GER3000励磁系统装置在枫林水电站的应用

摘要：　介绍吉林省枫林水电站的GER3000励磁系统装置。结合工程实践，描述该励磁装置的结构和技术要求，电站全厂微机监控系统在机组运行中对励磁装置的远程监控。为其它同类型中小型水电站、旧电站设备更新改造设计提供辅助参考。

关键词：　水电站；励磁系统；微机监控；中小型水电站；旧电站改造

中图分类号：TQ71 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1120037－02

1　概述

吉林省枫林水电站安装4台立式水轮发电机组，单机容量为8MW，机组出口电压为6.3kV，额定机端电流916.4A，功率因数为0.8，总装机容量为32MW。

枫林电站机组采用南京申瑞电力电子有限公司独立自主开发的新一代网络化微机GER3000励磁系统装置，是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（SoC）为核心，配以超大规模现场可编程芯片而构成的新型励磁调节器。额定励磁电压205V，额定励磁电流485A，采用了现场网络技术和智能化的设计思想，改变了传统励磁系统结构和数据信息交互方式，大大简化了励磁设备之间的连接，增大了数据和信号的传递，使设备可靠性得到提高，维护更加容易。硬件实现了真正的模块化，即插即用，随时升级。

2　励磁装置的结构和技术要求

抚松水电站水轮发电机组励磁装置为自并激励磁系统，由励磁变压器、可控硅整流装置及灭磁过电压保护装置、励磁调节器、起励装置、励磁控制保护信号装置等组成。下面分别描述：

2.1　励磁变压器

励磁电源变压器采用环氧浇注干式变压器，为自然通风、空气冷却，并带有外罩。额定容量315KVA，Y/d-11接线；变压器的容量除满足机组最大容量下的强励要求并满足各种工况的需要外，还应考虑绕组中谐波电流引起的附加发热，并应留有一定的裕度。

2.2　可控硅整流及灭磁过压保护装置

可控硅整流装置采用三相桥式全控整流电路。交直流阻容吸收，桥臂快熔保护、快熔联锁保护，进口ABB可控硅，单桥额定输出电流800A，交流侧配隔离刀闸，方便退出故障功率柜，以便进行检修。可控硅元件及熔断器等为组件型式，并具有互换性，便于测试，检修或更换。

2.3　灭磁及过电压保护部分

DMX-600/2/1灭磁开关，氧化锌非线性灭磁电阻及过电压保护装置、起励集中装于可控硅整流及灭磁过压保护柜中，灭磁柜上设置转子回路转子电流表、转子电压表，以及直流电流变送器、直流电压变送器。变送器输出信号DC4～20mA至计算机监控系统。

灭磁方式为逆变灭磁和灭磁开关灭磁。

正常停机时采用：逆变灭磁；

事故停机时采用：灭磁开关＋非线性灭磁电阻灭磁。

2.4　励磁调节器

微机励磁调节器有两套互相独立、互为备用的励磁调节控制器，每个控制器均含有一个自动通道和一个手动通道。

2.5　励磁柜

屏柜结构及元件布置应充分考虑到器具更换、维护及检修的方便，并具有通风、散热和防震措施。每个整流柜都设置直流出口电压表和电流表。其交流电源侧设交流电压表并可切换测量三个线电压。可在灭磁柜上装设转子回路电流表和直流电压表。在励磁调节屏上装发电机电压表和无功功率表。仪表和操作开关布置在宜于监视和操作的位置。励磁调节屏及整流柜设有防尘措施，励磁柜带有温度控制的防潮加热器，防潮加热器能把柜内温度升至环境温度以上10k。

工艺应严格执行IEC有关标准。

3　全厂计算机监控系统对励磁装置的远程监控操作

枫林电站配置全微机自动监控系统。电站计算机监控系统采用工业微机加可编程控制器结构，分层分布配置方式。对发电机的电压、无功功率及励磁电流的调节可在现地及中控室进行。可以通过电站的计算机监控系统的现地LCU，以串行口通讯和开关量接口方式向励磁装置发送调节命令，给出无功或电压的设定值，并能够采集励磁系统的各种信号。

3.1　励磁系统的调节控制

励磁系统的远方能进行下列操作：

接受远方正常开、停机指令，进行开、停机顺控操作；

励磁调节通道之间切换；

励磁自动电压调节/电流调节选择；

励磁增/减操作；

无功功率设定；

磁场断路器分/合闸操作。

励磁系统装设有远方/现地切换开关，当切换至远方时，现地仅允许进行灭磁开关跳闸操作，切换至现地时，能闭锁电站监控系统的控制、调节命令，仅允许接受灭磁开关跳闸命令；灭磁开关具有跳闸动作记录功能。灭磁开关可实现现地或远方通过电站计算机监控系统操作，也可通过继电保护实现自动跳闸。灭磁开关跳闸回路串入发电机出口断路器常闭接点进行闭锁。

机组起动后，转速达90％-95％额定值时投入起励回路，当机端电压上升到20％额定空载电压时，投入自动励磁调节器，切除起励回路，机端电压上升到额定值。满足机组自动准同期、手动准同期方式并网的要求。

励磁系统装置在自动方式时，其手动单元能跟踪电压变化，当突然切至手动时，发电机电压无波动。在由于PT断线所引起主反馈消失时，能从自动切至手动，并对“手动/自动”方式有显示和报警。

3.2　励磁系统的保护信号装置

励磁系统设置有相应的保护、自动检测单元、监测仪表、测试孔等以保证励磁装置正常运行和调试所需，每一个保护装置动作和状态检测信号都可以在现地柜信号器显示。提供2对电气上独立的接点，并配线到端子排，供电站计算机监控系统用。所有保护和检测信息还能通过励磁调节器通信接口送至电站计算机监控系统。

励磁系统至少设置有下列保护：

可控硅元件的过流和过压保护；

励磁变压器低压侧过压保护；

PT断线保护；

整流柜冷却风机故障、电源消失

励磁系统直流侧过流保护；

励磁绕组过电压保护；

转子接地保护。

励磁系统设置有下列信号检测：

冷却风机故障，风机电源消失；

触发脉冲消失；

功率整流桥熔断器熔断；

低励限制器动作；

过励限制器动作；

V/Hz限制器动作；

励磁调节器控制电源消失；

定子电流限制；

励磁控制回路直流电源消失；

调节器电压互感器断线；

发电机磁场断路器异常跳闸；

自动/手动控制通道自动切换动作；

调节器工作/备用自动切换动作；

强励动作；

起励失败；

自动跟踪故障；

模拟信号：提供下列量的直流420mA模拟量输出设备：励磁电压、励磁电流。

其他显示信号包括：模拟量采集显示，整定值采集显示，操作及故障显示，调节器工作状态显示，电源故障显示，中断及同步信号状态显示，PT参数显示等信号。以上信号除现地显示外，分别有空接点引到端子排，供计算机监控系统机组LCU用，另外，解列机组的信号单独引出至机组机电保护屏。

4　结束语

枫林水电站励磁系统不仅具有早期的微机型励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、抗电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护等功能由嵌入式、模块化软件实现，交流信号、直流信号等经高速AD采样并经DSP计算实现采集，另外该系统能根据不同的应用对象，通过对采用的可编程芯片进行现场编程和配置，满足不同的系统配置的需要，具有极大的灵活性和适应性。已在国内多个中小型电站和旧站改造中采用。

作者简介：

杨春华（1967-），男，江苏人，高级工程师，吉林省水利水电勘测设计研究院；鞠万昌（1955-），男，吉林人，高级工程师，吉林省水利水电勘测设计研究院