龙滩电厂励磁系统运行管理简介（龙滩水力发电厂 广西天峨县 547300）摘要龙滩电厂为国内目前投产运行的第二大水电厂，2007年5月份龙滩电厂 1号机投产，2008年12月一期7台机组全部竣工。龙滩电厂励磁系统采用瑞士ABB公司与广科所联合生产的UNITROL5OOO型励磁系统。本文根据该励磁系统 的设计和运行管理经验，简要介绍其部分功能，以及现场进行的改进、面临的问 题，以期消化并吸收 UNITROL5000 型励磁系统先进的技术和设计理念，促进 UNITROL5000 型励磁系统在国内水电厂的安全稳定运行。关键词:UNITROL 5000型励磁系统功能简介运行管理改进面临问题龙滩电站地下厂房全貌一、概述龙滩水电站位于广西红水河中游、河池天峨县境内，设计总装机容量630万 千瓦,安装9台70万千瓦的水轮发电机组,年均发电量187亿千瓦时。首期建设 装机容量7台490万千瓦,1号机组于2007年5月提前一年发电。其发电机励磁 系统主要参数如下：机组视在功率：777.8 MVA机组额定电压：18000V额定励磁电压：455.9V空载励磁电压：190.7V额定励磁电流：3439.8A最高励磁电压：912V空载励磁电流：1979.6A强励电流： 6880 A励磁变二次侧电压：983V龙滩水电厂的励磁系统由广科所与瑞士 ABB公司联合制造，主要零配件全部 进口、国内组装。该励磁系统是9 8年推出的数字式同步发电机静止励磁系统， 是UNITROL系列的第五代励磁系统，具有先进的研究成果和工艺，如DSP数字信 号处理技术、可控硅整流桥智能化均流技术、低残压快速起励技术、完善的通讯 功能和多种调试手段、ARCnet现场总线技术等。现在对该励磁系统部分功能在龙滩电厂的应用、运行管理及面临的问题作简 要介绍。二、起励装置UNITR0Lr5000型励磁系统能够实现残压起励。一般情况下，在起励过程中， 其电子控制回路能够正常工作所需的可控硅整流器阳极电压仅为约10VS20V。 如果电压低于10VS20V,首先使用残压起励，连续触发可控硅整流桥，以二极 管整流桥模式将电压升至该范围。如果因长期停机等原因造成在几秒内无法用残 压建立正常工作所需的10Vs20V电压,则起动备用起励回路(-R03,-V03,-Q03), 用它励方式建立这一电压。在起励过程中，当机端电压达到发电机额定电压的 10%时，整流桥已能接管励磁控制，起励回路自动退出，软起励过程开始并将发 电机电压升到预定水平。整个起励过程的控制和监测都是通过AVR软件实现的。除残压起励外，该系统还设置有备用起励回路，由厂用电和直流电源共同构 成。由于备用起励回路限流电阻很高(-R03-60欧姆/3200W)，起励回路仅需要 一个较小的电流，对电站的直流系统几乎没有任何冲击。在实际运行中，龙滩电厂机组空转时的机端残压正常情况下为238V左右， 功率柜阳极电压达到1315V,满足残压启励条件。从投产至今，机组的建压过 程全部采用残压来完成。下图为UNITROLr5000型励磁系统典型的原理接线图：图2励磁系统F+mu一一40Ean -JO-BO-D图中LEGEND （说明）：AC70优势控制器70CDP整流桥显示器COB主控制板DII数字量输入接口FBC现场总线连接器FI0快速输入输出接口板LBI现地总线接口MBAModbus 适配器MUB测量单元板PBAPROFIBUS 现场总线适配器PTIPT100 接口AI0模拟量输入输出接口CIN整流桥接口板CUS电流传感器EGC扩展们极控制板FCI现地通信接口GDI门极驱动接口板LCP就地控制面板MBPModbus 加上适配器0BI光缆接口PSI主回路信号接口板ROI继电器输出接口SPA维护操作面板（手持屏）三、灭磁设计灭磁方式一般有两种：1、正常停机时逆变灭磁；2、事故时通过跳灭磁开关移能灭磁。设计时考虑到龙滩电站地下厂房特点， 龙滩电厂灭磁电阻采用 Sic 碳化硅压敏电阻（ 按照最恶劣工况下转子能量： Wfmax=3.5*l/2*Lfo*Ifo2 =9.35MJ,预留 20%的裕度，取 SiC 电阻容量 为 12MJ）。正常停机时，UNITROL5OOO型励磁系统是通过逆变来实现转子能量消耗的。 其工作过程是：调节器接收到机组解列和停机令时即发逆变信号灭磁。事故灭磁：事故时， UNITROL5000 型励磁系统灭磁原理是：当收到来自发电机保护或 者来自内部的励磁保护跳闸命令后跳开灭磁开关，在断开灭磁开关的同时关断脉 冲并通过灭磁回路BOD板触发单元A02上的继电器KI、K2励磁，使灭磁回路可 控硅导通接通灭磁电阻灭磁。由于采取了脉冲关断的措施，励磁变副边交流电压 被叠加到磁场断路器的电弧电压上，可以缩短灭磁时间。龙滩电厂在应用时考虑到：继电器KI、K2励磁时间长短由外部或内部跳闸 信号时间长短决定，当外部跳闸信号消失，继电器KI、K2立即复归，灭磁回路 的导通由通过灭磁回路电流的大小决定，当灭磁电流小于可控硅的维持电流时， 则回路截止。为了可靠灭磁，我们对原灭磁回路作如下改进：把灭磁开关的常闭接点串联 接进灭磁控制回路中。这样，在事故停机跳灭磁开关后，灭磁开关闭接点接通， 灭磁回路的继电器KI、K2 一直励磁，因而灭磁回路一直导通，直至灭磁开关合 上后继电器KI、K2复归才断开灭磁回路。只要灭磁开关动作，不管外部信号如 何，灭磁回路一直导通，彻底消耗转子能量。在设计时还增加如下硬件功能：调节器接收到机组解列和停机令时继电器 K5 励磁闭锁脉冲，延时 2 秒后返回。三、可控硅整流柜改造UNITROL5000 型励磁系统在硬件设计方面有诸多优点，其中功能单元模块 化、组件化是其显著特点之一，给维护带来很大的好处。其中，最为突出的就是 功率柜，功率柜由整流桥、阻容吸收单元、风机单元、控制单元四部分组成，每 一部分均实现模块组件化，结构层次非常清晰，一目了然，维护极为方便。UNITROL5000型励磁系统系统每个功率柜配备两组风机，安装于柜体下部（见 下图3）。图 3 风机单元风机电源由自用电、厂用电两路供电，以自用电为主，在试验情况下或自用 电故障情况下自动切至由厂用电供电。两种供电方式之间的切换，既可采用手动 方式实现人工切换，也可通过 PLC 实现自动切换。在故障情况下两组风机的自动 切换是通过安装于风机单元组件顶部出风口的风压检测装置来实现的。当运行风 机出现故障停风后，出风口的挡板会自动掉下，通过位置开关的接点作用，将风 机运行状态反馈给控制单元，实现主、备风机的相互切换。运行维护管理中，为了吸取某电厂由于风机控制继电器 K15/K16 接点容量不 足烧毁（见下图 4、5）导致冷却系统失电停机事故，我们对励磁装置冷却系统 风机电源控制回路进行改造：取消原设计厂用电、自用电通过继电器 K15、K16 接点给功率柜冷却风机供电方式，把厂用电、自用电分开单独供电。励磁自用电 的风机电源直接给第一组风机供电，厂用电的风机电源直接给第二组风机供电。改造后可以有效避免通过继电器接点容量不足、切换不可靠的问题，提高供电可靠性、安全性。附图：K15继电器底座烧损情况此处为接点5与51烧损处图4图5在实际运行管理中发现，风机单元虽然结构紧凑，但也存在如下问题：风机 启动电容安装在风机单元线槽内，长期运行导致线槽积满灰尘，使电容不易散热， 极易造成短路、电容质量快速下降直至损坏。下面是投产初期损坏电容的照片：图6我们采取了如下改进措施：1、把埋藏在风机单元线槽内的启动电容全部移到 风机单元外部右侧安装（见图7）； 2、提高电容参数，由原来的8 口 F、19A更换 为10F、42A的电容。图7经过改造后，设备运行安全稳定，故障基本消除。四、可控硅整流器阻容保护单元电阻位置改进1 号机组投入运行后发现，整流柜阳极侧阻容保护电阻发热严重，电阻本体 最高温度达165C,整流柜柜门温度达到43C以上。分析认为，造成高温的原因 是：由于整流柜阳极侧阻容保护电阻安装位置处于功率柜顶部且偏后靠近柜门 （见图 8），加上柜体密封，不容易散热，致使柜壳、柜体温度上升。如不改变 这种散热结构，将使周围电子元器件使用寿命下降，危及设备安全运行。改进方法：将阻容保护单元的电阻转移至功率柜冷却风道正上部，使整流柜 冷却风机的风量带走阻容保护电阻的热能。改造后测试：功率柜门温度在27.8s30.3。之间变化，与周边环境温度相 同；阻容保护电阻本体温度在85、105、123、127、154。之间变化。散热效 果非常明显。图 8 功率柜阻容保护结构图阻容保护电容转 移后安装位置iinnttniiiiHitit由于功率柜阻容保护安装在整流桥正上方（见图 8），为了吸取某厂功率柜 阻容保护电容损坏电容液体飞溅到晶闸管造成短路爆炸事故，我们把电容移至功 率柜后部安装（见下图9）图9功率柜阻容保护电容位置转移后结构图五、网络总线技术UNITROL 5000具有强大的串行通讯功能。一方面，它可以通过串行通讯实 现与电站监控系统的接口，支持Modbus, Modbus+和Profibus等协议。另一 方面，在励磁系统内，控制和状态信号的交换是通过ARCnet网实现的。磁场断 路器跳闸回路还附加了硬件回路。在本励磁系统中，将ARCNET网络总线技术用于励磁系统内部调节器、功率 柜、灭磁柜、人机界面等设备的相互连接，进行控制和信息交换，采用令牌传输， 数据信息量大，可以减少柜间接线，提高工艺水平，提高系统运行可靠性。在龙滩电厂应用中，由于ARCnet总线的原因，运行中出现多次如下故障信 号：“励磁系统故障，整流桥一级报警、整流桥二级报警、起励闭锁、另一通道 报警、整流桥失灵1、整流桥失灵2、整流桥被闭、备用通道报警”等信号。理 论认为，由于励磁系统ARCnet总线承担着励磁系统控制和状态信号交换，如果 ARCnet 总线松动发生在调节器与离调节器最近的一台整流柜的整流桥接口板 CIN上（即1号功率柜），由于各柜ARCnet总线的串联关系，其它各功率柜信号 将被中止交换，调节器失去对其它功率柜的控制将出现上述故障信号，严重时跳 灭磁开关并联跳发电机出口开关，导致机组非停。我们分析了 ABB5000型励磁调节器通讯总线T型、Y型接头特点，发现ARCnet 总线接头处的连接是依靠接头内一圆柱状插孔与针状单股铜芯导体连接的，而圆 柱状插孔由四片铜片组成，这四片铜片在外力作用下易向四周散开形成伞状，从 而造成接触不良，运行中极易引发上述故障信号。为证实分析正确性，利用机组停机机会对调节器、功率柜ARCnet总线T型、Y型接头进行检查，发现故障信号频发的机组的ARCnet总线T型、Y型接头插孔 铜片几乎全部向外散开，呈伞状（见图10）。图10 ARCnet总线T型结构图紧固ARCnet总线T型、Y型接头内圆柱状插孔是一个难题。经过多次试验, 发现用1.5平方毫米的电缆皮做成的套管很有韧性和弹性，连接牢固。我们用这 个方法处理了所有ARCnet总线接头。处理后专门做了试验：用力碰撞、敲打紧固后的ARCnet总线T型、Y型接 头，励磁调节器均运行良好，没有出现故障信号；但没有紧固的ARCnet总线T 型、Y型接头在用力碰撞、敲打后，出现灭磁开关跳闸现象。经过正确处理后，设备已安全运行至今无一故障发生。六、转子正向过电压保护发电机端出现故障