同步发电机励磁控制部分的升级改造及调试探讨.doc

同步发电机励磁控制部分的升级改造及调试探讨四川达州电业局 谯兴宇 提要: 我单位很多小水电同步发电机组的励磁系统都是80中后期和90年早期产品，都进入故障维修多发期，对该类设备改造升级势在必行。在升级改造过程中，进行正确的产品选型配套、设计、安装、调试是升级改造成功的关键，本文针对这一过程进行详细阐述，并对调试过程进行重点论述，用开环方式对系统各部件分别调试，然后用闭环方式的组合运行试车，此方案各步骤目的明确，在调试过程中就能有针对能区分故障范围，减小现场运行调试的难度，保证调试工作顺利优质地完成。关键词：起励励磁控制器; 设计选型; 改造经过；现场调试；充磁回路完善四川达县青宁电站在2010年“7.18”洪灾中，机房进水被淹，导致电气设备全部进水。电站维修过程中发现该电站的同步发电机的励磁系统装置是九十年代早期产品，电路部分是分立元件插件式的电路结构，长期运行至今其控制和触发部分的故障率较高，现在已经进入维修更换期，且被水浸泡后，部分元件已无法辨别其型号，又无图纸核对，给维修工作带来了一定的难度，公司针对这一情况成立科研课题小组，对2台可控硅励磁系统进行升级换代改造，即保留原来的柜体、晶闸管和整流变压器以继续使用，只对控制核心部位励磁控制调节部分进行更换，减小维修成本。现就升级改造及调试过程进行详细论述。一、设计选型：在设计过程中，科研小组对不同型号的发电机起励励磁控制器的价格、性能、改造难度等因素进行综合对比，决定采用深圳普威尔公司的一种产品发电机起励励磁控制器（GLC-01B型），该装置把晶闸管可控整流控制技术和发电机起励技术有机地结合在一个装置内，装置包含了发电机的起励和可控硅整流的全部核心技术，可靠性高，维修互换性能较好，能保障发电机励磁部分安全可靠运行。广泛用于同步发电机励磁屏柜作起励、励磁和控制三合一用，能满足发电机单机运行、并网运行、调相运行等不同的技术要求。其功能有：1晶闸管移相触发电路；2三相同步移相变压器；3.自动手动的给定调节 ；4.无功功率调差 ；5.有1.6 倍电压强励功能；6.机端过电压降励；7.残压起励电路；8.三相相序检测；9.励磁电压数字显示；10.过低频保护；11.灭磁功能。完全能提供稳定可靠的励磁电流满足同步发电机需要，且该装置改造接线简单，外接线路共15根线（见图一），调试方便。根据厂方提供的技术资料，结合电站现有材料科研小组设计出施工图纸，用电子邮件的形式和厂方技术人员取得联系，厂方建议增加RC保护电路和RO负载电阻, RC的作用是：能量转换过程中消耗能量，并抑制在LC回路引起的振荡，保护可控硅整流装置。 R0的作用是：在励磁单机调试时（不连发电机）充当可控硅的负载电阻；此外R0可泄放少量的励磁电流（约1/20的额定电流），使小电流工作时励磁保持稳定。设计完成后通过电子邮件同厂方技术人员交流， 图纸得到他们的修改认证后。并购买该厂家的起励励磁控制器（GLC-01B型）和相关配套产品。二、改造经过:拆除跟设计中无关的元件。根据设计和原来柜体尺寸，合理布局安装，加工电机起励励磁控制器（GLC-01型）固定支架。根据图纸订做端子号码管。把起励励磁控制器（GLC-01型）的出线引至端子排，外接线路从端子排接入至励磁控制器。外接有电流互感器调差电路，即从发电机C相用200/5的互感器的电流经5/0.5A的串心式电流互感器二次转换接入起励励磁控制器内,增加的RC保护板和RO负载电阻接到平时维修不易碰到的上部。从发电机配电屏的开关下桩头引入三相电源至可控硅控制屏控制开关1QF开关的上桩头处， 1QF开关控制整个可控硅励磁资置的励磁电源，从1QF下桩头经保险分别控制变压器和2QF控制起励励磁控制器并安装三相冷却风扇，把没有更换的励磁整流变压器浸漆烘烤后重新安装固定，更换整流部分的晶闸管，并配上相应的控制保险。安装完毕后认真仔细核对图纸逐一检查，确认接线正确和相关元件处于完好状态后准备进行现场调试。三、现场调试1、外加电源试验：先断开1QF上桩头上连接线，断开可控硅装置至发电机的励磁出线。把网上电源A、B、C三相电源接入励磁装置1QF下桩头，接线如图所示，检查接线无误后合上试验电源开关，起励励磁控制器（GLC-01型）励磁电压表有电压指示，相序指示灯较亮。根据厂家资料证明试验接线相序不正确，用相序表重新核对相序后正确接入，相序指示灯微亮。调节手动或自动控制电位器，励磁电压变化平稳，励磁电平表指针转角越大 。晶闸管导通角就越小，触发电压越低，输出的励磁电流就越小，反之励磁电平表指针转角越大。关闭脉冲开关能切除触发电压，使晶闸管停止工作，闭合关闭脉冲开关能恢复触发电压，使晶闸管正常工作；用万用表测量三相触发电压接近一致，用钳形电流表测励磁整流变压器输出电流接近一致。手动恒压和自动恒压切换正常。检查试验证明起励励磁控制器（GLC-01型）调节部分正常。关闭灭磁开关，观察可控硅屏的直流电压，搬动起励开关后电压表指针出现波动后迅速指针归零，证明起励回路正常。在建压后后保护动作，能断开起励充磁电源，保护起励设备。两台起励励磁控制器（GLC-01型）通过此种方法试验后都正常，可进行起励发电试验。2、起励发电现场调试：在电站全部恢复工程结束后，到电站进行起励现场调试，检查发电机励磁绕组绝缘阻值符合标准，各种接线正确无误的情况下进行1号发电机起机试验。当水轮发电机转速达额定转速的85%左右时，首先把手动（自动）控制电位器调到4左右，接入起励转换开关，不能建压，指针没有摆动的现象，说明该发电机从已无磁，需外加充磁电源，外加6V直流电源充磁，发电机正常起励建压。闭合DZ20-100A/3340外加充磁回路，发电机正常起励成功，DZ20-100A/3340开关能自动跳闸，自动退出充磁回路。手动恒压或自动恒压电位器能正常调节，电流表、电压表指示正确，用相序表测试可控硅三相接线正确，相序指示灯微亮。进行自动恒压和手动恒压转换时，晶闸管能够维持励磁输出电源保持恒定；关闭脉冲开关，发电机失磁，电压消失。重新起励成功后准备进行联网并机试验，先确认配电屏上的负荷刀闸开关已拉开，断路器开关处于断开位置后，先合上断路器开关进行跳闸试验结果显示正常，合上断路器开关后准备进行并机试验前，大约半小时左右突然励磁电压、励磁电流失控，立即调节励磁电位器，无论转换在手动控制或自动控制，可控硅失控后不久起励励磁控制器（GLC-01型）灭磁、断路器开关立即跳闸。为了确定故障，外接电源重复试验接线图一的方法进行试验，起励励磁控制器（GLC-01型）调节正常无故障。对发电机滑环部分进行检查，发现滑环上部轴承漏出的黄油脂小点喷洒在上滑环表面形成油膜，用500V摇表测试绝缘其阻值较低，形成滑环处油膜接地短路，造成晶闸管失控，起励励磁控制器（GLC-01型）保护灭磁。通知维修人员重新对两台发电机上轴承进行处理（经检查确认油膜形成是由于发电机轴承使用黄油不当造成），在处理完毕后通知到现场重新对可控硅进行调试，在正常起励成功后，对1号可控硅进行调差试验，调试时先把调差强度电位器关至最小，让发电机尽量少发有功功率，带一定的无功功负荷（有功/无功约为1/4），然后把调差电位器开大，若此时无功减少，调差接入的极性为正确的正调差。在2号发电机并列后， 机组的电流表和无功表不正常摆动，则这台机组接成了负调差，立即关机把调差电流互感器接头对调。在核对调差极性正确后，分别调节两台机组的调差电位器和发电机负荷，比较两台机组，使之达到合适的无功分配。由于两台都是一机一变，根据厂家要求，关断调差功能。在检查2台同步发电机运行正常后，对厂家提出的调试项目如残压起励电路、灭磁功能、强励功能、机端过电压降励、过低频保护、三相相序错误等项目分别在1号、2号同步发电机组进行了试验，都能正确保护、无异常后，确认起励励磁控制器（GLC-01型）在发电机组运行中保护正常。改造半年后该站反馈回来的信息是起励励磁控制器使用方便，运行稳定.。四、完善备用充磁回路。在运行过程中，发现当发电机失去剩磁后，外加6V充电电源比较烦琐，加上小水电地处偏僻，起不起励磁的情况不多，一旦碰上发电机失去剩磁，遇上值班员业务操作不熟练，就会造成几小时或者更长的时间停机，造成发电损失。科研小组经过反复试验，在设计上利用网上电源220V，外接200VA的整流变有压器，在12V输出端接一只50A的整流二极管进行半波整流后得6V直流电源，开关选用带分励线圈和常开、常闭触点的DZ20-100A/3340型塑料开关。其原理是在该备用充磁回路开关的分励跳闸线圈回路上串连一对常开辅助触点，只有当该开关闭合时分励线圈回路才闭合形成工作回路，当发电机起励成功后的输出电压达到线圈的动作电压值（一般为额定电压的75%左右）后动作，起励电源开关立即由闭合到断开状态，此时分励线圈串连的辅助触点由闭合转换成常开触点断开备用充磁电源回路。保证起励成功后自动退出备用充磁电源。经过现场改造后反复试验，可靠度较高。同时设置在故障情况下进行强励试验，也能快速断开备用充磁电源回路电源，避免强励使可控硅励磁系统故障扩大化，具有较高的可靠性。通过试验和半年多的实践运行经验证明，该备用充磁电源系统能使同步发电机在可控硅静止励磁系统在无故障的情况下都能成功起励，具有推广价值。四、新旧可控硅比较旧式可控硅安装于90年代初，可控硅控制部分控制属晶体管放大电路构成，运行近20年，各电子元件性能参数、稳定性都变差，导致三相移相触发控制存在不一致，输出电流不稳定、波动较大、由于使用年久各元件参数，无法清楚辨别，给维修带来了一定的难度。新型可控硅起励励磁控制器（GLC-01B型）相比较，其优越性主要体现在。1、在可控硅保护上更完善、更可靠；2、三相移相触发控制输出电流波动不易控制；3、改进了起励充磁回路，增加起励回路作后备保护（备用充磁电源）；3、增加了手动和自动控制功能，当手动或自动控制一个出现故障后，可切到另外一种模式运行，不影响生产发电，减少了发电损失；4、励励磁控制器外接线只有接15根，线简单，改造接线方便；5、增加RC保护电路和RO负载电阻，使保护更完善。6、互换性能好，该设备如需进行更换维修该设备，备件安装只需十分钟左右便能完成；7、改造资金少（改造一台约需3000元左右）、时间短。六、结语1、在设计先型时要和厂方技术员沟通，保证最好的选型设计方案，是保证同步发电机运行的稳定和可靠性的关键。2、起励励磁控制器（GLC-01B型）系统内各部件的功能正常，控制发电机和起励控制器相序相位不正确，能起励但运行不稳定，容易形成故障，因此相序检查是安装调试的重点。3、发电机组的励磁绝缘直接影响试机的成败，特别是滑环处软故障的出现，容易造成故障的误判，影响调试工作的进程。4、在判断故障时可把闭环拆为开环，区分是发电机组励磁部分故障还是起励励磁控制器故障，缩小故障范围，也为维修同步发电机可控硅励磁系统提供参考。4、在调试工程中确认发电机组励磁部分和起励励磁控制器都正常后，进行并网试车。根据厂家提供的试验方案进行，做到步骤目的明确，是最可靠和最优化的现场试车方案。5、 本文的方案对新机组的试车投运、旧励磁系统重新改造、对可控励磁的维护和维修等工作具有参考作用，对其它的整流、励磁设备的调试维修也有借鉴作用。参考资料：1、深圳市普威尔电气技术公司GLC-01B型发电机起励励磁控制器说明书。2、现代同步发电机励磁系统设计及应用（第二版）3、小型同步发电机的可控硅励磁 （水利电力出版社）作者：作者：作者 谯兴宇：助理工程师谯兴宇、男，四川达县人、现年40岁，助理工程师。从事小水电电气二次和可控硅维修15年，具有丰富的实践经验。陈强 ：高级工程师，指导老师地址：四川达县南外镇汉兴街728号（电力公寓）联系人：谯兴宇 邮编：635000电子邮箱：841760206联系电话:135681973377- 7 -