勵(lì)磁系統(tǒng)改造項(xiàng)目具有技術(shù)要求高、定制程度高、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試能力有較高要求。改造方案的確定需要充分研究原系統(tǒng)的特點(diǎn)及其與相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)系，分析新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的可行性和運(yùn)行的可靠性，這對(duì)確保改造成功具有重要意義。某大型電站原勵(lì)磁系統(tǒng)隨主機(jī)由國外進(jìn)口，設(shè)備運(yùn)行十余年，嚴(yán)重老化。本文就該項(xiàng)目改造方案設(shè)計(jì)、應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

系統(tǒng)基本情況

改造機(jī)組單機(jī)容量240MW，采用靜止自并勵(lì)勵(lì)磁方式。發(fā)電機(jī)組及勵(lì)磁參數(shù)如下：Sg=266.7MVA；Pg=240MW；Ug=15.75kV；Ig=9776A；Uf=482V；If=1906A。

改造范圍包括發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、可控硅整流裝置、滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置、電制動(dòng)回路等，保留原勵(lì)磁變壓器及制動(dòng)變壓器。

改造方案設(shè)計(jì)

本次改造不改變勵(lì)磁方式，與電廠其他系統(tǒng)接口友好，并結(jié)合現(xiàn)有成熟技術(shù)優(yōu)化提高勵(lì)磁系統(tǒng)性能。

1主回路設(shè)計(jì)

勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如圖1所示。該勵(lì)磁系統(tǒng)采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式，并具有電制動(dòng)功能。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖

圖中T1為勵(lì)磁變壓器，T2為電制動(dòng)變壓器，Q1為電制動(dòng)機(jī)端短路開關(guān)，F(xiàn)LZ為可控硅整流橋，F(xiàn)MK為磁場(chǎng)斷路器，AVR為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

2 機(jī)柜布局設(shè)計(jì)

原系統(tǒng)與勵(lì)磁變壓器、電制動(dòng)變壓器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的一次回路連接形式（銅排硬連接）與位置決定了新系統(tǒng)交、直流主回路的接口形式及位置，改造中不能改變。受接口位置和可用空間限制，新系統(tǒng)不能采用常用的一排式盤柜布局方式。通過比較各種布局方案，仔細(xì)核算盤柜尺寸與接口位置，確定了一種背靠背式的布局方式，如圖2所示。

圖2 盤柜布置圖（俯視）

新系統(tǒng)包括9面盤柜，其中AVR為具有電制動(dòng)控制功能的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，雙通道冗余配置；FLZ1、FLZ2、FLZ3為3臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行功率柜，單柜輸出電流DC 3000A；FLK為直流滅磁開關(guān)柜；FLR為滅磁電阻柜，包含起勵(lì)裝置；FLB為冷卻柜，實(shí)現(xiàn)功率柜發(fā)熱的空氣水熱交換，將勵(lì)磁主要發(fā)熱由水路傳遞到室外； FLJ為交流進(jìn)線柜，實(shí)現(xiàn)正常勵(lì)磁和電制動(dòng)勵(lì)磁電源的接入和切換，并設(shè)置電流互感器采集勵(lì)磁電流；FLC為變送器柜，供用戶布置發(fā)電機(jī)電量測(cè)量變送器。

通過這樣的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一次回路接口與原系統(tǒng)吻合，減小主回路接口改造工作量和難度；盤柜間連接可靠，所有主回路采用銅排連接，確保載流量，并充分保證安全距離；冷熱風(fēng)分開在兩側(cè)，降低進(jìn)口風(fēng)溫，提高整流柜散熱效果。

3 熱設(shè)計(jì)

勵(lì)磁系統(tǒng)布置于機(jī)旁小室，運(yùn)行產(chǎn)生的大量熱量（主要為功率柜發(fā)熱）若直接排放在小室內(nèi)，將使得小室溫度升高。由于機(jī)旁小室不具備增設(shè)空調(diào)的條件，為將熱量交換到室外，最好的方法就是采用水冷設(shè)備。

該項(xiàng)目采用了風(fēng)水聯(lián)合冷卻的方案。如圖3所示，3臺(tái)功率柜以風(fēng)冷方式進(jìn)行冷卻，冷卻功率柜產(chǎn)生的熱空氣通過柜間風(fēng)道輸送到水冷柜，由空氣水熱交換器將這些熱量傳遞給冷卻水，由此實(shí)現(xiàn)熱量由水路帶到室外。

圖3 冷卻系統(tǒng)

風(fēng)水聯(lián)合冷卻方案的設(shè)計(jì)，充分考慮了功率柜發(fā)熱情況。分別計(jì)算不同工況運(yùn)行時(shí)的熱量值，主要計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。

表1 整流柜熱量計(jì)算

據(jù)整流柜的最大發(fā)熱量，選擇合適的空氣水熱交換器，主要參數(shù)如下：水流量1.7m3/h，水壓0.2MPa，進(jìn)出口水溫溫差5℃，散熱功率15kW。同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)采用的導(dǎo)熱液不是純水，在進(jìn)水口增設(shè)了過濾器和離子交換器。

4 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)

本次改造要求發(fā)電機(jī)監(jiān)控、調(diào)速、保護(hù)系統(tǒng)均不做改動(dòng)，為此對(duì)原系統(tǒng)與這些保留系統(tǒng)之間的接口進(jìn)行分析，確定了改造接口方案。利用NES5100勵(lì)磁系統(tǒng)控制流程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，綜合設(shè)計(jì)了新系統(tǒng)的控制方案，在機(jī)組控制過程中，勵(lì)磁系統(tǒng)控制能自動(dòng)平穩(wěn)地執(zhí)行下列操作：

1）開機(jī)程序

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，投入勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)、升壓，發(fā)電機(jī)電壓升至額定值。根據(jù)同期裝置發(fā)出的命令調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓，以滿足與系統(tǒng)同期的要求。同期調(diào)整結(jié)束，發(fā)電機(jī)出口斷路器并網(wǎng)，勵(lì)磁轉(zhuǎn)入負(fù)載模式控制運(yùn)行。

2）正常停機(jī)程序

在出口斷路器跳閘前自動(dòng)卸無功負(fù)荷至零，在出口斷路器跳閘后，進(jìn)行逆變滅磁。轉(zhuǎn)速下降至60%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，投入電制動(dòng)控制程序及停機(jī)滅磁控制，機(jī)組停機(jī)復(fù)歸電制動(dòng)。

機(jī)組電氣制動(dòng)采用柔性電氣制動(dòng)，電氣制動(dòng)與機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)共用一套調(diào)節(jié)器及可控硅整流裝置，制動(dòng)電源取自廠用400V。電制動(dòng)的投入條件為：機(jī)組與系統(tǒng)解列；停機(jī)指令發(fā)出；機(jī)組無電氣事故；機(jī)端電壓低于10%額定電壓；導(dǎo)葉全關(guān)且機(jī)組轉(zhuǎn)速降到60%額定轉(zhuǎn)速后，合發(fā)電機(jī)短路開關(guān)并切換勵(lì)磁系統(tǒng)交流電源開關(guān)進(jìn)行電氣制動(dòng)。

3）事故停機(jī)程序

事故時(shí)采用磁場(chǎng)斷路器加滅磁電阻移能滅磁。

在控制方案的實(shí)現(xiàn)中，為確?？刂?、調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性、可靠性，對(duì)開機(jī)令、停機(jī)令、增磁令、減磁令等數(shù)字量和PT、CT等模擬量采用了全面的冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)。

5 可維護(hù)性設(shè)計(jì)

針對(duì)本系統(tǒng)盤柜背靠背布局方式，對(duì)元器件布局和連接進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。功率柜整流橋采用抽屜式組件結(jié)構(gòu)，抽屜組件集成可控硅的散熱、過壓、過流保護(hù)功能，可由柜前抽出；冷卻風(fēng)機(jī)可從柜頂拉出。其它各柜器件在前面板安裝，板前接線，實(shí)現(xiàn)了柜前檢修。柜間連接采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制電纜柜前接線方式，通用性好，可靠性高。

結(jié)束語

按照以上方案設(shè)計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)在某電廠2#機(jī)組投入運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)及機(jī)組運(yùn)行的要求，與電廠其他系統(tǒng)配合良好，能夠確保機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行。說明本文描述的改造方案是合理的，對(duì)類似機(jī)組的改造具有指導(dǎo)意義。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“進(jìn)口240MW水輪機(jī)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用”，作者為徐春建、黃衛(wèi)平。