沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：文章簡(jiǎn)單介紹了沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)，并提出了一種可以在短路期間維持短路電流不衰減的技術(shù)-預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)，并給出了對(duì)比波形。對(duì)沖擊發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路試驗(yàn)具有參考意義。

關(guān)鍵詞：沖擊發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁系統(tǒng)；預(yù)強(qiáng)勵(lì)

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)不斷增大和日益廣泛的聯(lián)網(wǎng)，需要研制開發(fā)更大型的高壓大電流斷路器，而在開關(guān)試驗(yàn)室直接進(jìn)行產(chǎn)品的強(qiáng)電流沖擊試驗(yàn)，是開發(fā)這種產(chǎn)品的必要手段。試驗(yàn)所需的強(qiáng)電流是由沖擊發(fā)電機(jī)在短路瞬間產(chǎn)生的，所以這種電機(jī)也稱為短路試驗(yàn)發(fā)電機(jī)，又稱沖擊發(fā)電機(jī)。顧名思義，這是一種十分特殊的發(fā)電機(jī)，常規(guī)的發(fā)電機(jī)一旦出現(xiàn)短路會(huì)被視為嚴(yán)重事故，因?yàn)榫薮蟮碾娏魍鶗?huì)不同程度地?fù)p傷發(fā)電機(jī)，但這種發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的方式就是頻繁的短路，并且要竭力產(chǎn)生盡可能大的電流。

沖擊發(fā)電機(jī)除了對(duì)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)采取了特殊加固外，其轉(zhuǎn)子也進(jìn)行了優(yōu)化，增加了阻尼繞組以提高短路電流，通常沖擊發(fā)電機(jī)的超瞬變電抗比同樣尺寸的汽輪發(fā)電機(jī)要小一半以上[1-3]。

沖擊發(fā)電機(jī)短路電流對(duì)稱分量有效值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：U0為空載電壓；Xd″為超瞬變電抗；Xd′為瞬變電抗；Td′為超瞬變時(shí)間常數(shù)；Td″為瞬變時(shí)間常數(shù)。

由上式可以看出，其電流對(duì)稱分量是不斷衰減的。然而考核高壓斷路器的開斷性能主要取決于開斷時(shí)刻的短路電流。因此減少短路電流交流分量的衰減十分重要。

2 沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁特點(diǎn)

根據(jù)沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理分析，在沖擊瞬間時(shí)由于發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓短路，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置基于機(jī)端電壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)作用會(huì)自動(dòng)強(qiáng)勵(lì)。發(fā)電機(jī)在短路時(shí)的電磁作用下會(huì)引起電流的自然衰減，短路瞬時(shí)結(jié)束后，機(jī)端電壓由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的控制會(huì)升高。這就與試品的要求產(chǎn)生了矛盾。試品要求在短路持續(xù)的時(shí)間內(nèi)短路電流必須保持恒定，另外在試品開斷的前后，也就是短路的前后，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓也必須保持恒定。

由于沖擊發(fā)電機(jī)在短路時(shí)的自然衰減特性引起的與試品開關(guān)試驗(yàn)要求的矛盾只能通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置來(lái)解決。

目前國(guó)內(nèi)外沖擊發(fā)電機(jī)采用的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置多為靜態(tài)勵(lì)磁[4]，將常規(guī)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置用于沖擊發(fā)電機(jī)領(lǐng)域。并采用高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，使短路的瞬時(shí)電流可以到達(dá)需要的水平，卻不能保證在整個(gè)短路期間電流都保持恒定。短路結(jié)束時(shí)機(jī)端電壓也會(huì)提高很多。

根據(jù)試品開關(guān)的電流要求，不同容量的沖擊發(fā)電機(jī)多需要并聯(lián)運(yùn)行。這就要求沖擊發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置可以靈活的進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的調(diào)整，以滿足并聯(lián)運(yùn)行短路時(shí)的電流和電壓要求。

因此沖擊發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)需要采用專門的技術(shù)來(lái)控制其短路時(shí)的短路電流以及短路前后機(jī)端電壓保持恒定。并且可以滿足沖擊發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的要求。

3 沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)

為了補(bǔ)償短路電流的衰減，國(guó)外曾經(jīng)提出過(guò)“飛躍勵(lì)磁”的方法[1]。即用強(qiáng)力的勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，突然給沖擊發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，施加高倍數(shù)的勵(lì)磁電壓，在沖擊發(fā)電機(jī)定子電壓上升到試品所需電壓時(shí)，進(jìn)行突然短路。由于在短路前，定子電壓上升過(guò)程中，阻尼繞組已起作用，因而在短路時(shí)，阻尼繞組阻止補(bǔ)償?shù)淖饔靡褱p弱，補(bǔ)償效果就較大。

目前的試驗(yàn)方法是沖擊發(fā)電機(jī)定子先建壓在進(jìn)行短路試驗(yàn)，因此“飛躍勵(lì)磁”的方法已不適用。但其讓短路前阻尼繞組起作用的思想可以借鑒。

文章提出了一種預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)來(lái)控制沖擊發(fā)電機(jī)的電壓及電流。預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)是在短路發(fā)生的30ms前，沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置根據(jù)設(shè)定的“預(yù)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)”先行強(qiáng)勵(lì)，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)比較大，等短路的瞬間，第一個(gè)周波時(shí)的發(fā)電機(jī)短路電流的超瞬態(tài)分量的衰減就可以很好的得到補(bǔ)償。如果沒有預(yù)強(qiáng)勵(lì)功能，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置檢測(cè)機(jī)端電壓短路的時(shí)間常數(shù)為20ms，調(diào)節(jié)控制輸出的時(shí)間為5ms，第一個(gè)周波時(shí)的發(fā)電機(jī)短路電流的超瞬態(tài)分量的衰減就無(wú)法得到補(bǔ)償，就不能滿足短路電流恒定的要求。

在試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)試品的電流大小和試品的持續(xù)短路時(shí)間來(lái)自動(dòng)的改變短路時(shí)的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。通過(guò)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的自動(dòng)改變就可以在短路時(shí)補(bǔ)償發(fā)電機(jī)短路電流瞬態(tài)分量的衰減。并且在短路結(jié)束時(shí)快速的提高發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，使恢復(fù)電壓滿足要求。

使用預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)還可以很容易實(shí)現(xiàn)不同容量的沖擊發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。

具體的技術(shù)方案為：發(fā)電機(jī)短路前，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置首先設(shè)置預(yù)置強(qiáng)勵(lì)電壓，進(jìn)行預(yù)強(qiáng)勵(lì)，然后短路時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置動(dòng)態(tài)的調(diào)整強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，繼而調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓，以便使短路電流不衰減。在短路試驗(yàn)電流開斷后，發(fā)電機(jī)電壓（即試品的工頻恢復(fù)電壓）達(dá)到短路前的空載電壓時(shí)自動(dòng)取消強(qiáng)勵(lì)，以使恢復(fù)電壓在最短時(shí)間恢復(fù)到空載水平（在取消強(qiáng)勵(lì)過(guò)程中發(fā)電機(jī)電壓不能中斷）。

應(yīng)用預(yù)強(qiáng)勵(lì)技術(shù)進(jìn)行沖擊發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)的波形對(duì)比見圖1。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章根據(jù)沖擊發(fā)電機(jī)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的特殊要求，采用了預(yù)強(qiáng)勵(lì)的技術(shù)，通過(guò)靈活地調(diào)整控制參數(shù)，可以保證沖擊發(fā)電機(jī)短路時(shí)產(chǎn)生的電流以及短路前后機(jī)端電壓恒定。本技術(shù)的應(yīng)用對(duì)沖擊發(fā)電機(jī)的短路試驗(yàn)具有參考意義。

參考文獻(xiàn)

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[4]張海峰，黃實(shí)，趙慶斌，等.短路發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)系統(tǒng)[J].高壓電器，2014（8）：32-35.

作者簡(jiǎn)介：王勤（1984-），女，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，工程師，從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、銷售工作。

李顯彤（1974-），男，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，從事沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

石雨濤（1972-），男，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師，從事沖擊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。