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大型同步發電機靜態勵磁系統的新技術應用

發布時間:2019-08-23

 

近年來,通過對大中型同步發電機采用靜態勵磁系統對系統暫態穩定、繼電保護以及軸系扭振影響的分析研究,普遍認為這種勵磁方式具有反應速度快、接線簡單、維護方便、運行可靠、且可縮短機組軸系長度改善軸系特性等優點,同時隨著進口大容量發電機組的靜態勵磁系統不斷地在各地電網投入運行,國內目前也正處于大力推廣應用的階段。但不可否認的是,靜態勵磁系統國外自50年代就開始應用,目前己相當普及,如加拿大電力系統中采用靜態勵磁系統的發電機組己占總裝機容量的近8成。ABB、三菱、GE等公司都以生產靜態勵磁系統為主,比較而言,國內廠家在一些關鍵技術上與國外同行相比有一定差距,如在可靠性設計、智能化均流技術、軸電壓吸收、遠程診斷等方面。


一、冗余方式


目前,靜態勵磁系統普遍采用數字式調節器(AVR),并采用雙通道配置,每個通道內均具有恒壓及恒流兩種主要調節方式,但大中型同步發電機靜態勵磁系統有其特殊性,即不像交流勵磁機勵磁系統那樣設有手動柜,故對其可靠性提出了更高的要求。在提高勵磁設備整體可靠性的基礎上,可考慮在調節器及功率回路兩部分采用冗余設計。


1、帶后備手動調節的AVR常規雙通道AVR的通道之間、恒壓/恒流方式之間均能實現自動跟蹤,有故障時進行自動切換。通常AVR在通道1的恒壓方式下運行,若發生故障,則切至通道2的恒壓方式,如果此時再發生故障且通道1沒有修復,那么將切至通道2的恒流方式(手動方式),若再次發生故障,在交流勵磁機勵磁系統中可切至手動備勵柜運行,但對靜態勵磁系統而言,因其輸出為高電壓、大電流,從經濟性考慮通常不設手動柜,則發生類似故障時,勵磁系統將直接退出運行,這對發電機組的安全可靠運行相當不利。另外,雙通道調節器內的恒流方式通常不是完全獨立的,如恒壓/恒流方式的CPU是共用的,控制程序也在同一程序存儲器中,當主控板發生故障時,其結果是恒壓/恒流方式同時不可用。基于這種情況,應采用帶后備手動調節的AVR其采用完全獨立的CPU,控制功能也完全獨立,并具有以下功能:自動跟蹤/自動切換、同步回路及脈沖產生完全獨立、供電回路獨立、I/O接口獨立;另外,后備通道應具有一定的保護功能,如勵磁電流反時限保護、過流瞬時保護和小勵磁電流限制等。可見在這種配置時,每個調節通道具有恒壓方式、恒流方式、完全獨立的后備手動方式。


2、功率回路的冗余設計及智能化均流技術大中型發電機的靜態勵磁系統,其功率橋通常采用(-1)冗余設計,即n個橋并列運行,當一個可控橋退出時,仍可滿足額定運行工況及強勵工況。鑒于多橋并列運行,目前大多采用交流側等長電纜及電抗器等措施實現均流,可見均為靜態的均流措施,當功率元件特性發生變化使勵磁電流產生偏差時,只有靠人工再調整的方法,并且在運行過程中進行調整也不利于設備的安全運行,故應采用動態的智能化均流技術。


為了實現動態均流,首先應測量每個可控橋的輸出電流,并且應不依賴AVR而實現可控橋間的均流,這樣要求可控橋帶智能化的橋控單元,實現電流測量、觸發角調整等功能,同時可實現橋溫的測量、冷卻風機的控制等。由此可見,每個可控橋實際上是一個獨立的智能化部件,其可通過現場總線如ARCnet、CANBUS等與AVR相連,在這種方式下,可控橋數量的配置也顯得非常靈活,可以滿足不同勵磁容量的要求。


綜上所述,如采用帶后備手動的AVR及智能化功率橋,其控制部分實為4個完全獨立的通道,可控橋又可按(n-2)的原則進行配置,后備手動調節實際上實現了類似手動柜的功能,從而大大提高了發電機組運行可靠性。


二、軸電壓吸收靜態勵磁系統


因可控硅換弧的影響,故也是一個新的軸電壓源,會產生幅值可達60V的軸電壓。實踐表明,常規的接地碳刷不能有效消除高頻的軸電壓分量,如果不采取有效措施進行防范,軸表面及支承會引起電腐蝕,從而影響發電機組的安全運行。通常認為軸電壓值小于20V是安全的,為了達到這一目的,除對常規接地碳刷加以改進外,在勵磁裝置內部應設有專用的軸電壓抑制回路,以有效降低軸電壓值,目前有效的方法是加對稱的RC濾波器。需要注意的是,此RC回路對發電機轉子接地檢測有影響,在現場調試過程中應對接地檢測裝置重新進行整定。


三、冷卻風機配置


隨著電子技術及可控硅技術的不斷發展成熟,勵磁系統的整體可靠性有了很大的提高,比較而言,冷卻風機部分卻是薄弱的環節,通常1臺風機的使用壽命為4萬小時左右。在國外的一些核電站中,設備運行一定年限后,將更換全部風機,以提高設備運行的可靠性。國內目前普遍采用兩組風機互為備用的方式,當風機故障時進行更換,但這樣還是不利于風機的動態檢修。如果采用智能化的橋控單元,則可以記錄每組風機的實際運行時間,當其接近使用壽命時就進行更換,從而大大方便了維護工作。


四、失脈沖檢測技術


目前失脈沖檢測的方法主要有總線失脈沖檢測及在脈沖變壓器次級進行檢測等,或是幾種方式同時進行,但在出現可控硅門極故障或可控硅失控的情況時,以上方式均失效。有效的方法應是對每個可控橋交流輸入端的電流進行檢測,通過對電流波形的分析,從而判斷出是否失脈沖及哪個橋臂失脈沖,這樣可真正避免誤檢測情況的出現。


五、現場總線及遠程診斷


勵磁系統通常要與DCS相連,在現階段主要是采用硬接點的方式,但這樣在DCS上無法實現。對勵磁系統內部參數的修改及進行錄波等,故現在要求勵磁系統具有與DCS的通訊接口,但問題是此類接口目前很少真正投入使用,僅是留有接口備以后使用。在具體設計時,采用通用內部接口加相應的通訊協議轉換接口的形式,這樣在以后實際使用過程中,可以不更新AVR的主控制程序,而是選用不同的轉換接口就可滿足要求,如采用Modbus、Piofibus等通訊協議接口。


鑒于勵磁設備的重要性,要求勵磁設備生產廠家能在短時間內解決用戶遇到的實際問題,隨著互連網技術的日益發展,勵磁設備可以通過專用的調試工具實現遠程連接,這樣,勵磁設備生產廠家能實現對勵磁設備的遠程控制和診斷,如讀出設備內部的設定參數并對其進行修改,同時可進行實時錄波與分析,從而大大縮短維護時間。

 
 
 

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