【关键词】枢纽,泵站,应用,盐官,装置,102,励磁,WKLF-101

　 一、工程概况

　　盐官枢纽泵站地处浙江嘉兴市海宁盐官镇钱塘江边,是世界银行贷款兴建的一个国家重点大型排涝泵站,杭嘉湖平原南排工程四大出海口之一,也是当前同类型中亚洲最大的泵站工程。泵站总装机容量8000kW,共设4台单机2000kW大型斜轴泵,泵型为3800ZXQ50-2.8斜15度全调节轴流泵,设计流量50m3/s,设计扬程2.8米,最大扬程3.8米,转轮直径3.8米,转速为90r/min。配用电机功率为2000kW的同步电机,电压为6000V,电流221.5A,功率因数0.9(超前),转速为1500r/min,励磁装置采用原北京核工业电机运行技术开发公司生产的BKL-101A系统,励磁电压为38V,励磁电流286A,水泵与电机之间用齿轮箱减速,传动比为16.72。水泵转轮中心高程为0.0米,进口底板高程为-4.5米,出口底板高程为-2.2米;转轮中心至进口处距离为22.3米,转轮中心至下游出口处距离为27.0米,整个流道全长49.3米。

　　盐官枢纽自1995年开工,1998年首次投入运行,并于1999年经历了“6.30”特大洪涝灾害的考验,顺利、圆满地完成了排涝任务。

　　二、励磁装置工作原理

　　同步电动机励磁装置是同步电动机的重要配套设备,它的性能指标不仅影响到电机能否顺利起动牵入同步,影响到电机能否长期地连续运行,甚至影响到电机的安全,因此,提高励磁装置的性能对同步电动机的安全、连续运行有着重要的意义。

　　励磁线路各环节的工作电压均由同步电源变压器供给,其工作原理如下:

　　同步电动机起动过程中,灭磁环节工作,使转子感应交变电流两半波都通过放电电阻,保证电机的正常起动。起动过程中,整流电路可控硅处于阻断状态,当电机起动到亞同步速时,投励环节自动发出投励脉冲,使移相给定电压加到触发环节,触发回路发出脉冲到主回路可控硅上,于是投入励磁,同步电动机拖入同步运行。

　　电压负反馈环节将设备电源側引入的电压信号反极性与给定信号综合,保证电网电压波动时,整流输出励磁电流保持不变,以实现对电动机的恒定励磁。

　　逆变环节的作用是当对家正常停车时,向触发环节加入一控制信号,使主回路可控硅从整流状态立即转入逆变状态,以保证电机转子的顺利灭磁。

　　三、励磁系统更换改造原因

　　盐官枢纽自1998年建所以来,钱塘江的淤泥淤积问题越来越严重,外江侧口门经常被淤泥淤积,导致泵组启动的时候起动困难。

　　由于老励磁装置运行时间过长,内部各种电子元件等设备老化,而且程度越来越严重,更换插件、电阻等电子元器件越来越频繁,使得励磁系统在工作的时候产生了温漂等故障,直接导致老系统经常出现在主电机启动时无法进行自动投励,引起主电机跳闸。

　　根据多年工作经验,分析、总结了以下几点主要原因使得老励磁装置无法正常工作:

　　1.老励磁装置的投励插件的引入电阻经常被烧坏;

　　2.在电动机异步起动达到94%时,滑差投励未能动作;

　　3.因各电子元器件的老化、温漂等原因,使得投励插件上的脉冲二极管经常被击穿;

　　4.老励磁装置中的投励插件上的双稳态电路不能正常翻转;

　　5.老励磁装置因为以前的技术、设计、制造工艺等方面原因无法满足用户的要求;

　　四、WKLF-101/102型微机控制同步电动机励磁装置的主要技术特点

　　经过专业技术人员的比较,最终笔者所在单位采用了北京前锋科技有限公司研发的最新一代同步电动机励磁系统,其核心控制单元为Excitrol-100型微机控制同步电动机励磁调节器,可满足同步电动机常规异步起动,自动励磁调节等所有技术要求;调节器为结构独立的控制单元,其功能涵盖了励磁系统所有测量、控制、调节与保护;如触发脉冲形成与功率放大、模拟量变送、接点量开入开出、起动回路控制、参数整定与励磁调节、软硬件故障监测、双机通讯、后台通讯、与PC机或液晶操作面板通讯等等。采用双调节器配置时双机只通过CAN通讯电缆连接,无任何公用部分。现将该装置的主要技术特点罗列如下:

　　1.采用具有超大规模集成度的32位嵌入式DSP处理器做为核心控制单元,主时钟频率为150MHZ;

　　2.16通道模拟量采集均为每周期(每20毫秒)128点高速交流直接采样,并通过快速傅立叶变换(FFT)计算各电参数基波参数值,信号测量不受工业现场干扰影响;

　　3.采用DSP、CPLD等超大规模集成电路,最大限度的减少硬件设计;

　　4.起动无脉振、投励无冲击。电机异步起动过程起动电阻正、负半波可靠对称接入,电机加速平稳,能迅速准确按整定参数捕捉到滑差,实现投全压控制和反极性末尾准角投励;

　　5.全新的可控硅同步触发控制方式,同步信号取自励磁变压器二次侧,三相线电压互为冗余,任意一相断线不影响装置运行。在不附加任何相移的前提下保证触发脉冲与励磁电源同步,对励磁变压器的连接组别不作任何要求;

　　6.励磁调节方式可设置为自动、手动及开环模式。自动模式为双闭环励磁调节方式,内环为励磁电流调节,外环可选择采用恒无功功率或恒功率因数调节,恒功率因数调节方式还配置有上、下限无功功率限位功能,确保电机不长时间超额运行以及轻载运行的稳定性。手动模式采用恒励磁电流调节。开环模式作为一种安全保守运行模式在前两种模式无法正常运行时采用。各种调节方式可随时手动互相切换,且切换无抖动(开环模式除外);

　　7.具有失步保护及不减载自动再整步功能。当扰动超过同步电机同步能力极限而失步时,该装置能迅速检测到并采取可靠技术措施,使同步机自动恢复再整步,保持连续运行。在出现受同步电机自身等条件限制导致再整步不成功时,装置能可靠跳闸停机;

　　8.具有与断电保护装置配合实现断电自动再整步功能;

　　9.具有全面的励磁保护和限制功能,包括调节器内部硬件故障及电源监测、霍尔传感器故障检测、励磁输出开路检测、触发脉冲故障及主桥缺相检测、起动回路故障及起动回路无法关断检测等;

　　10.支持在线参数整定,所有参数即改即用,配置参数保存于串行EEPROM中并按正、副本加CRC校码保存,正本参数错误自动使用副本,掉电不丢失;

　　11.支持多种控制操作模式,包括就地面板按钮操作、带触摸屏的就地液晶面板操作、就地PC机运行软件包操作、远方RS485接口后台PC机操作、通过外置调制解调器及公用电话线网络与远程PC机连接实现远程操作、调试及故障诊断;

　　12.完备的事件记录功能,能准确记录励磁装置的每一次就地或远方操作、装置的瞬时或永久故障信息、输入输出接点量及内部状态变位等信息,可记录最新发生的1500多条事件信息,掉电不丢失;