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[摘 要]水电厂的励磁系统在保障水电厂的安全稳定运行上发挥着非常关键的作用，但同时也存在许多问题需要不断的对其进行改造才能保证正常使用。本文主要分析了水电厂励磁系统改造过程中出现的问题，并在此基础上提出了具有针对性的改造策略。
[关键词]水电厂；励磁系统改造；问题对策
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0174-01
当前，我国已经逐渐跨入了大电网、大机组电力工业时代，电网和电压的等级越来越高，电力系统结构也越来越复杂，电网的运行方式也发生了很大变化。我国的主要机组装机容量达到300-600M W，因此对电力系统的安全性和稳定性也提出了更高的要求。
一、水电厂励磁系统的发展概况
上个世纪70年代初、中期建成的水电厂，其励磁系统大体上都经过了3次更新换代。第1代为继电励磁型：励磁绕组由正、负极绕组组成，当电压低于85%额定电压时增磁，当电压高于110%额定电压时减磁，不能闭环控制，这使得机组电压在整定范围内来回摆动，很难稳定在额定工况下运行。第2代为三机励磁系统，其晶体管调节器对机组的电压调节性能有所改善，但大功率硅管经常烧坏，同时碳刷磨损严重，维护工作量大，无转子过压保护，与计算机监控系统的接口也不方便[1]。90年代末期，为实现“水电厂无人值班（少人值守）”，对励磁系统进行了进一步的改造，即第3代改造，也就是目前普遍采用的自并列可控硅励磁系统，以实现水电厂全计算机监控。
二、水电厂励磁系统改造中的问题
励磁系统在改造中主要存在的问题：设备在励磁系统中老化；调节器运行参数只在面板上的仪表和指示灯反应，计数不准确、直观；面板上由很多元器件，按钮操作不便，励磁系统运行不稳定、技术落后，很难保证备品备件；功率整流单元可控硅性能的老化，使电阻异常发热；系统试验依赖外接设备，试验难度大。如水电站采用数字式双通道微机励磁调节器的原励磁系统，励磁变采用的是三相干式变，整流桥是两桥并联式。灭磁系统由快速直流断路器和非线性电阻组成.冷却系统用强迫风冷[2]。这可使系统和机组的运行要求得到满足，可是由于当时有限的技术条件，影响运行的安全隐患仍然存在。
1. 较弱的励磁调节器的杭干扰能力，错误信号多次发出，如发整流桥故障等信号使机组误跳、转子温度过高。同时由于当时较低的技术水平，励磁调节器软硬件的档次也较低，不完整的软件功能，人机的界面较差，因为没有事件记录，所以进行运行维护很不方便，另外励磁调节器还存在着较大电压和无功调节波动，PSS调节不能投运等问题，造成对发电的质量影响。
2. 较复杂的功率柜设计，使主回路的维护检修量和复杂程度加大；除此之外，当两柜并联的运行，假使均流措施没有，就会增大两柜的输出电流差，使机组安全的运行受到威胁。
3. 使电阻的容量和灭磁通流的容量偏小，在强励和短路等严重地事故灭磁中发电机很可能会被烧毁。
4. 经过10年的运行，励磁调节装置过长的运行时间，元件的老化现象、磨损比较严重，现在的调节器元器件的厂家可能不生产，如果励磁调节装置出现问题了，就有可能没备件能够来更换了，机组长时间安全的运行不能被保证。
5. 调节器的很多参数特别是新添加的参数无法在线修改或整定，不能直接显示出来人机对话窗口，也不直观，使维护、调试检修等工作很不便。
三、励磁系统改造对策
1.更换新型调节器
型号为EXC9000励磁调节器采用微机/微机/模拟三通道双模冗余结构的调节通道，组成它的是手动调节通道和自动电压调节通道。这个调节器特点：①完全独立的微机/微机/模拟三通道结构，相互备用的通道，运行通道可由备用通道自动跟踪，可实现自动无扰动切换，在出现故障后，使调节器运行可靠性得到保证。②组态灵活的调节器，很多选择供给用户，调节规律为PSS+PID，电力系统低频振荡得到有效的阻止，使系统输送能力提高。③调节器用无风扇结构、CPU模式和贴装工艺在电路表面。这种硬件模式使程序运行的可靠性得到保证，较快的电气量采集计算，和抗干扰能力比较强。④互联技术用在现场总线，使励磁系统的数字化程度得到增加，現实了分层分布控制，使系统可靠性和工艺水平得到提高，方便了维护。⑤接口电路也柔性智能，跟电站控制系统连接的方式多样化：常规接点方式；串行通讯方式；组网方式；现场总线方式。⑥脉冲列技术快速应用，起励用残压。只要残压较低，起励可用很小的辅助电流就能成功。⑦很好的人机界面在调节器，是工控机一体化，全中文的界面，软面板技术有在线帮助系统，智能测试、故障记录和追忆等功能。
2.励磁启励回路改造
开始启励过程中，发电机机端残压有充磁能量，假使5s后机端的额定电压不能达到10%，就会把备用回路电源启励启动；要是机端电压额定电压达到10%时，励磁控制能被整流桥接管，就自动退出启励回路，开始软起励过程时并把发电机电压升到预定水平；假使lOs内备用回路启励不能建压，起励失败信号被发出。如果想使励磁系统的正常启励得到保障，备用的启励电源就得采用直流启励和交流启励两电源得模式。可是在试验中发现同时投入交、直流电源开关励磁启励回路时，发生启励交流开关跳开情况；而没有此现象发生在单独投入其中任一路电源时。后来专业技术人员检查发现，通过交流整流输出励磁启励回路和端励磁启励回路并接的励磁启励回路。因为交流启励整流电源电压比直流启励电源电压低，直流电源单独投入时，输出的整流电压是232V，可交流电压单独投入时整流出来的电压才49V左右。因此一起投直流电源和交流电源时，导致漏电流过大、交流回路受冲击使启励交流开关跳开。后经专业技术人员的研究，加装1组二极管在交流启励整流装置输出侧，直流对交流整流侧的冲击得到有效避免。经改造和试验后，直流开关和交流开关同时投入，交流开关跳开现象没有再出现。
3.功率柜阻容保护电容位置改变
众所周知，在自并励励磁系统中，抑制可控硅励磁系统周期性换相过电压由阻容保护装置完成，不仅使交流侧尖峰毛刺降低，也可以使直流侧尖峰毛刺降低。在换相结束时励磁变压器二次绕组侧的功率整流桥中的可控硅元件作用是突然关断，是为了释放储存在励磁变压器二次绕组中的磁能。R-C阻容缓冲器旁路经与整流元件并联并且予以耗能，消耗与存储能量可以达到平衡，并有一定的吸收容量储备，不然会烧毁吸收换相能量的阻容元件，然后就会发生整流桥相间短路事故。工程设计时，在整流桥的上方安装阻容保护的设备。为了防止因为烧毁阻容保护电容而发生整流桥相间短路现象，跟厂家商量，可以在功率柜后面安装电容，跟整流桥远离，因此尽管因为烧毁电容也不会发生整流桥相间短路的现象。还有在水电厂的系统设计中，故障录波功能在励磁调节ECT终端设备中添加，励磁调节器液晶显示屏没有故障录波功能，假使故障在励磁系统发生，不能使故障得到准确的分析。为了使励磁系统在故障时查找原因方便，所以要求厂家改造这种现象，故障录波功能在触摸屏功能中增加，就是在故障发生前励磁系统能将当前参数如机端电压、励磁电压、励磁电流等参数进行录波。经过改造后，在触摸屏显示数据一栏中为：正在记录，这样只要励磁系统故障，就可以下载数据，查看故障前后波形的信息，得到及时的技术支持。
结语
对水电厂励磁系统进行改造，方法简单而且不需要太多的成本，在提高了系统运行的安全性和稳定性的同时也延长了励磁系统设备的使用寿命，为水电厂机组的正常运行提供了保障。
参考文献
[1]孙德锁，张立中.惠州蓄能水电厂励磁系统技术改造[J]. 广东水利水电，2013，12：60-64.
[2]周二保，杨勇.陈村水电厂机组励磁系统的技术改造[J]. 水电厂自动化，2014，01：42-45.
[关键词]水电厂；励磁系统改造；问题对策
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0174-01
当前，我国已经逐渐跨入了大电网、大机组电力工业时代，电网和电压的等级越来越高，电力系统结构也越来越复杂，电网的运行方式也发生了很大变化。我国的主要机组装机容量达到300-600M W，因此对电力系统的安全性和稳定性也提出了更高的要求。
一、水电厂励磁系统的发展概况
上个世纪70年代初、中期建成的水电厂，其励磁系统大体上都经过了3次更新换代。第1代为继电励磁型：励磁绕组由正、负极绕组组成，当电压低于85%额定电压时增磁，当电压高于110%额定电压时减磁，不能闭环控制，这使得机组电压在整定范围内来回摆动，很难稳定在额定工况下运行。第2代为三机励磁系统，其晶体管调节器对机组的电压调节性能有所改善，但大功率硅管经常烧坏，同时碳刷磨损严重，维护工作量大，无转子过压保护，与计算机监控系统的接口也不方便[1]。90年代末期，为实现“水电厂无人值班（少人值守）”，对励磁系统进行了进一步的改造，即第3代改造，也就是目前普遍采用的自并列可控硅励磁系统，以实现水电厂全计算机监控。
二、水电厂励磁系统改造中的问题
励磁系统在改造中主要存在的问题：设备在励磁系统中老化；调节器运行参数只在面板上的仪表和指示灯反应，计数不准确、直观；面板上由很多元器件，按钮操作不便，励磁系统运行不稳定、技术落后，很难保证备品备件；功率整流单元可控硅性能的老化，使电阻异常发热；系统试验依赖外接设备，试验难度大。如水电站采用数字式双通道微机励磁调节器的原励磁系统，励磁变采用的是三相干式变，整流桥是两桥并联式。灭磁系统由快速直流断路器和非线性电阻组成.冷却系统用强迫风冷[2]。这可使系统和机组的运行要求得到满足，可是由于当时有限的技术条件，影响运行的安全隐患仍然存在。
1. 较弱的励磁调节器的杭干扰能力，错误信号多次发出，如发整流桥故障等信号使机组误跳、转子温度过高。同时由于当时较低的技术水平，励磁调节器软硬件的档次也较低，不完整的软件功能，人机的界面较差，因为没有事件记录，所以进行运行维护很不方便，另外励磁调节器还存在着较大电压和无功调节波动，PSS调节不能投运等问题，造成对发电的质量影响。
2. 较复杂的功率柜设计，使主回路的维护检修量和复杂程度加大；除此之外，当两柜并联的运行，假使均流措施没有，就会增大两柜的输出电流差，使机组安全的运行受到威胁。
3. 使电阻的容量和灭磁通流的容量偏小，在强励和短路等严重地事故灭磁中发电机很可能会被烧毁。
4. 经过10年的运行，励磁调节装置过长的运行时间，元件的老化现象、磨损比较严重，现在的调节器元器件的厂家可能不生产，如果励磁调节装置出现问题了，就有可能没备件能够来更换了，机组长时间安全的运行不能被保证。
5. 调节器的很多参数特别是新添加的参数无法在线修改或整定，不能直接显示出来人机对话窗口，也不直观，使维护、调试检修等工作很不便。
三、励磁系统改造对策
1.更换新型调节器
型号为EXC9000励磁调节器采用微机/微机/模拟三通道双模冗余结构的调节通道，组成它的是手动调节通道和自动电压调节通道。这个调节器特点：①完全独立的微机/微机/模拟三通道结构，相互备用的通道，运行通道可由备用通道自动跟踪，可实现自动无扰动切换，在出现故障后，使调节器运行可靠性得到保证。②组态灵活的调节器，很多选择供给用户，调节规律为PSS+PID，电力系统低频振荡得到有效的阻止，使系统输送能力提高。③调节器用无风扇结构、CPU模式和贴装工艺在电路表面。这种硬件模式使程序运行的可靠性得到保证，较快的电气量采集计算，和抗干扰能力比较强。④互联技术用在现场总线，使励磁系统的数字化程度得到增加，現实了分层分布控制，使系统可靠性和工艺水平得到提高，方便了维护。⑤接口电路也柔性智能，跟电站控制系统连接的方式多样化：常规接点方式；串行通讯方式；组网方式；现场总线方式。⑥脉冲列技术快速应用，起励用残压。只要残压较低，起励可用很小的辅助电流就能成功。⑦很好的人机界面在调节器，是工控机一体化，全中文的界面，软面板技术有在线帮助系统，智能测试、故障记录和追忆等功能。
2.励磁启励回路改造
开始启励过程中，发电机机端残压有充磁能量，假使5s后机端的额定电压不能达到10%，就会把备用回路电源启励启动；要是机端电压额定电压达到10%时，励磁控制能被整流桥接管，就自动退出启励回路，开始软起励过程时并把发电机电压升到预定水平；假使lOs内备用回路启励不能建压，起励失败信号被发出。如果想使励磁系统的正常启励得到保障，备用的启励电源就得采用直流启励和交流启励两电源得模式。可是在试验中发现同时投入交、直流电源开关励磁启励回路时，发生启励交流开关跳开情况；而没有此现象发生在单独投入其中任一路电源时。后来专业技术人员检查发现，通过交流整流输出励磁启励回路和端励磁启励回路并接的励磁启励回路。因为交流启励整流电源电压比直流启励电源电压低，直流电源单独投入时，输出的整流电压是232V，可交流电压单独投入时整流出来的电压才49V左右。因此一起投直流电源和交流电源时，导致漏电流过大、交流回路受冲击使启励交流开关跳开。后经专业技术人员的研究，加装1组二极管在交流启励整流装置输出侧，直流对交流整流侧的冲击得到有效避免。经改造和试验后，直流开关和交流开关同时投入，交流开关跳开现象没有再出现。
3.功率柜阻容保护电容位置改变
众所周知，在自并励励磁系统中，抑制可控硅励磁系统周期性换相过电压由阻容保护装置完成，不仅使交流侧尖峰毛刺降低，也可以使直流侧尖峰毛刺降低。在换相结束时励磁变压器二次绕组侧的功率整流桥中的可控硅元件作用是突然关断，是为了释放储存在励磁变压器二次绕组中的磁能。R-C阻容缓冲器旁路经与整流元件并联并且予以耗能，消耗与存储能量可以达到平衡，并有一定的吸收容量储备，不然会烧毁吸收换相能量的阻容元件，然后就会发生整流桥相间短路事故。工程设计时，在整流桥的上方安装阻容保护的设备。为了防止因为烧毁阻容保护电容而发生整流桥相间短路现象，跟厂家商量，可以在功率柜后面安装电容，跟整流桥远离，因此尽管因为烧毁电容也不会发生整流桥相间短路的现象。还有在水电厂的系统设计中，故障录波功能在励磁调节ECT终端设备中添加，励磁调节器液晶显示屏没有故障录波功能，假使故障在励磁系统发生，不能使故障得到准确的分析。为了使励磁系统在故障时查找原因方便，所以要求厂家改造这种现象，故障录波功能在触摸屏功能中增加，就是在故障发生前励磁系统能将当前参数如机端电压、励磁电压、励磁电流等参数进行录波。经过改造后，在触摸屏显示数据一栏中为：正在记录，这样只要励磁系统故障，就可以下载数据，查看故障前后波形的信息，得到及时的技术支持。
结语
对水电厂励磁系统进行改造，方法简单而且不需要太多的成本，在提高了系统运行的安全性和稳定性的同时也延长了励磁系统设备的使用寿命，为水电厂机组的正常运行提供了保障。
参考文献
[1]孙德锁，张立中.惠州蓄能水电厂励磁系统技术改造[J]. 广东水利水电，2013，12：60-64.
[2]周二保，杨勇.陈村水电厂机组励磁系统的技术改造[J]. 水电厂自动化，2014，01：42-45.