4 1 E开关最 保险， 值班员随后断开 4 1 E开关， 机组无功突然由 5 6 MV A升至 2 0 9 MVA， 机组 6 k V厂用母 线 电 压由 6 ． 3 k V升至 6 ． 7 k V， 经值班员迅速减备励输出 才恢复正常。 2 ． 3备励升压试验过程中的过激磁 2 0 1 0年 3月 2 1日， 该厂 1 机组大修后进行 了 发电机空载试验和励磁系统特性试验。在发电机用 备励升压至额定电压 2 0 k V后， 值班员接令降压后 灭磁， 在减备励至机端电压为 1 k V以下后， 继续点 击“ 备励减 磁” 按钮 ， 点 击 2下后 机端 电压 突升至 2 3 ． 7 5 k V， “ 发电机过激磁” 声光报警 出， 值班员迅速 切 开 F MK开关 。 3 原 因分析 3 ． 1 2 套整流装置换流过程不一致 主、 备励并列运行后 ， 发电机主励磁机的励磁整 流装置为可控硅整流和二极 管整 流的并列 ， 由文献 [ 2 ] 可知 ， 当2套整流装置交流输入一致时 ， 整流装 置是带续流二极管的可控硅整流 ， 而实 际是二极管 整流装置的交流输入使得调压器 T 和隔离变压器 T 电压的幅值和相位发生了变化。 可控硅整流交流输入为 U l , ／ 2 U F L c o s ， U 1 b4 2 U F L c o s wt 一2 ／ 3 叮 T ， U l L c o s 2 ／ 3 w。 二极管整流交流输人为 U 2 m／ 2 U F L c o s 0 ， U 2 bm／ 2 U F L c o s 0 一2 ／ 3 -r r ， m 4 2 U F L e o s 0 2 ／ 3 7 r 。 取一个时问点 t 来分析 2套整 流系统 的换流 过程 此分析 中将换 流器的换流过程理想化 ， 不影 响结论 假设 t 。 点为二极管整流装置 。 向 换 相的 自然换相点， 那么它的直流输 出为 u t 。 r v 2 ， 即二极管 整流在 t 。处换相后至 下一个 换相点间的直流输 出， 下 ∈ 0一 , r r ／ 1 2 。 可控硅整流的换 相点受到触发 角 O ／ 的控 制和 交流输入角度差 0 的影响 ， 在二极管整流的 自然换 相点处其触发导通的相别可能为 0 按锐角计 1 t 0r U 1 b ， 1 t 0 U 1 b ， dl t o丁 U 1 b ， l t 0r U 1 b ， U a 1 t 0r U 1 b 。 在上面 的公式 中 几为 副励磁机输 出 4 0 0 H z 交流电压有效值 ； 为调压器变 比， 取值范 围为 0～ 1 ； 0 为随调压器变比变化的相角偏移值 ； U 为可 控硅整流的交流输入 A相瞬时值； U 为可控硅整流 的交流输入 B相瞬时值 ； U 为可控硅整流的交流输 入 C相瞬时值 ； U 2 为副励二极管整流的交流输入 A 相瞬时值 ； u 2 为副励二极管整流的交流输入 B相瞬 时值 ； 为副励 二极 管整流 的交流输入 C相 瞬时 值 ； U d 为可控硅整流的直流输出 ； U 为副励二极管 整流的直流输出； t 为 t。 起至下一换相点之间的时 间间隔。 由上述分析不难看出 ， 当存在换流不一致时 ， 在 2套整 流装置 的内部将 出现相 间环流 、 同相的并联 回路环流 ， 如此一来 ， 势必会影响励磁主回路的励磁 电流供给。本文第 2 ． 2章节中的无功突升就是 因为 主励减励磁时触发角 增大， 使得2套整流装置的 环流过大、 输出给主励磁机的励磁电流锐减。 3 ． 2 备励调压器的调节方向跳变 该厂的备励调压器作用于调节二极管整流装置 的交流输入 ， 从而调节备励 的直流输出。备励调压 装置是 由调压电机、 减速装置 、 限位装置和 自耦变压 器组成。从备励调压器最低输出位至最高输出位为 1 8 0 。 角调节区域， 0 。 和 1 8 0 。 处分别设有限位开关。 限位开关的作用是在 0 。 和 1 8 0 。的两极处切开调压 电机 的接触 器 以防止其转 到 1 8 0 。～3 6 0 。 的 区域。 一 旦限位开关失灵 ， 在 0 。附近 备励 最低输 出 继 续按减磁按钮就会使 自耦变压器的触头移至最大输 出处 ， 出现本文第 2 ． 3章节 中的过激磁甚至过 电压 现象。在本文第 2 ． 1 章节中， 事故的原因是在升主 励、 减备励至最低过程中， 备励的调压器出现调节方 向的跳变至某一个较大位置 ， 在分开 2 Z K K后备励 这一路直流输出失去 ， 使 得发 电机励磁 锐减 ， 其 后 A V R强励过程 中脉冲电源又出故障 ， 最终 由欠励发 展为失磁事故。 4 解决方法 4 ． 1 监视整流装置环流的措施 为 了避免主、 备励并列运行后可控硅整流和二 极管整流的换流不一致 ， 在 2套 整流装置的 内部出 现相间环流和同相 的并联 回路环流 ， 在 2 0 1 0年度 4 台机组轮修时， 分别在 A V R主励可控硅装置的直流 输 出端和备励二极管整流装置的输 下转第3 6页 3 6 华 电技 术 第 3 3卷 l 小母线 l电源开关 开关柜合 闸 远方 D C S 合闸 合 闸 自 保 持 开关柜跳 闸 远方 D CS 跳闸 红 灯 绿灯 图 2改造后的控制 回路 4 结束语 参考文献 广东粤电云浮发电厂有限公 司 C厂 5 ， 6机 组低压 3 8 0 V塑壳断路器带 P ma c 8 0 1 保护装置 的电 动机共 1 2 7台， 先后在 2 0 1 0年 8月及 9月改造 完 毕 。通过调试 ， 控制 系统投入运用。经过多次的开 机、 停机及机组的 B级、 c级检修试验后， 机组运行 至今非常稳定 ， 既经受住 了各种考验 ， 又能响应各种 故障情况。实践证 明 此次电动机控制 回路改造是 非常成功的 ， 保证了厂用电动机的正常运行 ， 避免了 因机组设备故障而造成非计划停运。 [ 1 ] 胡志光． 火电厂电气设备及运行[ M] ． 北京 中国电力出 版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 能源部西北电力设计院． 电力工程电气设计手册电气二 次部分[ M] ． 北京 水利电力出版社， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 陈景惠． 发电厂及变电站二次接线[ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 1 9 9 2 ． 编辑 白银 雷 作者简介 李秋萍 1 9 8 0 一 ， 女 ， 广东 四会 人 ， 助理工 程师 ， 从事 继 电保护及维护方面的工作 E m a i l l i q i u p i n g g d y d ． c o m 。 ●◇● ● ●◇● ●●0●◇● ●● ●0● ●● ●● -0● ● ●● ●o●0●● ● ●0●0● ●0● ●● ●● ●● o●● ●o● ● ●0●● ● 上接 第 3 3页 出端增设 带极性的直流分流器用来 监视并列运行的 2套整流装置的直流输 出大小和极 性 ， 如图 1所示。这样 ， 可有效监视 2套整流装置间 的环流， 为值班员正确倒励磁负荷 、 切换励磁装置提 供参考 。 4 ． 2 监视整流装置环流的措施 为了防止备励调压器出现调节方向的跳变， 在 2 0 1 0年度 4台机组轮修 时， 在备励调压器 的 0 。和 1 8 0 。处分别增设 1个限位开关 ， 2个限位开关全部 采用欧姆龙 的 D 4 A系列小型重载开关 ， 2个 限位开 关的输出并联来作用于调压电动机 的控制 回路 ， 这 样 ， 会在很大程度上避免 限位失灵导致的备励调压 器调节方 向跳变 。 2 0 1 1年 2月 ， 改造后 的 1 ， 2机组停机 前在 主 、 备励倒换试验过程 中有效地监视到了 2套整流 装置间不稳定的环流并依据环流进行 了调整 ， 实现 了小扰动切换。从 2 0 1 0年改造至今 ， 该厂 4台次机 组检修后， 进行了励磁系统试验 、 空载试验的备励 升／ 降压， 没有出现过备励过调现象。 5 结论 本文通过对广州某 电厂励磁系统主、 备励切换 出现异常现象和事故 的分析 ， 从可控硅整流和二极 管整流并列运行的电路模型 、 备励调压器的调节特 性2个方面出发， 总结出了该电厂主、 备励切换异常 的原因并给出了提高主、 备励切换可靠性的方法。 通过技术改造， 该厂的主、 备励切换可靠性得到了提 高 ， 避免了大型火电机组励磁系统主 、 备励切换过程 中机组对系统无功 、 电压 、 静态稳定性 的冲击 ， 避免 机组失磁事故的发生。 参考文献 [ 1 ] 邱关源． 电路[ M] ． 4版． 北京 高等教育出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 王兆安， 黄俊． 电力电子技术[ M] ． 5版． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 编辑 王 书平 作者简介 程威 1 9 8 l ～ ， 男， 湖北黄冈人， 助理工程师， 从事火电 厂运行方面的工作 E - m a i l l i o n 2 2 1 1 6 3 ． c o rn 。