1电站概况

九牛圳水电站位于广东省龙门县天堂山镇，于1981年1月投产发电，装机容量为3×320kW，水头为53m，流量为2．1m³／s，平均年发电量为280万kW·h；发电机型号为SWN85／37-8，水轮机型号为HL129-WJ-50，额定电压为400V、额定电流为577A，励磁电压为36．8V、励磁电流为168A，发电机内装设副绕组，发电机的定子绕组、副绕组和转子绕组均采用B级绝缘，发电机采用广州TKL-200型励磁方式。

2发电机励磁改造原因

1)　由于发电机投产时间长，副绕组电源是供给原TKL-200型励磁装置(见图1)用的，由于电流比较大、发热比较严重，所以副绕组也经常出现问题，维修起来也不方便，要将发电机转子吊出来再进行维修，工作量大。

图1TKL-200发电机带副绕组原理图

2)　由于原励磁装置方式是采用TKL-200型，是三相半波整流装置，直流输出电压V_fx=1．17Vz(Vz是励磁变副边相电压)，由于直流输出是利用三相交流电上半波整流而得的，所以输出的波形脉动比较大，且励磁变利用率比较低，且经过多年运行发现此励磁方式较常坏，而且在丰水期发无功电量不足。在丰水期我们将有功和无功的配比设定为75％，所以无功发不够，每个月也要给供电部门扣一定的有功电量，造成经济效益比较差，针对以上存在的问题，笔者在2000年对该发电机进行了改造。

3　发电机励磁装置改造

1)　针对以上存在的问题，笔者对目前厂家开发的多种多样的发电机励磁装置经过多方面的比较选择，最后选择了兴宁发电设备厂的TKL-11C励磁装置(见图2)。它基本上都由3部分组成，即主回路、控制回路、及起励回路：主回路包括三相半控整流桥及其整流元件的过电压、过电流保护元件组成；控制回路包括测量调差、放大、移相触发及一些辅助的保护回路组成；起励回路专供起励建压用，由本身发电机的剩磁进行建立电压，电路极其简单，由1只直流接触器CJO、防反充二极管ZP及按钮QA组成，发电机一但建立电压后，即行退出。

图2TKL-11C发电机套用机端整流变压器原理图

注：虚线包围部分为控制电路板
TF—发电机ZB—整流变压器ZD—同步变压器
KP．ZK—可控硅200A／800VCK．RK—阻容保护
ZP—二极管200A／800VRD—保险器300A

本装置主回路是利用三相半控桥，直流输出电压V_fx=0～2．24V_z，输出波形脉动比较少，励磁变利用率比较高，而且有自动励磁调节。
其励磁的自动调节过程如下：

①如当发电机电压V^_F由于受某种干扰有所下降时，控制回路测量的偏差电压V_AB会增大，控制信号电压V_K会减少，导致移相触发器提前产生脉冲，半控桥可控硅开放角β增大，励磁电流I_L增加，从而把下降的发电机电压V_F提高到原下降了的数值，保持了发电机电压的平衡。其调节过程用字母表示如下：

V_F下降→V_AB升高→V_K下降→I_L升高→V_F升高

②如当发电机电压VF由于受某种干扰有所上升时，控制回路测量到的偏差电压VAB会减少，控制信号电压VK会增大，导致移相触发器推迟产生脉冲，半控桥可控硅开放角β减少，导致励磁电流IL减少，从而把上升的发电机电压VF降低到原来的数值，保持了发电机电压的平衡。其调节过程用字母表示如下：

V_F升高→V_AB减少→V_K增大→I_L减少→V_F下降

2)由于原来是利用发电机副绕组来提供可控硅励磁电源，现笔者考虑利用单独的1台励磁变来提供励磁电源，这样可以方便维修，也不影响定子绕组。发电机励磁电压是36．8V、电流是168A，所以选择整流变压器次级线电压及容量计算如下：

所以要选用电压比是400/60(V)、容量为12kVA的1台三相励磁变压器。

式中，P为励磁变压器容量(kVA)；V_线为励磁变副边线电压(V)；I线为励磁变副边线电流(A)；V_F为发电机电压(V)；V_te为励磁电压(V)；I_te为励磁电流(A)；α为可控硅控制角；β_e为可控硅额定开放角；K为常数取1.7。

4结束语

近年来，这几台机组励磁装置经过改造后，运行比较稳定，且励磁变是独立的，维修方便，散热好，励磁装置也没有出现过什么大问题，且有自动励磁调节装置，无功电量也可以配足，不再出现发不够无功电度而倒扣有功电量现象，使该电站近几年来经济效益有明显提高。本人在1998年和2001年分别对本县的左潭镇溪口电站及本县的密溪林场劳子坑电站3号机组进行同类型改造，实践证明这样改造是成功的。