CCS电站励磁系统特点分析

李炜金，谈洋洋

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

CCS电站励磁系统特点分析

李炜金，谈洋洋

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650032）

介绍了厄瓜多尔科卡科多（简称CCS）水电站励磁系统的主要作用以及励磁系统的组成和特点，并对CCS水电站励磁系统的现场试验数据和结果进行了介绍和分析，为日后其他电站更好的进行励磁系统试验以及系统的稳定性和安全性分析提供了有利依据。

励磁系统；组成和特点；现场试验；稳定性；安全性

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1672-5387（2016）09-0004-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.002

1　水电站励磁系统的主要作用

励磁系统是水电站最重要的系统之一，其作用主要包括以下5方面：①维持发电机的电压在给定水平，②控制并联运行电机无功功率的合理分配，③提高电力系统的稳定性，④保证电力系统运行设备安全，⑤保证发电机运行的经济性。因此，对电站励磁系统特点的掌握以及励磁系统的现场试验和试验数据分析显得尤为重要，这决定了励磁系统的优良性、机组运行的经济性，以及电力系统的稳定性和安全性。

2　 CCS电站励磁系统组成及特点

CCS电站发电机励磁系统由励磁调节器、励磁功率整流装置、灭磁及转子过电压保护装置、起励装置、测量变送及信号单元、励磁变压器及交直流侧电缆、电制动系统等部分组成。整套励磁系统内部的数据交换通过现场CAN总线实现，CAN属于总线式串行通信网络，与一般的通信相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

2.1励磁调节器

励磁调节器在正常运行过程中，需要完成大量复杂的计算、各种调节功能，以及诸多的信号采集和发送，单个CPU很难满足系统要求，所以CCS电站大的励磁系统采用多CPU模式运行，在多CPU模式下，通过合理分工，使各个CPU可以充分发挥自身的优势。CCS电站励磁调节器工控机有3块板卡：主CPU板、DSP板、I/O板。

励磁调节器为双微机三通道调节器，其中A、B通道为数字通道，C通道为模拟通道。三通道调节器采用微机/微机/模拟三通道双冗余结构，由两个自用通道（A、B）和一个手动通道（C）组成，这3个通道从测量回路到脉冲输出完全独立。三通道之间的结构关系如图1所示。

图1　调节器通道配置图

2.2励磁功率整流装置

励磁功率整流装置包括：功率元件及散热器、冷却系统、过压过流保护系统。励磁功率装置为晶闸管整流，其采用3个整流桥并联，一主两备，3个整流桥设有均流措施，可保证均流系数为0.85。

晶闸管整流装置的冷却决定了励磁功率系统运行的可靠性和安全性，CCS电站的晶闸管装置采用强迫风冷，冷却风机可长期不间断运行，同时冷却风机采用双回路供电，两路电源互相闭锁，并能自动/手动进行切换，且设有相应的风机工况信号及风机电源消失保护，确保系统的可靠运行。风机停运后，晶闸管整流器可在额定工况下运行30 min。

2.3灭磁及过电压保护单元

灭磁柜的主要部件包括灭磁开关、灭磁电阻（线性或非线性电阻）、晶闸管跨接器单元、直流电压、常规的机械显示仪表和指示灯等。

CCS电站正常停机采用逆变灭磁，事故停机采用灭磁开关和氧化锌非线性电阻灭磁，并设有逆变失败转灭磁开关与非线性电阻灭磁的措施。

转子过电压保护采用氧化锌非线性电阻。利用灭磁非线性电阻和晶闸管跨接器，实现直流侧过电压保护。晶闸管跨界器包括3个晶闸管，其中两个用于灭磁和反向过电压，另外一个用于正向过电压。图2为CCS电站灭磁电阻和跨机器的原理图。

图2　灭磁电阻和跨机器的原理图

2.4起励装置

起励装置有两套起励方式：残压起励和外部辅助电源起励。

CCS电站采用快速脉冲列技术以实现残压起励。起励的过程中，在晶闸管整流桥的输入端仅需要约10～20 V的电压即可以正常工作，如果电压低于10～20 V，晶闸管整流桥就会被连续地触发以达到该值。若在10 s内残压起励失败，励磁系统可以自动启动外部辅助起励回路。

2.5励磁变压器及交直流电缆等

CCS电站的变压器为自冷干式变压器，容量为1 700 kVA，变压器一次侧装有电流互感器用于测量和保护。变压器本体装有RTD用于高温报警和超温跳闸。

CCS电站制动变压器采用三相户内式环氧树脂浇注干式变压器。制动变压器的一次侧经电缆直接接至厂用电，二次侧安装4只电动操作断路器，分别引至4台发电机的励磁柜，断路器的额定容量满足停机电气制动最大电流的要求，短路容量满足制动变压器二次侧三相短路的要求。

交直流电缆是连接励磁一次系统的媒介，由于励磁电流很大，所以在敷设电缆的时候应该采取消磁法敷设。

3　励磁系统试验分析

为了保证励磁系统可靠稳定的运行，投运前需要进行一些必要的试验：开环小电流试验、发电机他励升压试验、负荷下励磁试验、电力系统稳定器（PSS）试验等。

3.1开环小电流试验

小电流试验的目的是创造一个模拟的试验环境检查励磁调节器的控制功能，脉冲触发的能力，晶闸管是否完好，同时检查同步信号回路的相序，检查输出直流波形是否正确，品质是否良好，试验曲线如图3所示。

图3　小电流直流输出波形

经试验确认控制器控制功能正常，直流输出波形正常（每个周期6个波头），品质良好无毛刺。

3.2发电机他励升压试验

在AVR的模式下采用零起升压的起励方式，逐渐将机端电压加到额定值的1.1倍，记录空载特性数据，检查机端电压调节是否平滑，励磁变副边输入电压的相序是否正确，升压范围内PT采集电压的幅值、相位是否正确。

分别在50%和100%额定电压下跳灭磁开关，检查系统的灭磁特性，试验曲线分别如图4和图5所示。

试验证明机端电压调节平滑，灭磁时间和灭磁特性均满足要求。

3.3空载下励磁调节器的调整和试验

励磁调节器空载试验检验了手动控制单元调节范围，测量了开环放大倍数，检测了晶闸管的均流能力，检查了系统在通道切换，阶跃干扰情况下的稳定性和超调量，试验曲线如图6和图7所示。

图4　他励50%额定电压跳灭磁开关

图5　他励100%额定电压跳灭磁开关

图6　 10%上阶跃试验曲线

图7　 10%下阶跃试验曲线

试验证明调节器控制平滑，均流系数、超调量、超调时间、超调次数均满足要求。

3.4负荷下励磁试验

在发电机负载状态下，检查现地、远方无功的调节能力，测量计算最大负荷下励磁均流系数，检查调差极性。

3.5 PSS试验

分析表明，按电压偏差调节的比例式快速励磁系统，会造成电力系统机电振荡阻尼变弱，当总阻尼较小时，就容易导致低频振荡，PSS可以抑制这种振荡。PSS试验整定了PSS的相频性和幅频性，测试PSS对有功低频振荡抑制的有效性。

4　结束语

本文对CCS水电站励磁系统组成和特点进行了详细介绍，并对CCS水电站励磁系统的现场试验数据和结果进行了分析，确保了励磁系统的优良性、机组运行的经济性以及电力系统的稳定性和安全性，为日后其他电站更快速有效的进行励磁系统试验以及系统的稳定性和安全性分析提供了有利依据。

2016-04-25

李炜金（1985-），男，助理工程师，从事水电站电气设备试验工作。