发电机励磁系统均流系数提高与优化

发电机励磁系统均流系数提高与优化

郭章，王晓旗，梁毅

（雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610051）

摘 要：励磁系统功率柜均流效果差，将降低发电机运行可靠性，严重时甚至影响发电机运行。本文简要述及了影响励磁功率柜均流效果的几个因素，对数字均流与常态均流进行了对比，并针对某大型水电站出现均流系数偏低的问题，提出合理化解决方案，为国内同行遇到相似问题，提供一种解决问题思路和试验方法。

关键词：励磁系统、均流系数

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0引言

随着电力系统的不断发展，为充分发挥设备的单机容量及合理运用，处理好可控硅整流桥间的均流问题, 对提高励磁系统运行的可靠性, 进而保证电厂安全可靠地运行具有重要意义^[1]。目前，为满足均流系数的要求，可分为两种主要措施：常规均流和数字均流技术。

常规的均流措施包括按晶闸管的参数如峰值通态平均电压降进行匹配，按功率柜交、直流进出线进行匹配，再整流桥臂接入空心均流电抗器及由励磁变压器二次侧至功率整流柜进线端各支路电缆长度相等的措施^[2]。常规均流措施可以提高均流系数，但同时也增大了施工难度。

数字式均流也称为智能均流，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^[3]。

1 影响均流效果的因素

1.1交直流侧进出线的影响

可控硅导通态电阻比交直流电阻大很多，在可控硅导通电流较大时，会造成可控硅通态电阻下降，此时交流测进线长度对于均流的影响较为明显。当交流侧采用电缆时，交流侧电缆对均流的影响比较明显。对于交流侧采用铜牌连接时，铜牌呈现阻性，可以在铜牌上打孔改变电阻，从而改变均流效果，但是实施难度较大，后期也不易维护。

除交流侧与晶闸管差异会对均流效果产生影响，直流侧也可以对均流效果产生影响。换相过程中，直流母排电流变化非常复杂，但是影响要小于交流侧，实践中应优先考虑交流侧。

1.2晶闸管的影响

在整流桥选配晶闸管时，按选择与与晶闸管门槛电压接近的方法来选择，但晶闸管电阻的差异可以通过调整交直流侧电阻进行调整。在晶闸管电流导通，后导通的晶闸管需要将电流转移过来，换相完成之后主要依靠压降之差，可见门槛压降差异对晶闸管电流分配有较大影响，需优先考虑晶闸管门槛压降。

图1可控硅并联接线图

图2可控硅伏安特性曲线图

2.功率柜均流系数计算

均流系数是均流试验的衡量标准, 是指并联运行各支路电流的平均值与最大值之比^[4]。具体的计算公式为:

式中 为m条并联支路电流的和；Imax为并联支路中电流的最大值，共有m条并联支路。在《同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求》中规定：功率整流装置的均流系数不得小于0.85。

3数字式均流与常规均流的比较

3.1数字式均流优点及缺点

数字式均流的优点:对晶闸管元件参数的差异, 交直流进出线阻抗不均衡等差异的适应性较强, 当更换元件时也易于实现均流^[5]，较为智能化。但数字式均流也存在缺点：因为智能化脉冲回路的接入，自动化元器件增多，将导致系统的可靠性降低，同时也增大了检修难度；因为脉冲延迟，会增大晶闸管电流冲击。

图3数字式均流原理图

3.2常规均流优点及缺点

常规均流方式又称为物理均流，使用常规均流一般能达到行业要求，常规均流的优点是前期施工完成后，便于后期维护。缺点是对进出线施工要求较高，若采用对铜牌打孔方法也不具备通用性，不利于美观。

5某电厂提高均流系数处理方法

5.1存在的问题

某电厂投运初期, 机组带负荷较小, 励磁系统运行正常。随着负荷的增加, 在运行过程中发现部分功率柜电缆发热严重。后用红外线谱图仪测量, 发现1号功率柜交流侧C相一根电缆外表皮温度达到89.6℃, 用钳形电流表测量该电缆电流为640 A, 电流过大导致发热严重。测量其它电缆电流后发现功率柜交流侧电流不均衡。

图4功率柜连接实物图

5.2解决方法

（1）改用智能均流。智能均流可以实现功率柜在线诊断功能，但由于脉冲回路的接入，会导致系统可靠性降低。同时过大的脉冲延时角会加对晶闸管的冲击电流，更不利于当时环境下的施工。

（2）改变进交直流出线电阻，此方法一般能达到行业标准要求，较为经济，便现场情况实施。

（3）更换晶闸管，此方法在一定程度上对均流效果有所改善，但现场施工较为困难（可控硅型号：ABB，T1971N42TS03），更换后仍很可能不满足行业要求。

综合比较，最终采取方案二，平衡交流侧进出线电阻方法。并将电缆型号进行更换，YJV-3 k V-1×185电缆更换为YJV-3 k V-1×240电缆，严格把控施工质量，确保交流进线侧长度相等。并在2号与3号功率柜间增加了电缆，形成环流。重新开机，运行长时间后，均流情况有明显改善，均流系数已达到0.9，满足行业要求。下表为平衡交流侧进出线电阻后交流侧直阻。

表1功率柜交流侧进线直阻

6.结语

为提高均流效果,在常规均流措施中，考虑到设备维护，应优先改变电缆长度,更换电缆,最后考虑在交直流进线铜牌上打孔。在选择晶闸管规格时,在不影响柜出力的情况下,优先选择通态电流较小的晶闸管,使晶闸管参数在均流影响中占优先地位,以保证晶闸管的均流效果。

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(04):12-15.

[2]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用（第二版）[M].北京:中国电力出版社.2009:109-110.

[3]耿敏彪,袁亚洲,郭志成.发电机励磁系统智能均流现状及问题分析[J].电气技术,2014(12):77-80.

[4]DL/T583-2006, 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件[S].

[5]杨京广,黄大可,高劲松.励磁功率柜均流系数计算及智能均流试验研究[J].水电与新能源,2016(06):19-22.

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