淺析自并勵勵磁與它勵勵磁系統(tǒng)的異同

張鑫

摘 要：深圳媽灣電力有限公司現(xiàn)有6臺30萬的火力發(fā)電機組，由于6臺機組的建設投產(chǎn)在不同的時期，它們采用的勵磁系統(tǒng)也不相同。其中，#1、#4機組使用的是三機同軸它勵勵磁系統(tǒng)，#5、#6機組使用的是自并勵勵磁系統(tǒng)，文章將對這兩套系統(tǒng)的勵磁功率單元、勵磁控制以及滅磁方式作詳細的比較和分析。

關(guān)鍵詞：它勵勵磁系統(tǒng)；自并勵勵磁系統(tǒng)；滅磁；功率；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0111-02

勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，勵磁系統(tǒng)的特性對電力系統(tǒng)及同步發(fā)電機的運行性能有著十分重要的影響，勵磁系統(tǒng)一般由兩部分構(gòu)成，第一部分是勵磁功率單元，它向同步發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁電源，以建立勵磁磁場；第二部分是勵磁控制部分，這一部分包括勵磁調(diào)節(jié)器，強行勵磁，強行減磁和滅磁等。它根據(jù)發(fā)電機的運行狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵磁電流，以滿足發(fā)電機運行的要求。在電力系統(tǒng)中，勵磁系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機的機端電壓，控制無功功率的分配，提高同步發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性。

1 勵磁功率單元比較分析

1.1 它勵勵磁功率分析

三機同軸它勵的勵磁功率單元包括TFY-80-400永磁副勵磁機，JL-1434-4交流主勵磁機，HWTA-30可控硅調(diào)節(jié)整流柜和GIF-3 000/1 500靜止硅整流柜。永勵磁機的轉(zhuǎn)子經(jīng)汽輪機的聯(lián)軸帶動，永勵磁機得以向可控硅整流柜提供400 Hz的三相交流電，可控硅整流柜對該電源進行軋波整流，得到的大小可控的直流電源輸入到主勵磁機的轉(zhuǎn)子，主勵磁機的轉(zhuǎn)子同樣由汽輪機的聯(lián)軸帶轉(zhuǎn)，主勵磁機得以向靜止硅整流柜提供100 Hz的三相交流電源，經(jīng)過靜止硅柜整流后的直流電源就是送到發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電源，其電源回路如圖1所示。在永勵磁機到主勵磁機之間除了正常使用的可控硅調(diào)節(jié)柜軋波整流外，還有一個備用的整流及調(diào)節(jié)回路，永勵磁機的輸出首先由手動調(diào)節(jié)的自耦變壓器調(diào)整大小，經(jīng)過調(diào)整以后的交流電再由不可控的硅整流裝置整流后向主勵磁機轉(zhuǎn)子輸出直流電源。

1.2 自并勵勵磁功率分析

自并勵磁系統(tǒng)的勵磁功率單元則要簡單得多，它主要包括一個容量為3 200 kVA的勵磁變壓器和一套靜止可控硅整流柜，另外在靜止可控硅整流柜后的直流電部分還有一個外接的啟動勵磁裝置回路，其功率回路如圖2所示。勵磁變壓器從發(fā)電機出口取下2萬V的電壓，經(jīng)過勵磁變壓器的變壓得到額定電壓為775 V的低電壓輸入到靜止可控硅整流柜，從可控硅柜軋波整流出來的大小可控的直流電源就是發(fā)電機的勵磁電源。外接的啟動勵磁回路是由于在初始狀態(tài)發(fā)電機無法向勵磁變壓器提供電能而需要另外接入的一個直流電源，在發(fā)電機出口有一定電壓后啟動勵磁回路會被切除，勵磁電能交由發(fā)電機出口提供，所以啟動勵磁電源也叫做磁場點火電源，在本自并勵啟動勵磁回路是采用廠用220 V交流電經(jīng)過整流而獲得啟動勵磁的電源，在定子出線電壓達到發(fā)電機空載額定電壓的10%時，微機控制自動切除該啟動勵磁電源。

2 勵磁控制單元比較分析

2.1 它勵勵磁系統(tǒng)控制分析

#1～#4機組以往使用的是美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的HWTA集成電路自動電壓調(diào)節(jié)器，它包括“AC”調(diào)節(jié)回路（根據(jù)機端電壓自動調(diào)節(jié)勵磁電流）和“DC”調(diào)節(jié)回路（人為的手動直接調(diào)整勵磁電流），其控制回路如圖3所示。

HWTA調(diào)節(jié)器包括有電壓偏差檢測器，電流調(diào)節(jié)器，無功電流補償器，各種的限制器，信號混合器，DC調(diào)節(jié)器和跟隨器。發(fā)電機正常運行時使用的是“AC”調(diào)節(jié)回路，作為被調(diào)量的機端電壓信號經(jīng)過無功電流補償器修正后送至電壓誤差檢測器與給定的電壓值比較，得到的誤差信號再與各種限制器的輸出一起送入信號混合器，信號混合器把所有的信號進行綜合與運算，變換成一個綜合性的輸出信號去控制功率放大環(huán)節(jié)的移相觸發(fā)回路，完成“AC”調(diào)節(jié)回路的機端電壓自動調(diào)整。在“AC”調(diào)節(jié)回路故障或者發(fā)電機零起升壓的時候，“DC”調(diào)節(jié)回路便投入使用，回路中的DC調(diào)節(jié)器將設定的輸入值與當前的轉(zhuǎn)子勵磁電流信號比較，得到的誤差值加上極少的限制器輸出{電流瞬時限制器}，經(jīng)過放大后直接控制觸發(fā)回路的脈沖相位角。而跟隨器在調(diào)節(jié)器里的作用時實現(xiàn)“AC”回路到“DC”回路的無擾動切換，跟隨器根據(jù)“AC”調(diào)節(jié)回路的輸出不斷改變相對應的“DC”調(diào)節(jié)回路中勵磁電流的設定值，使得當“AC”方式切換到“DC”方式時，“DC”回路仍然能夠保持切換前得勵磁電流，避免勵磁電流得突變引起機組電壓得震蕩。

在“DC”調(diào)節(jié)回路里，發(fā)電機機端電壓不作為反饋得調(diào)節(jié)量，而主要是以轉(zhuǎn)子勵磁電流得設定值來控制，此時，就需要值班員對機端電壓進行監(jiān)視，隨時調(diào)整一個匹配得勵磁電流。隨著近年微機技術(shù)的日新月異，勵磁的集成電路控制已經(jīng)逐步淘汰，取而代之的是勵磁的微機控制，媽灣發(fā)電廠的#1～#4機組的勵磁控制也已經(jīng)由原先的集成電路控制改造為微機控制，但是AC回路和DC回路的工作邏輯沒有原則性的改動，只是改造后的微機控制在“AC”調(diào)節(jié)回路并聯(lián)了一個一模一樣的調(diào)節(jié)回路，這個并聯(lián)的通道實現(xiàn)了“AC”回路控制的雙通道全冗余邏輯，大大提高了“AC”調(diào)節(jié)回路運行的安全性。

2.2 自并勵勵磁系統(tǒng)控制分析

在新近投產(chǎn)的#5、#6機組里，勵磁的控制部分就直接使用了基于微處理數(shù)字系統(tǒng)的UNITROL 5000控制系統(tǒng)。

這種微機勵磁控制系統(tǒng)包括MUB（UNS2881測量單元板）、COB（UNS2880控制板）、CIN（UNS0880可控硅界面卡）、GDI（UNS088脈沖驅(qū)動界面卡）、PSI（UNS0882電力信號界面卡）、EGC（UNS2882擴展控制板）。

發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)所需要的電壓，電流信號經(jīng)過變換后統(tǒng)統(tǒng)接入到MUB測量模塊上，MUB測量模塊把得到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，儲存在一個雙端口的儲存器中，向COB控制模塊提供所需要的信號，COB控制模塊實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制的功能，有功無功補償，各種限制器輸出都在COB控制模塊進行運算和綜合，最終的得出的信號作為可控硅的調(diào)節(jié)觸發(fā)信號，COB控制模塊同時具備FCR控制方式（勵磁電流調(diào)節(jié)）自動跟蹤AVR控制方式（機端電壓調(diào)節(jié)）以及運行通道自動跟蹤備用通道的功能。CIN可控硅界面卡和GDI脈沖驅(qū)動界面卡對可控硅監(jiān)控保護和觸發(fā)導通，它們由COB的輸出得到觸發(fā)導通信號來控制可控硅的工作。

以上是UNITROL5000正常的勵磁控制工作流程，其控制回路如圖4所示。

當正常運行的控制中心COB模塊失效以后，作為COB模塊的緊急備用，EGC模塊能夠代替COB控制，具備有COB模塊中最重要的監(jiān)控和保護。

同時，在UNITROL 5000控制系統(tǒng)里的MUB測量單元板，COB控制板，EGC擴展控制板都有兩個一模一樣的模塊同時工作互為備用，這就形成了主控制回路的一個雙通道全冗余結(jié)構(gòu)，這種雙通道全冗余結(jié)構(gòu)的工作邏輯是當工作通道發(fā)生任何故障以后，優(yōu)先切換到備用的通道工作，在工作通道沒有備用通道的時候，控制中心根據(jù)模塊的故障類型，或者作COB模塊切換EGC模塊，或者作AVR方式切換FCR方式。

3 滅磁方式

在勵磁系統(tǒng)的滅磁方式上，公司的兩套勵磁系統(tǒng)也有截然的不同。

在三機同軸它勵系統(tǒng)里，發(fā)電機依靠額定電流為4 300 A的直流滅磁開關(guān)對轉(zhuǎn)子回路滅磁，滅磁開關(guān)在滅弧柵里消耗轉(zhuǎn)子線圈儲存的能量達到切斷轉(zhuǎn)子電流的目的。

在自并勵磁系統(tǒng)里，發(fā)電機依靠額定電流為3 200 A的交流滅磁開關(guān)和可控硅的逆變導通一起對轉(zhuǎn)子回路滅磁，可控硅的逆變導通是指通過控制可控硅的觸發(fā)角度的大小而改變轉(zhuǎn)子直流電壓的極性達到迅速降低發(fā)電機的端口出線電壓和轉(zhuǎn)子的勵磁電流，可控硅逆變配合上交流滅磁開關(guān)，發(fā)電機的滅磁更為迅速和可靠，同時大大減輕了對滅磁開關(guān)的損耗。

而且，由于采用了自并勵磁代替三機同軸它勵，發(fā)電機的大軸長度因此而縮短，大軸的振動也得到相應改善。

4 結(jié) 語

通過以上對比可以得知：#5、#6機組使用的自并勵勵磁系統(tǒng)要優(yōu)勝于#1～#4機組的它勵勵磁系統(tǒng)。HWTA調(diào)節(jié)器控制下的三機同軸它勵和UNITROL5000微機控制的自并勵磁是不同時期的勵磁產(chǎn)品，而#5、#6機組采用的這套自并勵磁系統(tǒng)則代表了現(xiàn)今30～60萬機組廣為使用的勵磁系統(tǒng)。

參考文獻：

[1] 王愷.電力系統(tǒng)圖形建模仿真軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)與應用[D].合肥：安徽大學，2013.