在某水電站的應(yīng)用

1、EXC9000勵磁系統(tǒng)在某水電站中的應(yīng)用摘要：結(jié)合EXC9000勵磁系統(tǒng)在某水電站中應(yīng)用，分析EXC9000勵磁系統(tǒng)在該電站中的應(yīng)用并介紹現(xiàn)代勵磁系統(tǒng)的設(shè)計理念和特點。關(guān)鍵詞：EXC9000 可控硅 勵磁控制系統(tǒng)EXC9000 excitation system in a power applicationsZhangzaifengAbstract: combining the EXC9000 excitation system in one power plant, the analysis on the EXC9000 excitation system, and introduces t

2、he application of modern excitation system design concept and characteristics.Keywords: EXC9000 SCR excitation control system引言該電站總裝機3臺水輪發(fā)電機組，接線方式為一臺單元接線，另外兩臺采用擴大單元接線，單母線運行方式；其勵磁控制系統(tǒng)采用EXC9000系列靜止電壓源自并勵整流式勵磁控制系統(tǒng)。其主要勵磁控制系統(tǒng)參數(shù)如下：一、EXC9000在該電站中的應(yīng)用及分析表1 勵磁系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)裝置型號ZSCB9-1000/10.5勵磁方式靜止晶閘管自并激勵磁空載勵磁電流679.0

3、6A空載勵磁電壓87.736V額定勵磁電流1154A額定勵磁電壓185V頂值電壓496V頂值電流2626A輸入流量電壓3×100V輸入測量電流(三相)5A模擬通道電壓調(diào)節(jié)范圍10130Ug自動通道電壓調(diào)節(jié)范圍70110Ug調(diào)差率整定范圍±10電壓調(diào)節(jié)精度優(yōu)于0.5起勵特性兩段式軟起勵，無超調(diào)10階躍特性振蕩次數(shù)<2次，調(diào)節(jié)時間<3秒，電壓超調(diào)量<10階躍量滅磁方式正常逆變滅磁，事故時跳滅磁開關(guān)氧化鋅非線性電阻滅磁工作電源AC400V、DC220V2、勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)分析在動態(tài)調(diào)試過程中，勵磁廠家對勵磁參數(shù)進行了校核與調(diào)整，實驗時可以看到在可控硅整流橋工作時

4、，其直流輸出側(cè)會產(chǎn)生許多尖峰過電壓（晶閘管關(guān)斷過程中產(chǎn)生）。當可控硅整流橋交流輸入側(cè)電源電壓較高時，這些尖峰過電壓值可能會很高。這對晶閘管元件的長期使用會造成一定的影響，為了對晶閘管在換向過程中產(chǎn)生的各種過電壓加以吸收和限制，EXC9000勵磁控制系統(tǒng)采用集中式阻容吸收保護（見圖1）用于整流橋工作時的常規(guī)保護，從而延緩晶閘管的使用壽命。圖中的尖峰過電壓被限制在有效值的23倍，斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓均小于晶閘管的額定電壓，滿足了晶閘管的安全要求，對整流柜的長期穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。圖1 集中式阻容吸收保護原理圖在現(xiàn)代勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計中，針對晶閘管的保護有比較完善的理論。EXC9

5、000系統(tǒng)的晶閘管保護主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）過電流保護。晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類：一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞, 觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等；其中整流橋晶閘管損壞類較為嚴重，一般是由于晶閘管因過電壓而擊穿，造成無正、反向阻斷能力，它相當于整流橋臂發(fā)生永久性短路，使在另外兩橋臂晶閘管導通時，無法正常換流，因而產(chǎn)生線間短路引起過電流。另一類則是整流橋負載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，這類情況時有發(fā)生，因為整流橋的負載實質(zhì)是逆變橋，逆變電路換流失敗，就相當于整流橋負載短路。另外，如整流變壓器中心點接地，當逆變負載回路接觸大地時，也會發(fā)生整流橋相對地短路。對于第

6、一類過流保護采用的是串入快速熔斷器的保護方式，在每個晶閘管回路接入快速熔斷器，并輔以快熔熔斷報警回路和晶閘管斷流檢測手段。對于第二類過流保護采用的是電子電路進行保護，在可控硅閉環(huán)控制環(huán)節(jié)中加入勵磁電流限制器來進行保護。（2）過電壓保護。晶閘管設(shè)備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時，設(shè)備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)。EXC9000采用的集中式阻容吸收保護裝置不僅對可控硅交直流側(cè)的操作過電壓，也對可控硅自身的換向過電壓等有很好的抑制作用。由于晶閘管制造工藝的不斷提高，通常和轉(zhuǎn)子過電壓保護一起共用一個發(fā)電機轉(zhuǎn)子保護器，不再單獨設(shè)置可控硅過電壓保護裝

7、置。（3）電流上升率di/dt的抑制。晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密度很大，然后以0.1mm/s的擴展速度將電流擴展到整個陰極面，若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大，會導致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感，隨著晶閘管制造工藝的發(fā)展，現(xiàn)在不再晶閘管回路串入電感，而是在設(shè)計選型上加以考慮。（4）電壓上升率dv/dt的抑制。加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應(yīng)有所限制，如果dv/dt過大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降

8、，嚴重時引起晶閘管誤導通。為抑制dv/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。若在設(shè)計選型上選擇適當，集中式阻容吸收保護完全可以滿足抑制電壓上升率dv/dt的要求。 （5）該電站的EXC9000勵磁控制系統(tǒng)具有二級超前滯后環(huán)節(jié)，在實際使用中，對于靜止自并勵勵磁控制系統(tǒng)，使用一級超前滯后環(huán)節(jié)即可滿足設(shè)計要求。同時也可以看到各種限制器的數(shù)學模型，在EXC9000勵磁系統(tǒng)中主要的有：欠勵限制器、P/Q限制器、過勵限制器、V/F限制器、調(diào)差功能、低頻逆變功能等。能滿足電站的設(shè)計要求。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的控制方面，EXC9000勵磁控制系統(tǒng)采用了PSS2A控制模型，其特點在于：采用電

9、功率和轉(zhuǎn)子角速度2個采樣值作為電壓控制的附加控制。在一定程度上抑制的反調(diào)現(xiàn)象。因為該電站采用的是快速響應(yīng)的靜止自并勵勵磁控制系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益大、電壓調(diào)節(jié)精度高、負阻尼特性強，而其電力系統(tǒng)是個動態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)，在輸電功率到達一定程度時，電力系統(tǒng)會在沒有明顯擾動的情況下自發(fā)的產(chǎn)生增幅振蕩，或者在大的負荷變動、電網(wǎng)與電網(wǎng)間并列及解列的過程中發(fā)生振蕩。這時如果這個系統(tǒng)的阻尼變?yōu)樨?，將很容易造成帶重負荷、極限功率裕度小的機組失步。所以現(xiàn)代勵磁系統(tǒng)設(shè)計中通常要包含電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制器功能。總結(jié)隨著現(xiàn)代機組容量的增大、高壓長距離輸電的發(fā)展，傳統(tǒng)的老式勵磁控制系統(tǒng)已不能再滿足現(xiàn)代勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計的要求。從

10、而逐漸被快速響應(yīng)的靜止自并勵勵磁控制系統(tǒng)代替。現(xiàn)代勵磁控制系統(tǒng)的設(shè)計要求和理念主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、可控硅的設(shè)計選型。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可控硅晶閘管性能的提高，對于可控硅的安全觸發(fā)和控制一般采用雙窄脈沖觸發(fā)；對于可控硅的保護主要是采用阻容吸收保護裝置抑制其換向過電壓和電壓上升率du/dt以及選擇高性能的可控硅提高其斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓和反向不重復(fù)峰值電壓。2、過壓保護的設(shè)計選型。對于勵磁控制系統(tǒng)內(nèi)部的過電壓保護多采用具有理想滅磁特性的氧化鋅非線性電阻，不僅可以限制轉(zhuǎn)子側(cè)的正反向過電壓，而且對機組的快速滅磁和保護有利。3、勵磁控制系統(tǒng)的功能配置?，F(xiàn)代勵磁控制系統(tǒng)提供了強勵限制和過勵限制、欠勵限