发电机励磁整流柜 提高300MW发电机主整流柜的运行可靠性
【摘 要】针对300MW发电机主整流柜双柜并列运行出现的均流和过热等问题进行分析和探讨，通过对设备的改造，提高主整流柜的运行可靠性。 【关键词】发电机;整流柜;均流;过热
一、系统概况
河北西柏坡发电有限责任公司共有4台300MW发电机，均采用同轴交流励磁机，永磁副励磁机带静止整流器的励磁系统。发电机的磁场能量由交流励磁机的输出经静止硅整流装置提供，交流励磁机的磁场能量由永磁机的输出经自动电压调节器中的三相全控桥式整流装置提供。静止硅整流装置（以下简称主整流柜）由两柜并列运行。
系统主要参数如下：
发电机主整流柜主要由三相桥式整流电路、进线交流开关、出线直流刀闸组成。每个桥臂上共有3只二极管，二极管与柜内母线采取插接方式，允许一只元件损坏。冷却方式：每台柜底设空气冷却器（水冷），并装设3台轴流风机进行强迫风冷。其主要参数如下：
型号：QLF-3000/1500
额定输入电压：360 V
直流输出额定电流：3000 A
直流输出额定电压：1500 V
两柜并联运行，单柜可保证主机强励需要。
励磁系统原理图如下：
二、存在的问题及原因分析
必须承认该主整流柜具备以下优点：
1、如一只整流二极管损坏可以在运行中进行更换。
2、利用空冷器中的水流带走热量，减少辅助冷却设备（如：加装空调）
但是自1993年1＃发电机正式投入运行后，经过多年的运行1＃发电机的两台主整流柜暴露出许多问题，严重威胁设备对机组安全运行：
1、二极管采用插接，插头的弹簧长时间使用后出现老化，触头的压力下降，插头的表面接触电阻增大，发热量增大引起二极管插接头过热。
2、长期使用后，空冷器内管路脏污，散热效率降低；该空冷器设计在柜底部，空间狭小难以拆装，存在漏水隐患。不得已又在励磁小间加装了两台大功率空调（一台工作一台备用）。
3、两台主整流柜在输入相同的情况下，输出相差较大，最大达到300A，单柜负担较重，直流刀闸发热严重。
1＃发电机1、2＃主整流柜输出电流进行统计，如下图：
最高差值250A，最低100A，与总输出电流比最高为13%
三、改进措施
综上所述，对主整流柜进行改进应主要针对以下几个方面：
1、随着新技术、新材料的应用，目前大功率的整流二极管应用日趋成熟。原装进口或国产品牌的整流元件均可以满足这些要求：额定电流（通态平均电流）要求为3000A，反向重复峰值电压要求为3000V，并且要求管压降数值低，管压降特性非常整齐；整流元件发热小；管压降随温度变化很小；漏电要很小；过压保护性能强（齐纳特性），寿命长、耐用等。并且许多电厂的100～300MW机组励磁系统整流柜上成功运用过。这样整流桥单臂上的元件数量可以缩减，插接式的设计不再使用，而改为螺栓固定连接，这样可以消除原整流二极管插接出现的过热问题。并可提高均流系数。
2、设计要求主整流柜单屏的均流系数不小于0.9，两屏并列运行的均流系数不小于0.85。可以采取如下均流措施：
◆二极管元件、快熔元件参数的严格选配，保证均流，如：通态平均压降。选用大电流元件，减少并联元件数，缩短整流臂尺寸。
◆交流测整流柜进线长度严格等长，消除进线电阻的不一致，并产生电抗作用。
◆安装和检修时保证直流刀闸，交流侧断路器，母线连接接触面的接触电阻的均衡性。
3、由于励磁小间已经配备了大功率空调，这样功率柜采用强迫风冷系统，二极管加装热管散热就方便实施。
首先确定散热器的材质：热管散热片分为铝制散热器和铜质散热器。其中铝散热器技术历史悠久成熟，因为铝散热器的导热系数值较大，铝散热器的最小热阻做到0.035～0.04K/W左右，但在停风状态下，由于铝散热器采用整体铸造成型，其热容量及散热面积较大，因此铝散热器整流柜在停风后，仍能维持较大的出力。铜散热器是另一种高效散热器，因铜的导热系统数较铝散热器大，(但铜的重量也大，对散热器的制作影响较大)因此在同样的风冷条件下，铜散热器的热阻最小能达到0.03K/W，但停风后，由于结构的原因，铜散热器的热阻较大，整流柜出力比相同容量的铝散热器柜出力小。
根据目前情况，采用“铝散热器”既能保证单柜风冷时的有效出力，也能实现停风后持续120分钟出力，是一种较好的选择。
功率柜装设风温制器，能有效的监控风温变化，及时掌握功率柜运行工况的变化。在故障发生时及时报警指示。
四、实施情况
在2009年我们对#1发电机主整流柜进行了重新选型改造，将1＃发电机励磁回路1＃、2＃主整流柜更换为新型南瑞集团公司生产的FLG-3000型整流柜，三相整流桥臂由每臂三只二极管改为一只二极管，且二极管的紧固全部使用力矩扳手，保证接触电阻相同。
原二级管冷却方式为铝片散热加整流柜底部风机强迫通风散热，现改为热管散热，主冷却风机改装在整流柜顶部，一主一备，由吹风改为吸风，顺应了空气流动方向，并加装两台紧急冷却风机，用以主风机故障情况下的元件冷却，且柜门装有进风滤网，防止灰尘进入，总之改进后加强了散热通风性能。
经过1＃发电机组大修中我们对励磁回路的改造，经过调查，我们对1＃、2＃主整流柜的输出电流进行统计见下表：
可以看出成功解决了1＃发电机励磁回路主整流柜输出电流不平衡问题，并且运行中对各接触面进行了测温，未见异常。经过此次主整流柜改造，消除了事故隐患，保证了机组安全稳发满发。也为同行业机组解决相同问题提供了宝贵经验。
参考文献
[1]GB/T 7409.1-2008同步电机励磁系统 定义
[2]300MW汽轮发电机励磁整流器使用说明书（哈尔滨新生开关厂）
[3]GB/T 3859.3-1993半导体变流器 变压器和电抗器