励磁系统均流问题探讨与研究

励磁系统均流问题探讨与研究

周崇明 吴灵华 陈晓霞 张西悦 曹铭铭

华能国际电力股份有限公司南通电厂 江苏南通 226000

摘要: 分析了励磁系统整流装置均流不佳的各种原因，提出了解决均流问题的方法，并分析的智能均流与自然均流的优缺点，为工程设备现场问题的解决提供了参考意见。

关键词：励磁系统；整流装置；均流

随着电力系统的飞速发展以及单机容量的增长，大型同步发电机所需的励磁功率也有了明显的上升。为了提高励磁系统的可靠性和增加励磁电源的容量，同时考虑到可控硅整流器容量的限制和系统对功率柜的冗余要求，一般都采用多功率柜并联运行方式，这样就产生了功率柜之间的均流问题。处理好功率柜之间的均流问题，对于提高励磁系统运行的可靠性，保证电厂安全可靠地运行具有重要意义^[1]。

1、提高均流问题的方法

对于励磁系统均流较差的问题，首先应结合各种监测手段确定可控硅元件是否工作正常，如元件本身均正常导通，则需要根据各柜的异常情况实施最优的解决方案。

1.1 调换可控硅排列次序

对于可控硅的并联使用，要得到大范围的动态均流，应选择并联可控硅元件的RT0，VT0一致。选斜率电阻相近的可控硅元件作为同一桥臂的位置进行并联，VTM相近仅作为参考。

1.2 交流母排重新设计

在整流元器件参数较匹配或完全一致情况下，有时候也会出现不均流的问题。往往由于交流母排设计不合理导致：（1）铜排弯折或者接口太多，自感与接触电阻较大；（2）柜体结构不合理，单相铜排涡流；（3）铜排排列不合理，距离过近，排间产生互感。

随着机组容量的提升，各桥臂的载流能力要求越来越高，铜排布局对均流影响越来越大。电解铝与离子膜烧碱行业同相逆并联的技术得到了广泛应用，同相逆并联特点就是利用导体产生的磁力线相互抵消，减少母线的交流阻抗，达到提高功率因数的目的，如图1所示。

图1 同相逆并联

1.3 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功率柜的触发角度，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。要实现智能均流需在每个功率柜内安装一套智能控制系统，主要包括主机单元、通信接口、数字I/O单元、A/D、D/A 单元、传感器以及相应的输人输出接口电路等，通过对可控硅及其整流桥电流进行动态计算，得出均流决策，分配各柜触发角，实现各柜之间的均流^[2]。

2、智能均流常见问题及分析

2.1 串联控制回路，降低设备可靠性

智能均流首先要在功率柜增加控制回路，增加了回路出故障的概率，一次回路应该尽量简洁，满足功能要求即可，同时要避免一次回路对控制回路的干扰，以免影响功率柜的整体可靠性。智能均流在脉冲回路串接调整电路，降低了系统的可靠性，合理的设计应是将控制回路统一置于调节器柜，柜体整体加强抗干扰设计，与一次回路屏蔽、隔离。

2.2 影响可控硅换相过程，增加元件器的电流冲击

采用改变可控硅触发时间的方法达到柜间的均流，并不是柜内各相之间的均流，各相之间的电流仍然存在差别，这种情况下各可控硅流过的电流并不均衡。在可控硅换相过程中，脉冲延迟角度势必增加最先导通可控硅的电流冲击幅值和时间，这对于多桥并联的励磁系统是不利的，因为最先导通的可控硅需要承受主回路的全部电流，瞬时冲击是其正常通过电流的2～4倍，这不仅会造成可控硅元件的特性下降，同时也会影响元器件的使用寿命^[3]。如图2所示。

图2 两柜智能均流同一桥臂导通电流波形

如图2所示，从导通波形可以看出，智能均流控制下，若S1、S2面积相等，仅达到电流平均值均衡，达到均流效果，瞬时值并不均衡，没有消除回路阻抗导致的不均流情况；△α为智能均流控制下两柜触发角偏差；△I为一倍单柜额定，若多柜则冲击更大，并且在 120°～△α的导通范围内电流也不均流还是维持原来物流均流下的电流分配。因此，智能均流违背并联可控硅一致性触发的原则，导致可控硅暂态工作过程恶劣，瞬时值依然不均流，对元器件运行依然不利。

2.3 影响可控硅暂态过程，增加可控硅开通损耗

当两台功率柜触发角一致性很好时，其电气位置并联（同一桥臂）的可控硅开通和换流过程基本一致，而当两者触发角有偏差时，触发角较小的会先导通换流，并承担主回路全部负载电流，而后触发的功率柜脉冲到来时，整流回路进行第二次换流，电流在各并联支路中按阻抗分布重新分配，因此相比自然均流而言，换相过程增多，回路的谐波加重。在第二次换流时，若为多桥并联还会出现第三、第四次换流，后触发的可控硅承受的电压为与之并联桥臂可控硅的正向导通压降和电缆线路压降，相当于短路，该压降通常很小，从而导致后触发的可控硅在低阳极电压的条件下触发导通。

2.4 掩盖整流回路内阻抗不平均及元件特性差异问题，缩减元器件运行寿命

智能均流掩盖了元件特性发生变化、内阻抗不均匀分布、主回路连接、散热器压接松动所带来的问题，影响器件和回路的正常运行。设备运行较长时间，可控硅特性发生变化后可能造成均流性能变差，此时如采用智能均流的方法可能加重特性变化较大可控硅的负载，缩短可控硅的使用寿命。

3、结论

针对励磁系统常见的均流问题给出了相应的解决办法，并且对智能均流常见问题进行分析总结。通过对发电机励磁系统功率柜智能均流存在问题的分析可知，智能均流追求各柜电流平均值的平衡，并没有实现各柜电流的瞬时平衡，反而因为触发角的差异加快可控硅元件的老化速度，减少整流设备的运行寿命。

参考文献

[1] 许其品,魏伟,王永刚.可控硅整流桥均流的探讨[J].水电自动化与大坝监测,2010,34(4): 12-15.

[2] 余前军,李自淳,钱后军,等.励磁整流柜高性能均流磁环[J].大电机技术, 2009(3): 48-50.

[3] 陈改琴.整流柜均流系数测算方法的改进[J].有色冶金节能,2010（1）:49-51.