發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)整定及運(yùn)行維護(hù)

【摘要】發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的在維持發(fā)電機(jī)端的電壓水平、合理穩(wěn)定分配發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面起到關(guān)鍵性的作用。本文在分析發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及其控制原理的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的PSS參數(shù)整定和滅磁進(jìn)行了研究。結(jié)合案例和處理方案探討了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的重要性及措施，對(duì)于發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】勵(lì)磁；參數(shù)整定；整流；階躍響應(yīng)；PSS

勵(lì)磁系統(tǒng)是為同步發(fā)電機(jī)提供直流磁場(chǎng)電流設(shè)備的總稱，它是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。勵(lì)磁系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)對(duì)象（同步發(fā)電機(jī)）共同組成的反饋控制系統(tǒng)，稱為勵(lì)磁控制系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)基本功能是維持電壓水平、提供無(wú)功功率。本文從發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)整定和運(yùn)行維護(hù)兩個(gè)方面對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行研究。

一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)如圖1所示，其由以下幾部分構(gòu)成：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR（勵(lì)磁調(diào)節(jié)器）；勵(lì)磁電源（勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器）；整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）；滅磁與轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)根據(jù)檢測(cè)到的發(fā)電機(jī)的電壓、電流或其它狀態(tài)量的輸入信號(hào)，按照給定的勵(lì)磁控制準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元的輸出。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器一般由基本控制、輔助控制和勵(lì)磁限制三大部分組成，如圖2所示。

測(cè)量比較單元是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的信息輸入單元。它的主要作用是將從同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器來(lái)的三相交流電壓，經(jīng)過(guò)電壓測(cè)量變壓器降壓，再經(jīng)過(guò)整流器整流為所需要的直流信號(hào)電壓，與給定的直流參考電壓比較后，得出電壓偏差信號(hào)，輸出至綜合放大單元。調(diào)差單元用于改變發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性斜率，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率合理分配。綜合放大單元的任務(wù)是根據(jù)勵(lì)磁裝置應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，線性的綜合測(cè)量偏差、輔助控制以及限制等信號(hào)，并加以放大，進(jìn)而獲得滿足移相觸發(fā)單元所需要的控制信號(hào)。

二、勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)整定

（1）PSS參數(shù)整定

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是附加于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制手段。隨著自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，PSS附加控制更成為勵(lì)磁系統(tǒng)不可缺少的功能之一。好的PSS附加控制能夠增加弱阻尼或負(fù)阻尼勵(lì)磁系統(tǒng)的正阻尼，能夠有效的抑制電力系統(tǒng)低頻震蕩，從而提高發(fā)電機(jī)組（線路）的最大輸出（傳輸）能力。

PSS參數(shù)整定要求PSS的作用需兼顧0.2Hz左右的系統(tǒng)振蕩頻率和1.4Hz左右的地區(qū)振蕩頻率。因此，PSS參數(shù)整定應(yīng)使PSS產(chǎn)生的電磁力矩（在額定有功功率和無(wú)功很小的情況下，可近似認(rèn)為基本與ΔVt同相）在0.1Hz～2.0Hz的頻率范圍內(nèi)滯后-ΔPe信號(hào)30°～120°，即在Δω軸的±30°范圍內(nèi)。如果用φe表示勵(lì)磁系統(tǒng)相位，用φpss表示PSS的相位，則要求PSS的參數(shù)整定應(yīng)使得在0.1Hz～2.0Hz的頻率范圍內(nèi)φe+φpss在-60°～-120°之間。

由表1可以看出：在0.2～2Hz的頻率范圍內(nèi)，由發(fā)電機(jī)機(jī)機(jī)PSS產(chǎn)生的電磁力矩（認(rèn)為與ΔVt基本同相）滯后-ΔP信號(hào)81°～110°，（即在Δω軸的-9°～+20°范圍內(nèi)），發(fā)電機(jī)機(jī)的PSS對(duì)1.4Hz左右的地區(qū)振蕩頻率和0.2Hz左右的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)振蕩頻率都具有較好的阻尼，PSS相位補(bǔ)償滿足要求。

然后進(jìn)行有無(wú)PSS負(fù)載階躍響應(yīng)試驗(yàn)，檢驗(yàn)PSS作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進(jìn)行1～3%的階躍響應(yīng)試驗(yàn)，觀測(cè)機(jī)組有功功率和聯(lián)絡(luò)線路有功功率的動(dòng)態(tài)過(guò)程，PSS退出時(shí)負(fù)載階躍響應(yīng)如圖3所示。在不同的擾動(dòng)方式下，校核PSS的作用。主要考慮的擾動(dòng)方式有：切送端負(fù)荷；發(fā)電機(jī)增出力；線路三相短路0.1s切線路。

（2）發(fā)電機(jī)滅磁

發(fā)電機(jī)滅磁是防止發(fā)電機(jī)-變壓器組故障擴(kuò)大的唯一方法。發(fā)電機(jī)的滅磁速度影響因數(shù)包括滅磁工況、滅磁電阻、滅磁開關(guān)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組、阻尼繞組和滅磁電阻等參數(shù)。提高發(fā)電機(jī)滅磁速度可以采用非線性滅磁電阻例如氧化鋅、碳化硅等。滅磁系統(tǒng)要求：1）剩磁不足以維持定子繞組短路點(diǎn)電?。?）轉(zhuǎn)子繞組承受反壓小于規(guī)定1.4*（4～6）Ufn；3）滅磁盡可能快，滅磁時(shí)間：定子電壓下降到500V以下，或者轉(zhuǎn)子電流下降到空載額定電流的1%所需要的時(shí)間。

三、運(yùn)行維護(hù)及案例分析

1.勵(lì)磁系統(tǒng)的檢查

（1）開關(guān)量的檢查

模擬調(diào)節(jié)器開關(guān)量輸出，檢查信號(hào)是否正確。給調(diào)節(jié)器發(fā)“開機(jī)”信號(hào)時(shí)，PT電壓在8S內(nèi)未達(dá)到30%時(shí)，發(fā)“起勵(lì)失敗”信號(hào)；當(dāng)手動(dòng)、PT斷線、過(guò)勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)限制、低頻保護(hù)、低勵(lì)限制等信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，均有異常信號(hào)發(fā)出，并在面板上有相應(yīng)的指示燈亮調(diào)節(jié)器功能模擬試驗(yàn)。

（2）模擬量的檢測(cè)

發(fā)電機(jī)PT電壓測(cè)量校正。在端子排上短接勵(lì)磁PT（LPT）和儀表PT（YPT）（分相端接）以及系統(tǒng)PT（XPT）（有些裝置上沒(méi)有采用）。加入三相正相序的0～120V電壓，以額定機(jī)組電壓為基準(zhǔn)值，每隔10V記錄測(cè)量顯示值。修改參數(shù)或調(diào)整測(cè)量回路的電位器，使顯示值與實(shí)際值（PT二次電壓）折算到一次側(cè)的電壓值一致。

發(fā)電機(jī)CT電流測(cè)量校正。在端子排上加入三相正相序的0～5A（或0～1A）電流，以額定的定子電流為基準(zhǔn)，記錄測(cè)量顯示值。修改參數(shù)或者調(diào)整測(cè)量回路的電位器，使顯示值與實(shí)際值（CT二次電流）折算到一次側(cè)的電流值一致。

勵(lì)磁電流（IL）或勵(lì)磁電壓（UL）測(cè)量校正。按照電流傳感器的輸出電壓值或電流值，在端子排上加入的0～20mA（4～20mA）的電流或0～5V的電壓信號(hào)。按照電流傳感器的變比折算到勵(lì)磁電流的實(shí)際值。修改參數(shù)或調(diào)整測(cè)量回路的電位器，使顯示值與所加電壓或電流折算的實(shí)際值（按照電流傳感器的變比折算到勵(lì)磁電流的值）折算到一次側(cè)的電壓值一致。

2.案例分析及處理

（1）勵(lì)磁機(jī)整流輸出故障及處理。某電廠勵(lì)磁方式為無(wú)刷勵(lì)磁式（系統(tǒng)接線方式如下），升壓時(shí)給起勵(lì)電流后，發(fā)電機(jī)電壓變化不大，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一樣，用三相調(diào)壓器直接加電壓至勵(lì)磁功率回路進(jìn)行整流，輸出至額定電流時(shí)發(fā)電機(jī)電壓仍只到30%。勵(lì)磁裝置輸出電流正常，達(dá)到額定電流后發(fā)電機(jī)電壓仍然升不起來(lái)基本可以排除勵(lì)磁故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)整流部分輸出不正常，經(jīng)檢查為整流二極管有故障，解決后升壓正常。

（2）勵(lì)磁PT電壓故障及處理。某電廠為可控硅自并激勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)到額定轉(zhuǎn)速后，運(yùn)行人員在勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜上操作“開機(jī)”開關(guān)，發(fā)電機(jī)開機(jī)起勵(lì)后，發(fā)電機(jī)電壓表指針不動(dòng)，勵(lì)磁變副邊電壓表很快滿表，隨即保護(hù)動(dòng)作，滅磁開關(guān)跳開，檢查發(fā)現(xiàn)滅磁開關(guān)兩個(gè)觸頭燒熔，滅磁開關(guān)正上方的-C相可控硅散熱器被嚴(yán)重熏黑，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變壓器高壓保險(xiǎn)（10A）三相由于來(lái)不及熔斷，本體均被炸飛掉，高壓保險(xiǎn)柜被驗(yàn)證熏黑。

經(jīng)檢查造成事故的主要原因是PT電壓沒(méi)投入，就以“自動(dòng)”方式開機(jī)升壓。由于自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是以PT電壓作為反饋量，沒(méi)有檢測(cè)到反饋電壓，控制角一直保持在最小角度。勵(lì)磁電流會(huì)一直上升，發(fā)電機(jī)電壓一直會(huì)上升到飽和點(diǎn)，此時(shí)勵(lì)磁電流繼續(xù)增加，由于電流的增加率很大，電壓會(huì)達(dá)到1.5倍以上，勵(lì)磁變壓器高壓保險(xiǎn)的電流和電壓均超過(guò)額定值，高壓保險(xiǎn)來(lái)不及熔斷，熔斷時(shí)的能量很大，超過(guò)了保險(xiǎn)管內(nèi)部吸收的極限，被炸飛掉。保險(xiǎn)炸飛后三相之間相互拉弧造成發(fā)電機(jī)三相短路，最后發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開滅磁開關(guān)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，以及遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電線路的出現(xiàn)及大型發(fā)電機(jī)開始采用，由半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和晶閘管整流功率柜組成的快速勵(lì)磁系統(tǒng)，使整個(gè)電力系統(tǒng)的阻尼不斷減弱。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或受到其他擾動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間低頻率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)的整定和運(yùn)行措施的探討，有助于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]竺士章，陳皓，趙紅光.嘉興發(fā)電廠300MW勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)測(cè)定和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器實(shí)驗(yàn)結(jié)果[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，25（4）：51-53.

[2]邵偉，徐政.勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)整定研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，22（10）：12-17.

[3]朱守真，沈善德，焦連偉.建立大型同步機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，17（3）：179-183.

作者簡(jiǎn)介：吳志杰（1972—），男，工程師，現(xiàn)供職于湖南省資興市東江水力發(fā)電廠，主要從事水電自動(dòng)裝置及直流系統(tǒng)生產(chǎn)、管理工作。