广州擎天EXC9200励磁系统在漫湾电厂的应用

广州擎天EXC9200励磁系统在漫湾电厂的应用

肖瑞怀1杨江磊2

(1.华能澜沧江水电股份有限公司漫湾水电厂云南临沧675805;2.华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡电厂云南普洱665000)

[摘要]漫湾电厂1号机组采用广州擎天EXC9200励磁系统，本文结合EXC9200励磁系统在漫湾电厂的运行情况，对智能励磁系统的结构原理及脉冲传输、均流技术、风机控制及通信技术等方面进行了介绍。

[关键词]智能EXC9200漫湾水电厂应用

[Abstract]TheNO.1UnitGeneratorofManwanHydropowerPlantadoptsGuangzhouQingtianEXC9200excitationsystem.AccordingtotheoperationoftheEXC9200excitationsystemintheManwanHydropowerPlant,thispaperintroducesthestructure,principle,pulsetransmission,currentsharingtechnology,fancontrolandcommunicationtechnologyofintelligentexcitationsystem.

[Keyword]IntelligentEXC9200ManwanHydropowerPlantApplication

一、引言

漫湾电厂1号机组于2007年6月30日投产，装机容量300MW。原采用ABB公司生产的UN5000励磁系统。在2010年至2017年间先后出现风压继电器误动报励磁系统故障，风机损坏后新更换的风机运行中振动较大，三个功率柜阻容吸收回路先后出现熔断器熔断退出运行的情况，2018年1月将ABB公司生产的UN5000励磁系统更换为广州擎天EXC9200励磁系统，到目前已运行将近1年时间，运行的情况稳定可靠，运行可靠，均流及通信技术效果好，信号监视可靠。

EXC9200励磁系统内部采用分布式控制网络和模块化设计，功能划分清晰，接口丰富，扩展能力强，对重要回路均有完善的故障诊断和报警功能，调节柜与功率柜之间脉冲传输采用光纤点对点通信，调节柜与其它柜之间通过CAN总线进行信息交换，系统信号传输可靠，抗干扰能力强，系统具备同步发电机励磁标准所要求的全部功能，试验的各项性能指标优于标准要求。

二、漫湾电厂1号机组EXC9200励磁系统的组成及原理

本文基于漫湾电厂1号机组励磁系统。此系统由调节器柜、过电压保护柜、灭磁开关柜、1#功率柜、2#功率柜、3#功率柜、励磁辅助柜等7部分组成。

图1励磁系统结构图

（一）励磁调节

EXC9200励磁调节器由开关量EXC9200-IOB板、励磁电流采集EXC9200-FC板、对外接口EXC9200-IIU板、对外接口EXC9200-HIIU模块、多功能通信转换EXC9200MCB板、利用多CPU协同工作方式，完善的看门狗机制，同时对同步信号、机端电压信号的多方位采样和检测，对通道的可用状态进行分级，使调节器热备用更加智能。通道的可用状态分为0、1、2、3共4个级别，3级最高，表示通道的所有输入都正常；0级表示必备的输入失效，通道不能正常运行。调节通道的可用状态级别定义如下表：

当发电机机端电压、同步信号正常时能维持通道正常调节，通道状态为3级；当出现PT故障时，励磁电流、同步信号正常时能维持手动方式，通道状态变为2级；R631信号（机端电压大于10%，或励磁电流大于4.5%）动作，检测到同步信号消失，则本通道优先级变为0，通道自动退出。励磁调节通道具备自动方式和手动方式，通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。备用通道在脉冲输出级跟踪运行通道，保证通道间平稳、无扰动切换。

1.自动方式AVR的数学模型下图所示：

参数说明：

2.励磁调节器故障判断

（1）同步回路故障信号：同步变的接线组别为Δ/Y0-1，可有效提高同步变信号的可靠性：同步变原边断一相、副边断一相或两相情况下，调节器可判断出故障并报警，同时将正常相的信号做为可控硅移相触发脉冲的同步点，保证调节器输出正确脉冲。同步故障判断条件为：

(同步电压比机端电压低15%)&&（机端电压大于40%）&&(同步电压大于20%)&&(励磁电流大于4.5%)。四个条件同时满足时，延时100个定时调节周期，发出“同步故障”信号：

（2）同步逆相序：当三相同步电压相序为负相序时，会导致可控硅整流桥工作混乱，输出错误。当调节通道（A或B）检测到同步电压负相序时，会自动封锁本通道脉冲输出，发出“A或B)套同步逆相序”报警信号，并置本通道可用状态级别为最低0，调节器自动切换到可用状态级别更高的通道。

（3）同步消失:同步信号消失的判据为：（机端电压Ug>10%）&&无同步信号,当调节通道（A或B）检测到同步电压消失时，会自动封锁本通道脉冲输出，发出报警信号“（A或B）套同步消失”，并置本通道可用状态级别为最低0，调节器自动切换到可用状态级别更高的通道。

（4）PT断线故障:(三相机端电压不平衡&&三相机端电流平衡)或(Ug<5%)&&(IL>20%)，当调节通道检测到本通道的机端PT出现以上任一种故障情况时，本通道报“PT故障”信号，并切换到手动方式，本通道状态级别降低为2，调节器自动切换到可用状态级别更高的通道运行。

（5）通道故障：调节通道内部的电源故障、CPU看门狗故障及FPGA芯片故障等进行实时监视。一旦出现上述故障，立即封锁本通道的输出，自动切换到其它通道并输出“通道故障”告警信号。

（二）智能励磁系统功率单元的应用

漫湾电厂1号机组EXC9200型励磁系统脉冲传输环节，采用光纤进行传输方式，功率柜实现可控硅整流桥每个桥臂电流的检测、风道温度监测、快速熔断器状态监测、阻容保护状态监测、风压接点监测、智能均流控制、风机操作控制、功率柜电流显示校准、均流校准、风温校准等实现检测及均流智能化；同时将功率柜故障、状态信号，通过CAN总线传送到调节柜进行处理，实现信息传输实现智能化；在功率柜柜门上，安装了液晶显示器，用于显示该功率柜的各种状态，功率柜控制板检测到励磁系统有“开机令”或本柜输出电流大于100A时，自动启动风机；无“开机令”且本柜输出电流小于50A时，自动停止风机实现显示和操作智能化实现操作显示智能化。

在EXC9200励磁系统的智能化功率柜中，不需要其它任何辅助措施（如长电缆、硅元件参数选配等）可以保证均流系数大于95%。而且,当一个或多个功率柜退出后,运行的功率柜之间仍可实现智能均流。

（三）智能灭磁及过压保护单元

1.智能过电压部分

励磁系统正常停机时，调节器自动逆变灭磁，不需要跳开灭磁开关灭磁；事故停机，需要跳灭磁开关将磁场能量转移到灭磁电阻灭磁。当发电机处于滑极等非正常运行状态时，将在转子回路中产生很高的感应电压，此时转子回路中的A61模块检测到转子正向过电压超过定值时，马上触发V62可控硅，将灭磁电阻单元FR并入转子回路，通过灭磁电阻的耗能作用，将产生的过电压能量消除；而转子回路的反向过电压信号则直接经过V61二极管接入灭磁电阻耗能，以确保发电机转子始终不会出现开路，从而可靠地保护转子绝缘不会遭受破坏。当灭磁电阻单元FR回路由于正向或反向导通而流过电流时，可通过监测电流互感器CT的电流信号而由灭磁柜智能板报出“过压保护动作”信号。

2.智能灭磁柜的控制及显示部分

智能化灭磁柜采用了彩色触摸屏替代了常规表计和指示灯，具有更丰富的状态信息和操作控制功能；同时智能控制板检测到的灭磁柜状态和故障信息，可通过CAN总线通信传送到调节柜进行处理。

（四）起励单元

EXC9200励磁系统采用两种起励方式：残压起励和外部辅助电源起励。在起励过程中，在可控硅整流桥的输入端仅需要约10V-20V的电压即可正常工作。如果电压低于10V-20V，可控硅整流桥就会被连续地触发（二极管工作模式）以达到该值。但起励时的发电机残压值太小，在10秒内残压起励失败时，励磁系统可以自动起动外部辅助电源起励回路。在机端电压达到额定电压的10%时，起励回路将自动退出，立即开始软起励过程将机端电压建立到预置的电压值。外部辅助电源起励回路仅需要一个较小的起励电流，一般地，当额定励磁电流小于2000A时，辅助起励电流不大于20A。外部辅助电源起励回路为模块化结构，包括空气开关、起励接触器、导向二极管、限流电阻。

三、结语

EXC9200励磁系统与传统的励磁系统相比主要体现在调节柜、功率柜、灭磁柜采用了智能控制。从现场的实际运行情况来看，EXC9200励磁系统的稳定性好，可靠性高，充分的发挥了智能励磁系统的优势，在均流、散热、脉冲传输、抗干扰能力等方面都有较好的运行效果。

参考文献:

[1]李基成，《现代同步发电机励磁系统设计及应用》，北京，中国电力出版社，2002。

[2]EXC9200励磁系统组成及功能说明书。