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第２７卷第３期 ２００６年８ Ｊｊ 华北水利水 电学院学报 Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．３ Ａｕｇ．２０ｏ６ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＮｏＡｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｖｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ 文章编号：１００２—５６３４（２００６）０３—００３７—０３ 中小型水电站可控硅励磁系统技术改造分析 王 伟 ，朱达凯 ，姜关武 （１．浙江水电技工学校，浙江杭州３１００１５；２．浙江江山峡口水电站，浙江江山３２４１１６） 摘 要：为了提高中小型水电站运行的安全性、可靠性和综合效率，通过对典型水电站可控硅励磁系统技改成 效的综合分析，证明了基于ＰＬＣ技术的可控硅励磁系统能够提高中小型水电站的运行水平，具有较高的推广 价值． 关键词：水电站；可控硅励磁系统；ＰＬＣ；技术改造；综合分析 中图分类号：ＴＶ７４２ 文献标识码：Ａ 水轮发电机励磁系统作为水电站中水轮发电机 的一个重要组成部分，承担着向发电机转子提供励 磁电流的重要功能，因此励磁系统的性能好坏直接 影响整个水电站的运行状况．随着电力系统的发展， 对电力系统运行稳定性和机组运行可靠性提出了更 站，目前迫切需要解决的问题之一是对可控硅励磁 系统根据实际情况进行有效地技术改造，以提高中 小型水电站的安全运行水平和经济效益． ２励磁系统技术改造方案举例 峡口电站位于浙江省江山市峡口镇，距江山市 区约４２ ｋｍ．水库集雨面积３９９．３ ｋｍ２，多年平均降雨 量１ ８５６．６ ｍｍ，水库正常库容４ ６８０万ｍ３，是一座以 灌溉为主，结合防洪、发电、养鱼等功能的水库．电站 原总装机容量为１２ ０００ ｋＷ，有４台立式水轮发电机 高要求，迫切需要性能优、功能多和可靠性高的励磁 系统，以满足电力系统稳定及综合自动化的要求． １浙江省中小型水电励磁系统的现状 浙江省可开发水电装机约８００万ｋＷ，其中可开 发的小水电为４００万ｋＷ左右．截止２００３年底，全省 小水电装机近２３０万ｋＷ，小水电开发在全国处于领 先地位，水电建设已为浙江省山区脱贫致富和农村 经济发展作出了很大贡献 １．２ Ｊ 浙江省的水电事业在取得成绩的同时，也暴露 出一些问题：在水电站励磁系统方面，很多小型水电 站机组还在采用直流励磁机、交流励磁机和电抗分 流等相对落后的励磁方式．对此，很多水电站都先后 采用了可控硅励磁系统．在运行实际中，可控硅励磁 组，其中１ ，２ 机组的单机容量为４ ０００ ｋＷ，于１９７３ 年５月投产；３ ，４ 机组系电站利用原输水隧洞流 量富裕的特点进行增机扩容，单机容量为２ ０００ ｋＷ， 于１９９７年３月投产．由于１ ，２ 机组至今已运行３０ 多年，主要机电设备超期运行，发电机绝缘老化，发 热和噪声严重，效率低下，严重影响了电站的安全高 效运行．电站根据具体情况对１ ，２ 机组予以报废 重建，重新设计安装机组，同时，对１ ，２ 机组的相 应辅助设备及测量、控制、保护等系统进行了改造， 励磁系统即为改造的重点之一 ２．１励磁系统改造的原因 系统不可避免地产生一些故障，这不仅影响水轮发 电机组的安全、经济运行，而且严重时导致电力系统 电压不稳定 １ ，２ 机原励磁装置为ＪＬ—ｌ２型三相半控桥 式可控硅励磁系统（原理如图１所示），其调节器系 因此，对于采用可控硅励磁系统的中小型水电 收稿日期：２００６—０５—０８；修订日期：２００６—０６—２０ 作者简介：王伟（１９６９一），男，浙江杭州人，浙江水电技工学校讲师，浙江工业大学在读硕士研究生，主要从事机电控制及水 电站自动化方面的研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com
华北水 利 水 电学 院学报 ２００６年８月 晶体管分立元件模拟型可控硅励磁． 图１ ＪＬ—ｌ２型励磁系统原理方框图 可控硅励磁系统投人运行以来，一直不够稳定， ４．带有动触头的给定电位器长期使用后容易 随着运行年数的增加，暴露出来的问题越来越严重， 磨损老化，轻者接触不良，造成装置运行的不稳定， 影响了设备安全运行．电站曾对该可控硅励磁系统 重者形成开路引起失控． 的某些易损件进行过升级换代，对某些电路做出局 ５．调节器的工作电源部分很不稳定． 部改进，虽有所改善，但由于原理和构造上的欠缺， ６．许多元器件已属于淘汰产品，其备品备件很 励磁系统仍然存在下列问题： 难购买． １．由于传统的模拟型励磁调节器内大部分元 ２．２改造方案的确定 器件为晶体管分立元件，易发热，易损坏，故障率较 经过多次技术经济比较，峡口电站最终决定采 高，且故障查找很困难，检修、调试工作量极大． 用ＦＪＬ微机型自并激静止可控硅励磁系统，该系统 ２．因元件的分散性影响了脉冲的对称性，电路 励磁主回路以三相全控桥式整流取代三相半控桥式 的积累误差也影响到各工况的线性对称，因此三相 整流，励磁调节器采用可编程序控制器控制、单片机 脉冲平衡对称性能较差，波形畸变偏大，调试相当 监控的新型励磁调节器——Ｄ ０００型励磁调 困难． 节器． ３．接插件较多，印刷板插件与插座之间个别接 ２．２．１调节器的总体结构 触不良以及印刷板内元件虚焊等引起励磁装置运行 ＤＬＴ６０００型励磁调节器的总体结构示意图如图 不稳定和不可靠，且这种不良现象难以查找． ２所示Ｌ３ Ｊ． 图２ ＤＬＴ６０００型励磁系统原理方框图 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２７卷第３期 王 伟等： 中小型水电站可控硅励磁系统技术改造分析 ３９ 其主要硬件资源包括：町编程控制器（ＰＬＣ）、智 能操作屏（ＩＯＰ）、励磁调节板、移相触发模块、总线端 子板、测量用电压互感器及电流互感器、中间变送单 开关的负担，延长了使用寿命，而且灭磁时间短能有 效抑制甩负荷后的过电压等． ２．高集成度的移相触发脉冲克服了以往由分 元、信号综合板和继电器端子板等部分．其中，可编 程序控制器（ＰＬＣ）、励磁调节板和移相触发模块作 为ＤＬＴ６０００型励磁调节器的核心部件，用于实现数 字给定、ＰＩＤ调节、脉冲输出、故障检测等主要功能． 测量用电压互感器及电流互感器通过中间变送单元 立元件组成的移相触发电路的繁琐、维护困难、可靠 性差的缺陷． ３．利用ＰＬＣ的软件功能，实现＿ｒ大部分和 保护功能，实现了保护和功能软件化．过励 整定为１．０８倍额定电流，强励约为１．８０倍额 定电流，强励时限整定为２０ Ｓ，过励保护动作值设定 变换输出的模拟量总线连接到调节器抽屉．操作继 电器等开关量通过开关量总线连接到调节器抽屉． 总线端子板用于总线合成，在ＤＬＴ６０００型励磁 调节器中，模拟量总线和开关量总线合成为一条总 在３．１０倍额定励磁电流． ４．利用一个主通道和一个备用通道，通过外部 总线连接，可自动切换通道，互为备用，更加可靠． ５．能零起升压，可从机组残压（发电机额定电 线．由于采用总线结构，可以灵活组态成多通道调节 器．信号综合板用于实现信号转换、逻辑控制．继电 器端子板以继电器无源接点的形式输出与励磁系统 有关的各种状态信号和故障信号，供电站中控系统 使用［引． ２．２．２励磁调节器的主要特点 压的１％一２％）开始连续调节到任意值，在全范围 内均为闭环运行，在任意给定点均能稳定运行． ６．专门配置了一块单片机用于调节器的电源 故障、脉冲故障、软硬件故障的检测，彻底摈弃故障 自我诊断方式，从根本上防止了漏发、误发故障信 号，充分保证了故障时通道间的顺利切换和励磁系 统的正常运行． ＤＬＴ６０００型励磁调节器集中了微机数字式调节 器及集成电路模拟式调节器的优点．首先，该励磁调 节器实现了功能软件化，使模拟式励磁调节器大部 分调节功能与控制功能软件化，解决了模拟式调节 ７．ＤＬＴ６０００型励磁调节器在运行的同时，还通 过ＰＬＣ的ＲＳ一２３２Ｃ串行通讯口将采集到的发电机 器硬件多的矛盾．其次，采用了线性集成电路的ＰＩＤ 调节器，解决了计算机调节器需要大量模拟量、开关 量等Ｉ／Ｏ接口器件的问题，且梯形图编程比其他计 算机语言简单、易学，实现了经典的ＰＩＤ调节电路与 最新的数字电路技术的完美结合．本装置功能强大， 应用范围广，各项性能指标均达到或优于标准要求， 组参数、励磁系统参数以开放的通讯规约实时地传 送出来，供调试软件进行监测． ８．设计了近方、远方２套操作方式，无论是在 现场还是在中控室均能实现对励磁系统的控制． 参 考 文 献 ［１］周双喜，李丹．发电机数字式励磁调节器［Ｍ］．北京：中 国电力出版社，１９９７．２７—４８． 其突出优点为： １．用三相全控桥取代传统的三相半控桥，可利 用逆变来实现快速灭磁，即由控制信号使全控桥的 控制角由小于９０。的整流状态突然退到大于９０。的最 小逆变角，进入逆变状态，快速灭磁，且灭磁时间短 （不超过５ Ｓ），具有简单、快速、经济的特点．故障时， 可联动跳灭磁开关实现快速灭磁，这样减轻了灭磁 ［２］朱达凯，王伟，金永琪．小型水轮发电机可控硅励磁系统 故障原因分析及技改研究结题主报告［Ｒ］．杭州：浙江 水利水电学校，２００６． ［３］ＤＬＴ６０００型励磁调节器用户手册［ｚ］．广州：广州电器科 学研究所，１９９８．２—８． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＳＣＲ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｍａｌｌ ａｎｄ Ｍｉｄｄｌｅ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ ，ＺＨＵ Ｄａ．ｋａｉ ，ＪＩＡＮＧ Ｍｅｉ．ｗＵ （１．Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉａｋｏｕ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｈａｎ，Ｊｉａｎｇｓｈａｎ ３２４１１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｓａｆｅｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＣＲ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｎｌ ｆｏｒ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ，ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ＳＣＲ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ，ｃａｎ ｒａｉｓｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ－ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ＳＣＲ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ＰＬＣ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
