提高漫湾电厂2号机组励磁功率柜均流系数

周宇

摘 要：结合漫湾电厂2号机组励磁功率柜存在不均流，均流系数不合格的现象，简要分析了导致均流系数不合格的原因及相关的处理方法。对提高励磁功率柜均流系数提出了具体解决方法，最终使得2号机组励磁功率柜均流系数达到了国家标准。

关键词：漫湾电厂；功率柜；均流系数

引言

为了提高励磁系统的可靠性和增加励磁电源的容量，一般均采用多柜并联运行，多个功率单元并列运行时，由于各種因素导致各个功率单元出力不一致，从而影响功率单元寿命，影响强励效果，给系统的长期稳定运行带来隐患。电力行业标准DL/T583、DL/T650、DL/T843均规定要求，在发电机额定励磁电流情况下，均流系数不应低于0.85。

1 问题的提出

漫湾电厂2号机组装机容量为250MW，发电机励磁系统采用南瑞电气控制公司生产的NES-5100微机励磁系统，系统由NES-5100发电机励磁调节器、FLZ可控硅整流装置、交流进线柜、灭磁开关柜以及非线性电阻柜等机柜组成。励磁方式为自并励，额定负载励磁电流为1620A，额定负载励磁电压为406V，励磁系统配置3台可控硅整流柜，这3台功率柜于2012年11月正式投运，在机组均流试验过程中，实测各负荷段下各功率柜的输出励磁电流，根据均流系数KI：

计算出各工况下均流系数如下：

从表1数据中看出，各负荷段均流系数均小于0.85，漫湾电厂2号机组励磁功率柜存在电流不平衡的现象，均流系数不合格。

2 问题分析

对于自并激励磁系统来说，发电机、励磁变压器和每个并列运行的整流装置就分别组成了几个并联的电压源，可控硅功率柜的输出与发电机转子就组成了它们的负载，且可控硅功率柜的输出电流大小与各并联支路的阻抗成反比。

对于自并励励磁系统，其回路可用图1所示电路图等效。在图1中：电压源US1i表示第i个可控硅整流柜输出电压的大小；US2i表示第i个可控硅整流柜可控硅的平均通态压降；Ri表示励磁系统中第i个可控硅整流柜的交直流回路的等效电阻；Li表示励磁系统中第i个可控硅整流柜的交直流回路的等效电感（包括自感和互感）；R表示发电机转子回路电阻；L表示发电机转子回路电感。

可控硅触发的一致性是保证不同的可控硅功率柜的等效电路中的US1i大小相等；可控硅通态压降决定US2i的大小。据此，以下三点是影响功率柜均流效果的主要原因：

2.1 影响均流系数的因素

2.1.1 可控硅触发的一致性的影响。据以上分析可知，在忽略可控硅通态压降差异的基础上，如果每个可控硅整流桥交、流回路的等效电阻和电感都相等，则可控硅触发的一致性直接决定了电压源并联支路电压的大小，从而决定了可控硅整流柜之间均流的好坏。

2.1.2 可控硅平均通态压降的影响。当可控硅触发的一致性很好时，则可以认为US1i相等；如果每个可控硅整流桥交直流回路的等效电阻和电感也都相等，则可控硅平均通态压降将直接影响到可控硅功率柜的均流。根据可控硅伏安特性可知：可控硅的平均通态压降会受到可控硅结温的因素的影响，即当可控硅的工作电流较小时，可控硅的结温与平均通态压降成负相关系；而当可控硅的工作电流较大时，可控硅的结温与平均通态压降成正相关系。即当电流增大时，可控硅斜率电阻增大，可控硅的平均通态压降增大，所以当某一功率柜输出电流较大时，在相同散热条件的情况下，电流输出大的可控硅装置的发热量增加，可控硅平均通态压降会增大，所以该装置的输出电流幅度会相对减小，原来输出小的装置输出幅度会相对增加，最终各装置输出电流达到一个新的平衡状态，均流系数会上升。

2.1.3 交直流回路电阻和电感的影响。对于自并励励磁系统来说，发电机、励磁变压器和每个并列运行的整流柜分别组成了几个并联的电压源，可控硅整流柜的输出与发电机转子就组成了它们的负载，且可控硅整流柜的输出电流大小与各并联支路的阻抗成反比。

2.2 具体原因分析

基于以上对励磁整流桥不均流原因的分析，结合漫湾电厂2号机组励磁系统实际情况进行以下分析，从而确定根本的问题根源所在：

2.2.1 可控硅触发的一致性

2号机组励磁系统的3台可控硅整流装置公用一个励磁变压器，因此，它们的交流侧输入电压是相等的，同时其可控硅触发方式采用强触发方式，保证了各可控硅触发的一致性，因此排除可控硅触发的一致性的影响。

2.2.2 可控硅平均通态压降的影响

当每个可控硅整流桥交流、直流回路的等效电阻和电感均相等时，可控硅平均通态压降将直接影响可控硅整流柜的均流。当某一功率柜输出电流较大时，在散热条件相同的情况下，电流输出大的可控硅装置的发热量增加，可控硅平均通态压降会增大，所以该功率柜的输出电流会相对减小；原来输出电流较小的整流柜输出会相对增加，最终各功率柜输出电流达到一个新的平衡状态，均流系数会上升。2号机组励磁功率柜采用原装进口ABB可控硅，最大限度地保证了各个可控硅平均通态压降的一致性。

2.2.3 交直流回路电阻和电感的影响

对于交、直流侧采用铜排互连的整流桥，由于其铜排明显呈现阻性，即电阻远大于电感。如果采用改变电感来均流，需要花费的代价比较大，原因是一方面需要串接的电感量比较大通过增加时间常数，致使电流分配主要由过渡过程决定，因此电抗需要增加到足以和可控硅通态电阻相同数量级方能够起到作用，所以可以根据改变铜排的电阻来达到均流的目的。

一般情况下，可控硅通态电阻比交直流侧阻抗大，当整流桥选择的可控硅通态平均电流比较大时，由于可控硅通态电阻下降，使得比值减小，则交流侧进线长度对于均流的影响增加。即越靠近交流进线位置，交流阻抗越小，整流柜输出电流越大。如图2所示，漫湾电厂2号机组励磁系统交流进线位置布置在1号、2号功率柜的中间，各个功率柜之间用铜牌连接，3号功率柜离交流进线位置最远，交流阻抗最大，因此3号功率柜输出电流最小。这与2号机组励磁系统各功率柜实际输出情况一致，所以，各功率柜之间交直流回路阻抗是导致2号机组励磁系统各功率柜输出不均流问题的主要原因。

2.3 实际改造措施

由于并联整流柜的电流分布情况与交流进线位置（即交流阻抗）有重要关系，所以采用合理的布局、减小可控硅交直流回路阻抗差异，是提高均流系数的有效手段。但由于2号机组励磁系统有3台功率柜，交流进线位置已布置在最佳位置。因此，在保持现有盘柜布局的前提，通过改变交流侧进线长度可以来平衡各个功率柜阻抗，从而达到均流效果。

具体的实施方案是新增加一个交流进线柜（如图3），将现有交流进线柜改成直流出线柜，拆除用铜牌连接的3个功率柜的交流进线在新的交流进线柜内设有交流进线刀闸，刀闸上端至励磁变低压侧由18根240mm2长度相同的进线电缆连接，刀闸下端用6根（A相、B相、C相各2根）240 mm2长度相同的电缆分别与1号、2号、3号功率柜连接，即以前交流进线用铜牌连接的方式改成用等长度的电缆连接，从而使得每个功率柜的交流侧阻抗一致。根据电阻计算公式R=ρL/S（ρ为电阻率，L为铜排长度，S为电流通过铜排的截面积），由于采用的电缆为同一型号，加之它们的长度及截面积都相等，从理论上来讲，1号、2号、3号功率柜交流侧阻抗相等，从而实现各个功率柜之间的均流。

2.4 改造后效果检查

2号机组励磁系统改造后，技术人员进行过相关的数据测量，具体数据见表2。

从表2中可以看出，经过改造2号机组励磁系统均流系数得到很大的提高，各工况下的均流系数均>0.85，满足国家标准，由此可见，改造取得很好的效果。

3 结束语

最终，通过改变励磁系统交流侧进线长度，漫湾电厂2号机组励磁功率柜均流问题得到很好地解决，从成本上来讲，也较为经济实惠，对具有相关问题的其他单位解决提供了很好地借鉴作用。

参考文献

[1]DL/T583-2006.大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件[S].

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