小浪底水电厂励磁系统双桥切换问题分析

李宪栋，刘连军，刘春奇，沙 林

（小浪底水力发电厂，河南 济源 454681）

小浪底水电厂励磁系统双桥切换问题分析

李宪栋，刘连军，刘春奇，沙 林

（小浪底水力发电厂，河南 济源 454681）

对小浪底水电厂励磁系统运行过程中出现的失磁和过压现象，结合励磁系统可控硅整流桥的切换控制过程进行了分析，认为切换过程中继电器等元件动作不可靠是导致这些现象产生的原因。针对励磁系统双桥单向切换运行中存在设备利用率不高和系统可靠性降低的不足，提出了双向切换的改进思路和对策，并对故障复位条件提出了改进建议。

小浪底水电厂；励磁系统；双桥切换

1 小浪底水电厂励磁系统

小浪底水电厂发电机组采用自并励励磁方式。励磁系统设备主要包括提供励磁电源的机端励磁变，整流设备可控硅整流桥，PLC励磁调节器，起励设备、灭磁设备以及监视控制保护电路。为了提高可靠性，励磁系统设有两套可控硅整流桥，两套PLC调节器，并可实现手动后备控制。现场设备分为励磁调节器柜、功率柜（可控硅整流桥）、功率联络柜、起励及非线性灭磁设备柜、灭磁开关柜和极性转换开关柜。

励磁调节器由模拟量测量板、模拟量信号输入板、开关量信号输入板、PLC程序处理器、输出板、输出继电器、励磁系统监视控制保护电路板和脉冲触发电路板组成。PLC程序实现PI调节，并综合各种保护信号形成控制电压输出。脉冲触发板接受控制电压和同步电压信号，综合后形成触发脉冲输出。触发脉冲信号经脉冲放大电路板放大后送至可控硅控制极，实现对可控硅导通角的控制，从而实现对励磁系统的调节。

励磁系统在机组起动过程中先启动备用可控硅整流桥，然后再切换到主用可控硅整流桥运行。系统把1#可控硅整流桥作为主用桥，2#可控硅整流桥作为备用桥。运行过程中主用桥故障时可以无扰动切换到备用桥。

2 励磁系统双桥切换控制

2.1 双桥切换控制逻辑

励磁系统的两套可控硅整流桥切换是由PLC程序控制的，切到桥1的控制逻辑为桥1无故障时，系统启动后5秒或桥2故障；切到桥2的控制逻辑为桥2无故障时，系统启动后或桥1故障。

2.2 双桥切换控制的实现

双桥切换控制是由 PLC、桥监视控制电路板、辅助继电器和脉冲放大电路板共同完成的。桥监视控制电路板接收到PLC发出的切换命令后，相应的硬件电路完成控制辅助输出继电器切换和闭锁脉冲放大回路命令。辅助继电器完成启动相应桥的风机、发信到PLC并闭锁另一桥的脉冲放大电路功能。

3 双桥切换中发现的问题

3.1 失磁或误强励

2005年 5号机建压过程中出现了升压不稳定现象，机组定子电压升到额定电压后有时突然降到 4kV左右，并出现了瞬时过电压现象，同时伴有转子电压剧烈摆动现象。对励磁系统建压过程进行分析，这些现象可以作如下解释：当参与桥切换控制的两个辅助继电器切换不灵敏时，如其中的一个不能准时失磁，出现了两个继电器同时励磁，就同时闭锁了两个可控硅整流桥的触发脉冲，将导致发电机失磁；同样，如果辅助继电器不能准时励磁，出现了两个继电器同时失磁，将使两个桥的脉冲触发回路同时开放，两个可控硅整流桥同时励磁，导致发电机误强励，出现发电机过电压信号。励磁系统启动过程中，先启动2#可控硅整流桥正常后再切换到1#可控硅整流桥运行，在切换过程中突然失磁，使机组电压降低到最低限制值4kV，而转子电压由于失磁而剧烈摆动，这和交流灭磁过程中封掉触发脉冲在转子回路中引入交流电压的过程是相似的[1]。

3.2 单向切换

小浪底水电厂励磁系统的两套可控硅整流桥并联向发电机转子供电，一套主用，一套备用，当主用桥故障时，可以无扰动切换到备用桥。但是，这种切换只是单向的，即只能从故障桥切换到备用桥，当故障桥恢复后，不能从备用桥切回。这是因为PLC程序中设计的可控硅整流桥切换必须是切换到无故障桥，而桥故障信号的复位必须断开灭磁开关并按复位按钮才能复位。断开灭磁开关励磁系统就要停运，这就失去了不停运恢复系统可靠性的可能。

另外，励磁系统在正常启动过程中检查2#可控硅整流桥正常后就切换到1#可控硅整流桥运行，而系统又未设手动在两套可控硅整流桥间切换的控制回路。这样，将导致1#可控硅整流桥长期运行，2#可控硅整流桥长期停运，造成设备负荷不均匀；一旦1#可控硅整流桥运行年限到后退出运行或更新改造时，励磁系统另一套基本完好的可控硅整流桥也将退出运行，设备未得到充分利用。

4 对策及改进思路

4.1 加强切换回路维护

作为河南电网的调峰电站，小浪底电厂机组开停机频繁，每次开机过程要进行双桥切换，这样切换回路负荷就较重。从运行中发现的问题看，励磁系统的双桥切换回路应是日常维护的重点，尤其是切换辅助继电器的定期校验和更换。

4.2 故障信号的复位

可控硅整流桥故障信号的复位是影响可控硅整流桥切回的重要条件。可控硅整流桥故障信号包括：桥可控硅不导通、桥保险熔断、桥风机故障、桥风压低和桥无辅助电源。对于非严重故障如桥保险熔断和桥辅助电源故障，可以在故障消除后通过复位故障信号来恢复桥到正常状态。但是桥风机系统的故障复位却需要断开灭磁开关并按复位按钮才能复位，这样就使得故障桥风机系统故障消除后也必须停机才能恢复到正常状态。这样，当一些可以消除的故障出现并得到及时处理后，也不能将桥恢复到正常状态，也就不能在另一桥故障时实现再备用，降低了系统的可靠性和设备的利用率。因而，除可控硅主回路故障外的故障信号均可改为可不停机复位，这样当非严重故障出现并消除后，可以通过复位按钮来复位桥故障信号，从而可以将可控硅整流桥恢复到正常状态作为备用桥。

4.3 双桥的切换

当前的励磁系统控制实现了两套可控硅整流桥的单向切换功能，即主用桥故障时切换到备用桥，但不能实现两套可控硅整流桥之间的定期切换，也不能实现故障桥恢复到正常后的切回。可以增加人为在双桥之间切换的控制功能，从而实现不仅运行桥故障时可以切换到备用桥，而且可以定期切换两桥运行，实现可控硅整流桥及相应的脉冲触发、脉冲放大和风机设备的均匀负荷运行。

[1] 邹先明, 陈小明. 交流电压灭磁的现场试验与应用[J]. 大电机技术, 2003, (1): 55-57, 60．

Analysis on Thyristor Bridge Switch in Excitation System at Xiaolangdi Hydropower Plant

LI Xian-dong, LIU Ding-you, TANG Xin-wen, LIU Lian-jun, LIU Chun-qi, SHA Lin
(Xiaolangdi Hydropower Plant, Jiyuan 454681, China)

Based on changeover control process, overvoltage and excitation loss during excitation system operation at Xiaolangdi Hydropower Plant are analyzed, and conclusion is drew that abnormal work of element such as relay in excitation system results in this phenomenon. Thyristor bridge unidirectional switch will not make full use of system equipment, also reduces reliability of system. Bidirectional switch mode is produced, suggestions on improving system equipment wok time are also given.

Xiaolangdi hydropower plant; excitation system; bidirectional switch

TM761+.11

A

1000-3983(2010)01-0058-02

2008-06-04

李宪栋（1977-），2001年毕业于东北电力学院，2008年取得西安交通大学电气工程硕士学位，研究方向为电力设备绝缘诊断与状态评估技术，工程师。