淺議勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗(yàn)方法

龍 巖

（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省火電建設(shè)公司，湖南 株洲412000）

0 引 言

1 電量分析儀接法與常規(guī)動態(tài)試驗(yàn)項(xiàng)目簡介

電量分析儀是勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗(yàn)必備的電量采樣和分析設(shè)備，其接入位置如圖1所示。

圖1 電量分析儀接法

從圖1可以看出，電量分析儀可以設(shè)置到勵磁小室內(nèi)，分別接入機(jī)端電壓、機(jī)端電流、勵磁電壓和勵磁電流這些模擬量和勵磁開關(guān)位置的開關(guān)量，這里值得注意的是：

（1）在試驗(yàn)前一定要對設(shè)備的各個模擬量和開關(guān)量通道進(jìn)行測試，提前確認(rèn)設(shè)備正常；

（2）提前設(shè)置電量分析儀中的參數(shù)，設(shè)置各模擬量變比以及錄波方式，將前期準(zhǔn)備工作做好，以確保試驗(yàn)有條不紊的進(jìn)行。

勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗(yàn)的常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：短路試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、起勵試驗(yàn)、空載調(diào)壓范圍試驗(yàn)、空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)、PT斷線試驗(yàn)、滅磁試驗(yàn)、逆變滅磁試驗(yàn)、通道切換試驗(yàn)、手自動切換試驗(yàn)和遠(yuǎn)方操作控制試驗(yàn)。其中短路試驗(yàn)和空載試驗(yàn)均在發(fā)電機(jī)他勵方式運(yùn)行時進(jìn)行，其他各項(xiàng)試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)以自并勵方式運(yùn)行時進(jìn)行。

2 勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗(yàn)

2.1 短路試驗(yàn)

短路試驗(yàn)是開機(jī)并網(wǎng)前電氣試驗(yàn)的第一項(xiàng)，根據(jù)短路點(diǎn)的設(shè)置位置分為發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)、發(fā)變組短路試驗(yàn)和高廠變短路試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱藱z查發(fā)電機(jī)短路特性和發(fā)變組各保護(hù)、測量和計量電流的極性和幅值，以及升壓站中保護(hù)裝置采集到的相關(guān)電流的極性和幅值。

本文以發(fā)變組短路試驗(yàn)進(jìn)行重點(diǎn)講解。在發(fā)變組短路試驗(yàn)開始前退出發(fā)變組及升壓站相應(yīng)電流保護(hù)出口壓板，然后進(jìn)行勵磁裝置參數(shù)的設(shè)定，將勵磁方式設(shè)定為他勵，勵磁調(diào)節(jié)器范圍設(shè)定為0～75%，勵磁速率設(shè)定為100 s。試驗(yàn)緊急開關(guān)，確保緊急開關(guān)可以跳開滅磁開關(guān)。進(jìn)行升流試驗(yàn)，調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器從0起緩慢升流至Ie（Ie為發(fā)電機(jī)額定電流），再從Ie降至0，每隔20%Ie作為一個記錄點(diǎn)進(jìn)行記錄，當(dāng)機(jī)端電流第一次升至20%Ie時，首先檢查勵磁裝置各整流柜是否正常，各硬件部分是否正常、勵磁裝置監(jiān)視的勵磁電壓、勵磁電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓（機(jī)端電壓很小，升至發(fā)電機(jī)額定電流時，機(jī)端電壓不大于2 000 V）、有功功率、無功功率是否正確，然后檢查發(fā)變組保護(hù)中發(fā)電機(jī)差動保護(hù)、主變差動保護(hù)、升壓站中相關(guān)斷路器保護(hù)、母差保護(hù)等保護(hù)的電流極性和幅值是否正確，最后檢查發(fā)變組測量及計量電流極性和幅值是否正確。各項(xiàng)檢查均無誤后，再進(jìn)行升流。在升流至各記錄點(diǎn)時，分別在各個裝置上記錄所采到的電流值。

高職教育項(xiàng)目式教學(xué)，在項(xiàng)目內(nèi)容和職業(yè)技術(shù)課程體系整合中，要堅持以國家勞動和社會保障部或其他部門制定的并得到社會普遍承認(rèn)的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)，對于“國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”中各等級工種“應(yīng)知、應(yīng)會”的職業(yè)技能，必須充分體現(xiàn)在項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容中[6]。

在短路試驗(yàn)中，當(dāng)電流升至發(fā)電機(jī)額定電流時，應(yīng)及時查看發(fā)電機(jī)定子線圈各溫度采樣點(diǎn)的溫度，最大溫差應(yīng)在5℃之內(nèi)，如果超過5℃，應(yīng)重點(diǎn)懷疑定冷水流量是否正常，并查看最高溫度點(diǎn)的定冷水流量報告。

2.2 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)他勵方式運(yùn)行時進(jìn)行的升壓試驗(yàn)。目的是為了檢查發(fā)電機(jī)空載特性以及各裝置的電壓采樣。試驗(yàn)前，首先應(yīng)檢查發(fā)變組繼電保護(hù)裝置投入全部保護(hù)以及出口壓板；其次退出強(qiáng)勵、減勵及自動電壓跟蹤調(diào)整裝置，最后通知熱工人員解開發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號，使其可以跳開緊急滅磁開關(guān)。試驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，先將機(jī)端線電壓升至2 000 V（如果額定機(jī)端電壓為20 000 V的話，升至2 000 V二次線電壓正好是10 V，便于測量），檢查各保護(hù)裝置電壓采樣的相序、角度和幅值，檢查測量和計量裝置的電壓采樣相序、角度和幅值，檢查至勵磁調(diào)節(jié)裝置的電壓相序、角度和幅值。然后按照20%Ue（Ue為發(fā)電機(jī)額定電壓）的幅度進(jìn)行升壓，升至Ue時，再重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)過壓保護(hù)、發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)等設(shè)計到電壓的保護(hù)中的電壓采樣是否正確，檢查大屏幕上的電壓顯示是否正確，檢查高廠變低壓側(cè)電壓是否正確，檢查主變高壓側(cè)電壓是否正確。確認(rèn)各部分檢查均無異常后，繼續(xù)升至105%Ue，在此電壓下停留5 min，進(jìn)行發(fā)電機(jī)匝間絕緣考核，最后緩慢降壓至0。錄制勵磁電流Ifd和機(jī)端電壓U的曲線圖。值得注意的是發(fā)電機(jī)或發(fā)變組的空載試驗(yàn)也是發(fā)電機(jī)他勵運(yùn)行的時候做的，勵磁變高壓側(cè)電源仍然是臨時電源，原因是自并勵方式勵磁的原理是恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié)原理。采用自并勵方式的前提是保證接入勵磁調(diào)節(jié)裝置的機(jī)端電壓采樣必須正確，所以空載試驗(yàn)也采用他勵方式進(jìn)行。

2.3 起勵試驗(yàn)

起勵試驗(yàn)的目的是為了檢查雙通道勵磁系統(tǒng)起勵是否正常，建壓波形是否穩(wěn)定平滑。

起勵試驗(yàn)前應(yīng)將勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)改為自并勵方式，電壓限值改為95%Ue。試驗(yàn)時需要錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形圖。根據(jù)波形圖分析并判斷，機(jī)端電壓在起勵建壓過程中平緩光滑。同樣錄取II通道起勵波形，要求機(jī)端電壓在起勵建壓過程中平穩(wěn)光滑。

2.4 滅磁試驗(yàn)

滅磁試驗(yàn)分為兩項(xiàng)，一是直接跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)，二是逆變滅磁試驗(yàn)。

（1）直接跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)方法 先起勵建壓至95%Ue，然后用緊急按鈕直接跳開滅磁開關(guān)，錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，完成直接跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)。

（2）逆變滅磁試驗(yàn)方法 先起勵建壓至95%Ue，進(jìn)行逆變滅磁，至機(jī)端電壓為0，錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，完成逆變滅磁試驗(yàn)。并錄取跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)波形圖和逆變滅磁試驗(yàn)波形圖。

通過兩個波形圖的對比和分析，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用直跳滅磁開關(guān)滅磁時，勵磁電壓從143 V瞬間拉低至－170 V，而勵磁電流從864 A瞬間拉低至0，而機(jī)端電壓則是緩慢降低至0，機(jī)端電壓波形平緩光滑。考驗(yàn)了采用直跳滅磁開關(guān)滅磁的效果，但由于勵磁電壓和勵磁電流的急速下降，這種滅磁方式對滅磁開關(guān)是有微小損害的。而從逆變滅磁的曲線上看，機(jī)端電壓的下降效果和直跳滅磁開關(guān)是基本一致的，而勵磁電流和勵磁電壓的下降也是緩慢的，基本沒有對勵磁開關(guān)造成損害。現(xiàn)在停機(jī)解列的方式一般采用先關(guān)閉主汽門，通過發(fā)變組保護(hù)的程序逆功率保護(hù)直跳滅磁開關(guān)進(jìn)行滅磁解列，之所以不采用逆變滅磁來解列滅磁，是以保護(hù)汽輪機(jī)為出發(fā)點(diǎn)。

2.5 PT斷線試驗(yàn)

機(jī)端二次電壓斷線試驗(yàn)，其主要目的在于考核當(dāng)I（或者II）通道PT斷線時，會自動切換到II（或者I）通道，當(dāng)II（或者I）通道PT也斷線時，調(diào)節(jié)器能自動穩(wěn)定住當(dāng)前電壓，電壓波形抖動峰值小，時間短。

試驗(yàn)?zāi)MPT斷線時，特別注意只需要斷開至勵磁調(diào)節(jié)器的電壓回路，以免造成其他保護(hù)誤動作。

PT斷線試驗(yàn)方法是，選擇I通道起勵建壓至95%Ue，然后斷開I通道機(jī)端電壓采樣中的任意一相，此時勵磁系統(tǒng)會判斷為I通道PT斷線，并同時切換到II通道，然后再斷開II通道機(jī)電電壓采樣中的任一一相，此時勵磁系統(tǒng)會判斷為II通道PT斷線，并切換至自動調(diào)節(jié)方式。此過程錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形圖?？煞治龀觯?dāng)PT斷線發(fā)生時，機(jī)端電壓雖然有波動，但波動非常小，機(jī)端電壓一次最大有效值壓差為660 V，波動時間僅為408.75 ms，不會引起其他保護(hù)誤動，滿足要求。

2.6 切換試驗(yàn)

切換試驗(yàn)有兩個內(nèi)容，一是手自動的切換試驗(yàn)；二是通道切換試驗(yàn)。這兩個試驗(yàn)的要求都是一致的，機(jī)段電壓、勵磁電壓和勵磁電流都不允許有明顯的抖動，曲線應(yīng)保持平穩(wěn)。

具體試驗(yàn)方法：先起勵建壓至95%Ue，進(jìn)行手動勵磁調(diào)節(jié)和自動勵磁調(diào)節(jié)的切換，將整個過程進(jìn)行錄波，記錄機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流的波形。

然后進(jìn)行通道切換試驗(yàn)，分別進(jìn)行4次通道切換，并錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流的波形圖。機(jī)端電壓在切換過程中應(yīng)無明顯抖動，曲線保持平穩(wěn)。

2.7 空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)

在勵磁參數(shù)調(diào)整時，要全面考慮滿足勵磁動態(tài)性能要求，既要考慮到勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也要充分發(fā)揮勵磁系統(tǒng)的快速性。因此，在新的勵磁行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中增加了勵磁空載階躍響應(yīng)，是對發(fā)電機(jī)電壓上升速度的要求。

空載階躍響應(yīng)試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證發(fā)電機(jī)在遇到如主變高壓側(cè)雷擊、突然有大負(fù)荷帶入、突然大負(fù)荷切除等小干擾情況下，能在標(biāo)準(zhǔn)范圍要求內(nèi)由高電壓或者低電壓階躍至正常電壓。國標(biāo)要求超調(diào)量小于50%，調(diào)節(jié)次數(shù)小于3次，調(diào)節(jié)時間不大于10 s，而行標(biāo)要求超調(diào)量小于30%，調(diào)節(jié)次數(shù)小于3次，常規(guī)調(diào)節(jié)時間小于10 s，本次試驗(yàn)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

對勵磁調(diào)節(jié)器的PID控制器，為比例、積分、微分控制，一般只采用比例和積分相協(xié)調(diào)控制，比例控制可以保證調(diào)節(jié)速度，而積分控制可以保證調(diào)節(jié)精度。PID參數(shù)為經(jīng)典值，在試驗(yàn)中只需根據(jù)整流方法倍數(shù)來做出相應(yīng)調(diào)整。

具體試驗(yàn)方法是：首先設(shè)定PID參數(shù)，設(shè)定階躍量5%（本次試驗(yàn)采用5%階躍量），選擇通道I，然后起勵建壓至95%Ue，進(jìn)行5%Ue減階躍，再進(jìn)行5%Ue增階躍，整個過程錄取機(jī)端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，并記錄調(diào)節(jié)次數(shù)。通道II進(jìn)行同樣試驗(yàn)步驟。

經(jīng)計算，減5%階躍的機(jī)端電壓超調(diào)量為8.31579%，調(diào)節(jié)次數(shù)為1次；增5%階躍的機(jī)端電壓超調(diào)量為11.57895%，調(diào)節(jié)次數(shù)為1次。超調(diào)量的計算公式為，其中U代表在階躍過程中的機(jī)s端電壓峰值，Un代表穩(wěn)態(tài)電壓值，試驗(yàn)中Un為95%額定機(jī)端電壓，d%代表階躍量。減階躍的調(diào)節(jié)試驗(yàn)為1 035 ms，增階躍的調(diào)節(jié)時間為1 036 ms。通過對數(shù)據(jù)和波形的分析，證實(shí)勵磁調(diào)節(jié)器滿足行業(yè)要求。

3 結(jié)束語

勵磁系統(tǒng)的動態(tài)試驗(yàn)至關(guān)重要，不僅能夠檢驗(yàn)勵磁器的調(diào)節(jié)性能，更重要的是，為帶載試驗(yàn)提供了參考，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很重要，因此要注重整理和歸納動態(tài)試驗(yàn)的方法，提高分析數(shù)據(jù)和波形的能力，善于積累試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。在今后的勵磁系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試過程中不斷完善和改進(jìn)試驗(yàn)方法，為發(fā)電機(jī)組以致整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

［1］ 竺士章.發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)試驗(yàn)［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［3］ 方思立.汽輪發(fā)電機(jī)自并勵勵磁系統(tǒng)的分析研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（12）：25－27.