励磁功率整流装置均流系数的提高

王济娟,赵利权，贾桂森，王明川，卜凡哲

(1.大唐珲春发电厂，吉林 珲春 133303;2.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；3.梅河口阜康热电有限责任公司，吉林 通化 135000；4.辽宁清河发电有限责任公司，辽宁 清河 112003)

随着电力系统的不断发展，大容量发电机机组已成为电力系统中的主力机组，为了提高励磁系统的可靠性、调节的快速性，增加励磁系统的输出容量，并满足励磁规程中要求的整流装置N-1的冗余配置，整流装置一般采用多桥、多柜并列运行，这样就产生一个反映各整流桥之间均流效果的指标，即均流系数。均流系数是可控硅整流桥并列运行的一项重要指标，励磁系统中并列运行的可控硅整流柜必须要有良好的均流系数，才能保证励磁系统功率设备的容量得到充分和合理的应用，更好地保证整个系统的长期、可靠运行。

1 新旧版规程关于励磁功率整流装置均流系数的规定

1.1 旧版规定

DL/T 650—1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》中第5.2.5条规定：功率整流装置的均流系数一般不小于0.85.均压系数一般不小于0.9。

GB/T 7409.3—2007《同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求》中第5.19条规定：励磁系统中的功率整流器，其冗余度可按全部功率整流器的并联支路中有一个支路退出运行后，剩余支路仍能满足发电机的所有运行工况要求，功率整流装置的均流系数应不小于0.85。

1.2 新版规定

DL/T 1166—2012《大型发电机励磁系统现场试验导则》中第5.3.7条规定：功率整流装置的均流系数不小于0.9。均流系数为并联运行各支路电流平均值与支路最大电流之比。任意退出一个功率柜其均流系数也要符合要求。

DL/T 843—2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》中第3.14条规定：功率柜整流装置并联运行的均流系数是各支路(或各桥)电流的平均值与最大支路电流值之比。第6.4.6条规定：功率整流装置的均流系数应不小于0.9。

2 改造前整流柜母线端子排连接结构

某厂2×330 MW燃煤汽轮发电机组，2006年两台 T255-460型发电机投运，励磁系统为SAVR2000励磁调节器，自并励励磁方式,由一台励磁干式变压器、一面调节器柜、三面可控硅整流柜、一面交流进线柜、一面灭磁开关柜、一面非线性电阻柜组成。三面整流柜排列及母线端子排(下文简称母排)连接结构见图1。

图1 改造前整流柜内的母排布置

从图1可以看出：由励磁变低压侧引入的交流母排从交流进线柜进入，由于整流柜上部安装了冷却风机，母排只能从整流柜内下部依次进入与1、2、3号整流柜内交流侧刀闸并接。

机组在投运前期，均流系数均大于0.85，满足旧版规程要求；但是机组经过一段时间运行后，由于可控硅质量问题，机组在运行中发生过一起1号整流柜内两只可控硅击穿的事件，虽然在更换1号整流柜可控硅时，与其他可控硅的特性进行了性能匹配，但是由于不能返厂进行三面可控硅整流柜并联运行的均流系数试验，致使更换可控硅并网运行中，励磁功率整流装置均流系数严重下降，测试数据见表1,环境温度25～28 ℃。

表1 更换可控硅后机组的均流系数

从表1可以看出：更换可控硅后，均流系数最低值为0.690，远远不能满足规程要求，也不能使三面可控硅柜中的整流元器件得到合理地应用。

3 励磁系统均流系数的影响因素及均流的措施

3.1 励磁系统均流系数的影响因素

在现场实际应用过程中，由于交直流阻抗差异、可控硅参数差异、触发脉冲、隔离开关及回路接触电阻、元器件特性下降、散热器压接等多种因素的影响，均流系数都会降低[1]。

a.可控硅触发一致性的影响。由于几个可控硅整流桥共用一台励磁变压器，因此，交流侧输入电压是相等的。在略去可控硅通态压降差异的基础上，假设每个可控硅整流桥交、直流回路的等效电阻和电感都相等，那么可控硅触发的一致性就直接决定了电压并联支路电压的大小，从而也就决定了可控硅整流柜之间均流的好坏。

b.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，每个可控硅整流桥交、直流回路的等效电阻和电感也相等，那么可控硅平均通态压降就将直接影响到可控硅整流柜的均流。

c. 交、直流回路的电阻和电感的影响。当可控硅的平均通态压降相等，且可控硅触发的一致性很好时，交、直流回路等效阻抗的差异将成为可控硅整流柜均流的主要障碍。在考虑可控硅参数、触发角度等因素一致情况下，交流侧铜排的阻抗是影响均流的主要因素。

3.2 励磁系统均流的措施

a. 智能均流。智能均流是通过数字控制的方式改变每个可控硅整流柜的触发角度，根据实际运行中各柜电流的不同，调整各柜触发时间使电流小的柜子先触发导通，电流大的柜子后导通，从而实现各柜电流平均值的均衡。

b. 磁环均流。从励磁系统实际运行的工况中，可以看到距进线侧远的可控硅功率柜，铜排长，阻抗大，输出小，可通过改变输入侧阻抗加以改善。在距离进线侧近的整流桥安装磁环，适当调整磁环气隙厚度，抵消功率柜交流进线阻抗的差异从而改善励磁系统不均流的现象。

c.自然均流。自然均流也可以称之为物理均流，从一次回路的角度，通过综合整流桥回路阻抗、元器件特性差异、触发脉冲一致性等因素，合理匹配并联整流桥主回路参数，功率触发回路中不串联任何控制回路，保证设备运行的可靠性，达到并联功率柜各柜电流的自然均衡。为达到均流效果，要求整流装置在设计和制造过程中满足以下要求：对可控硅触发方式采用的是强触发方式，保证各可控硅触发的一致性；对配置的所有可控硅进行合理的筛选，保证各可控硅平均通态压降等参数的一致性；提高机柜安装工艺，合理布置进出线及柜体排布顺序，保证各功率柜交流阻抗尽量一致；依据可控硅参数对其安装位置合理排序，最大限度地抵消可控硅参数的差异与回路阻抗，以平衡桥臂阻抗。

4 现场自然均流法的应用

通过对影响励磁均流系数的因素和提高励磁均流方法的分析，针对现场情况，采用了自然均流的方法提高励磁系统的均流系数，对三面可控硅整流柜进行了改造，首先对三面可控硅整流柜内的18只5STP2SL4200可控硅整流管进行了匹配，使其参数、性能接近一致。可控硅整流管性能参数见表2。

其次，为了保证各功率柜交流阻抗尽量一致，对三面整流柜内的进出线及柜体位置进行了创新性更改，将三面可控硅整流柜的冷却风机移至柜内下方，按图2在三面整流柜内上方进行双交流母排接线

表2 改造后三面整流柜内可控硅特性参数

图2 改造后整流柜内的母排布置

布置，将励磁变低压侧的交流母线由交流进线柜引入到2号整流柜交流隔离开关上口，再敷设一排三相交流母排与1、2、3号可控硅整流柜内交流隔离开关上口连接，这样就保证了1、2、3号可控硅整流柜的交流阻抗的一致性。

励磁整流柜改造后，机组安全运行稳定，均流系数最高达到0.99，满足了新版规程要求的均流系数不小于0.9的要求，测试数据见表3，环境温度25～28 ℃。

表3 三面整流柜改造后机组的均流系数

5 结束语

通过对励磁系统三面整流柜的改造，采用了自然均流的方法和整流柜内双交流母排布置的创新方法，解决了励磁功率整流柜均流系数降低的问题，也满足了励磁系统新版规程关于励磁功率整流装置均流系数的指标要求，目前改造后的励磁系统处于安全、稳定地运行状态。