无锡市城市防洪工程管理处 江苏无锡 214031
摘要：作为泵站电气设备的重要组成部分，励磁系统对同步电机的正常启动、运行有着重要影响。本文简要介绍了大型同步电机励磁基本原理，WKLF-102型励磁装置的技术性能、优点，以及在无锡仙蠡桥枢纽技术改造中的应用。
关键词：大型泵站；励磁系统；技术改造
1.工程概况
仙蠡桥水利枢纽工程位于无锡市南部，梁溪河与京杭大运河的交汇处。是无锡市运东片大包围的口门之一，工程分布于京杭大运河的南、北两侧。工程由南、北枢纽和连接南、北枢纽的穿运地涵组成。南枢纽位于京杭运河的南侧，包括净宽20米的节制闸两座；北枢纽位于京杭大运河的北侧，包括流量每秒75立方米的泵站、宽度为16米的节制闸各一座；穿运地涵为沟通南、北梁溪河的建筑物，由过水能力为每秒30立方米的地涵及南、北涵首组成，工程具有防洪、排涝、航运和改善城市水环境等综合功能。工程自2006年6月建成投运，截至2017年，泵站已累计运行约3100台时，调排水量1.67亿立方米，为无锡市主城区的防洪保安和水环境改善做出了突出的贡献。
2.改造缘由
仙蠡桥枢纽原先与主电机配套的为WKLF-11D2型励磁设备，从06年中期开始运行，至2014年5月技术改造前，累计运行超过800小时。期间未发生一起重大故障，日常最主要的问题是各模块比较容易损坏，主要包括：通道板、主机板、脉冲放大板、前置变换板、切换板（最易坏）。据统计：通道板更换过2次，前置变换板更换过2次，切换板更换过4次，平均每100小时就有1次故障发生。平时设备在主泵房内运行，工作环境并不恶劣，励磁设备的频繁故障不但给主机安全运行带来隐患，也为负责管理设备人员的工作带来了极大的负担，维护费用大幅上升，针对该情况，管理处根据实际经费情况，决定对仙蠡桥枢纽的励磁系统分批进行升级改造：2014年5月，对1-2号主机励磁系统改造；2015年5月，对3-5号主机励磁系统改造。
3.WKLF-102型励磁装置简介
3.1同步电机励磁的意义：
励磁电源是同步电机的重要组成部件之一，其各项性能指标不但对电机能否顺利牵入同步有影响，对电机长期稳定运行有影响，更对同步电机的安全运行有影响。所以提高励磁装置的性能对同步电机有重要意义。
3.2 WKLF-102技术性能与特点：
3.2.1结构设计先进：
为了降低电路设计的难度，简化设计过程，采用数字信号处理、可编程逻辑器等超大规模集成电路。主控制线路板为6层板结构，控制单元使用构架为32位的单片机，主控制CLK为150兆赫兹，提高励磁调节能力并增强其对信号的处理速度。为使信号测量不受现场干扰，采用多达16CH的端口，进行高速率的信号采集，平均采样周期为20毫秒，并通过单片机内部自带的核心算法，进行电信号的基波数值计算。
3.2.2人机界面友好：
设备所有参数可以实现在线控制：设备运行的参数可以实时的进行更改，并即时生效，参数包括正本与副本加上验证码，参数存放在芯片的可擦写存储单元中，当设备正在使用的配置文件产生失效时，软件会主动按副本配置文件执行，设备带有断电保护功能，保证在断电情况下，数据不会发生丢失。设备同时带有电容屏式触控显示模块，支持多点触控，彩色液晶显示，设备也支撑传统的按钮操作，软件运行环境为微软的X86操作系统，主控电脑通过串行数据总线与控制台相连，并通过无限路由器连接到互联网上，可以实现远程操控。
3.2.3异步启动稳定：
电动机进行异步开启时，可以实现速度的稳步提升，并可以灵敏的捕捉到滑差，以达到投全压时的励磁控制，以及反极性投励，并且工作与投励时无震动与冲击。设备附带有零压时投励功能，以保证设备在较低负载情况下投励的稳定性，以实现电机在低电压与满电压状态下可以平稳启动与运行。
3.2.4调节方式多样：
设备设有三种对励磁控制与调节的模式，即自动调节，手动调节与开环调节分别用Manual 、Auto、Open表示。Auto mode采用双向闭路励磁调节，内与外双环闭路，其中内环通过电流进行调整，外环通过功率因子进行控制。利用功率因子控制本身带有高低档位的限制功能，可以保证电机在较低负载情况下的工作的可靠性，限制其超负荷运行。Manual mode通过电流的调节实现对励磁进行控制。在Manual mode与Auto mode均失效的情况下，Open mode即开始工作，系统进入保护模式，为了保护系统的正常运行，在Open mode下一切闭环调节都将失去作用。上述三种控制模式可以自由切换，并保证切换时运行的稳定性。
3.2.5记录功能强大：
系统带有LOG日志记录功能，能打印并存储最近发生的1000多条日志信息，对于每一次调节，控制，以及发生的事件都完整的进行记录，包括断电，设备故障等事件，并同样带有断电保护功能。
3.2.7系统性能可靠：
励磁系统可靠性十分重要。WKLF-102型励磁装置更加“模块化和集成化”，其核心部分是“双备份微机处理系统”，这也是区别于传统全控整流励磁装置而能实现不停机更换励磁部件的关键[4]。该型设备电气原理如图1所示。当设备（包括主机与备用机）正常运行时，通过手动切换模式制定主机的通道；在故障发生时，如电源设备失效，软件失效，调节器或限制电路失效发生时，系统将自动切换到备用机进行控制，如果此时备用机也发生失效，系统将自动转Manual mode与Open mode，以保护系统，如遇到更严重的故障，系统将自动跳闸断电，进行自我保护。
图1：电气原理图
4.改造效果
本次改造只更换了励磁装置，仍然使用原有的干式励磁变压器。两批次5套WKLF-102型微机励磁装置在仙蠡桥枢纽安装调试完成后，从3年多实际运行情况来看，改造效果良好。
(1)装置性能可靠。投励、牵入同步、灭磁等环节平稳可靠。自2015年5月改造后机组投入运行以来，经过多次开停机未发生一起因励磁导致的投励失败、未及时灭磁等故障。
(2) 操作简单快捷。相比原来的WKLF-11D2型设备，新设备绝大多数操作都可以通过触摸屏进行，柜体上不再有众多的按钮和开关，操作既简单又快捷，大大减轻了工作人员的负担。
(3) 设备故障率低。改造至今5套设备中最长运行时间840小时，最短260小时，未因故障更换过一次配件，大大提高了主机运行安全性。
(4) 事件查询方便。2017年10月2日，5号机组在正常运行中主机意外跳闸，后等检修人员到现场，通过在励磁系统触摸屏上调取事件记录，第一时间排除了励磁系统故障的可能，最终确定是由于主机转子温度保护误报警所致，从而及时解决了问题。
城市大型排涝泵站的技术改造，电气设备是重点之一，而其中励磁设备更是重中之重。无锡仙蠡桥枢纽使用WKLF-102型励磁装置进行技术改造后，有效降低了设备的故障率，减轻了维修养护精力与经费，提高了机组安全性，提升了泵站自动化程度，充分发挥了工程效益，取得了令人满意的效果。
参考文献：
[1] 张一峰, 孙春荣, 丁伟,等. WKLF-101/102励磁装置在盐官枢纽泵站的应用[J]. 新农村:黑龙江, 2010(5):108-109.
[2] 阎红梅, 张静西, 刘宝勤. WKLF-102型微机控制励磁装置在大型泵站的应用[J]. 西北水电, 2011(6):53-56.
作者简介：胡世军（1984-），男，江苏无锡人，工程师，工学学士，主要从事城市防洪大型泵站运行管理工作的研究。
华烨（1983-），男，江苏无锡人，工程师，工学学士，主要从事城市防洪大型泵站运行管理工作的研究。
论文作者:胡世军,华烨,朱姗姗
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/4
标签：励磁论文; 设备论文; 泵站论文; 枢纽论文; 系统论文; 装置论文; 发生论文; 《防护工程》2018年第29期论文;