摘要：以廣西省百色市田林縣洞巴水電站勵(lì)磁系統(tǒng)改造為例，詳細(xì)闡述了EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)的組成及功能特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了起勵(lì)試驗(yàn)和階躍試驗(yàn)，結(jié)果表明，該勵(lì)磁系統(tǒng)滿足發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)性能要求，符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

關(guān)鍵詞：水電站;勵(lì)磁系統(tǒng);EXC9100;改造

0 引言

洞巴水電站位于廣西省百色市田林縣那比鄉(xiāng)，水電站機(jī)組為混流式水輪發(fā)電機(jī)，電站總裝機(jī)容量為3×24 MW，該電站是百色地方電網(wǎng)的骨干電廠之一，承擔(dān)著部分調(diào)峰任務(wù)。

1 改造的必要性

洞巴水電站3臺(tái)機(jī)組從2007年起全部并網(wǎng)，至改造前已運(yùn)行13年。機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，存在較多安全隱患，如：

（1）勵(lì)磁系統(tǒng)的抗干擾能力降低，調(diào)節(jié)柜觸摸屏失靈無(wú)法操作，多次誤發(fā)報(bào)警信號(hào);（2）3#機(jī)組的2#勵(lì)磁功率柜可控硅被擊穿損壞，整流橋橋臂斷流，導(dǎo)致3#機(jī)組長(zhǎng)期在單個(gè)勵(lì)磁功率柜狀態(tài)下運(yùn)行;（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜響應(yīng)遲鈍，無(wú)法正常起勵(lì)建立機(jī)端電壓，導(dǎo)致機(jī)組開(kāi)機(jī)失敗。為保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，提供可靠出力，故對(duì)原勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)改造情況介紹

2.1? ? 勵(lì)磁系統(tǒng)改造選型

將原EXC9000微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)為EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)，其生產(chǎn)廠家依然是中國(guó)電器科學(xué)院廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司，原有的控制邏輯無(wú)需改變，有效降低了改造難度，硬件、控制系統(tǒng)及應(yīng)用程序改版升級(jí)，功能更強(qiáng)大，性能更優(yōu)越，使機(jī)組的發(fā)電操作更加方便快捷。

EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)整體由1個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、2個(gè)并列獨(dú)立運(yùn)行的功率柜以及1個(gè)滅磁柜構(gòu)成，這4個(gè)柜的內(nèi)部通信數(shù)據(jù)采集和交換通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)。

2.2? ? 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

2.3? ? EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)主要組成及功能特點(diǎn)

2.3.1? ? 勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜

勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜由A、B、C 3組調(diào)節(jié)通道模塊及RS232串口、智能人機(jī)界面觸摸屏、通信模塊等組成。A、B、C 3組調(diào)節(jié)通道均屬于數(shù)字調(diào)節(jié)通道，其中A通道和B通道互為主備用，可以任意轉(zhuǎn)換;C通道則屬于A、B通道的后備備用保護(hù)通道，可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇自動(dòng)或現(xiàn)地控制。A、B、C通道從測(cè)量采樣回路開(kāi)始到脈沖輸出控制回路都是獨(dú)立完成的，所以當(dāng)主通道出現(xiàn)故障后系統(tǒng)自動(dòng)切換至備用通道時(shí)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)不受影響。一般情況下，A通道主用，B通道作為主備用，B通道和C通道能夠讀取A通道脈沖輸出量信息，以保證通道切換時(shí)能夠做到平滑穩(wěn)定，不出現(xiàn)擾動(dòng)，且機(jī)端電壓不出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。

EXC9100勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜核心控制單元采用主流ARM+新型FPGA的嵌入式精簡(jiǎn)系統(tǒng)，運(yùn)算速度快，能夠?qū)崟r(shí)處理大量數(shù)據(jù)。新型FPGA內(nèi)的RAM儲(chǔ)存容量大，工作人員可自由定義其內(nèi)部邏輯。智能人機(jī)界面可以讀取到機(jī)組及勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的參數(shù)，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠利用通信模塊直接將報(bào)警信息上傳至上位機(jī)，以供運(yùn)行人員快速處理。

EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)擁有兩種起勵(lì)建壓方式：殘壓起勵(lì)和零起升壓。運(yùn)行人員可以在智能人機(jī)界面觸摸屏上完成起勵(lì)操作。

2.3.2? ? 勵(lì)磁功率柜

勵(lì)磁功率柜主要由整流橋及輔助設(shè)備（可控硅散熱器、過(guò)壓保護(hù)、快熔熔斷器、頂部軸流冷卻風(fēng)機(jī)、智能檢測(cè)/控制回路）組成，雙柜并列獨(dú)立運(yùn)行。功率柜的核心由ARM+CPLD控制芯片組成，具有智能均流控制功能，可以檢測(cè)整流橋每一個(gè)可控硅的狀態(tài)，監(jiān)測(cè)柜內(nèi)溫度、內(nèi)部風(fēng)速流動(dòng)，識(shí)別快熔熔斷器狀態(tài)，同時(shí)能將柜內(nèi)各種信號(hào)通過(guò)CAN總線傳遞到勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜進(jìn)行處理，有效地增加了信息傳輸量，極大地減少了柜體之間的電纜接線，提高了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和整體工藝水平。

功率柜的智能控制板具有智能均流功能，不需要其他輔助設(shè)施，就能將可控硅均流系數(shù)控制在95%以上。在機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程中，若其中一個(gè)功率柜發(fā)生故障退出運(yùn)行時(shí)，另一個(gè)功率柜的可控硅依然可以實(shí)現(xiàn)智能均流功能。

2.3.3? ? 滅磁柜

當(dāng)發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜可以自動(dòng)逆變滅磁，滅磁柜內(nèi)滅磁開(kāi)關(guān)無(wú)需斷開(kāi);當(dāng)出現(xiàn)事故停機(jī)時(shí)，將自動(dòng)跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，通過(guò)氧化鋅非線性滅磁電阻消耗發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量，確保轉(zhuǎn)子不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路狀態(tài)，從而保證轉(zhuǎn)子絕緣不受破壞，避免轉(zhuǎn)子燒毀。

滅磁柜的智能控制核心采用ARM芯片，通過(guò)該芯片實(shí)現(xiàn)了柜內(nèi)操作、控制、元件狀態(tài)監(jiān)控、通信等一系列的智能化操作。滅磁柜元件狀態(tài)以及故障信號(hào)，通過(guò)CAN總線傳送到調(diào)節(jié)柜進(jìn)行處理。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在完成EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)安裝固定以及接線檢查正確后，對(duì)其開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。本次試驗(yàn)包括起勵(lì)、階躍、零起升壓、開(kāi)環(huán)、空載閉環(huán)、負(fù)載閉環(huán)、V/F限制特性等試驗(yàn)內(nèi)容，試驗(yàn)均符合有關(guān)要求。部分試驗(yàn)情況如下：

3.1? ? 起勵(lì)試驗(yàn)

本次試驗(yàn)利用調(diào)試軟件直接向SD200微機(jī)綜合自動(dòng)測(cè)控裝置發(fā)出開(kāi)機(jī)令，勵(lì)磁系統(tǒng)接到開(kāi)機(jī)令后，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)正常起勵(lì)建壓，首先將電壓調(diào)節(jié)到額定值10 500 V的30%，然后調(diào)節(jié)器按一定的速率逐漸將機(jī)端電壓增加到額定值，并將機(jī)端電壓震蕩幅度控制在±5%以內(nèi)。額定值和起勵(lì)建壓速度，可通過(guò)專用調(diào)試軟件修改，一般設(shè)置5～10 s，使機(jī)端電壓達(dá)到額定值。該過(guò)程稱之為軟起勵(lì)，這種設(shè)定能有效限制機(jī)組起勵(lì)建壓時(shí)出現(xiàn)較大的超調(diào)量。

3.2? ? 階躍試驗(yàn)

通過(guò)階躍試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確判斷勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)是否符合行業(yè)要求。EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)擁有5%和10%的階躍響應(yīng)功能，可通過(guò)調(diào)試軟件進(jìn)行選擇，兩者都能夠先上躍然后下躍，階躍前機(jī)端電壓調(diào)至額定值的90%，勵(lì)磁系統(tǒng)階躍試驗(yàn)記錄如表2所示。

由表2可以看出：階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)間小于2 s，超調(diào)量不超過(guò)10%，震蕩次數(shù)均為1次，滿足《同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 7409.3—1997）標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于發(fā)電機(jī)階躍響應(yīng)的相關(guān)規(guī)定要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)洞巴水電站改造后使用的EXC9100勵(lì)磁系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，該型號(hào)勵(lì)磁系統(tǒng)能夠滿足本電站發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能要求，符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，目前該系統(tǒng)運(yùn)行良好，為確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

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收稿日期：2020-02-22

作者簡(jiǎn)介：甘東林（1992—），男，廣西貴港人，助理工程師，從事水電站自動(dòng)化設(shè)備調(diào)試維護(hù)工作。