摘要：本文结合同步发电机起励的特点和要求，对具备黑启动功能的水电站发电机组起励方式的选择、起励主回路的设计、起励控制策略等进行了研究，提出了采用交直流混合起励方式的配置方法、控制策略等。工程实践验证了交直流混合起励设计方法与控制策略的正确性和有效性。

    1 励磁系统起励回路概述
    水力发电机组自并励励磁系统主要由励磁调节器、晶闸管整流装置、灭磁及转子过电压保护装置、励磁变压器和起励装置等组成。起励即为同步发电机正常运行时建立初始电压的过程，而起励装置的输入电源一般分为采用直流电源输入的直流起励、采用交流电源输入的交流起励和靠发电机残压起励的残压起励。对于自并励发电机励磁系统，发电机励磁电源通过励磁变压器取自发电机端。当机组转速接近额定值时，发电机转子存有剩磁，致使发电机端存在残压。若残压过低，则励磁调节器中的同步回路、脉冲触发回路、整流桥可控硅回路不能正常工作，无法提供励磁电流使发电机建立电压，因此同步发电机励磁系统起励装置一般配有交流起励电源或直流起励电源。

    2 黑启动电站起励回路的设计
    通常情况下，黑启动是指电力系统因故障停运后，系统中具有自启动能力的发电机组在无380V等交流厂用电情况下，通过蓄电池组等直流起励电源系统迅速完成自启动，对内恢复厂用电，逐步扩大系统供电范围，恢复系统正常运行的过程。黑启动电源通常首选水电机组，因为与火电、核电机组相比，水轮发电机结构简单，没有复杂的辅机系统，厂用电负荷小，启动速度快，是理想、方便的黑启动电源。直流起励对于具有黑启动水轮发电机组尤为重要。
    起励过程辅助电源一般只工作几秒，属于冲击负荷。水力发电机组启停频繁，如果仅采用直流起励，势必会对厂用蓄电池直流系统造成较大冲击，增加厂用蓄电池的负担，干扰蓄电池其它负载的正常工作。若采用交流起励，则当厂用电消失时机组便不能起励。若采用残压起励，则对于新建机组和大修后没有残压或残压较低的机组，便无法完成起励，降低了起励回路的可靠性。由此可知，采用交直流起励回路的冗余设计，可有效提高黑启动水电站开机的可靠性。
    2.1交直流冗余起励回路硬件配置
    励磁系统的交直流冗余起励回路主要由起励控制回路和起励电源回路两部分构成。起励电源回路主要由直流起励电源回路和交流起励电源回路组成，如图1所示。

    直流起励电源回路由空开Q1、电源监视继电器K01、限流电阻R1、二极管1D、直流接触器1HC主触点等组成。限流电阻R1具有阻值小、流过的电流较大等特点，宜有多个电阻并联组成。起励回路加装二极管1D的作用是当电压反向时截断电路。
    交流起励电源回路由熔断器F1、电源监视继电器K02, 1ZJ继电器常开触头、三相起励降压变压器2B、三相整流二极管模块2D、续流电阻R2、直流接触器2HC主触点等组成。交流起励回路采用熔断器F1而不选用空开的主要原因是起励回路接通瞬间，变压器原边近似相间短路状态，电流较大，若选用空开，则不仅易误动，对空开的容量要求较高，还需考虑与上一级空开的极差匹配问题；而熔断器是当过载或短路电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，瞬时过流不易误熔断，且选型较简单。起励续流电阻R2的作用是维持功率柜可控硅整流桥的续流。另外，为了防止开机时外部起励电源没有投入，可通过电源监视继电器K01 K02对起励电源进行监视，从而提高起励成功可靠性。

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