桐柏抽水蓄能电站抽水停机过程中励磁异常的浅析

董晓亮

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

桐柏抽水蓄能电站抽水停机过程中励磁异常的浅析

董晓亮

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

桐柏抽水蓄能电站抽水停机过程中励磁异常，针对该现象进行原因分析，并提出相关处理措施。

励磁异常；原因分析；处理对策；桐柏抽水蓄能电站

0　前言

华东桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，距天台县城约7 km，是一座日调节纯抽水蓄能电站。主副厂房和主变室均设在地下，主厂房安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机，电站主设备采用国际招标，全是国外进口设备，单机发电容量300MW，抽水容量336MW，总发电装机容量1 200MW，总抽水容量1 344MW。通过二回500 kV输电线接入华东电网，日发电量600万kW·h，平均年发电量21.18亿kW·h，在华东电网中承担调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用任务。

1　励磁系统介绍

抽水蓄能电站与常规机组相比较，运行工况较多，有发电、发电调相、抽水、抽水调相等数种工况。因此，励磁系统的设计必须考虑到SFC启动、电气制动和背靠背起动时对励磁系统的要求。由奥地利VATECH-ELIN公司为桐柏抽水蓄能电站提供的自并励可控硅静止整流励磁系统能满足不同工况下的要求，其励磁调节器采用带集成顺控器的GMR3型数字电压调节器。下面结合励磁系统主回路图（图1）简单介绍下桐柏电站励磁系统的主要设备。

1.1励磁变压器

励磁变压器是由三个单相干式变组合而成，其绝缘采用树脂浇注。每个单相变分别安装在一个金属盘柜内，高压侧与主变低压侧IPB系统相连，采用自然空气冷却方式。机组在停机状态时，励磁变为空载带电状态，安装在机组母线道内。

1.2励磁电源

励磁电源取自励磁变压器，其低压侧通过励磁盘柜送至励磁的交流母线侧，通过该交流母线，可控硅将交流转化为直流向转子提供励磁电流。此外在励磁变压器的低压侧还装设了一个交流断路器，它可以在励磁故障或保护动作时跳开，以保护设备，也可以在维修时将其断开，以保证人身安全。

1.3可控硅整流器

可控硅整流器包括四个并联的全控三相整流桥，它们分别位于励磁整流盘柜中，每个可控硅整流桥和它的附属设备都单独安装于一个柜内。每个可控硅上均串联着一个快速熔断器，当可控硅上流过的电流太大时快速熔断器熔断以保护可控硅，同时发出报警信号。

1.4通风装置

通风罩装于盘柜上方，为减小风扇运行中的噪音，其内装设了噪声吸收装置。该通风装置与所有的可控硅整流桥及下部进风口形成了一个共同的空气通道。

该通风装置设有两台风机，互为备用，当励磁系统运行时一台风机启动，冷却空气从下部进入，经滤网后对可控硅进行冷却，然后经风扇排至柜外。

1.5起励装置

起励装置由闭锁二极管、限流电阻和起励接触器及其控制回路组成。当电网失电后，为使电网能够尽快恢复，在本厂的励磁系统中设立了黑起动功能，因此装设了一套起励装置，其电源取自直流220 V母线。

1.6灭磁装置

磁场断路器是一个带有三个主触头和两个带重叠时间辅助灭磁触头的断路器。对于任何的跳闸信号，磁场断路器都能迅速跳开，其辅助触点在主触点断开前1ms合上，这样就可以充分保证转子回路无断流地接入灭磁电阻 (在辅助节点回路中串联了一个非线性灭磁电阻)。灭磁电阻材料无老化现象且特性维持不变，其寿命无限制，能够吸收大量的能量，因此非常适合频繁操作。

2　异常现象和分析

机组正常停机时在机组转速到50%额定转速时会投入电气制动加快机组转速的下降。在某次抽水停机过程中，1号机励磁跳闸引起机组电气事故停机，电气制动投入失败。查看该次电气事故停机的上位机信号，有几个关键的报警信号：1号机励磁变断路器故障报警、1号机励磁启动超时、1号机励磁跳闸。

分析什么原因会引起机组励磁跳闸，查看励磁逻辑图（图2），从中可以看出有以下几种情况都会发励磁跳闸的报警信号：

（1）如果启动超时、停止超时、制动超时或者速度低于整定值跳闸延时0.9 s，输出励磁跳闸；

（2）电制动刀位置故障延时0.6 s，则输出励磁跳闸；

（3）转子过压跳闸延时0.6 s，则输出励磁跳闸；

（4）可控硅桥跳闸延时0.6 s，则输出励磁跳闸；

（5）灭磁开关跳闸延时0.6 s，则输出励磁跳闸；

（6）励磁变温度高跳闸延时0.6s，则输出励磁跳闸；

（7）直流起励跳闸延时0.6 s，则输出励磁跳闸；

（8）可控硅风扇跳闸延时0.6s，则输出励磁跳闸。查看上位机和现场励磁盘面相关信号，没有转子过压、可控硅桥、灭磁开关、励磁变温度、直流起励、可控硅风扇有关的相关信号。因此我们可以认为造成励磁跳闸的原因最大的可能是励磁启动超时引起的。励磁启动超时报警的逻辑见图3。

由图2我们可以看到输入励磁电气制动模式启动1、试验模式启动1、励磁启动1或者设定运行模式命令后会输出励磁运行的命令，延时15 s如果没有励磁启动的信号则会发出励磁启动超时跳闸信号。排除试验模式启动1和设定运行模式命令的情况，下面具体分析励磁电气制动模式启动1和励磁启动1的两种情况。

查看电气制动启动的逻辑图（图4），可知在没有闭锁电制动启动命令或励磁在运行的状态输入的情况下：（1）输入励磁现地准备好，电气制动运行释放，则输出励磁电气制动模式启动1与电气制动刀投入；（2）输入励磁现地准备好，电气制动运行释放，延时7 s输出灭磁开关，未在跳闸状态；（3）输入励磁现地准备好，电气制动运行释放，延时7 s输入电气制动刀投入状态和励磁电气制动模式运行状态，延时1 s输出励磁电气制动模式启动2。

查看上位机相关信号励磁启动准备好和电气制动刀正常投入，也无灭磁开关跳闸信号。并且没有闭锁启动的命令励磁也不在运行状态。因而电气制动启动是正常的。那最大的可能是励磁启动1命令输入后15 s内没有励磁运行的信号反馈而引起了励磁启动超时跳闸。

由图5可知：在励磁启动准备好情况下，若有输入现地启动励磁（励磁不在实验状态）或者励磁启动和远方启动励磁命令的情况下，则输出励磁启动1，同时输出电压调节命令。

由图6可知：在励磁变断路器位置指示正常的情况下励磁启动后会发出励磁变断路器合闸的命令，而上位机有励磁变断路器故障的信号。

由图7可知：（1）如果有励磁变低压开关投入的命令而励磁变低压开关却在退出状态延时1 s，则输出励磁变低压开关故障状态。（2）如果有励磁变低压开关退出的命令而励磁变低压开关却不在退出状态延时1 s，则输出励磁变低压开关故障状态。

显然励磁启动会发出励磁变断路器合闸的命令，而励磁变低压开关没有正常合闸，因此上位机才有励磁变低压开关故障信号。仔细检查上位机和现场情况，励磁变断路器确实在分闸状态没有合闸。

由图8可知在排除试验模式启动3和设定模式情况下，励磁变断路器合闸是灭磁开关合闸的先决条件。励磁变开关合闸情况下且在励磁直流起励电源开关在分状态延时0.5 s，灭磁开关安装正常情况下才会有延时1 s输出灭磁开关的合闸命令，不出意外,经过检查灭磁开关也没有正常合闸。励磁变断路器和灭磁开关合闸是励磁运行信号的必要条件。因此15 s内励磁接收不到励磁运行的信号，发了励磁启动超时的信号。

排除励磁变低压开关本身的问题。通过以上的分析一个比较明确的结论是：励磁跳闸是因为励磁启动超时引起的，而励磁启动超时是因为励磁变断路器没有正常合闸引起的。分析励磁变断路器合闸命令逻辑可知，励磁变断路器装置不正常或者没有励磁投入命令都不会有励磁变断路器合闸的命令发出。而“合励磁变低压开关”的命令由数字量输出模块然后通过网络传输去合励磁变低压开关。在此过程中，如果数字量输出模块异常，网络传输回路不通，都会造成励磁变低压开关合不上。

因此经过分析后，桐柏电站结合机组检修将四台机组的励磁系统内部通讯由网络传输，改为硬布线传输。取消了机组励磁系统内部通讯用交换机、AM1703模块、内部通讯Lcom板，励磁两套调节器总共增加4块DE板、2块DA板、1块AA板；将励

磁变低压开关的储能信号接入调节器。这次异动极大提高了励磁系统的可靠性，异动后没有发生类似的异常现象。

3　小结

桐柏蓄能电站励磁系统运行频繁，内部通讯网络传输涉及设备较多容易发生信号丢包现象，从而引起励磁系统异常。

通过对该次异常现象的分析研究，找到该现象产生的原因，并采取了针对性的异动措施，从根本上防止类似现象的发生。

[1]梅祖彦.抽水蓄能技术[M].北京:清华大学出版社,1988.

[2]朱振青.励磁控制系统与电力系统稳定[M].北京：中国水利水电出版社,1994.

[3]戴文进，徐龙权，张景明.电机学[M].北京：清华大学出版社, 2008.

董晓亮（1984-），男，工程师，从事行政综合工作。

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1672-5387（2015）11-0055-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.11.019

2015-07-31