沙湾水电站机组励磁系统风机动力电源改造

何国珍, 朱 波, 杨加林

(四川圣达水电开发有限公司,四川乐山 614900)

1 概 述

沙湾水电站位于四川省乐山市沙湾区葫芦镇,为大渡河干流下游梯级开发中的第一级电站,距上游已建成的铜街子水电站 11.5km,距乐山市区约 44.5km。电站采用一级混合式(河床式厂房加长尾水渠)开发,大坝最大高程 435.90m,坝轴线长 699.82m,尾水渠全长 9.015km。安装4台单机容量 120MW(总装机 480MW)的轴流转桨式水轮发电机组,属国家大(二)型规模电站。电站以发电为主,兼顾灌溉。

2 沙湾水电站机组励磁系统

沙湾水电站机组励磁系统采用由东方电气公司生产的 GES-3320静止可控硅同步发电机励磁装置 ,自并励接线方式。励磁系统主要包括励磁变压器、功率整流柜、自动励磁调节器、转子过电压保护装置、自动灭磁装置等几部分。调节器采用 IPC总线工控机,双通道冗余结构;励磁功率单元采用三个功率柜并联运行,功率柜单柜额定输出直流 2000A,退出两个功率柜尚可正常运行;启励方式为剩磁 +直流电源助磁启励;正常停机时采用逆变方式灭磁,机组事故时采用灭磁开关 +非线性电阻灭磁,灭磁开关的额定电流为2000A。主要技术指标见表 1、2、3。

励磁整流柜可控硅元件采用强迫风冷冷却方式,每个励磁整流柜安装两台轴流式风机,在每个风机出风口处装有挡板,挡板联动一个位置开关。当单个风机出风量下降或风机未运行时,其挡板落下、联动位置开关动作向励磁调节器发该整流柜“风机停风”信号,30s未复归,整流柜封锁可控硅触发脉冲退出运行。三整流柜同时退出时调节器向机组 A、B保护柜发“整流柜全部故障”信号,触发机组事故停机。

表 1 沙湾水电站励磁系统主要技术参数表

表 2 励磁变压器主要技术参数表

表 3 功率柜风机主要技术参数表

3 励磁风机动力电源存在的缺陷

沙湾电厂机组使用的励磁系统风机动力电源原设计为两路,分别来自厂用 400V自用电Ⅰ、Ⅱ段的 1#、2#电源(动力电源原理图见图 1)。机组启励时,若 1#电源正常则投 1#电源,否则投 2#电源;机组运行时,若 1#电源消失,5s未恢复则自动切换到 2#电源,恢复后切换回 1#电源。

这种电源配置存在两种隐患:

(1)一旦 400V自用电Ⅰ、Ⅱ段同时失电,运行机组将因 3个功率柜同时报“风机退出”延时30s后跳机组出口断路器、磁场开关并停机,不利于机组安全运行;

(2)全厂停电时用机组进行黑启动,若 30s内未能合上出口断路器,将跳磁场开关并停机而无法完成黑启动过程,不满足电力系统关于机组需要具备黑启动功能的要求。

基于以上原因,沙湾水电站对 4台机组励磁系统整流冷却风机动力电源进行了技术改造。

图 1 改造前风机动力电源接线图

图 2 改造后接线原理图

4 励磁风机动力电源改造思路及过程

4.1 改造思路

要求改造工作对励磁系统接线的改动尽量小。按照此原则,在保留原接于厂用电 400VⅠ、Ⅱ段两路电源的基础上,增加一路取自机端励磁变的电源,原厂用电Ⅱ段 2#电源作为第一备用,新增的电源为第二备用电源。当 1#电源失电则由调节器切换至 2#电源;1#、2#电源同时失电时则切到新增的第二备用电源。

4.2 改造原理

改造后的原理图见图 2。新增的第二备用电源取自机端励磁变低压侧(780V),经过风机电源变压器 T1降压变为 380V接到切换接触器的常闭主触头,备用电源的切换由切换接触器 JC完成。这样,机组无论在运行中,还是在厂用电全消失时的黑启动过程中,只要机组启励建压正常,该电源即可为冷却风机提供动力电源,使机组励磁系统正常工作,比取自厂用电的 1#、2#电源均可靠。

整个改造项目所用的材料(单台机组)见表4。

表 4 改造项目用材料清单表

4.3 改造后进行的试验

(1)励磁无交流启励试验。

断开励磁系统,接于厂用电 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#电源,在上位机发开机令,机组转速达到ne95%后励磁系统启励建压正常,励磁整流风机工作正常。

(2)机组空转状态下的电源切换试验。

厂用电 400VⅠ、Ⅱ段 1#、2#电源正常投入,开启机组到空载态,检查风机电源接触器 Q4励磁 Q5未励磁,1#电源为风机工作电源;断开 1#电源,Q4失励磁断开,5s后 Q5励磁,备用电源切换接触器 JC励磁状态,2#电源为风机工作电源,第一备用电源切换正常;再断开 2#电源,备用电源切换接触器 JC立即失励磁状态,风机工作电源切换到新增的第二备用电源。

(3)新增动力电源长时间带负荷试验。

保持用新增动力电源励磁整流柜冷却风机运行,30s后测量检查新增风机电源变 T1各部分温度,各部分温度都正常。

(4)厂用电源恢复试验。

恢复 2#电源,备用电源切换接触器 JC励磁,风机工作电源切换到 2#电源;再恢复 1#电源,风机电源接触器 Q5失去励磁而 Q4励磁,风机工作电源恢复为 1#电源供电。

试验结果:1#电源、2#电源及新增的第二备用电源的切换和恢复均按改造思路完成,风机电源变压器 T1带风机负载运行状态良好,改造工作成功。

5 结 语

沙湾水电站励磁整流冷却风机动力电源的技术改造经试验和运行验证了此项改造工作是成功的,改造后的电源系统保证了励磁系统风机运行的可靠,消除了影响机组安全运行的一大隐患,同时使沙湾水电站 4台机组具备黑启动能力,满足电力系统关于机组必须具备黑启动能力的要求。