基于PLC的勵磁調(diào)節(jié)器在600MW無刷勵磁發(fā)電機組上的應(yīng)用淺談

【摘要】介紹基于PLC的勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)架構(gòu)、功能原理及其在600MW交流無刷勵磁發(fā)電機組上的運行情況作以闡述

【關(guān)鍵詞】PLC；勵磁調(diào)節(jié)；可靠性；600MW汽輪發(fā)電機組；應(yīng)用

孟津發(fā)電廠現(xiàn)運行的2臺（2×600MW）交流無刷勵磁發(fā)電機組及其勵磁控制系統(tǒng)均由日本富士電機公司制造，2011年投入運行，經(jīng)2年多運行實踐表明，交流無刷勵磁發(fā)電機具有機械性能良好，自動化程度較高，運行穩(wěn)定可靠，維護量少等優(yōu)點。本文對交流無刷勵磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)原理、自動電壓調(diào)節(jié)器的功能和技術(shù)特性及在孟津電廠運行情況作以闡述。供有關(guān)人員進一步了解。

1.結(jié)構(gòu)原理

1.1發(fā)電機組基本結(jié)構(gòu)

富士公司交流無刷勵磁發(fā)電機在技術(shù)上具有獨到之處，其電機的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，輔助設(shè)施少，安裝使用維護方便，運行穩(wěn)定可靠。其轉(zhuǎn)子、定子均為氫氣冷卻，較好地解決了轉(zhuǎn)子冷卻的難題。

無刷勵磁系統(tǒng)由主勵磁機、永磁副勵磁機和自動電壓調(diào)節(jié)器3個部分組成。

主勵磁機是一個磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機，與汽輪發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。電樞繞組感應(yīng)的三相交流電經(jīng)同軸旋轉(zhuǎn)的三相旋轉(zhuǎn)整流裝置變?yōu)橹绷?，通過發(fā)電機軸上的導(dǎo)電桿進入發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組，實現(xiàn)給發(fā)電機勵磁。

副勵磁機是一個永磁式中頻發(fā)電機（300Hz），與汽輪發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。磁極在轉(zhuǎn)子上，極身為永久磁鋼，其輸出的感應(yīng)的電流經(jīng)自動電壓調(diào)節(jié)器調(diào)整后供給主勵磁機磁場。

1.2勵磁控制系統(tǒng)基本架構(gòu)

為了加強發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的可靠性，富士公司自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）從變送器、勵磁調(diào)節(jié)器及其供電的穩(wěn)壓電源，再到可控硅整流器等，都采用雙通道冗余設(shè)計，保證在工作通道故障時，可自動切換到備用通道，避免發(fā)電機因勵磁故障導(dǎo)致停機。對各種運行狀態(tài)、故障情況，除在控制盤顯示面板上指示外，還與DCS、AVC聯(lián)系共同參與發(fā)電機組的控制。

整個自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）安裝在個6個機柜中，分別為勵磁變柜、可控硅整流器柜、滅磁開關(guān)柜、AVR控制一柜、AVR控制二柜、勵磁電阻柜。

AVR控制器采用富士MICREX-SXPLC（SPHtype），具有雙通道，通道之間相互獨立，自動跟蹤，保證無擾切換。控制器控制交流勵磁機的磁場電流，以調(diào)節(jié)交流勵磁機的電壓，從而間接地調(diào)整了主機的勵磁，實現(xiàn)對發(fā)電機機端電壓的調(diào)節(jié)、控制。從圖1中表示了該系統(tǒng)運行的可靠性，只有工作通道和備用通道供電電源同時故障，或脈沖信號同時消失，才會導(dǎo)致機組停機。

2.自動電壓調(diào)節(jié)器的主要功能和技術(shù)特性

2.1自動電壓控制

當AVR控制器選擇90A模式時，自動電壓調(diào)節(jié)器（90A）控制的是發(fā)電機的機端電壓（并網(wǎng)前）或發(fā)電機的無功功率（并網(wǎng)后）。自動電壓調(diào)節(jié)器（90A）允許設(shè)定電壓范圍為80%～110%Un，通過積分器增減信號在60s內(nèi)達到設(shè)定的機端電壓值。

從功能框圖（見圖1）中可知，在90A模式下，為避免超調(diào)，起勵調(diào)節(jié)器（StartingSetter）將發(fā)電機機端電壓自動從零升為80%Un。

2.2手動電壓控制

當AVR控制器選擇90M模式時，手動電壓調(diào)節(jié)器（90M）是通過控制勵磁機的磁場電流而調(diào)節(jié)勵磁機電流，從而實現(xiàn)對發(fā)電機機端電壓的控制。在90M模式下，可以在60s內(nèi)實現(xiàn)勵磁機的磁場電流If從0A升到最大的122.1A。

2.3勵磁限制

2.3.1過勵限制。用檢測勵磁機磁場電流的方法，可對正常運行時勵磁電流的最大值進行限制。避免使勵磁機和發(fā)電機繞組溫升過高而引起故障。

2.3.2欠勵限制。機組在欠勵運行時將會出現(xiàn)超前的無功負載，當發(fā)電機氣隙電勢超前于系統(tǒng)電壓角度（即功角）等于或大于90o時.將使發(fā)電機失步而引起故障。欠勵限制功能檢測系統(tǒng)電壓與發(fā)電機氣隙電勢的幅值和相位，一旦其夾角接近穩(wěn)定極限，欠勵限制器動作，增加勵磁電流，使機組不進入失步區(qū)域。

2.3.3V/F限制?？刂瓢l(fā)電機的電壓與轉(zhuǎn)速成比例地下降，可避免發(fā)電機轉(zhuǎn)速降低時勵磁電流過大的現(xiàn)象。

3.富士交流無刷勵磁發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)的特點

（1）由于以旋轉(zhuǎn)整流器代替了直流勵磁機的整流子和發(fā)電機上的滑環(huán)、碳刷，既避免了有刷勵磁受滑環(huán)極限容量限制，提高了發(fā)電機勵磁電流，同時，也不必考慮因使用電刷帶來的，如電流分配、火花、磨損等問題，大大減少了維護的時間和工作量，提高了運行的可靠性和年利用率。

（2）由于交流勵磁機的勵磁電流由永磁發(fā)電機提供，因此不需要借助外界電源起勵，運行獨立性好，可靠性高。

（3）交流勵磁機的時間常數(shù)較大，需增加適當?shù)姆答伩刂撇拍芴岣邉畲畔到y(tǒng)的反應(yīng)速度。

（4）發(fā)電機勵磁繞組的回路內(nèi)不能裝設(shè)滅磁開關(guān)、滅磁電阻等設(shè)備，所以不能直接滅磁，只能采用對勵磁機勵磁繞組進行滅磁的方法，故滅磁速度較慢。

（5）由于采用了高精度的自動電壓調(diào)節(jié)器，增加了保護功能，提高了機組的靜動態(tài)穩(wěn)定性能，更提高了系統(tǒng)的自動化程度。

4.結(jié)束語

富士電機公司制造的交流無刷勵磁發(fā)電機，結(jié)構(gòu)緊湊，性能良好，自動化程度較高，運行穩(wěn)定可靠，使用維護方便，年利用率較高。由于無刷勵磁系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點.因而現(xiàn)已成為國際上同步電機主要勵磁方式。我國近年來也不斷引進推廣研制無刷勵磁的新技術(shù)，把我國的無刷勵磁技術(shù)提高到一個新水平。

參考文獻

[1]Description of Function for Digital Automatic Voltage Regulator （Brushless Excitation System Separately Excited PMG）.Fuji Electric Systems Co.，Ltd.

[2]The Operation and Maintenance Manual of Generator. Fuji Electric Systems Co.，Ltd.

作者簡介

葉永彬，1983.09—，河南平頂山人，本科