某電廠勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析及改造方案

武海德

摘要：同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的自動控制調(diào)整裝置，其功能是解決并聯(lián)運行機組之間的無功功率合理分配問題，同時通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來平衡系統(tǒng)的無功功率，進而維持機端電壓為額定水平。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng);無功;恒功率因數(shù)閉環(huán)運行

一、勵磁調(diào)節(jié)概述

某電廠2臺機組采用靜止自并激勵磁方式，每臺發(fā)電機各配置兩套南京勵磁系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的WKKL-2001型微機勵磁控制器。雙微機、雙自動通道，異常時可無波動切換，確保勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1、電力系統(tǒng)中的無功功率

發(fā)、供電的質(zhì)量指標(biāo)主要表現(xiàn)為電壓和頻率。頻率是由電力系統(tǒng)發(fā)電有功功率和有功負荷消耗的總電量來決定的; 電壓則是靠電力系統(tǒng)中無功功率平衡來維持的。如果電力系統(tǒng)中的無功功率嚴重短缺，則系統(tǒng)中的電壓水平過低，使某個系統(tǒng)的母線電壓運行在臨界值以下時，母線電壓有一微小的下降就會發(fā)生負荷消耗的無功功率增量大于系統(tǒng)向該點提供的無功功率增量，使無功缺額進一步增大，電壓進一步下降，這種惡性循環(huán)將造成系統(tǒng)“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動機自動切除，某些發(fā)電機組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。

2、同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的應(yīng)用

同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)都帶有自動控制調(diào)整裝置，但是一些老機組和小機組因種種原因?qū)⒆詣涌刂葡到y(tǒng)退出運行，改為手動調(diào)整。手動調(diào)整勵磁有很多缺點，如調(diào)整時間不能及時把握; 調(diào)整勵磁電流的大小無法控制等等。更重要的是如果調(diào)整不及時會造成發(fā)電機失磁運行，或者在事故情況下造成系統(tǒng)“電壓崩潰”。調(diào)整勵磁就是調(diào)整勵磁電流。同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)，就是解決并聯(lián)運行機組之間的無功功率合理分配問題，同時通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來平衡系統(tǒng)的無功功率，進而維持機端電壓為額定水平。隨著微機控制的發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)不斷地更新，自動化程度在不斷地提高，性能也在不斷地完善，這對我們能夠及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的一次設(shè)備問題非常重要，并且能夠徹底解決發(fā)電機的無功擺動問題。

3、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)方式

1）恒機端電壓（自動）運行方式

該方式為發(fā)電機勵磁系統(tǒng)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)方式。在該種運行方式下，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的旨要任務(wù)是維持發(fā)電機端電壓恒定，—般是把機端電壓，作為反饋量，實現(xiàn)pid調(diào)節(jié);同時，為了提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定件，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器還可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的控制規(guī)律，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）附加控制、線性最優(yōu)勵磁控制（loec）非線性勵磁控制（nec）等。恒機端電壓（自功）運行方式是數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的主要運行方式。

2）恒勵磁電流（手動）運行方式

一般而言，勵磁調(diào)節(jié)器都有“自動”和“手動”兩種運行方式，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器也不例外。在恒勵磁電流（手動）運行方式下，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器采入信號，與給定值比較，經(jīng)比例（積分）控制規(guī)律的運算后送出控制信號到移相觸發(fā)單元。由于自動運行方式的電壓整定范圍有限，在機組安裝、檢修或事故跳閘后進行發(fā)電機升壓試驗時，通常用手動方式來調(diào)整發(fā)電機的勵磁從而調(diào)節(jié)機端電壓或發(fā)電機的無功，這樣調(diào)情較為平穩(wěn)，調(diào)整范圍可以很寬。

二、發(fā)電機供電電網(wǎng)現(xiàn)狀

1、電廠兩臺發(fā)電機組投運之初，并網(wǎng)于匯集站35kV母線。匯集站35kV母線僅接帶本站兩臺站用變與電廠兩臺發(fā)電機，通過主變壓器升壓至110kV供電于電網(wǎng)，電網(wǎng)平穩(wěn)無波動，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用自動恒電壓調(diào)節(jié)方式完全可滿足系統(tǒng)運行要求。

1）無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系

因此要控制系統(tǒng)在額定電壓下運行，就要控制系統(tǒng)中的無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負荷在額定電壓時所消耗的無功功率。如果這個“等式”關(guān)系不能滿足，則電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行。當(dāng)無功電源發(fā)出的無功功率偏離負荷在額定電壓下所需消耗的無功功率過多時，作為無功電源的發(fā)電機就會出現(xiàn)無功功率擺動，電力系統(tǒng)電壓就會過多地偏離額定電壓。可見，維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)是靠控制系統(tǒng)無功電源的出力來實現(xiàn)的。

2）無功功率與發(fā)電機勵磁電流的關(guān)系

電力系統(tǒng)在正常運行時，發(fā)電機勵磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運行機組間的無功功率分配。無功功率是通過調(diào)整勵磁電流來實現(xiàn)對系統(tǒng)電壓的平衡。

2、根據(jù)電網(wǎng)需求調(diào)節(jié)，電廠兩臺機組并網(wǎng)于四總降變35kV母線，四總降35kV母線接帶煉鋼3臺21000kVA精煉爐造成的后果如下：

（1）精煉爐因生產(chǎn)工藝特點為沖擊性負荷，在啟停時電網(wǎng)電壓大幅度波動;

（2）在精煉爐啟動時類似接三相短路負載，母線電壓有短時下降，反應(yīng)到發(fā)電機端電壓也下降（在并網(wǎng)條件下無功下降），為了維持恒電壓運行此時發(fā)電機勵磁強勵增磁（在并網(wǎng)條件下無功增加），如此導(dǎo)致發(fā)電機無功大幅波動，嚴重情況下會產(chǎn)生欠勵或過伏赫動作。

（3）無功功率瞬時波動達36000kVar，但現(xiàn)場精煉爐配置的三臺靜態(tài)濾波補償裝置補償無功在16500～18000kVar之間，不能能滿足無功正常調(diào)節(jié)。

三、某電廠勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1、在電網(wǎng)無功功率大幅波動下，現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力無法滿足外網(wǎng)的擾動，尤其在兩臺發(fā)電機滿負荷運行時，勵磁系統(tǒng)響應(yīng)、跟蹤速度滿足不了無功功率負荷的變化。

2、目前采用的調(diào)節(jié)方式為：

（1）通過手動增、減磁調(diào)節(jié)無功功率，最大限度抑制無功功率的波動;

（2）為防止發(fā)電機在無功功率大幅波動下，人為調(diào)節(jié)跟不上變化而造成發(fā)電機跳閘解列，機組減負荷運行。

四、勵磁系統(tǒng)升級改造措施

1、在現(xiàn)有設(shè)備情況下變更運行方式：投入恒無功運行或恒功率因數(shù)運行，該運行方式為恒電壓運行加功率因數(shù)補償;將裝置調(diào)差系數(shù)設(shè)置7-8%正調(diào)差，可以適當(dāng)改善無功大幅度波動。

2、設(shè)備升級：更換控制單元CUP板。并網(wǎng)后運行方式投入恒功率因數(shù)閉環(huán)運行或恒無功閉環(huán)運行，其特點是根據(jù)有功、無功比例設(shè)定調(diào)節(jié)，以電網(wǎng)穩(wěn)定為出發(fā)點，能有效解決外網(wǎng)電壓波動大造成機組無功大幅波動問題。

五、結(jié)論

鑒于以上說明及分析，2臺煤氣發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行改造是可行的，通過升級更換勵磁系統(tǒng)CPU主板，并采用恒功率因數(shù)的運行方式，確保電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)能快速響應(yīng)電網(wǎng)波動。