励磁系统的优化

2024-09-02

励磁系统的优化（共10篇）

励磁系统的优化篇1

励磁系统主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可以根据需要进行调节的直流电流(电压)，维持机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时控制发电机组之间的无功功率的合理分配，提高同步发电机并列运行的稳定性，以满足电力系统安全稳定运行的需要。

1 发电机励磁方式比较

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其性能的优劣、各部件质量的好坏，是影响整个机组安全、经济、满发的重要因素之一。同时，励磁系统性能也对电力系统有一定的影响。

1.1 直流励磁机方式

励磁电流由直流发电机-直流励磁机来供给。直流发电机是用整流子(又称换向器)将直流发电机电枢中的交流电流整流为直流电流。要实现同步发电机的自动励磁调节，通常是用相复励装置来调节励磁机的励磁电流，使得调节滞后时间较长，或者说调节的动态特性较差。最常见也是最典型的是KFD-3型基于磁放大器原理的相复励装置。它响应速度慢，动态性能差;在同一母线上并列运行2台机组容易产生“抢无功”的现象。

1.2 交流励磁机方式

交流励磁机方式有一个分支——无刷励磁，是将交流励磁机的电枢做在转子上与发电机的转子绕圈同轴旋转，两者之间安上旋转二极管起整流作用，这样连集电环也取消了，故称为无刷励磁。它的优点是彻底取消了碳刷，减少了维护工作量，消除了碳粉污染。缺点是无法直接测量励磁电流;无法直接灭磁，灭磁时间长;调节速度慢，动态性能较差;旋转二极管容易损坏且更换麻烦。

1.3 静止可控硅励磁方式

这种方式主要有自并励励磁方式、串复励励磁方式，它们取消了带有旋转部件的励磁电机，同步发电机的励磁电流由静止二极管或静止可控硅供给，将机端电压经励磁变压器降压，再经可控整流桥整流后供给发电机转子电流。这种方式结构最简单，可靠性高，而且响应速度快，能实现逆变灭磁(采用全控桥)。自并励励磁系统方式在国内外大型发电机组已经得到广泛的应用，且其优越性得到进一步的证实。现在从几十千瓦到几十万千瓦的发电机，相当大部分采用静止可控硅励磁方式。特别是近年来微机励磁技术已十分成熟，静止可控硅励磁方式加上微机励磁调节器的配置已成为新机组的首选方案。

2 励磁方式实际运用

2.1 SWLZ-1型同步发电机微机励磁装置

辽河油田电力集团1～3#发电机采用的是SWLZ-1型同步发电机微机励磁装置就是基于自并励励磁的并复励方式。在发电机正常工作时，励磁电源由接在发电机机端的励磁变提供，由三相全控桥整流后供给发电机励磁电流。复励电源取自直流励磁机的直流电压，通过磁场变阻器向励磁机的励磁绕组提供电流，在发电机正常运行时,磁场变阻器并联投入,输出电流所占比例适中,不影响调节器调节能力和响应时间。控制部分负责将电量采集进入计算机，经过控制规律运算后送出控制量即三相全控桥各可控硅的触发角。通过触发角的改变来控制发电机励磁电流的大小。当发电机机端电压的测量值低于给定值时，增大励磁电流，此时机端电压上升;反之减小励磁电流。当发生发电机近端三相短路事故,发电机电压降低至继电强励动作值时,磁场变阻器可变部分被短路,励磁电压上升至强励定值电压,可以保证发电机提供足够的稳态短路电流。但运行方式不够灵活，只能并联磁场电阻运行。

它能实现恒电压调节方式AVR或恒电流调节方式FCR，通过辽河油田电力集团运行情况看，调节稳定精度小于0.5%额定电压，无功调差为-15%～+15%,起励迅速。存在的缺点：

(1)发电机属于小机组,有许多负荷直接接在发电机出口母线上,发电机出口故障几率很高。当三相短路时，励磁电源电压将降低甚至消失，只能并联磁场电阻运行，否则影响强励效果。

(2)采用自并励励磁方式，在发电机机端多了一个故障元件(励磁变压器)。

(3)不具有与后台通信功能，只能在后台显示预告信号，不能进行遥控。

2.2 PSVR 100发电机励磁调节装置

4#发电机自动励磁装置采用PSVR 100发电机励磁调节装置中单管IGBT斩波式励磁调节器。这套装置是在原4#发电机自动励磁装置KFD-3基础上改进而来，具有2套完全相互独立的自动励磁调节器，每套调节器均具有自动通道+手动通道、保护电路，交、直流并联供电。稳压电源A套和B套的电源完全独立。主从运行、互为热备用模式，通道切换、控制方式切换过程中机端电压、无功功率均无明显波动。

该装置具有恒发电机机端电压的PID调节规律、恒发电机转子电流的PID调节规律，保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况，保证发电机按要求升压、并网、增减无功负荷及逆变停机。优点：发电机机端短路时能确保强励;无需配置励磁变压器，功率器件仅为一只IGBT管，简单可靠;实时检测调节器输出电压波形来判断调节器工作是否正常，从而实现快速切换;可以与后台机进行通信，运行方式灵活。系统接线原理见图1。

3 效果检验

通过以上几种励磁方式的比较以及应用后的经验分析，原来采用的KFD-3型励磁调节装置，属于淘汰产品，调节不灵敏，没有通信功能。SWLZ-1型同步发电机微机励磁装置运行方式不够灵活，只能并联运行;多了一个故障元件励磁变压器;不具有与后台通信功能。PSVR 100发电机励磁调节装置,利用反馈原理，不必使用励磁变压器，不必担心机端短路时，发电机因失压而失去励磁。该装置投运以来，运行情况良好，维护简单，自动化程度高，值得推广应用。

励磁系统的优化篇2

1励磁控制系统建模分析

电机扩大技术成熟、可靠性高,控制绕组多,是传统的消磁主电源励磁装置的首选。但扩大机作为特殊的直流发电机,本身时间常数大,且参数可调范围有限,并不适用于图2所示工况。研究和实践表明,针对图2所示的特殊工况,其励磁装置需采用适用于电机控制、参数可调范围大、反应迅速的基于数字控制的整流式励磁装置,得到消磁脉冲电源电气部分物理模型如图3所示。消磁脉冲电源交流发电机采用有刷励磁、励磁装置功率部分采用晶闸管整流,通过传感器将机端强电信号转换成弱电信号作为反馈信号,经模数转换,与给定信号比较,经数字PID调节形成控制信号控制晶闸管的开关,将三相交流电整成6脉波直流电,大小由控制信号决定,通过电刷给发电机励磁绕组供电,从而控制消磁电流波形。虽然图3所示模型中晶闸管整流部分和不控整流部分都是离散的工作模式,但相对于消磁主电源系统的机械时间常数来说,其间隔时间可忽略,从控制的角度讲图3所示的模型可当做连续系统处理[1]。系统的.储能飞轮重达数吨,再加上其它机械结构,系统有很大的惯性,工作过程中电枢转速可视为恒定:晶闸管整流部分可视为增益为k0、时间常数为T0的一阶惯性环节;发电机励磁绕组的电感为L、电阻为R;发电机电枢连同负载(包括不控整流装置和消磁绕组)可视为增益为k1、时间常数为T1的一阶惯性环节;反馈通道视为增益为k2、时间常数为T2的一阶惯性环节,则消磁主电源电气部分数学模型如图4所示。图4所示模型中,励磁装置的时间常数为毫秒级;交流发电机直接带整流负载,非对称工作模式,可认为它总是处于超瞬态,交流电机电枢的超瞬态电抗很小[3-6],电枢连同负载的时间常数为0.1s左右;反馈环节的时间常数约为数十毫秒;交流发电机励磁绕组的时间常数一般可达数秒,所以消磁主电源电气部分的惯性主要来自发电机励磁绕组,在计算PID控制环节参数时,可先不计其它各环节的影响,在不考虑PID环节的D参数时(D参数在后面考虑),得到简化的消磁脉冲电源励磁控制模型如图5所示。

2控制参数计算

消磁脉冲电流最后一个脉冲的幅值很小,这就需要对发电机输出的剩磁电压进行控制。根据图6所示的同步发电机短路特性曲线和图7所示的空载特性曲线可知,要使最后一个脉冲满足要求,发电机空载剩磁电压须控制在20V以下,而该发电机的空载剩磁电压接近100V,故励磁装置需产生偏置电流以补偿剩磁电压。补偿后实际输出空载剩磁电压小于2V。

3小结

浅谈发电机励磁系统篇3

在电气运行工作中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。例如发电机的开机升压、停机降压及其日常发电机电压的调整都通过励磁系统完成。学习好励磁系统对于发电机的学习有着很大的帮助。

关键词：励磁系统；自并励励磁系统；带旋转整流器励磁系统；发电机端电压

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0022-02

汽轮发电机励磁系统概述：根据同步发电机工作的基本原理，必须在汽轮发电机转子绕组中通以直流电流才能建立起主磁场，当汽轮机拖动转子旋转时，就能在定子电枢绕组中产生感应电动势。励磁系统的主要任务就是根据发电机的运行状态，向发电机电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的需要性能良好，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的。励磁系统的作用：（1）维持发电机机端电压。（2）在并列运行的发电机间合理分配无功功率。（3）提高电力系统的静态.暂态稳定性。

励磁方式的分类：（1）直流发电机供电的励磁方式，这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大故在10MW以上的机组中很少采用。（2）交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式，这种励磁系统中的直流励磁电源是通过把交流励磁电源经半导体整流后得到的（简称半导体励磁方式）。根据交流励磁电源的不同种类，半导体励磁系统又可分为两大类。

1.他励励磁系统。这类励磁系统采用与主发电机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管、晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自主发电机之外的独立电源，故称为他励系统。用作励磁电源的同轴交流发电机称为交流励磁机，也可称为交流励磁机励磁系统。根据半导体整流器是静止的还是旋转的，又可分为交流励磁机静止整流器励磁系统和交流励磁机带旋转整流器励磁系统。其中后者由于半导体整流元件和交流励磁机电枢与主轴一同旋转，直接给主发电机转子励磁绕组供给励磁电流，不需要经过转子滑环及碳刷引入，也称为无刷励磁系统。

2.自励励磁系统。这类励磁系统通常采用变压器提供交流励磁电源，励磁变压器接在发电机机端或厂用电母线上。因励磁电源取自发电机自身或发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励励磁系统。自励励磁系统又可进一步细分为多种具体的实现方式，如果只用一台励磁变压器并联在机端，则称为自并励方式。如果除了并联的励磁变压器外，还有与发电机定子电流回路串联的励磁变流器或串联变压器，则构成自复励方式。根据励磁变压器和串联变压器结合的方式又可分为：直流侧并联自复励方式；直流侧串联自复励方式；交流侧并联自复励方式；交流侧串联自复励方式。

（1）自并励励磁系统，由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁调节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。从发电机的出口母线获得三相交流电，经过励磁变压器变为符合要求的电压较低的交流电，再经过可控硅整流装置后，通过直流刀闸到主备励切换柜，然后到灭磁及过电压保护柜，最后上发电机转子，完成了发电机的励磁过程。开机起励时起励电源经过起励元件到灭磁及过电压保护柜FLM。这种励磁系统的特点是：1）无主、副励磁机，励磁电源取自发电机机端，经整流变压器及可控硅整流器供给发电机励磁绕组励磁；2）无旋转部件，结构简单，轴系短，轴承座少；2）励磁回路中有滑环、碳刷、灭磁装置，响应速度快；4）可以提供较大的励磁功率。采用自并励励磁系统主要缺点有：1）在发电机近端三相短路而切除时间又较长的情况下，不能及时提供足够的强励倍数。2）接于地区网络的发电机，由于短路电流的衰减快，继电保护的配合较复杂，给继电保护来了问题。同样是发电机近端发生三相短路时，自并励系统的强励能力将显著降低，在某些情况下不能使发电机的短路电流维持在使过电流保护动作的水平，带时限的继电保护可能会拒绝动作。

（2）交流励磁机带旋转整流器励磁系统（无刷励磁系统），无刷励磁系统用交流励磁机作为主发电机的励磁电源，根据交流励磁机励磁绕组所取励磁电源的不同，无刷励磁系统又可分为有辅助励磁机和无辅助励磁机两种形式。

（3）无刷励磁系统，此系统中辅助励磁机采用的是永磁发电机。辅助励磁机发出的交流电经过可控硅整流器整流为直流电供给主励磁机的励磁绕组。主励磁机是一台旋转电枢式三相同步发电机，即它的电枢绕组是旋转的，励磁绕组则是静止的，发出的三相交流电经同轴旋转的三相旋转整流器整流为直流电，通入主发电机转子绕组，供给发电机励磁。其中两个整流器，在外部的为可控的整流器与励磁调节器连接，通过控制这个整流器达到控制发电机励磁。内部的为不可控整流器与主轴同轴旋转。无辅助励磁机的无刷励磁的励磁电源则是取自主发电机的端电压或者厂用电。这种励磁方式又可进一步分为端电压励磁、基波谐波混合励磁、谐波励磁和相复励励磁等几种方式，其中相复励励磁是一种较好的励磁方式。无刷励磁的优点：1）结构紧凑。2）没有滑环和碳刷，不需要进行这方面的维护工作，不会因此发生故障，运行的可靠性提高了。3）因为没有碳粉和铜末引起电机绕组污染，故绝缘的寿命较长，4）由于无滑环、碳刷，即使周围环境有易燃易爆气体存在，也不会因整流子、滑环和碳刷间产生火花而造成事故。

有刷励磁和无刷励磁的区别：

通过上面的介绍可以看出，取消了滑环和碳刷是无刷励磁与有刷励磁系统最大的区别。滑环和碳刷的作用就是将发电机励磁电流送到转子磁极上励磁绕组中的桥梁。发电机能够正常发电的两个必要条件：磁场、切割磁力线的运动。大容量发电机均采用旋转磁场，电枢绕组（线圈）安装在定子上，为了将磁场的励磁电流从发电机外部送到发电机转子上，通常采用滑环和碳刷进行电气连接。由于碳刷属于损耗性元件，平均3-4个月需要更换，那么在更换时就会有一定的安全隐患。在淮安热电分厂实习期间，通过工作中的观察，发现了更换时所存在的几点风险。1）碳刷属于带电元件，更换时工作人员有被电击的危险。2）工作人员在更换时需要接近旋转中的主轴，工作人员的衣物有被大轴挂住的危险。3）运行中的碳刷会有火花冒出，会有点燃易燃物的危险。4）在更换时如果操作不当，致使滑环损坏，那么发电机需要停机进行。因此滑环和碳刷的取消降低了运行维护的工作量，回避了由于更换所带来的风险。但是无刷励磁系统取消了滑环和碳刷后也带来了一些问题。由于不可控整流装置同轴旋转，对整流器的可靠性要求很高，并且不能直接控制主励磁电流，因此在调压和灭磁的速度上对技术提出了更高的要求。但是随着科技的发展，今后无刷励磁的一个发展方向是采用光控晶闸管，通过光脉冲触发调节光控晶闸管的导通角，就可调节主励磁电流的大小。由于是直接控制主励磁电流，消除了励磁机这一很大的惯性环节，励磁系统的动态性能有很明显的提高。

无刷励磁系统的整流装置、主励磁机的电枢绕组和发电机的转子绕组，在同一轴上旋转，也就是上图中的旋转元件，而在旋转体上的设备就存在着一定风险。因为旋转着的设备会受到较大的旋转力，并且转动的主轴上会产生振动，这都提高了设备损坏的可能性。无刷励磁的旋转元件当发生故障需要维修时，其维修时间较长，会影响到厂里的生产效益。那么我们要如何降低这种风险呢？我对这个问题进行自己的一个分析；由于设备是成套生产的，在出厂环节有厂家保证。在设备安装环节能最大程度降低旋转元件的损坏风险，对旋转元件在安装时的牢固程度和抗震能力必须要严格监督，要完全符合技术规范。在发电机运行时，由于设备旋转，无法对设备进行维护，我们运行人员可以保证发电机有一个良好的运行环境，在日常工作对发电机的温度要进行时刻的检测，保证发电机温度在规定范围。

参考文献：

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电厂励磁系统优化设计篇4

1 同步发电机的励磁方式

同步发电机励磁系统按基本型式分为三大类, 即直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统、静止励磁系统。交流励磁机励磁系统主要有交流励磁机—静止整流器励磁系统、交流励磁机—静止可控整流器励磁系统及交流励磁机—旋转整流器励磁系统 (无刷励磁系统) , 其中无刷励磁系统应用较广泛。静止励磁系统主要有电压源—可控硅整流器励磁系统和复励—可控整流器励磁系统两种方式, 目前应用日益广泛的自并励励磁系统即属于第一种静止励磁系统, 后者 (复励方式) 在国内运行的实际运行中较为少见。

直流励磁机励磁系统采用采用励磁电流由直流励磁机供给的励磁方式, 由于高转速的直流励磁机换相技术困难, 该励磁系统多用于50MW及以下的发电机。同时, 直流励磁机励磁系统励磁调节速度慢, 维护工作量较大, 实际工程已较少采用。以下重点对工程应用较多的自并励静止励磁系统及交流励磁机—无刷励磁系统进行横向对比。

1.1 自并励静止励磁系统的特点

自并励静止励磁系统的的主要特点在于相较于无刷励磁, 其强励励磁的反应速度快。这这是因为交流励磁机对峰值励磁的上升速率有一定影响, 而自并励静止励磁系统则是由可控硅整流器直接提供励磁。自并励静止励磁系统的电源取自本机的机端电压, 所以其端电压直接受到转速的影响, 当机端电压下降时其强励的能力也会相应下降。另外, 自并励静止励磁系统还可以实现逆变灭磁 (三相全控整流桥) , 因而自并励静止励磁系统具有抑制甩负荷时端电压快速升高的优异性能。自并励静止励磁系统具有运行可靠性高、可提高系统稳定性、噪音小、相应速度快、维护简单和可提高电力系统稳定性等优点。

1.2 无刷励磁系统的特点

无刷励磁系统的主要特点在于没有滑环和碳刷, 根除了碳粉污染, 减少了正常维护所需的工作量并减少了损耗及噪音, 因此大容量机组中较为常见。由于全部励磁功率取自轴系, 所以励磁电源独立, 强励能力不像自并励静止励磁系统受端电压影响。

无刷励磁系统的缺点是灭磁时间较长, 是因为将励磁机的励磁强减少为零后, 旋转回路中的直流电流才逐渐下降为零。因此, 发电机励磁方式推荐选择自并励静止励磁系统, 目前我院DTWH 2X300MW, DTLY1X300MW等工程均采用自并励静止励磁方式。

2 自并励静止励磁系统的构成

自并励静止励磁系统主要由励磁变、可控硅整流装置、励磁调节装置及灭磁和过电压保护设备四个主要部分组成。 (1) 励磁变压器。励磁变的作用是给可控硅整流装置提供电源, 考虑到励磁变必须可靠, 强励时要有一定的过载能力, 在设计时应充分考虑整流负载电流分量中高次谐波所产生的热量。且其电源系统一般考虑备用, 因此通常选用维护简单且过载能力强的干式变。若考虑降低励磁系统造价也可以采用油浸式变压器。当励磁变压器安装在户外时, 由变压器副方到整流桥之间的馈线, 由于有电抗压降, 不宜太长, 特别是在励磁电流很大的情况下, 这一点必须考虑。 (2) 可控硅整流装置。可控硅整流装置的功能是将励磁机发出的交流电转变为作为发电机励磁的直流电源。使用可控硅整流, 可以通过调整可控硅的导通角来改变输出端的直流电压的高低, 相应地改变励磁电流值。 (3) 励磁调节装置。在励磁系统中, 励磁调节装置是对大型同步发电机的励磁进行调节的装置。现代励磁调节装置采用数字微机型, 其性能可靠, 并具有微调节和调高发电机暂态稳定的特性。 (4) 灭磁回路及过电压保护。为将磁场能量快速转移出磁场绕组, 在大型自并励系统中使用断路器。由于励磁回路感抗很大, 切断电流是很困难的, 因此需要专用的灭磁开关, 用以迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路并迅速熄灭发电机内部磁场。灭磁回路的过电压保护通常用氧化锌电阻与跨接器串联后并接在磁场绕组两端, 可在转子发生正向或反向过压时触发导通, 保护转子绕组。 (5) 励磁电源接线方式。1) 接于发电机机端并联变压器。这是自并励的一种典型接线方式, 励磁电源取自发电机机端并联变压器。就有励磁电源随着发电机的运行而供给。该接线方式由于结构简单而具有较高的可靠性。缺点是励磁电源受发电机机端电压的影响较大, 当机端电压下降时, 会使强励作用有所减弱, 如果发电机机端电压长期无法恢复正常范围, 则不能保证励磁电源正确运行。2) 接于厂用母线。这种接线方式当系统的外部故障切除后, 接于厂用母线的电动机在其转速恢复过程中会吸取较多的无功, 造成比较大的电压降ΔU, 故厂用母线电压往往难以恢复到正常范围, 影响了励磁系统的强励能力。3) 接于系统侧。这种接线方式励磁电源直接取自升压站的高压侧母线, 起励电源相对独立, 。缺点是当发电机跳闸后, 由于系统电压低, 励磁装置有可能无法自行恢复正常运行状态;在电压极低的极端状况下, 存在励磁消失的可能性。比较三种接线方式, 接于机端发电机出口的封闭母线、机端励磁方式是一种简单、优先的方案, 故本文推荐励磁变压器接于发电机出口母线。

3 采用自并励静止励磁系统的发电机保护优化

采用自并励静止励磁系统的主要问题是在线路近区故障时, 由于它的顶值励磁特性受发电机端电压的抑制而将对保护可靠性和系统稳定产生不利影响。根据这种励磁系统特点, 后备保护需采取响应措施。例如, 可采用带电流记忆的低压过流保护或带电流记忆的复合低电压过流保护使发电机的后备保护可以可靠动作以切除故障。

4 结语

同步发电机自并励静止励磁系统具有结构简单, 运行可靠以及经济性能好等特点, 因此, 发电机励磁方式推荐选择自并励静止励磁系统, 目前我院DTWH 2X300MW, DTLY1X300MW等工程均采用自并励静止励磁方式, 也是国内的是大中型汽轮发电机组的优选励磁方式。

参考文献

励磁系统的优化篇5

【摘要】漫湾电厂水轮发电机机组均采用自并励励磁方式，其中一期2-6号机组励磁控制系统采用南瑞NES5100励磁系统，该系统运行可靠性高。但由于励磁系统所处的环境温度过高、粉尘较多、设备长时间运行的疲劳缺陷以及人为因素等，不可避免地出现故障，其中整流柜故障是其中一种较为常见的故障，故为了能在励磁系统报整流柜故障信号后，能快速、准确地查找并解决故障，提高机组的运行的可靠性，因此本文针对平常整流柜故障原因进行系统的分析，提出解决思路和判别方法，为今后的故障排查提供一定的理论支持。

【关键词】励磁系统；整流柜；故障；判别方法

一、引言

漫湾电厂一期工程水轮发电机组励磁系统采用南瑞NES5100励磁系统，每台机组的额定出力250MW，机端额定电压15.75kV，机组采用自并励励磁方式，NES5100系统由调节柜、1号整流柜、2号整流柜、3号整流柜、灭磁开关柜、非线性电阻柜等6部分组成。其中2号机组、3号机组励磁整流柜已经完成了改造升级，后续的3台机组亦将进行相应的改造，因此本文针对改造后的整流柜故障进行分析探讨，为后续的改造过程中以及日常维护中出现整流柜故障提供思路以及判别方法，因此本文提出了故障判别“三法”，即观察法、分割法、原理法，通过三种方法，逐层剖析故障原因，排查故障点。

二、整流柜的组成

漫湾一期2号、3号机组励磁整流柜经过改造升级后，采用FLZ-2200可控硅整流柜，每台机组配置3个整流柜，整流柜取消了原有的交直流侧刀闸，交流输入侧及直流输出侧采用电缆连接头的方式进行连接，每个整流柜由三组抽屉式整流块组成。励磁整流柜在运行中，整流柜风机故障、熔断器熔断、风机无风故障信号均会报相应的整流柜故障。

三、观察法查找故障概况

當监控系统、励磁调节器面板、整流柜现地控制单元励磁整流柜任意一个地方报故障时，首先采用观察法，检查整流柜正面外观有无异常，柜体外壳有无变形，是否有冒烟、甚至出现明火的现象，整流柜运行的声音是否与日常声音相似，有无异常的响声，如有节奏的起伏的轰鸣声。在检查柜体外观未发现异常后，与带电柜体保持一定的距离的情况下，打开调节器及整流柜后面的柜门，检查接线端子有没有松动，柜体内部有没有电缆是否有破损、冒烟现场。上述检查完毕后，检查故障整流柜与另外正常运行的整流柜输出电流是否偏差过大。

四、分割法查找故障区

整流柜报故障后，在经过观察法进行故障查找无法奏效时，为查找故障原因，采用分割法对故障区进行分割检查，缩小故障范围，从而找出故障点。首先分四个故障区，第一故障区为励磁调节器，排查的目的检查调节器故障信号是否误报。采用万用表的对整流柜故障端子进行测量，若故障信号确实到达励磁调节器，则排除励磁调节器误报的可能，若故障信号未到达励磁调节器，则可以初步判断为励磁调节器故障信号误报，以下为组合判断结果。

调节器故障信号输入端子调节器报警信号的真实性

有效真实

无效不真实

第二故障区为现地整流柜输出端子至调节器电缆是否有无破损。首先检查输出端子的故障信号是否有效，同时检查调节器故障输入端子故障信号是否有效，根据以下组合来判断传输故障信号的电缆好坏：

调节器故障信号输入端子整流柜故障信号输出端子传输电缆品质好坏判别

有效有效传输电缆正常

有效无效传输电缆某点被短接

无效有效传输电缆断裂或者端子松动

第三故障区为励磁整流柜控制输入、输出模块，排查的目的为检查整流柜现地控制输入、输出模块功能是否正常。采用万用表对该模块的故障信号输入、输出信号是否有效进行判别，其判别方法如下：

故障信号输入端子故障信号输出端子模块正常与否

有效有效正常

有效无效异常

无效有效异常

通过上述排查后，如果前面三个故障区都排除了，那么剩下的就是整流柜本身真正的故障，则第四个故障区则为整流柜本身。

五、原理法查找故障点

经过对故障区进行识别后，那么将故障点缩小在某个区域，这个时候，可以根据故障信号报警机制进行剖析，找到最终原因。我们知道整流柜风机故障、熔断器熔断、风机无风故障信号均会报出整流柜故障信号。首先针对整流柜风机故障原因进行判断。首先检查整流柜风机动力电源是否正常，空气开关是否因过流或者误跳，导致动力电源消失，其动力电缆是否有破损短路现象，如果电源不正常，则检查动力空开上端是否带电。如果电源正常，则暂时认为风机无故障，待对熔断器熔断现象以及风机无风故障后，再对风机内部问题进行检查处理。对于因熔断器熔断造成整流柜故障问题，通常可以通过故障现象进行判断，若熔断器熔断，则整流柜出力下降，整流柜声音异常，甚至因为某个桥臂熔断器熔断导致整流桥不平衡，最终导致多个熔断器熔断而使得整流柜失去整流功能，因此熔断器熔断问题，易于通过观察判别的方法进行判别，若熔断器熔断缺陷隐蔽，则需要将整流柜退出后，方可进行全面实际的检查。风机无风的故障判别方法，首先检查起励阶段整流柜控制触摸屏上风机运行情况进行检查，若风机运行，但风机无风，则可以判断为风压管是否堵塞、偏移风口而导致无法检测到风压原因导致。因此可以直接通过观察风压管安装位置是否正确进行判断。在2013年3号机组C级检修后，机组在进行零起升压过程中，励磁系统检查到整流柜风机无风后，报整流柜故障信号，经过现场观察，最终原因为整流柜风压测量管偏移导致无法检查到风压的原因引起。

五、结语

南瑞NES5100励磁系统在机组正常运行期间，整流柜总体运行可靠性高。当调节器报整流柜故障时，首先应理清检查思路，切勿随意检查，以免造成故障扩大，危机机组正常运行以及人身安全，采用故障判别“三法”，即观察法、分割法、原理法，通过三种方法，逐层剖析故障原因，排查故障点，以保证设备的正常运行。

作者简介

李晓伟（1986～），男，河北蔚县人，本科，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化方向。

励磁系统的优化篇6

2×660 MW凝汽式超超临界燃煤汽轮发电机组, 励磁系统为全静止可控硅机端自并励励磁系统, 采用瑞士ABB公司UNITROL 5000型双通道微机励磁调节器 (具体型号Q5S-O U251-S6000) , 配置5台整流柜。励磁调节器在控制柜内有两路风机总电源继电器K15、K16 (型号BJ8 BB, DC24 V、10 A) , 由控制器实现失压自动切换功能。每组整流柜冷却器有2台风机, 五组整流柜共10台风机, 单台风机功率300 W, 正常运行时风机总电流约为13 A。励磁调节器正常运行中先启动自励电源继电器K15, 自励电源异常失压后自动切换至厂用辅助电源继电器K16。

(1) 2014年5月14日5:43, 2#机组DCS显示“整流柜故障”告警, 就地检查2#机组励磁调节器3#整流柜退出, 机组紧急降负荷运行。就地检查发现K15故障, 因接线复杂且无备品, 运行期间无法更换, 通过调整参数815 (分K15、K16) 、816 (合K15) 和817 (合K16) , 强制退出K15, 闭合K16, 启动冷却风机备用电源, 恢复整流柜冷却风机运行。

分析风机运行总电流超过继电器额定容量, 存在过载现象, 继电器底座内部引接线长期运行发热, 最终导致K15底座内部引接线烧损, 风机主电源中断。经咨询厂家, 该型继电器适用于配置3台整流柜的励磁调节器, 为此决定对K15、K16进行换型改造。

(2) 励磁调节器灭磁开关跳闸。中间继电器K03、K04 (在控制柜内) 额定电压为DC 110 V, 但动作功率<5 W。在控制回路发生直流接地时, 小功率的中间继电器可能会误动, 导致灭磁开关跳闸。

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 (2011年12月修订版) 15.7.8条:“所有涉及直接跳闸的重要回路应采用动作电压在额定直流电源电压55%~70%范围以内的中间继电器, 并要求其动作功率不低于5 W”。15.7.16条:“对经长电缆跳闸的回路, 应采取防止长电缆分布电容影响和防止出口继电器误动的措施”。据此咨询厂家, 决定对K03、K04进行换型改造。

2. 改进实施

(1) K15、K16继电器换型。采用ABB的VBC7-30-10型一体式继电器。该继电器内部两组线圈的触点之间采用机械闭锁设计, 杜绝了同时合闸的可能性, 其触头容量16 A, 满足风机负载要求。该继电器已在国内多台同型号励磁调节器上进行升级使用。在机组停机期间, 由ABB技术人员实施更换和回路接线, 进行电源切换试验正常。

(2) K03、K04继电器换型。经专业评估, 确定采用更换大功率继电器并改动回路的方案。使用上海伊利诺继电器有限公司RXMS1 (RK216 463-AN) 型大功率出口继电器替代原Finder中间继电器。采购新继电器, 校验合格。RK216 463-AN继电器动作功率符合反措要求, 但设备体积较大, 需改变安装位置, 线路改动较多。机组停机期间, 由ABB技术人员实施更换和回路接线, 传动试验正常。

3. 改进效果

改进完成, 进行与改造元件和回路相关的试验均正常。励磁调节器运行中K15稳定, 红外测温无发热现象;在多次厂用系统直流接地时K03、K04均未误动, 也无接点抖动现象。励磁调节器控制回路整体运行稳定, 优化改进成效显著。

摘要：励磁调节器是励磁系统核心部分, 对发电机安全稳定运行和电网稳定均起着重要作用。针对UNITROL 5000励磁调节器的风机电源和跳闸出口继电器存在的问题, 如整流柜故障告警, 励磁调节器灭磁开关跳闸。分析原因, 提出控制回路优化改进方案并实施。

励磁变故障后励磁系统动作分析篇7

关键词：励磁系统,灭磁开关,小电流试验,空载灭磁特性

1 事故过程

某500kV系统4号变开关5021、第二串联络开关5022合闸位置, 机组有功负荷423MW, 无功负荷28MVar, 发电机机端电流12157 A /12241 A /12268A, 机端电压20kV/19.98 kV /19.98 kV, 励磁电流2470A。故障时, 500kV系统4号变开关5021、第二串联络开关5022跳开, #4锅炉MFT动作, #4汽机跳闸, ETS首出“发变组主保护”动作报警, #4机组励磁变差动保护动作出口, 励磁开关跳闸, 厂用电6kV三段开关切换成功。检查发现:变压器外护罩全毁、变压器本体熏黑、高压进线封母与变压器之间的膨胀节以及连接铜绞线烧毁、高压侧CT崩裂、高压CT与高压绕组的连接软铜线烧断;励磁变低压侧基本完好, 高压CT的二次接线连接牢固、除表面熏黑外基本完好。未发现小动物或异物导致故障的迹象。

保护动作信号有:励磁变比例差动A相动作、励磁变比例差动B相动作、励磁变差动速断A相动作、励磁变差动速断B相动作、励磁变差动速断C相保护动作、主变比例差动A相动作、主变比例差动B相动作、主变比例差动C相动作、主变差动速断A相动作、主变差动速断B相动作、主变差动速断C相保护动作。

保护的首出是励磁变差动保护动作, 说明故障最早发生在励磁变的高、低压CT之间, 结合现场情况及故障录波图分析, 具体故障部位应该是励磁变压器高压侧CT下端连接铜排至高压侧线圈之间, 在这个区间, 会导致阻抗变化引起弧光性短路的可能性主要有:连接螺栓松脱, 接触不良, 导致接触电阻变大;连接导线脱落;连接导线线耳断裂;连接导线断裂。以下介绍对励磁系统二次设备的检查及处理。

2 励磁调节器动作过程分析

根据图1故障录波器记录曲线, #4 发电机机端电压Ug幅值从11:53:47.310 开始跌落。11:53:47.326, 即机端电压Ug 下降16ms后, AVR 检测到机端电压下降, 并作出调节反应, Uf幅值开始从260V迅速上升, 因故障录波器中的励磁电压由励磁柜内的变送器上送, 从录波图上看Uf幅值最高为400V, 初步判断励磁调节器实际上已经强励, 因变送器响应时间原因, 实际的Uf幅值可能远远大于400V (额定励磁电压407V, 强励倍数2倍) 。

由于励磁变高压侧短路故障的发展, 机端电压Ug于 11:53:47.341时, 即强励开始16ms 后, 机端电压开始迅速跌落;且由于励磁变存在相间短路故障, 励磁变低压侧三相电压必然不对称且中性点偏移, 导致整流桥同步电压不正常, 整流桥同步移相触发混乱。从11:53:47.387 时, 即强励维持61ms 后, 整流桥输出值迅速跌落至0V。之后励磁电压在0V至100V之间波动。 11:53:47.343 时, 励磁变差动保护动作发出灭磁开关跳闸指令, 灭磁开关于 11:53:47.448时分开。对于正常的灭磁过程, 整流桥输出电压由正常运行时的正值, 转为逆变时的负值, 以利于提高灭磁电阻两端的电压、励磁电流由灭磁开关转移至灭磁电阻进行灭磁。由于同步电压的不正常, 整流桥输出电压没有及时逆转, 导致灭磁开关分开后, 转子电流没有及时转移到灭磁电阻里去, 触头燃弧时间就会偏长。导致灭磁开关灭弧栅近触头的部位被熏黑, 灭磁开关触头两侧的捕弧器也被熏黑。

3 励磁系统处理

进行了灭磁开关触头更换、励磁整流桥小电流试验和开机时进行灭磁特性试验。更换触头后现场进行了就地/远方合闸试验, 一跳二跳试验, 试验正常;并测量合闸后开关直阻, 直阻阻值为:13.3μΩ, 合格 (标准≤15μΩ) , 励磁开关正常。对5个整流桥进行小电流试验, 当α=60°时, 由整流桥波形图可见, 每20MS内有6个波头, 整流桥正常, 励磁调节器同步、移相、触发、可控硅开断正常。空载灭磁特性试验见图1.

如图1所示, 在分开关瞬间, 控制电压UC变为-10000对应于可控硅触发角为-150℃, 励磁电流下降为0, 转子电压反转, 跨接器也在此时导通, 导通电流约120A, 机端电压缓慢下降, 从100%电压下降为0的时间约为14s。分开关灭磁过程, 励磁调节器控制逻辑正确, 跨接器导通正常, 灭磁正常。

4 结论

励磁系统的优化篇8

宽厚板生产线全线总装机容量为184678k W,工作容量为150598k W,辅传动辊道采用ABB ACS800变频器实现变频控制,其模式为DTC(直接转矩控制),全线布置有19套。精整区域辊道共计39组,容量为4056k W,主要负责钢板从冷床运输到垛板机区域。设备调试、试运行期间,为保证管道电机启动转矩足够大将辊道组变频器励磁给定值为100%。由于变频器励磁给定值较大,虽然能够满足生产工艺需求,但辊道组变频器运行时电流输出值相应较大。剪切线部分辊道组明细见表1。

2 变频器励磁优化的实现

2.1 工艺及原理

剪切线辊道主要用于钢板运输,控制要求相对不高。剪切线辊道控制对辊道起动、制动响应时间未作过高要求,只要能够正常启动、制动,便符合生产工艺要求。剪切线辊道变频器、辊道电机容量较原设计容量都有较大幅度的提高,已经能够满足生产工的艺控制要求。综上所述,宽厚板生产线电机变频器励磁给定值偏高及控制模式不当成为电耗过高的主要原因。

ABB ACS800变频器采用直接转矩控制(DTC)技术,DTC控制交流电动机关键的变量为磁通和转矩。变频器测量的电动机电流和电压作为自适应电机模型的输入,该模型每25μs产生一组精确的转矩和磁通实际值。电动机转矩比较器将转矩实际值与转矩调节器的给定值作比较,磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值作比较。依靠来自这两个比较器的输出,优化脉冲决定逆变器的最佳开关位置。通过研究ABB ACS800变频器DTC控制原理,结合逆变器控制流程(见图1)发现,将传动控制参数27.03FLUX REF定义励磁给定值适当降低,从而实现降低变频器电流输出。

通过对电机模型和直接转矩控制系统理论的分析可以得出,通过调整变频器磁场给定(FLUX REF%)值,可以控制定子磁链的大小,进而控制输出电磁转矩。同时磁场电流的减少可以有效降低空载或轻载时电机铁损、铜损等各类损耗,提升电机运行效率。

2.2 励磁控制参数优化及效果

通过现场实际测试,将剪切线辊道电机磁通给定由100%改为90%,平均节电率在10%,节电效果明显。

ABB ACS800传动控制参数27.03FLUX REF范围为25%~140%。结合目前剪切线辊道在不同规格钢板情况下运行的转矩数据,将传动控制参数27.03FLUX REF由100%降到90%。表2为剪切线部分辊道组运行转矩。

以#2冷床输出辊道1为例,传动控制参数27.03FLUX REF为100%,辊道电机组以1465r/min运行时,电流为132.40A,如图2所示。

传动控制参数27.03FLUX REF为90%,辊道电机组以1465r/min运行时,电流为112.95A,如图3所示。

#2冷床输出辊道1经过参数调整优化后,保证工艺要求同时运行电流降低12.2%。

3 结语

基于标准传递函数的励磁系统聚合篇9

对于规模庞大的互联电网,如果仍然按照详细的系统模型进行数字仿真计算,则计算量相当大,对于在线分析和控制来说更是沉重的负担。因此,有必要对大规模电力系统进行动态等值,以减少计算量,同时也能够突出主要问题。国内外在这一领域已经取得了一系列成果[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。

同调机群励磁系统的聚合是动态等值中的重要环节,加权求和法是常用的方法。该方法的优点是:等值元件模型均为实际电力系统元件模型,可直接用于大规模系统的计算分析;计算量很小,从而可大大减少参数聚合的时间。该方法的不足是:要求各发电机元件的模型均为相同的结构形式,从而聚合前后的模型结构相同。然而,同调机群中各发电机的励磁系统却可能是多种多样的[15,16,17,18,19],所以往往无法使用加权求和法。

为此,本文提出采用标准传递函数作为等值励磁系统模型,并采用分段线性多项式函数(PLPF)法对励磁系统进行参数聚合。算例结果表明:加权平均法仅适用于模型结构相同的励磁系统聚合,而PLPF法适用于相同和不同模型结构的励磁系统聚合,并且可以达到降阶等值的目的。

1 励磁系统聚合的模型结构

励磁系统的聚合基于以下2个基本要求[1,2]:

1)通过发电机对电力系统动态起作用,所以励磁系统的聚合要考虑发电机动态对它的影响;

2)应使在同样的机端电压摄动下引起的等值机输出电流变化和各同调机输出电流总变化相等,即满足输出电磁功率不畸变的约束。

在此要求下,可推导出等值发电机励磁系统的聚合传递函数GEΣ(s)为[1,2]:

$G_{E Σ} (s) = \sum_{\forall i \in G} W_{i} (s) G_{E i} (s) (1)$

式中:Wi(s)为权因子;GEi(s)为第i台发电机励磁系统的传递函数,各台发电机励磁系统传递函数可以互不相同;G为等值发电机集合。

由式(1)可见,GEΣ(s)不是GEi(s)的代数和,而需要乘以权因子Wi(s)之后再求和,如图1所示。

由此获得的聚合传递函数GEΣ(s)是一个复杂的高阶传递函数,在实际工程中难以使用。为此,本文提出将上述高阶聚合传递函数GEΣ(s)简化为低阶标准传递函数GE(s):

$G_{E} (s) = \frac{\sum_{j = 0}^{m} b_{j} s^{j}}{s^{n} + \sum_{j = 0}^{n - 1} a_{j} s^{j}} (2)$

简化的目标是等效,即GE(s)与GEΣ(s)具有尽量相同的输入输出特性。一般来说,分母阶次等于或者大于分子阶次,即n≥m。

2 励磁系统聚合的参数确定

PLPF法是基于方程误差(EE)模型的时域辨识方法。该方法直接从时域采样信号,计算简捷,测试简单,而且辨识精度较高。所以,本文采用PLPF法确定等值励磁系统模型中的参数。

对应式(2)所示传递函数的时域模型为:

$\begin{array}{l} \frac{d^{n}}{d t^{n}} y (t) + a_{n - 1} \frac{d^{n - 1}}{d t^{n - 1}} y (t) + \dots + a_{0} y (t) = \\ b_{m} \frac{d^{m}}{d t^{m}} u (t) + b_{m - 1} \frac{d^{m - 1}}{d t^{m - 1}} u (t) + \dots + b_{0} u (t) (3) \end{array}$

在零初始条件下,对式(3)求n重积分,得

y(t)+an-1∫ $_{0}^{t}$ y(t)dt+…+a0∫ $_{0}^{t}$ …∫ $_{0}^{t}$ y(t)dtn=bm∫ $_{0}^{t}$ …∫ $_{0}^{t}$ u(t)dtn-m+bm-1∫ $_{0}^{t}$ …∫ $_{0}^{t}$ u(t)dtn-m+1+…+b0∫ $_{0}^{t}$ …∫ $_{0}^{t}$ u(t)dtn (4)

如果设法求出输入信号u(t)和输出信号y(t)的多重积分,则可以估计模型参数aj和bj。

采用PLPF法求解积分问题,将采样时间区间T等分为K个时段,然后将输入、输出近似地用离散采集数据向量(UT,YT)与分段线性多项式函数的内积来表示:

${\begin{cases} u (t) = \sum_{k = 0}^{Κ} u (k) F_{k} (t) = U^{Τ} F (t) \\ y (t) = \sum_{k = 0}^{Κ} y (k) F_{k} (t) = Y^{Τ} F (t) \end{cases} (5)$

式中:

$\begin{array}{l} U = [u (0) u (1) \dots u (Κ)]^{Τ} (6) \\ Y = [y (0) y (1) \dots y (Κ)]^{Τ} (7) \\ F (t) = [F_{0} (t) F_{1} (t) \dots F_{Κ} (t)]^{Τ} (8) \end{array}$

分段线性多项式定义为:

$\begin{array}{l} F_{0} (t) = {\begin{cases} 1 - \frac{Κ}{Τ} t \\ 0 \end{cases} \begin{array}{l} 0 \leq t < \frac{Τ}{Κ} \\ 其他 \end{array} (9) \\ F_{i} (t) = {\begin{cases} (1 - i) + \frac{Κ}{Τ} t \\ (1 + i) - \frac{Κ}{Τ} t \\ 0 \end{cases} \begin{array}{l} \frac{(i - 1) Τ}{Κ} \leq t < \frac{i Τ}{Κ} \\ \frac{i Τ}{Κ} \leq t < \frac{(i + 1) Τ}{Κ} \\ 其他 \end{array} \\ (10) \end{array}$

式中:i=1,2,…,K-1。

$F_{Κ} (t) = {\begin{cases} (1 - Κ) + \frac{Κ}{Τ} t \\ 0 \end{cases} \begin{array}{l} \frac{(Κ - 1) Τ}{Κ} \leq t < Τ \\ 其他 \end{array} (11)$

基函数及其积分特性如附录A图A1所示。

将F0(t),F1(t),…,Fm(t)积分可得:

∫ $_{0}^{t}$ …∫ $_{0}^{t}$ F(t)dtl≈HlF(t) (12)

式中:H为m×m阶矩阵,

$Η = \frac{Τ}{m} [\begin{matrix} 0 & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \dots & \frac{1}{2} \\ 0 & \frac{1}{2} & 1 & \dots & 1 \\ 0 & 0 & \frac{1}{2} & \dots & 1 \\ \dots & \dots & \dots & \dots \\ 0 & 0 & 0 & \dots & \frac{1}{2} \end{matrix}] (13)$

那么,式(4)可改写为:

YTF(t)+an-1YTHF(t)+…+a0YTHnF(t)=bmUTHn-mF(t)+bm-1UTHn-m+1F(t)+…+b0UTHnF(t) (14)

消去F(t)并且将式(14)等号两边都转置后可得:

Y+an-1HTY+…+a0(Hn)TY=bm(Hn-m)TU+bm-1(Hn-m+1)TU+…+b0(Hn)TU (15)

据此,利用最小二乘法,可以获得模型参数aj和bj。由于励磁系统一般是线性系统,采用PLPF法是可行的。当然,对于复杂的非线性励磁系统,应该采用其他方法。

3 励磁系统聚合的基本步骤

1)判断同调发电机群,求取等值发电机的电气参数。

2)计算同调发电机群中各发电机的权系数Wj(s)。

3)对于同调发电机群中的励磁系统,按照式(1)获得聚合传递函数GEΣ(s)。应该指出的是,当同调发电机群机组数量较大时,尤其是存在多种不同类型的励磁系统时,这个传递函数阶次很高。但在实际工程中应用本文方法时,并不需要具体求出完整形式的高阶传递函数,而只要根据式(1)获得求和形式的传递函数。

4)根据获得的求和形式的聚合传递函数GEΣ(s),计算时域动态响应曲线,获得(UT,YT)。一般来说,激励采用阶跃方式。对于式(1)中求和形式的每一子项传递函数(这是低阶的),分别计算其对应的动态响应曲线,然后再求和,即得总的动态响应曲线。

5)计算获得式(15)中各向量。

6)采用第2节中所述PLPF法,获得参数aj和bj,由此可得等效的传递函数GE(s)。

4 励磁系统聚合的仿真算例

4.1 算例系统

以IEEE 10机39节点系统为例,系统结构如附录A图A2所示。将机组G10作为参考机;G1,G8,G9作为研究系统;G2,G3,G4,G6,G7作为外部系统,对其进行分群;发电机组G2和G3为一个同调机群C1;发电机组G4,G6,G7为另外一个同调机群C2;G5为孤岛。

设机群C1中G2和G3的励磁系统模型均为IEEE DC1A型[15,16],其传递函数框图如图2所示,参数见表1。

设机群C2中G4,G6,G7的励磁系统不相同。G4,G6,G7的励磁系统传递函数分别如图3、图4、图5所示[15,16]。

G4励磁系统的参数为:K=15.3,T1=0.5 s,T2=9.4 s,T3=0.24 s,T4=0.05 s,KSCR=40,TE=0.05 s,TR=0.03 s,β=0.05。

G6励磁系统的参数为:KI=2.02,KE=0.8,SE=0.2,KP=19.43,KD=0.52,TE=0.46 s,TR=0.02 s。

G7励磁系统的参数为:K=15,T1=1 s,T2=21 s,T3=0.5 s,T4=0.05 s,KSCR=40,TE=0.02 s,TR=0.01 s,TCS=0.03 s。

4.2 相同励磁系统的聚合

C1群中发电机G2和G3的励磁系统是相同的,不难求出其聚合传递函数GC1Σ(s)为:

$\begin{array}{l} G_{C 1 Σ} (s) = \frac{6.112 s^{6} + 153.6 s^{5} + 2 316 s^{4} +}{0.001 384 s^{8} + 0.063 86 s^{7} + 1.661 s^{6} +} \to \\ \leftarrow \frac{6 059 s^{3} + 5 951 s^{2} + 2 372 s +}{21.36 s^{5} + 149.8 s^{4} + 239.5 s^{3} +} \to \\ \leftarrow \frac{290.3}{145.6 s^{2} + 35.38 s + 2.872} \end{array}$

因为G2和G3的励磁系统模型结构一致,故可以采用加权求和法,获得等值传递函数GC1(s)为:

$G_{C 1} (s) = \frac{2 181 s + 3 021}{s^{3} + 21.96 s^{2} + 285.6 s + 60.72}$

对GC1Σ(s)与GC1(s)的频域波特图进行比较,如图6所示。

由图6可见,使用加权求和法对相同模型结构的励磁系统进行动态等值,其相频特性曲线拟合效果很好,幅频特性曲线拟合效果较好。

4.3 不同励磁系统的聚合

C2群中发电机G4,G6,G7的励磁系统是不同的,先求出其聚合传递函数GC2Σ(s)为:

$\begin{array}{l} G_{C 2 Σ} (s) = \frac{2.988 \times 10^{- 4} s^{12} + 0.033 52 s^{11} +}{2.046 \times 10^{- 9} s^{14} + 4.323 \times 10^{- 7} s^{13} +} \to \\ \leftarrow \frac{1.419 s^{10} + 28.42 s^{9} + 281.6 s^{8} +}{3.748 \times 10^{- 5} s^{12} + 1.728 \times 10^{- 3} s^{11} +} \to \\ \leftarrow \frac{1 380 s^{7} + 3 709 s^{6} +}{0.045 78 s^{10} + 0.699 6 s^{9} + 5.88 s^{8} +} \to \\ \leftarrow \frac{5 802 s^{5} + 5 356 s^{4} +}{25.03 s^{7} + 57.01 s^{6} + 71.83 s^{5} +} \to \\ \leftarrow \frac{2 819 s^{3} + 762.5 s^{2} +}{49.51 s^{4} + 17.39 s^{3} + 2.675 s^{2} +} \to \\ \leftarrow \frac{83.05 s + 3.001}{0.176 2 s + 0.003 966} \end{array}$

在阶跃干扰之下,由GC2Σ(s)获得时间采用数据,采样时间窗T=80 s,采样时间间隔Ts=0.05 s。然后,采用PLPF法对低阶的标准传递函数模型进行参数辨识。标准传递函数分别取为:GP1(s)为分母3阶、分子1阶的传递函数;GP2(s)为分母3阶、分子2阶的传递函数;GP3(s)为分母3阶、分子3阶的传递函数:

$\begin{array}{l} G_{Ρ 1} (s) = \frac{- 81.29 s - 8.935}{s^{3} - 1.345 s^{2} - 0.030 39 s - 0.011 84} \\ G_{Ρ 2} (s) = \frac{948.5 s^{2} + 1 035 s + 75.89}{s^{3} + 19.91 s^{2} + 3.052 s + 0.100 3} \\ G_{Ρ 3} (s) = \frac{- 22.22 s^{3} + 1 395 s^{2} + 1 549 s + 113.7}{s^{3} + 29.75 s^{2} + 4.569 s + 0.150 3} \end{array}$

各传递函数的时域阶跃响应、频域波特图比较见图7和图8。

由此可见,不论在时域还是在频域,GP1(s)的拟合误差很大,GP2(s)的拟合误差较小,GP3(s)的拟合效果最好。由此可见,对于本文算例系统,采用降阶为3阶的标准传递函数,可以获得良好的描述效果。至于究竟降阶为几阶合适,这里采用的是尝试的办法,今后需要进一步结合同群发电机台数和励磁系统类型,研究确定合适的降阶标准传递函数的阶次。

5 结语

本文针对动态等值中励磁系统不同类型的情况,提出采用标准传递函数作为等值励磁系统的模型,采用PLPF法求取其参数。算例表明,采用标准传递函数作为等值励磁系统的模型是可行的,实际应用时可以将高阶的聚合传递函数简化为低阶的标准传递函数,取得了良好的等值效果。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

励磁系统的优化篇10

1 静止式微机励磁系统的特点

静止励磁方式不设置专门的励磁机, 而从发电机本身取得励磁电源, 经整流后再供给发电机本身励磁, 因这种励磁方式具有结构简单、设备少、投资省和维护工作量少等优点, 现已成为大中型发电机组的主导励磁方式。也是中、小型发电机组励磁系统改造的优选方式。其特点如下。

(1) 硬件结构简单, 互换性好。微机调节器是由进口高速PLC或单片机 (DSP) 及必要的输人、输出电路构成, 依据“简单就是可靠”的设计思想, 省掉了大量的逻辑控制回路, 并采用冗余设计和抗干扰措施, 可靠性得到有力保证。

(2) 人机界面友好, 使用维护简单易行。目前, 大部分微机励磁系统外设均选用彩色 (或单彩) 触摸屏显示终端或液晶屏显示, 实时显示常规测量数据如I、U、P、Q等以及自诊断、自动检测等。

(3) 通过PID、PSS及线性和非线性最优控制等不同软件实现多种励磁调节模式的转换及励磁调节计算和逻辑控制。

(4) 部分励磁调节装置具有较强的通讯功能, 方便实现励磁系统与计算机监控系统的数据交换, 便于远控和少人值班或无人值守。

2 静止式微机励磁系统的应用

随着时间的推移, 新技术新工艺不断发展, 计算机控制在水电站工程中得到了充分的应用。同时励磁系统也进入了微机阶段, 以下将以鹤矿集团热水电站为例, 分析静止式微机励磁系统的应用。

2.1 概述

鹤矿集团热水电站4台机组均采用直流发电机供电的励磁系统, 长期以来励磁机碳刷打火严重, 一直是运行维护中的一大难题;自动励磁调节系统也未能投入, 无功一直手动调节, 曾经发生过由于负荷变动无功调节不及时而导致的发电机振荡现象;3#机改造前发电机灭磁开关还经常出现合不上闸的情况, 严重影响发电机运行的可靠性, 同时也不利于系统的稳定运行。2008年7月鹤矿集团热水电站对3#机励磁系统进行了改造, 使用了科大创新股份有限公司的发电机励磁系统静止整流装置、S E C 20 0 0型发电机微机励磁调节装置及DMX2型磁场断路器。改造后的静态励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成 (见图1) 。

整个系统自380V母线段取220V交流起励电源用于最初转子磁场的建立, 励磁电压升至20%额定值时起励回路自动退出, 由励磁变取机端电压送至整流器整流后提供励磁电流, 由励磁调节器根据发电机三相电压、电流及转子电流7个模拟量的变化, 相应地改变可控硅整流器的导通角, 改变发电机的励磁电流, 完成励磁回路的自动调节过程。自并激静止励磁系统采用可控硅电子技术, 这套装置由可控硅电子元件构成, 具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点;配合DMX系列磁场断路器与高能氧化锌非线性电阻组合的方式, 在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速移能灭磁。提高系统运行可靠性的同时也减轻了运行人员的压力, 并且励磁系统的耗电量也有所减少, 投入运行后非常稳定。

2.2 硅整流系统特点

(1) 采用三相全波整流桥, 强迫风冷方式, 设计裕度大。 (2) 通过加装交流侧均流环, 可实现并联整流桥间电流分配的均衡调节, 均流系数可达90%以上。 (3) 产品配置交流进线断路器及直流出线刀开关, 运行中可灵活退屏维护检修。 (4) 产品装设了可控硅换相尖峰吸收器, 可有效地将可控硅整流屏的换相尖峰电压抑制到阳极电压峰值的1。5倍以下。交流进线设置特制三相限压器, 可有效抑制各种冲击过电压, 保护励磁变压器的绝缘。

2.3 励磁改造的效果

鹤矿集团热水电站3#机进行了静止式微机励磁系统改造后, 取消了励磁原动机及直流励磁机, 解决了励磁机整流子长期以来碳刷打火问题, 减少了设备运行时的维护量, 避免了因更换碳刷给运行设备及人身带来的风险, 解决了励磁机整流子近几年来靠车削减轻打火的问题, 同时解决了以往3#机无功负荷不稳定、自动变化的问题。该装置软起励的功能使机组开机起励极其简单, 建压时间短、而且呈线性递升, 大大减轻了对发电机的冲击。运行中微机励磁调节装置根据发电机定子电压、电流及转子电流, 进行恒发电机端电压的自动调整, 调节过程平稳, 自改造设备投入以来, 一直运行稳定, 改善了以往自动调节励磁长期难以投入的状况。

3 结语

近年来, 综合自动化系统在水电站中不断扩大应用, 无人值守、少人值班逐渐成为水电站运行管理的基本模式, 为了保证同步发电机的可靠运行, 励磁系统起到关键作用。目前, 我国微机励磁系统已取得长足进步, 装置软件丰富, 调节保护和限制功能齐全, 可靠性高。旧的模拟式励磁调节器难以实现或无法实现的功能, 在微机励磁调节器上就很容易实现。经过改造的设备大大节省了元器件, 改造方便, 只需外部的一些接线即可, 而功能则得到很大提高, 灵活性大, 通用性强, 且改造成本低。改造后的励磁运行稳定, 可靠, 操作方便, 降低了运行人员的劳动强度, 减少了维护工作量, 为水电站发挥了最佳的经济效益。

参考文献

[1]刘忠源.同步电机可控硅励磁系统[M].北京:水利电力出版社, 1990, 12.

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