柘林水電廠勵(lì)磁系發(fā)展過程、原理及經(jīng)驗(yàn)

【摘要】我廠勵(lì)磁系統(tǒng)更新改造及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理及經(jīng)驗(yàn)，在我廠實(shí)踐中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】更新改造；勵(lì)磁系統(tǒng)；應(yīng)用

一、我廠勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展史

自1998年以來，我廠A廠的四臺(tái)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)先后由有勵(lì)磁機(jī)它勵(lì)方式轉(zhuǎn)變成自并勵(lì)微機(jī)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。之前勵(lì)磁它勵(lì)方式中勵(lì)磁電源不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的影響，其維護(hù)工作量大，反應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)技術(shù)落后，老的洪山LT-03E型晶體管勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的元器件已老化，經(jīng)常出現(xiàn)故障。滅磁開關(guān)是DM2-2500型單斷口滅弧柵滅磁開關(guān)。該滅磁開關(guān)在運(yùn)行中，串接于轉(zhuǎn)子回路中，特別是在強(qiáng)行滅磁時(shí)，往往要擔(dān)負(fù)切斷勵(lì)磁電源及吸收轉(zhuǎn)子電磁能量的雙重任務(wù)，對滅磁效果有很大的影響，有時(shí)是釀成開關(guān)嚴(yán)重?zé)龘p的主要因素。曾先后出現(xiàn)過開關(guān)嚴(yán)重?zé)龘p事故，影響了發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

二、勵(lì)磁系統(tǒng)配置

勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、可控硅整流裝置、滅磁回路、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，操作、檢測、保護(hù)、信號(hào)以及起勵(lì)回路等多個(gè)部分組成。

三、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器其根本任務(wù)在于對發(fā)電機(jī)極端電壓的恒定進(jìn)行維持，調(diào)節(jié)并控制機(jī)端的電壓是其基本功能。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)各類產(chǎn)品中，其具備實(shí)時(shí)故障的診斷與容錯(cuò)的功能、計(jì)算機(jī)的輔助分析以及智能調(diào)試的功能。

四、可控硅整流裝置

4.1工作原理

三相可控硅整流橋帶感性的輸出電壓Ud與輸入電壓U2以及觸發(fā)角α有如下關(guān)系：Ud=1.35U2α

可見改變觸發(fā)角α或輸入電壓U2的大小即可改變可控硅整流柜的輸出電壓Ud，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)電流正是通過改變觸發(fā)角α對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁進(jìn)行控制的。

該類型可控硅整流裝置采用復(fù)合阻容吸收方式，其中二極管整流模塊及R3，C3主要用于交流側(cè)，由于可控硅的開通及關(guān)斷成換相過電壓R1C1及R2C2主要用于吸收可控硅自身的過電壓。

五、滅磁與過電壓相關(guān)裝置

滅磁就是將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中磁場儲(chǔ)能以最快的速度減弱至最小程度。其中最直接的方法就是斷開勵(lì)磁回路。然而勵(lì)磁繞組所具備的電感很大，若突然被斷開，其兩端會(huì)產(chǎn)生過高過電壓。所以，在勵(lì)磁電源斷開的同時(shí)，需使得轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組能夠自動(dòng)接至放電電阻上或者其他的吸能裝置，將磁場中的儲(chǔ)存能量快速消耗完。這一過程完成最主要的設(shè)備也被稱為自動(dòng)滅磁裝置。

為了能夠進(jìn)一步控制故障影響范圍，滅磁階段必須盡可能迅速地完成。滅磁工作所需時(shí)間越短，則由于短路電流問題而造成的影響和損害也就越小，通常來說，根據(jù)同步電機(jī)定子繞組電勢降低至接近零的所需時(shí)間對滅磁方法優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.1關(guān)于滅磁裝置的工作原理的分析

5.1.1在正常的運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)電機(jī)的工況

在發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過程中，滅磁開關(guān)合閘，兩個(gè)常開主觸頭閉合，常閉主觸頭拉開，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓經(jīng)二極管或可控硅加在非線性電阻FR2、FR3上。對于滅磁線性電阻R0，在發(fā)電工況時(shí)，不接入主回路。對于過電壓保護(hù)非線性電阻FR2、FR3因有正向可控硅，在過電壓達(dá)動(dòng)作觸發(fā)之前，可控硅關(guān)斷，回路無正向電流，也無反向電流。正常情況下， FR2和FR3不過電流，停止能量消耗，不對主回路的工作造成影響。

5.1.2在正常的運(yùn)行過程當(dāng)中，發(fā)電機(jī)發(fā)生過電壓

氧化鋅非線形電阻的伏安特性見圖1，在運(yùn)行過程當(dāng)中，過電壓保護(hù)非線性電阻FR2、FR3原工作點(diǎn)在A1處。如果過電壓的能量出現(xiàn)，若為正向的過電壓，那么當(dāng)能量積累使得正向過電壓超過過電壓動(dòng)作整定值后，那么FR2和FR3控制觸發(fā)的回路啟動(dòng)，可控硅導(dǎo)通非線性電阻兩端所加的電壓，因超過非線性電阻的壓敏電壓值而快速導(dǎo)通，消耗轉(zhuǎn)子過電壓能量。這種情況下非線性電阻的工作點(diǎn)移至A2處，如果過電壓能量得到釋放，那么過電壓值則應(yīng)該隨之下降，工作點(diǎn)回復(fù)至正常工作點(diǎn)A1處，這種情況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓正常。如果有反向的過電壓出現(xiàn)，由非線性電阻FR2、FR3的工作點(diǎn)沿著伏/安特性曲線向負(fù)橫軸方向移動(dòng)，當(dāng)反向過電壓值超過FR2、FR3動(dòng)作壓敏電壓拐點(diǎn)后FR2、FR3反向開通，運(yùn)行工作點(diǎn)在A3，當(dāng)過電壓能釋放完畢后，過電壓降低直至消失，非線性電阻FR2、FR3的工作點(diǎn)又由A3移回至A1點(diǎn)，由上面的分析可知，因發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子過電壓所具備的能量有限，若FR2與FR3的能量夠充足，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓就能夠被有效限制于-ULM～+ULM范圍內(nèi)，這就保護(hù)了轉(zhuǎn)子的絕緣。

5.1.3發(fā)電機(jī)在停機(jī)滅磁情況下的工況

如果發(fā)電機(jī)在故障或者正常的狀態(tài)下停機(jī)，都可以通過該裝置實(shí)現(xiàn)快速滅磁并且在這一過程中就勵(lì)磁回路造成的過電壓實(shí)現(xiàn)有效控制，保證在安全范圍以內(nèi)。FMK在接收停機(jī)的指令后，閉合常閉的主觸頭，同時(shí)拉開常開的主觸頭。勵(lì)磁繞組的兩端電壓通過以下公式表示：

公式中的R0為線形滅磁電阻，RL為勵(lì)磁繞組電阻；UL為滅磁時(shí)刻的勵(lì)磁電壓。

可見，當(dāng)滅磁開關(guān)分閘時(shí)，轉(zhuǎn)子兩端的電壓值與滅磁電阻的阻值有密切關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)子滅磁時(shí)的過電壓值一般不超過額定勵(lì)磁電壓值的5-7倍。而另一方面，轉(zhuǎn)子回路放電時(shí)，串入的電阻值越大，則阻力矩越大，對轉(zhuǎn)子回路的滅磁越有利，所以又希望滅磁電阻的阻值不致于太小，根據(jù)這兩方面的要求，一般選取滅磁電阻的阻值為轉(zhuǎn)子直流電阻的3-5倍。另外要考慮到線形電阻能承受足夠的滅磁電流，不致于因?yàn)榘l(fā)熱功率太小而燒壞。

六、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在實(shí)踐中的應(yīng)用

換型后的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，經(jīng)過十多年的運(yùn)行檢驗(yàn)，確實(shí)是提高設(shè)備的可靠性、安全性、可操作性，更好地服務(wù)于水電廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但在運(yùn)行維護(hù)過程中我們發(fā)現(xiàn)了一點(diǎn)問題。如：工控機(jī)未裝不間斷電源，在倒廠用電時(shí)，工控機(jī)會(huì)斷電，這樣會(huì)影響工控機(jī)的使用壽命，我公司已更換了四臺(tái)工控機(jī)了。2008年四號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已換上南瑞的NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，今年準(zhǔn)備將三號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器換上NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，以上調(diào)節(jié)器都有個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是當(dāng)2組PT都斷線的情況下會(huì)誤強(qiáng)勵(lì)。功率柜上的測溫裝置，也只是在盤柜上顯示溫度不能在上位機(jī)上顯示，因此裝置不能與監(jiān)控系統(tǒng)接口。功率柜風(fēng)壓繼電器，設(shè)計(jì)不合理根本不能使用。

這些問題不僅僅是我們的問題，也是生產(chǎn)廠家有待考慮和解決的問題，不過我廠已采取了相應(yīng)措施解決了以上問題。