全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置在火電廠的應(yīng)用

郭秀娟

（峰峰集團(tuán)電業(yè)分公司，河北 邯鄲 056200）

全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置在火電廠的應(yīng)用

郭秀娟

（峰峰集團(tuán)電業(yè)分公司，河北 邯鄲 056200）

勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行性能直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）技術(shù)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的最佳控制，在很大程度上提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性。本文通過改造實(shí)例介紹了全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置的工作原理、特性及效益，證明全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

勵(lì)磁裝置；全數(shù)碼；火電廠

1 工程概況

我廠3#發(fā)電機(jī)型號(hào)為QF-6-2，額定功率6000KW，額定電壓6.3KV，勵(lì)磁裝置采用河北工業(yè)大學(xué)電工廠生產(chǎn)的可控硅勵(lì)磁裝置，型號(hào)為BLZ-2A-2，于2003年投入運(yùn)行，近年來該勵(lì)磁系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障：發(fā)電機(jī)機(jī)旁操作起勵(lì)，電壓升不起來；發(fā)電機(jī)低負(fù)荷時(shí)能夠正常運(yùn)行，當(dāng)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，無功功率變得很不穩(wěn)定；多次出現(xiàn)整流柜整流橋可控硅溫度升高。此外，自2010年開始，3#發(fā)電機(jī)頻繁出現(xiàn)失磁現(xiàn)象，有時(shí)可聽見勵(lì)磁柜內(nèi)部有噪音、勵(lì)磁調(diào)節(jié)不靈活等，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

為解決3#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不穩(wěn)定、頻繁失磁的安全隱患，提高3#發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，滿足電力系統(tǒng)的需要，決定對(duì)3#機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。經(jīng)過多方調(diào)研及與廠家溝通，發(fā)現(xiàn)全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制精度高、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便快捷、運(yùn)行可靠穩(wěn)定、便于人機(jī)對(duì)話等優(yōu)勢(shì)，是目前比較先進(jìn)的勵(lì)磁方式，適用于電廠小機(jī)組自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。

2 采用全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置的可行性

全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、更換方便，可以不停機(jī)、不減載在線更換控制單元及風(fēng)機(jī)單元，采用雙通道互為備用的工作方式，可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)自動(dòng)切換，具有數(shù)碼顯示、故障報(bào)警、軟硬件保護(hù)和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示等多種功能，能夠完成發(fā)電機(jī)快速起勵(lì)建壓，根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和機(jī)端電壓，具有“恒流勵(lì)磁”、“恒壓勵(lì)磁”、“恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)”、“手動(dòng)”四種勵(lì)磁工作方式，不存在并列機(jī)組間搶無功現(xiàn)象，所有模擬量的處理回路均取消電位器，改為能夠在菜單上整定的軟件電位器，起動(dòng)和運(yùn)行過程中的各種參數(shù)可根據(jù)控制對(duì)象靈活設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在線整定，以達(dá)到最佳控制效果，且可遠(yuǎn)程維護(hù)及與其它設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、管理的自動(dòng)化、信息化奠定基礎(chǔ)，具有一定的可行性。

3 實(shí)施方案

3.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作原理

全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置基于同步發(fā)電機(jī)的現(xiàn)代勵(lì)磁控制理論，充分應(yīng)用最新的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）技術(shù)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)，運(yùn)用目前國(guó)際上較流行的全數(shù)碼控制技術(shù)及半導(dǎo)體可控整流技術(shù)，在計(jì)算速度、抗電磁干擾，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。

勵(lì)磁裝置調(diào)節(jié)器分基本控制和輔助控制兩部分?；究刂朴蓽y(cè)量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三個(gè)主要單元構(gòu)成，輔助控制包括勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及勵(lì)磁限制、保護(hù)器等，用于改善發(fā)電機(jī)不同工況下電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能等。

勵(lì)磁裝置主控單元所需的電氣信號(hào)有發(fā)電機(jī)量測(cè)PT電壓、儀表PT電壓及從發(fā)電機(jī)電流互感器來的三相定子電流信號(hào)，共9個(gè)交流信號(hào)。所需的直流信號(hào)有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流及勵(lì)磁裝置輸出電流。這些信號(hào)經(jīng)過處理及電路變換，再濾波、隔離放大，轉(zhuǎn)換成合適的A/D采樣信號(hào)，送入主機(jī)板（DSP）。通過采樣計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)平均電壓與參考電壓之差，經(jīng)綜合調(diào)差信號(hào)后進(jìn)行PID運(yùn)算得到一個(gè)控制量，去改變晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而改變調(diào)節(jié)器的輸出電流，以控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓維持在一定水平，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。

以上采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件計(jì)算能夠得到勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)、勵(lì)磁裝置輸出參數(shù)及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況等信息，如發(fā)電機(jī)三相電壓平均值、三相電流平均值、勵(lì)磁電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、硅控制角等，供勵(lì)磁裝置各軟件功能模塊使用。

3.2 改造內(nèi)容

（1）保留原有勵(lì)磁裝置的勵(lì)磁變壓器；

（2）保留原有的電壓互感器，參數(shù)6000V/100V；

（3）保留原有的電流互感器，參數(shù)1000A/5A；

（4）拆除原有勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜及功率柜，在原勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜及勵(lì)磁功率柜位置上安裝新的勵(lì)磁柜和功率柜；

（5）勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜與功率柜之間的連線；

（6）勵(lì)磁裝置的調(diào)試。

3.3 微機(jī)勵(lì)磁的實(shí)現(xiàn)

勵(lì)磁電源由安裝于發(fā)電機(jī)小間的勵(lì)磁變壓器降壓后得到合適的交流電壓，再經(jīng)智能整流模塊整流，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，由微控制器的人機(jī)接口對(duì)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓進(jìn)行設(shè)定，通過微控制器采樣接口對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行全數(shù)字采樣，在程序的控制下對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行全數(shù)碼閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使機(jī)端電壓維持在給定值，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的起勵(lì)、建壓、自動(dòng)準(zhǔn)同期、無功和功率因數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)及停機(jī)、滅磁等一系列操作。裝置為雙通道運(yùn)行，當(dāng)主通道退出運(yùn)行時(shí)，備用通道無擾自動(dòng)投入運(yùn)行。

在智能化整流模塊交流側(cè)、直流側(cè)及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)均裝設(shè)過電壓保護(hù)裝置，用以保護(hù)可控硅及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在智能化整流模塊交流側(cè)及直流側(cè)設(shè)刀閘，經(jīng)過熔斷器及隔離開關(guān)接發(fā)電機(jī)出口母線，確保交直流側(cè)及變壓器的安全投切；

微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置需要的模擬量信號(hào)：兩組發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓信號(hào)（三相），分別由勵(lì)磁PT和儀用PT提供，發(fā)電機(jī)電流信號(hào)（三相）由電流互感器提供；

微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置需要的開關(guān)量輸入信號(hào)：增/減磁，起勵(lì)，逆變，滅磁開關(guān)合/分，通道切換命令及發(fā)電機(jī)主開關(guān)輔助接點(diǎn)（常閉）、發(fā)電機(jī)保護(hù)出口繼電器無源干接點(diǎn)（常開）。

4 效益

（1）裝置采用雙通道互相跟蹤熱備用工作方式，當(dāng)一個(gè)通道故障退出運(yùn)行時(shí)，備用通道能夠無擾自動(dòng)投入，且控制規(guī)律由軟件實(shí)現(xiàn)，不涉及硬件環(huán)節(jié)，大大減少了因硬件電路故障造成的停機(jī)事故及停機(jī)時(shí)間，不存在溫漂現(xiàn)象，提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口實(shí)時(shí)顯示機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行人員能夠直觀的看到勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，且可在線設(shè)定、修改運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的最優(yōu)控制，提高發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁裝置保護(hù)功能齊全，除具有普通保護(hù)，如短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過電壓保護(hù)外，還具有可控硅故障保護(hù)、均流越限、失脈沖及系統(tǒng)自檢功能，如電源檢測(cè)、可控硅故障等，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，發(fā)故障信號(hào)，并能夠通過控制器查詢每個(gè)事件的發(fā)生時(shí)間，使故障判斷及時(shí)準(zhǔn)確，大大方便了崗位的維護(hù)操作。

5 結(jié)論

本次改造項(xiàng)目采用全數(shù)碼微機(jī)勵(lì)磁方式，不僅能夠?qū)崟r(shí)在線修改整定運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組最優(yōu)控制，減少機(jī)組因勵(lì)磁不穩(wěn)定引起的跳閘事故，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性，而且裝置操作調(diào)試方便靈活，具有完善的保護(hù)、事故記錄、故障報(bào)警及方便直觀的人機(jī)接口，便于故障分析及事故處理，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用價(jià)值。