[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] The NO.1 Unit Generator of Manwan Hydropower Plant adopts Guangzhou Qingtian EXC9200 excitation system. According to the operation of the EXC9200 excitation system in the Manwan Hydropower Plant, this paper introduces the structure, principle,pulse transmission, current sharing technology, fan control and communication technology of intelligent excitation system.
[Keyword] Intelligent EXC9200 Manwan Hydropower Plant Application
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。
论文作者:肖瑞怀1,杨江磊2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
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