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摘要：本文介绍了浙江华光潭水力发电有限公司华光潭一级水电站1#、2#机组励磁系统升级改造的相关情况，对新系统的主要特点、主要功能等进行了详细阐述，对同类型水轮发电机组励磁系统的改造、升级具有一定的借鉴作用。
关键词：EXC9000；励磁系统；智能化；升级改造
浙江光潭梯级水电站位于浙江省临安市分水江干流昌化江上游的巨溪，由两级电站组成。华光潭一级水电站工程坝址在临安市鱼跳乡华光潭村下游2km，厂址在荞麦岭村的巨溪右岸，距坝址约11km；华光潭二级水电站工程坝址在一级电站厂房下游约1.5km左右的田莆前村附近，厂址在其下游童家山村，距大坝约6.5km。梯级电站总装机85MW，其中一级电站装机2×30MW，二级电站装机2×12.5MW。华光潭水电厂在杭州电网调度中承担着比较重要的调峰、调频和事故备用任务。
1原励磁系统基本工作情况
华光潭一级水电站励磁设备于2002年与广州擎天实业有限公司（原广州电器科学研究所）订货，采用的励磁设备型号为老EXC9000型智能化功率柜励磁系统，设备于2003年到货，2004年、2005年完成设备投运。投产至今该设备总体稳定，调节和控制性能满足运行要求。
2改造原因
华光潭一级水电站励磁系统设备自投运完成后总体运行效果良好，各项技术指标满足电站运行要求。
随着设备长时间运行，华光潭电站励磁系统已进入老龄期，元器件、各板件等因老化等原因使得电站更换励磁系统器件的数量近两年来逐年增加，励磁系统内部CAN总线通讯所使用的同轴电缆由于长时间运行、机组振动等运行环境的原因，容易造成CAN总线通讯接口接触不良，引起误发故障。这些缺陷都有可能会影响电站发电机组的安全运行。
励磁系统作为水轮发电机组的重要组成部分，其运行状况直接影响机组可靠性与稳定性。
3励磁系统的改造方案选择
由于华光潭一级电站励磁系统故障点集中在励磁系统内部通讯环节，功率柜、灭磁柜除了部分板件外，其它元件均运行正常，因此此次改造目标是励磁系统内部通讯软、硬件回路的完善与升级。
通过交流，得知广州擎天实业有限公司针对老EXC9000型励磁系统在软、硬件上的缺陷，早在2005年已经将该种型号励磁系统升级成为新EXC9000系统，内部CAN总线通讯已经非常稳定，调试软件更加方便，调节其功能更加强大。截止到12年新EXC9000行励磁系统已投运上千台机组上成功使用。
考虑功率、灭磁柜主要元器件仍可继续使用，决定由广州擎天实业有限公司进行升级改造，既节省了改造成本，又避免了不同厂家设备之间的兼容性问题。
此次升级改造方案：励磁调节柜整体改造更换，采用新EXC9000型勵磁调节柜；功率柜主回路保持不变，更换智能控制板、脉冲功放板、脉冲变压器与液晶显示屏等辅助器件；灭磁柜更换智能控制板与液晶显示屏，其它部分保持不变。
此改造方案实施简单，工作量少，耗时短，在小修期间可以改造。
4新励磁系统的改进
与老EXC9000型励磁系统相比，新EXC9000行励磁系统有如下优点：
4.1 硬件电路部分
（1）单片机控制用自带CAN控制器由040芯片取代020芯片；
（2）励磁系统内部CAN通讯线由T型头接线方式改为德国进口屏蔽电缆端子连接；
（3）对调节器内电路板整合精简，使得调节柜内更加简洁，提高了设备运行可靠性；
（4）各板件的开入、开出量信号增加指示灯，更加直观；
（5）改进功率柜测温电路，使功率柜温度值更加准确；
（6）改进功率柜电流检测回路，提高电流检测精度；
（7）脉冲信号传输回路进行升级，脉冲信号传输抗干扰性能更强；
（8）人机界面更加简洁友好，方便操作与监视；
（9）改进调节器电源故障切换电路，使通道切换更平稳；
（10）修改智能均流硬件电路，增大均流范围，使得均流效果更完美。
4.2 软件部分
（1）调节器软件：
提高调试串口通讯速度，改善通讯驱动，改善CAN驱动，提高CPU的利用率；使用多流程控制实现正常调节流程、电制动流程、短路干燥试验流程和恒控制角流程，简化现场试验程序；优化程序结构，调节器在停机时不再需要重新启动；增加事件记录功能，可以记录设定状态量的动作和复归时间；调节器程序更加完善，包括AVR与PSS模型，强励及过励反时限逻辑，欠励限制逻辑等。
（2）调试软件：
在同一画面中实现波形监视、参数在线修改、故障录波功能、录波数据分析和事件监视功能；程序自动分析两个数据点之间的时间间隔，增强波形分析能力；增加命令功能，可以用调试软件直接控制调节器各种功能的投退；增加事件记录功能，配合调试软件，可以上载调节器内部的事件记录；一台调试电脑实现所有励磁系统试验。
（3）其它辅助软件功能：
对单片机软件进行优化，整合，减少中间环节，使程序更简洁，运行更可靠；优化起励、风机控制、风温等参数设置画面，使控制现合理，调试更方便。
5改造后励磁系统的主要特点
升级改造后，华光潭一级水电站的主要特点：功能软件化、系统数字化。本系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。新EXC9000型励磁系统吸收了目前数字控制领域先进的研究成果和工艺，增添了新的精巧的解决方案和手段，DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥智能均流技术、高频脉冲列触发技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和智能化的调试手段等。 6励磁系统主要配置
华光潭水电站EXC9000型励磁系统，主要由励磁调节器、人机界面、励磁变压器、功率整流器、灭磁及转子过压保护回路、起励回路及测量用电压、电流互感器组成。励磁系统原理框6.1调节器
EXC9000调节器由两个自动电压调节通道（A、B）和一个手动调节通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。调节通道以主从方式工作，其中一个自动电压调节通道作为主通道（含自动和手动单元），另一个自动电压调节通道（含自动和手动单元）作为第一备用通道，手动调节通道作为第二备用通道。如图所示：
调节器人机界面采用带触摸键功能的触摸屏，拥有优良的三维汉化界面，可以直观地直观的显示励磁系统的运行工况，操作简便，运行人员可以在短短的几分钟时间内学会所有的相关操作。
6.2 EXC9000型智能化功率柜
励磁功率柜采用智能化功率柜方案，2柜并联运行，单柜电流1000A，满足所有运行工况需要。可控硅原件采用进口DYNEX可控硅，运行过程中均流系数大于95%。
6.3灭磁及过压保护单元
励磁系统正常停机时，调节器自动逆变灭磁；事故停机时，跳灭磁開关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。
华光潭一级水电站励磁系统灭磁开关使用ABB公司E1B/E MS1250型灭磁开关，灭磁电阻使用ZnO灭磁电阻，兼做转子过电压保护吸收电阻使用。
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，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到转子正向过电压信号，马上触发V62晶闸管元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，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V61二极管接入耗能电阻吸能，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。由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。
6.4起励单元
华光潭一级水电站起励方式是以机组残压起励为主，外接直流辅助电源。残压起励功能可以在在人机界面上选择投退。当可控硅阳极电压超过5V时都能够保证正常起励，直流起励电源容量小于20A。
7改造后的运行情况
华光潭一级水电站两台机组升级改造工作从2012年11月25日开始，12月5日结束，改造后的励磁系统各项指标均达到国标要求。截止到目前为止，改造后的励磁系统运行已有半年之久，励磁系统运行稳定。
关键词：EXC9000；励磁系统；智能化；升级改造
浙江光潭梯级水电站位于浙江省临安市分水江干流昌化江上游的巨溪，由两级电站组成。华光潭一级水电站工程坝址在临安市鱼跳乡华光潭村下游2km，厂址在荞麦岭村的巨溪右岸，距坝址约11km；华光潭二级水电站工程坝址在一级电站厂房下游约1.5km左右的田莆前村附近，厂址在其下游童家山村，距大坝约6.5km。梯级电站总装机85MW，其中一级电站装机2×30MW，二级电站装机2×12.5MW。华光潭水电厂在杭州电网调度中承担着比较重要的调峰、调频和事故备用任务。
1原励磁系统基本工作情况
华光潭一级水电站励磁设备于2002年与广州擎天实业有限公司（原广州电器科学研究所）订货，采用的励磁设备型号为老EXC9000型智能化功率柜励磁系统，设备于2003年到货，2004年、2005年完成设备投运。投产至今该设备总体稳定，调节和控制性能满足运行要求。
2改造原因
华光潭一级水电站励磁系统设备自投运完成后总体运行效果良好，各项技术指标满足电站运行要求。
随着设备长时间运行，华光潭电站励磁系统已进入老龄期，元器件、各板件等因老化等原因使得电站更换励磁系统器件的数量近两年来逐年增加，励磁系统内部CAN总线通讯所使用的同轴电缆由于长时间运行、机组振动等运行环境的原因，容易造成CAN总线通讯接口接触不良，引起误发故障。这些缺陷都有可能会影响电站发电机组的安全运行。
励磁系统作为水轮发电机组的重要组成部分，其运行状况直接影响机组可靠性与稳定性。
3励磁系统的改造方案选择
由于华光潭一级电站励磁系统故障点集中在励磁系统内部通讯环节，功率柜、灭磁柜除了部分板件外，其它元件均运行正常，因此此次改造目标是励磁系统内部通讯软、硬件回路的完善与升级。
通过交流，得知广州擎天实业有限公司针对老EXC9000型励磁系统在软、硬件上的缺陷，早在2005年已经将该种型号励磁系统升级成为新EXC9000系统，内部CAN总线通讯已经非常稳定，调试软件更加方便，调节其功能更加强大。截止到12年新EXC9000行励磁系统已投运上千台机组上成功使用。
考虑功率、灭磁柜主要元器件仍可继续使用，决定由广州擎天实业有限公司进行升级改造，既节省了改造成本，又避免了不同厂家设备之间的兼容性问题。
此次升级改造方案：励磁调节柜整体改造更换，采用新EXC9000型勵磁调节柜；功率柜主回路保持不变，更换智能控制板、脉冲功放板、脉冲变压器与液晶显示屏等辅助器件；灭磁柜更换智能控制板与液晶显示屏，其它部分保持不变。
此改造方案实施简单，工作量少，耗时短，在小修期间可以改造。
4新励磁系统的改进
与老EXC9000型励磁系统相比，新EXC9000行励磁系统有如下优点：
4.1 硬件电路部分
（1）单片机控制用自带CAN控制器由040芯片取代020芯片；
（2）励磁系统内部CAN通讯线由T型头接线方式改为德国进口屏蔽电缆端子连接；
（3）对调节器内电路板整合精简，使得调节柜内更加简洁，提高了设备运行可靠性；
（4）各板件的开入、开出量信号增加指示灯，更加直观；
（5）改进功率柜测温电路，使功率柜温度值更加准确；
（6）改进功率柜电流检测回路，提高电流检测精度；
（7）脉冲信号传输回路进行升级，脉冲信号传输抗干扰性能更强；
（8）人机界面更加简洁友好，方便操作与监视；
（9）改进调节器电源故障切换电路，使通道切换更平稳；
（10）修改智能均流硬件电路，增大均流范围，使得均流效果更完美。
4.2 软件部分
（1）调节器软件：
提高调试串口通讯速度，改善通讯驱动，改善CAN驱动，提高CPU的利用率；使用多流程控制实现正常调节流程、电制动流程、短路干燥试验流程和恒控制角流程，简化现场试验程序；优化程序结构，调节器在停机时不再需要重新启动；增加事件记录功能，可以记录设定状态量的动作和复归时间；调节器程序更加完善，包括AVR与PSS模型，强励及过励反时限逻辑，欠励限制逻辑等。
（2）调试软件：
在同一画面中实现波形监视、参数在线修改、故障录波功能、录波数据分析和事件监视功能；程序自动分析两个数据点之间的时间间隔，增强波形分析能力；增加命令功能，可以用调试软件直接控制调节器各种功能的投退；增加事件记录功能，配合调试软件，可以上载调节器内部的事件记录；一台调试电脑实现所有励磁系统试验。
（3）其它辅助软件功能：
对单片机软件进行优化，整合，减少中间环节，使程序更简洁，运行更可靠；优化起励、风机控制、风温等参数设置画面，使控制现合理，调试更方便。
5改造后励磁系统的主要特点
升级改造后，华光潭一级水电站的主要特点：功能软件化、系统数字化。本系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。新EXC9000型励磁系统吸收了目前数字控制领域先进的研究成果和工艺，增添了新的精巧的解决方案和手段，DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥智能均流技术、高频脉冲列触发技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和智能化的调试手段等。 6励磁系统主要配置
华光潭水电站EXC9000型励磁系统，主要由励磁调节器、人机界面、励磁变压器、功率整流器、灭磁及转子过压保护回路、起励回路及测量用电压、电流互感器组成。励磁系统原理框6.1调节器
EXC9000调节器由两个自动电压调节通道（A、B）和一个手动调节通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。调节通道以主从方式工作，其中一个自动电压调节通道作为主通道（含自动和手动单元），另一个自动电压调节通道（含自动和手动单元）作为第一备用通道，手动调节通道作为第二备用通道。如图所示：
调节器人机界面采用带触摸键功能的触摸屏，拥有优良的三维汉化界面，可以直观地直观的显示励磁系统的运行工况，操作简便，运行人员可以在短短的几分钟时间内学会所有的相关操作。
6.2 EXC9000型智能化功率柜
励磁功率柜采用智能化功率柜方案，2柜并联运行，单柜电流1000A，满足所有运行工况需要。可控硅原件采用进口DYNEX可控硅，运行过程中均流系数大于95%。
6.3灭磁及过压保护单元
励磁系统正常停机时，调节器自动逆变灭磁；事故停机时，跳灭磁開关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。
华光潭一级水电站励磁系统灭磁开关使用ABB公司E1B/E MS1250型灭磁开关，灭磁电阻使用ZnO灭磁电阻，兼做转子过电压保护吸收电阻使用。
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，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到转子正向过电压信号，马上触发V62晶闸管元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，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V61二极管接入耗能电阻吸能，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。由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。
6.4起励单元
华光潭一级水电站起励方式是以机组残压起励为主，外接直流辅助电源。残压起励功能可以在在人机界面上选择投退。当可控硅阳极电压超过5V时都能够保证正常起励，直流起励电源容量小于20A。
7改造后的运行情况
华光潭一级水电站两台机组升级改造工作从2012年11月25日开始，12月5日结束，改造后的励磁系统各项指标均达到国标要求。截止到目前为止，改造后的励磁系统运行已有半年之久，励磁系统运行稳定。