勵磁系統(tǒng)改造項目具有技術(shù)要求高、定制程度高、生產(chǎn)周期短等特點,對設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試能力有較高要求。改造方案的確定需要充分研究原系統(tǒng)的特點及其與相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)系,分析新系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)的可行性和運行的可靠性,這對確保改造成功具有重要意義。某大型電站原勵磁系統(tǒng)隨主機由國外進口,設(shè)備運行十余年,嚴(yán)重老化。本文就該項目改造方案設(shè)計、應(yīng)用情況進行介紹。
改造機組單機容量240MW,采用靜止自并勵勵磁方式。發(fā)電機組及勵磁參數(shù)如下:Sg=266.7MVA;Pg=240MW;Ug=15.75kV;Ig=9776A;Uf=482V;If=1906A。
改造范圍包括發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅整流裝置、滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置、電制動回路等,保留原勵磁變壓器及制動變壓器。
本次改造不改變勵磁方式,與電廠其他系統(tǒng)接口友好,并結(jié)合現(xiàn)有成熟技術(shù)優(yōu)化提高勵磁系統(tǒng)性能。
1主回路設(shè)計
勵磁系統(tǒng)原理圖如圖1所示。該勵磁系統(tǒng)采用自并勵勵磁方式,并具有電制動功能。
圖1 勵磁系統(tǒng)原理圖
圖中T1為勵磁變壓器,T2為電制動變壓器,Q1為電制動機端短路開關(guān),F(xiàn)LZ為可控硅整流橋,F(xiàn)MK為磁場斷路器,AVR為勵磁調(diào)節(jié)器。
2 機柜布局設(shè)計
原系統(tǒng)與勵磁變壓器、電制動變壓器、發(fā)電機轉(zhuǎn)子的一次回路連接形式(銅排硬連接)與位置決定了新系統(tǒng)交、直流主回路的接口形式及位置,改造中不能改變。受接口位置和可用空間限制,新系統(tǒng)不能采用常用的一排式盤柜布局方式。通過比較各種布局方案,仔細(xì)核算盤柜尺寸與接口位置,確定了一種背靠背式的布局方式,如圖2所示。
圖2 盤柜布置圖(俯視)
新系統(tǒng)包括9面盤柜,其中AVR為具有電制動控制功能的發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器,雙通道冗余配置;FLZ1、FLZ2、FLZ3為3臺并聯(lián)運行功率柜,單柜輸出電流DC 3000A;FLK為直流滅磁開關(guān)柜;FLR為滅磁電阻柜,包含起勵裝置;FLB為冷卻柜,實現(xiàn)功率柜發(fā)熱的空氣水熱交換,將勵磁主要發(fā)熱由水路傳遞到室外; FLJ為交流進線柜,實現(xiàn)正常勵磁和電制動勵磁電源的接入和切換,并設(shè)置電流互感器采集勵磁電流;FLC為變送器柜,供用戶布置發(fā)電機電量測量變送器。
通過這樣的設(shè)計,實現(xiàn)一次回路接口與原系統(tǒng)吻合,減小主回路接口改造工作量和難度;盤柜間連接可靠,所有主回路采用銅排連接,確保載流量,并充分保證安全距離;冷熱風(fēng)分開在兩側(cè),降低進口風(fēng)溫,提高整流柜散熱效果。
3 熱設(shè)計
勵磁系統(tǒng)布置于機旁小室,運行產(chǎn)生的大量熱量(主要為功率柜發(fā)熱)若直接排放在小室內(nèi),將使得小室溫度升高。由于機旁小室不具備增設(shè)空調(diào)的條件,為將熱量交換到室外,最好的方法就是采用水冷設(shè)備。
該項目采用了風(fēng)水聯(lián)合冷卻的方案。如圖3所示,3臺功率柜以風(fēng)冷方式進行冷卻,冷卻功率柜產(chǎn)生的熱空氣通過柜間風(fēng)道輸送到水冷柜,由空氣水熱交換器將這些熱量傳遞給冷卻水,由此實現(xiàn)熱量由水路帶到室外。
圖3 冷卻系統(tǒng)
風(fēng)水聯(lián)合冷卻方案的設(shè)計,充分考慮了功率柜發(fā)熱情況。分別計算不同工況運行時的熱量值,主要計算數(shù)據(jù)見表1。
表1 整流柜熱量計算
據(jù)整流柜的最大發(fā)熱量,選擇合適的空氣水熱交換器,主要參數(shù)如下:水流量1.7m3/h,水壓0.2MPa,進出口水溫溫差5℃,散熱功率15kW。同時考慮到現(xiàn)場采用的導(dǎo)熱液不是純水,在進水口增設(shè)了過濾器和離子交換器。
4 系統(tǒng)控制方案設(shè)計
本次改造要求發(fā)電機監(jiān)控、調(diào)速、保護系統(tǒng)均不做改動,為此對原系統(tǒng)與這些保留系統(tǒng)之間的接口進行分析,確定了改造接口方案。利用NES5100勵磁系統(tǒng)控制流程,結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用特點,綜合設(shè)計了新系統(tǒng)的控制方案,在機組控制過程中,勵磁系統(tǒng)控制能自動平穩(wěn)地執(zhí)行下列操作:
1)開機程序
當(dāng)機組轉(zhuǎn)速上升到90%額定轉(zhuǎn)速時,投入勵磁系統(tǒng)起勵、升壓,發(fā)電機電壓升至額定值。根據(jù)同期裝置發(fā)出的命令調(diào)整發(fā)電機電壓,以滿足與系統(tǒng)同期的要求。同期調(diào)整結(jié)束,發(fā)電機出口斷路器并網(wǎng),勵磁轉(zhuǎn)入負(fù)載模式控制運行。
2)正常停機程序
在出口斷路器跳閘前自動卸無功負(fù)荷至零,在出口斷路器跳閘后,進行逆變滅磁。轉(zhuǎn)速下降至60%額定轉(zhuǎn)速時,投入電制動控制程序及停機滅磁控制,機組停機復(fù)歸電制動。
機組電氣制動采用柔性電氣制動,電氣制動與機組勵磁系統(tǒng)共用一套調(diào)節(jié)器及可控硅整流裝置,制動電源取自廠用400V。電制動的投入條件為:機組與系統(tǒng)解列;停機指令發(fā)出;機組無電氣事故;機端電壓低于10%額定電壓;導(dǎo)葉全關(guān)且機組轉(zhuǎn)速降到60%額定轉(zhuǎn)速后,合發(fā)電機短路開關(guān)并切換勵磁系統(tǒng)交流電源開關(guān)進行電氣制動。
3)事故停機程序
事故時采用磁場斷路器加滅磁電阻移能滅磁。
在控制方案的實現(xiàn)中,為確保控制、調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性、可靠性,對開機令、停機令、增磁令、減磁令等數(shù)字量和PT、CT等模擬量采用了全面的冗余容錯設(shè)計。
5 可維護性設(shè)計
針對本系統(tǒng)盤柜背靠背布局方式,對元器件布局和連接進行優(yōu)化設(shè)計。功率柜整流橋采用抽屜式組件結(jié)構(gòu),抽屜組件集成可控硅的散熱、過壓、過流保護功能,可由柜前抽出;冷卻風(fēng)機可從柜頂拉出。其它各柜器件在前面板安裝,板前接線,實現(xiàn)了柜前檢修。柜間連接采用標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制電纜柜前接線方式,通用性好,可靠性高。
按照以上方案設(shè)計的勵磁系統(tǒng)在某電廠2#機組投入運行,各項參數(shù)符合設(shè)計及機組運行的要求,與電廠其他系統(tǒng)配合良好,能夠確保機組的安全、可靠運行。說明本文描述的改造方案是合理的,對類似機組的改造具有指導(dǎo)意義。
本文編自《電氣技術(shù)》,標(biāo)題為“進口240MW水輪機機組勵磁系統(tǒng)改造方案設(shè)計與應(yīng)用”,作者為徐春建、黃衛(wèi)平。