辽宁蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统浅析

陈 鹏，王少华，陶迎新，刘佳宝

（国网新源辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

辽宁蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统浅析

陈 鹏，王少华，陶迎新，刘佳宝

（国网新源辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

简要介绍了励磁系统的基本原理，阐述了蒲石河工程励磁系统的应用与调试过程。着重分析运行中励磁系统出现的问题并进行反思，为同类电厂励磁系统安装调试及励磁国产化提供参考。

励磁系统；抽水蓄能；安装调试

1 励磁系统的基本原理和作用

发电机励磁系统的基本作用就是给发电机提供一个可调的励磁电流，当发电机运行时，转子磁极中通以直流电流，在发电机的内部就形成了一个磁场，由原动机（水电厂中的水轮机）拖动转子旋转，磁场与定子线棒间就有了相对运动，从而在定子绕组中就会感应出交流电动势，可通过线路输送出三相交流电。作为抽水蓄能电站，在水泵工况运行时，发电机定子绕组上加上三相交流电，就会在发电机内部产生一个旋转磁场。转子的励磁绕组通入直流电后，在电力矩的作用下开始旋转，转速、频率和磁极对数间的关系可以用n=60 f/p来表示。

励磁系统的作用在于控制发电机的定子电压。对于大型同步机组励磁系统通常采用可控硅元件来提供可变的励磁电流。而励磁电流的控制是基于数字自动电压调节器（AVR）的作用，采集机端电压电流信号，输入调节模块进行计算，得出整流桥相应的触发角来提供给发电机不同的励磁电流。

抽水蓄能机组一般水头较高，机组转速较快，所以除在机组正常运行情况下需要励磁电流外，在停机过程中应用电气制动开关（刀闸）在机组出口开关断开的情况下，使发电机出口三相短路，此时，励磁系统提供一定的励磁电流（电流大小由发电机短路试验得出），在转子上产生一个制动力矩，使机组能够更快地达到停机稳态，这是励磁系统的另一个重要作用。

2 蒲石河电站励磁系统

2.1 励磁系统概况

蒲石河抽水蓄能电站为大型纯抽水蓄能电站，单机容量300 MW，额定转速333.33 r/min，机组采用一机一变的单元式接线方式，每台发电机的励磁电流取自本台机组主变低压侧。机组励磁系统接线形式见图1。

图1 励磁系统一次接线

励磁变采用18kV/640V，Y/△接线方式，励磁变低压侧又经可控硅整流元件提供给转子所需的励磁电流，在发电工况额定励磁电压为290 V，励磁电流1 712 A，抽水工况额定励磁电压252 V，励磁电流1 488 A。在全厂失电或线路充电工况时（主变低压侧无压），由220 V蓄电池提供直流起励电源，待机端电压拖动升至3 600 V左右时再切换至励磁正常供电电源。励磁系统在停止过程中采用逆变灭磁方式，在发生电气故障时，磁场开关不经逆变直接跳开，转子中剩余的能量通过串入的非线性电阻释放掉。

2.2 励磁系统的测量

调节系统需要根据采集的信息来处理整个控制回路，从而实现励磁电流的控制与闭环调节，整个励磁系统配有两套完全冗余的调节器。每套调节器都有相对独立的信号采集系统，它们通过采集定子电压、定子电流、励磁变低压侧电流、转子电压、转子电流并输入各自的调节器，进行计算，相互跟踪比较，并在主用调节器故障或测量偏差过大时自动无扰动切换至备用通道运行，以保证机组稳定性与可靠性。

2.3 励磁系统的限制与保护

励磁系统具有完善的限制和保护功能，对各种极限运行状态及时作出反应，防止机组运行在不稳定区或超出设备运行承受极限，保证机组安全运行。

图2 励磁系统运行限制

（1）水轮机出力限制，水轮机模型计算所得机组出力不得超过此限制。

（2）定子电流限制，受定子线棒冷却方式限制，电流过大会导致定子线棒过热或绝缘损坏。

（3）转子电流限制，同定子电流限制，大电流造成的过热可能影响绕组绝缘。

（4）励磁电流低限，防止因励磁电压过低造成的失磁。

（5）残磁限制，机组未励磁时的限制功能。

（6）无功限制，此项指标为设网限制，根据电网需要提供无功出力的限制功能。

除此之外，励磁系统还有很多限制及保护功能，如U/f限制、转子过电压保护、转子接地保护等等，以保证机组正常稳定运行。

2.4 励磁系统运行分析

以SFC启动过程励磁系统运行情况为例，励磁收到监控SFC启动模式后，自动选择手动励磁电流调节模式，当收到SFC发出励磁启动命令后，磁场开关合闸，励磁工作在恒电流调节模式下，可以看到励磁电流设定值b为一条直线，而电流实际值跟踪设定值也基本成一条直线。在中间标注位置可以看到励磁电流的一个波动，此时调节器的控制方式切换为自动电压调节，此后励磁电流根据电压的设定值自动调节。励磁系统在抽水启动过程、线路充电过程、背靠背拖动过程中均采用手动励磁电流调节模式，在发电、抽水、调相等稳态则应用自动电压调节模式。由于励磁系统不能跟踪无功或功率因数，只能根据对应设定值计算电压跟踪值。所以，无功调节、功率因数调节应属于自动调压范畴。

图3 励磁运行曲线

2.5 励磁系统运行中出现的问题

（1）事故现象：在机组开机启动过程中经常出现励磁收到监控开出的EXC ON令，磁场开关合闸后瞬间跳开现象，导致机组跳机。此时励磁系统并未收到任何监控或保护发的电气跳机信号。机组保持空转状态，经延时监控判断流程超时执行机械停机。

（2）事故原因

1）磁场开关合闸接触器灰尘过多，导致接触器间歇性不能完全吸合。

2）磁场开关分闸回路中串有两个分压电阻用以进行分闸回路监视，由于分压电阻阻值不够，导致分闸线圈始终带电，分闸线圈吸合导致磁场开关无法合闸。

（3）事故反思：成品保护问题严重，在建电厂施工环境较为恶劣，成品到场应注意防潮、防尘。

3 结语

励磁设备是电厂运行的核心部件，也是技术集成化较高的部件。目前新建抽水蓄能电站如响水涧、仙游等都应用国产励磁设备，不同的厂家有着不同的设计理念和方法，应该利用自身优势认真比对国产设备和进口设备的性能指标，不断优化改造，推动设备国产化进程。

TV743

B

1672-5387（2016）07-0027-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.008

2015-09-25

陈 鹏（1986-），男，工程师，从事抽水蓄能电站运行管理工作。