1.福建仙游抽水蓄能有限公司，福建仙游 351267；
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（福建仙游抽水蓄能有限公司，福建仙游 351267）
摘 要：阐述仙游抽水蓄能电站机组励磁系统的基本功能、运行维护经验，以及故障分析案例。
关键词：抽水蓄能机组；励磁系统；运行维护；故障分析
仙游抽水蓄能电站（以下简称“电站”）装机容量4×300MW，是福建首座抽水蓄能电站。电站自2013年全面投产以来，在福建电网承担调峰调频、事故备用、黑启动等重要任务。相对常规水电机组，由于抽水蓄能机组启动频繁、运行工况较复杂，因此对励磁系统可靠性、可控性的要求也有所提高。
1 仙游抽水蓄能电站励磁系统
采用国电南瑞自主研发的NES5100励磁调节系统。整套励磁装置由调节器柜（NES5100）、功率柜（3面）、灭磁开关柜和灭磁电阻柜等组成。
1.1 励磁系统原理图
见图1。
图1 励磁系统原理图
1.2 励磁系统基本技术参数
见表1。
1.3 NES5100励磁调节器
NES5100调节器由脉冲电源板、系统电源板、CPU板、模拟量板、同步电压板、开关量板、脉冲放大板等组成。其功能示意如图2所示。
图2 NES5100调节器功能示意图
（1）调节器
调节规律：PID+PSS2A模式。电站选择并联PID，采用PSS2A二阶超前滞后环节。
控制方式（5种）：恒机端电压闭环方式（自动），恒转子电流闭环方式（手动），定角度方式（试验），恒无功功率运行和恒功率因数运行（选用）。
限制保护：设有转子过流过热限制器、发电态/电动态过励延时限制器、发电态/电动态欠励瞬时限制器、瞬时强励顶值限制器、发电态V/Hz限制器、功率柜故障限制器、开机保护功能、空载过电压保护功能以及PT断线防误强励功能。
（2）通道配置
励磁调节器包括2个NES5100控制单元，每个控制单元均作为一个独立的调节通道，可独立承担所有的励磁调节任务，互不公用，互不干扰，一套为主，从套跟踪热备用，组成冗余的双通道系统。正常运行时两种调节方式相互在线跟踪；故障情况下，自动电压调节能自动无扰动切至自动励磁电流调节。
（3）人机界面
NES5100控制单元采用NES-HMI励磁智能监控软件系统作为人机对话。该系统由励磁智能监控软件和通讯中间件OPC Server for NES5100组成。系统通讯效率高，占用CPU资源小。NES-HMI包括系统拓扑视图、故障日志、参数设置、过/欠励曲线、试验录波、采样示波器、阶跃试验、参数比较、通讯变量组态等模块，可充分满足微机励磁调节器的运行监控和调试需求。
1.4 灭磁系统
正常停机，逆变灭磁后延时跳开灭磁开关。事故停机灭磁，在磁场断路器断开之前0.1s机械跨接器合闸，将灭磁电阻接入到转子回路中，从而消耗发电电动机励磁绕组的能量。
过压保护装置由灭磁电阻、2个可控硅及1个含BOD转折二极管的过压检测装置组成。
1.5 功率柜
设3台三相可控硅整流桥柜，满足N-1设计，即正常运行时，有1柜退出运行仍能满足机组2倍强励要求。采用自然均流方式，正常情况下3柜并联运行且均流系数在0.9以上。每台整流桥柜由6个可控硅、6个快速熔断器组成，均配置集中式阻容吸收装置。整流桥冷却方式为强迫风冷，每个机柜下设有2台风机（1主1备），由调节器控制按开停机次数自动轮换。
1.6 直流起励
设一套220V直流起励装置，可将发电/电动机机端电压推升到10%额定值。
2 励磁系统运行维护
励磁系统通过现场安装调试投入运行，满足各种工况的运行需求，达到国家标准要求。运行调试方便，能较快查询异常事件，找到异常问题并解决，也可根据现场试验要求临时更改部分控制参数。电站4台机组励磁系统各项控制参数按调度要求设置完成。平时在热备用待机状态。励磁系统的正常巡视每日进行一次，机组运行时巡视一次，定期维护工作每月进行一次。
2.1 励磁系统运行巡视
（1）NES5100励磁调节器巡视（一般巡视）
—检查调节器有无异常报警、有无故障显示。通过板件以及人机界面观察到是否有各类异常报警、限制、故障显示。
—检查调节器有无异常声响。
—检查调节器有无掉电指示、内部电源是否正常。
（2）功率柜巡视（一般巡视、开机运行检查）
—观察各整流桥电流有无异常、各快熔指示有无异常。可直接通过柜前电流表、快熔显示发现异常。
—观察冷却风机有无停风现象。
—检查整流装置有无异常声音，是否有异物存在。
（3）灭磁开关柜、灭磁电阻柜巡视（一般巡视、开机运行检查）
—检查磁场断路器跳闸电源有无异常，检查各指示灯、仪表有无异常。
—检查装置有无明显异常声音。
—检查铜排、断路器触头等温度有无异常，灭磁阀片等器件温度有无异常。
2.2 励磁系统维护检修
励磁系统日常维护工作包括：各个盘柜的灰尘清扫、滤网清洁，各个端子排的螺丝紧固，各插件、器件的检查，风机启动以及自动切换等操作逻辑检查。C级及以上检修还增加小电流试验，调节器各项功能检查，各继电器动作电压校验，模拟量采样，开关量传动以及灭磁、起励逻辑回路检查等。
（1）调节器日常维护
插箱、板件清灰；工控机主界面信息检查，机端电压、电压给定、转子电流、电流给定跟踪等是否正常，控制方式、触发角度等是否正常，有功、无功功率等是否正常；界面切换显示，双套跟踪是否正常；界面是否有异常报警信息；模拟量、同步信息、脉冲信息、电源信息是否正常；开关量状态、板件指示灯、继电器状态是否正常，尤其是常励继电器是否正常。
（2）灭磁系统维护
检查柜内继电器状态是否正常，有无异常发热、节点抖动情况；接线是否正确牢固，开关触头无破损、无裂痕、无过热发黑现象；灭磁过压回路是否正常，灭磁电阻外观情况，快熔有无熔断；机械跨接器开关分合闸指示灯是否正常、位置指示是否正常，电子跨接器正常不带电；C级及以上检修时还需检查磁场断路器分合逻辑回路、主触头、辅助触头及辅助接点，检测分闸时间，分/合闸线圈动作电压；SIC灭磁电阻需检查外观有无碎裂、有无明显颜色变化，内阻有无异常等。
（3）功率柜日常维护
抽水蓄能电站一般建于地下，通风效果相对弱于常规水电站。另外，首台机组投运时，后几台机组还在施工安装、调试，这就造成厂房设备在运行初期积灰较多。若功率柜积灰较多，一是会导致绝缘降级、风阻增大；二是会将滤网堵死，出风口堵塞，导致柜内温度过高，有可能造成可控硅的过热击穿。在励磁系统工作时，要注意巡视功率柜温度、快熔显示；保证每月对励磁系统进行定期维护至少一次，若灰尘仍然较多，则需增加清扫维护次数。清扫时需注意铜排连接处是否积灰、前后柜门滤网有无堵塞，及时更换前后柜门滤网滤芯，确保风道通风正常。发现积灰较多时，建议拆除整流柜正面防尘板，清扫柜内可控硅散热器、阻容吸收回路、铜排连接处以及柜顶出风口金属滤网。
定期维护工作除对积灰处理清扫外还需检查风机启动、切换逻辑是否正常，风机运行有无异音，风向、风量是否正常；检查柜内继电器是否正常，有无节点抖动，脉冲开关节点是否正常；检查刀闸触头、铜排连接处螺丝有无松动、发热氧化现象；校验整流柜集中指示器快熔显示是否准确；C级及以上检修时还需检查阻容吸收回路有无开焊、断线现象，电阻有无发热氧化现象；小电流试验检查直流输出电压波形是否正常，双套切换直流输出电压变化，波形有无较大抖动。
3 励磁系统事故（故障）分析
当励磁系统发生故障时，首先，要及时保存故障数据以及波形。将故障发生前后一段时间的励磁调节器录波、故障录波器录波、监控事件进行保存拷贝，以便故障分析与处理。其次，将故障元件以及现场情况拍照保存。针对故障区域的各器件相对位置、损坏情况、存在的异物、励磁系统相关的异常报警信号显示拍照保存。最后，将故障设备隔离。根据分析情况拆解损坏部件或修复损坏部分恢复运行。
电站2号机组在15d试运行初期，一次并网运行中报功率柜故障及快熔熔断。随后现场运行人员发现2号功率柜柜顶冒烟，立即启动电气事故停机。将2号功率柜可控硅组件全部取下，发现+B/-B/-C散热器有明显的烧灼痕迹（见图3）。
图4 调节器录波
（2）故障录波器中的励磁变高压侧电流录波显示（见图5），T1时刻前为高压+C-A导通，后应为高压+C-B，此时-B相下方有异物被风机吹到散热器之间，造成-B的AK极短路，此时变成-B-C，BC相间短路造成电流突增。从散热器烧灼痕迹看，-B和-C下方最为严重，散热器与下方铁支撑架有明显的放电痕迹（见图6）。
图6 支撑架放电痕迹
（3）测量6组可控硅正反向重复峰值电压，确定6相可控硅没有损坏。由于散热器有部分烧灼、快熔损坏，故更换了+B/-B/-C相可控硅组件以及6相快熔。检查2号功率柜风道通风正常，柜内灰尘清理干净后，恢复备用。
（4）小电流试验，试验结果正常（阳极电压100V），数据见表2。
表2 小电流试验数据
（5）空载试验，系统运行正常。
为防止类似事故发生，应定期（每月）对功率柜滤网进行清洗或更换，并利用停机机会对功率柜内部除灰。
4 结语
仙游抽水蓄能电站励磁系统性能优良，设备可靠性较高，运行巡视以及日常维护便捷。自投产以来，励磁系统运行稳定，能满足不同工况的运行需求。
论文作者:陈星伊 1 孙领2,余睿3
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/11
标签：励磁论文; 有无论文; 仙游论文; 调节器论文; 系统论文; 异常论文; 功率论文; 《电力设备管理》2017年第3期论文;