励磁控制装置（精选7篇）
励磁控制装置 篇1
0 引言
随着近十年来中国的电力事业飞速地发展,电力系统电源建设中巨型发电机组已经成为主流。发电机组单机容量的巨型化,使得单元巨型机组在电力系统中的重要性日益突出,因此无论是电网公司还是发电厂都对发电机运行的可靠性以及稳定性提出了更高的要求。微机励磁控制装置是保障发电机正常运行的核心关键设备,同时也是调节电网无功、稳定电压的主要控制手段,在电力系统中起着极其重要的作用,它的运行可靠性直接影响发电机组和电力系统的稳定运行。而微机励磁控制装置的抗电磁干扰的能力又是决定其可靠运行的关键技术之一。特别是现代励磁控制系统已经全面由陈旧的模拟式控制系统转变为数字式控制,工作主频更高、功能更强大的数字处理器在励磁装置中得到了广泛的使用,使得它更容易受到外界电磁干扰的影响。为了满足当前电力系统对励磁控制装置电磁兼容性能的高等级要求,本文对励磁控制装置的电磁兼容性进行了专门研究,开发出新一代微机励磁控制装置,经过试验测试具备很高的电磁兼容性能[1]。
1 新一代微机励磁控制装置电磁兼容设计
励磁控制装置作为励磁系统的核心,主要是根据测量模块实时采样的系统电气量,生成脉冲信号,触发可控硅整流装置,控制发电机转子电流。在发电厂中出现过很多由于电磁干扰导致励磁控制装置出现故障,从而影响发电机组正常运行的报道。在遭受强电磁干扰时,传统励磁控制装置可能出现的故障主要表现为 :(1) 励磁控制装置发生物理损坏,如元器件失效、特性变化等,将引起励磁控制失稳、发电机失磁跳机等重大事故。(2) 处理器出现死机、跑飞,同样可能引起励磁控制失灵以及发电机失磁跳机等重大事故。(3) 引起测量错误,造成励磁控制装置的输出波动甚至保护误动。(4) 励磁控制系统出现误操作现象并引发事故。针对励磁控制装置面临的干扰情况,主要从以下方面对传统的励磁控制装置进行电磁兼容设计[2]。
1.1 微机励磁控制装置结构电磁兼容设计
通过分析励磁控制装置的作用,可以将微机励磁控制装置分为以下几大功能模块,即脉冲电源插件、系统电源插件、核心控制插件、模拟量插件、同步电压插件、开关量插件、脉冲放大插件部分组成,各个功能插件之间的信号通过背板联系。为了使这些插件工作时不会相互影响,强、弱电信号能够互相兼容,在整个装置机箱结构设计时应着重考虑电磁屏蔽和接地技术。由于机箱是由一些部件组装起来的,并且为了显示、操作、接入外界信号、散热等的需要,不可避免的在机箱或者不同插件之间存在孔洞和缝隙,影响了机箱整体的屏蔽性能。因此在机箱设计时应考虑整体结构和内部各插件之间都有良好的电气连接,考虑到这些要求后,在新一代微机励磁控制装置机箱正面的上下边沿安装导电弹簧片,而且在每个插件上安装了锁止机构,这样使每个插件可以紧密、可靠地固定在机箱中,使各个插件的上下边沿能够与机箱充分连接以减小相互之间的接地阻抗,为通过机箱释放干扰提供了很好的通道。
在每个独立插件的结构设计方面,确保不同的插件之间都能独立形成一个良好的屏蔽隔仓,这样可以将强电系统 ( 如电源插件、交流插件等 ) 和弱电系统隔离,减少内部干扰相互影响。在模块的布置上应该将容易受到干扰的插件 ( 如核心控制插件 ) 尽量远离干扰源或与干扰源有联系的插件 ( 如电源插件、交流插件、出口继电器等 )。在结构设计时经过充分考虑电磁兼容性能后的机箱和独立模块如图1所示。
1.2 微机励磁控制装置电源插件的电磁兼容设计
微机励磁控制装置有脉冲电源插件和系统电源插件,其中脉冲电源插件板为双路供电,AC220 V、DC220 V( 或DC110 V) 输入,DC24 V输出,用来提供脉冲电源 ;系统电源插件板为双路供电,AC220 V、DC220 V( 或DC110 V) 输入,输出 +12 V、-12 V、+5 V和两路24 V,用于开关量输入、输出电源和DC24 V输出。装置所用电源结构如图2所示。
由于电源插件既是电磁干扰的受害者又是主要的电磁骚扰源头,它贯穿所有的插件,为电磁骚扰进入不同的插件提供了多种路径,对励磁控制装置内部的弱电系统可靠运行产生了较大的影响。电源插件的电磁兼容设计可以从以下几个方面着手 :(1)从干扰源方面,尽量采用内部噪声比较小的电源插件 ;(2) 从干扰传播的途径方面,可以在电源输入端安装合适的滤波器以有效地抑制共模和差模干扰,滤波器应当安装在电源的进线端口并且和机箱外壳接触良好 ;在电源、通信回路需要设置抑制浪涌冲击过电压的保护器件,如压敏电阻、瞬态抑制二极管等器件。(3) 从敏感设备方面,在电源插件的 +5 V、±12 V、+24 V等弱电电源回路中,应当考虑采用在弱电电源端加入电容器、EMI片状滤波器等措施来抑制瞬态干扰对数字电路的影响。(4) 在每个印制板的电源入口处的电源线和地线之间并接一个大容量的电解电容 (10 ~ 100μF) 作低频滤波和一个0.01 ~ 0.1μF的磁片电容作高频滤波。板上集成片的电源引脚和地线引脚之间应加0.01μF的陶瓷电容进行去耦,至少每3块集成片应有一个去耦电容。去耦电容应贴近集成片安装,连接线应尽量短,去耦回路的面积也应尽可能减小,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果[3]。
1.3 微机励磁控制装置模拟量插件电磁兼容设计
励磁控制装置是以发电机机端电压为主要控制对象的闭环控制系统,模拟量插件的作用是将发电机端的电压互感器、电流互感器二次侧的强电信号变换成励磁控制装置所需的弱电信号 ( 一般100 V的交流电压信号以及5 A的交流电流信号 ),这些信号经A/D进行模数转换后送到核心控制插件 ( 也就是CPU插件 ) 进行处理,计算出当时发电机的机端电压、定子电流、有功功率、无功功率等重要电量。这些信号相对于励磁装置来说至关重要,直接影响着整个励磁装置的性能。在模拟量插件电磁兼容设计方面主要采取隔离屏蔽 ( 采用带屏蔽层的电压、电流互感器 )、使用雪崩二极管限幅、模拟式低通滤波等干扰抑制措施,可以确保干扰不会影响模拟量信号。
1.4 微机励磁控制装置背板电磁兼容设计
励磁控制装置的背板是与各个插件都有电或磁的联系,背板上既有强电信号又有弱电信号,既有模拟信号又有数字信号。因此背板的电磁兼容性能也直接决定着这个微机励磁控制装置的安全稳定运行。考虑到这些后,背板作以下电磁兼容考虑 :
(1) 背板根据强、弱电划分上下两个区域,其中上背板采用4层PCB板,下背板采用2层PCB板。
(2) 上背板上的电源根据电源类别分区布置,板上划分了模拟电源区域、数字电源区域、开关量输入电源区域、开关量输出电源区域、通信电源区域等。
(3) 根据信号不同将信号分别走线,并且使板上数字信号、模拟信号和同步信号的布线尽可能为直线。
1.5 微机励磁控制装置开关量插件电磁兼容设计
开关量插件包括开关量输入和开关量输出,其中开关量输入主要是现场接点状态 ( 接通或断开 ) 的输入信号,经过变换后送到CPU插件进行处理 ;开关量输出主要是将CPU插件发出的指令输出以控制相应的对象,包括跳闸、合闸、中央信号等触点输出。这些回路一般也是强电信号,而且都直接与CPU插件相联系,所以必须对这些回路进行电磁兼容设计以减少外界电磁干扰的影响,典型的开关量电路如图3、图4所示。在开关量输入信号送到CPU以前应当采用光耦隔离 ;开关量输出一般也采用光耦或继电器进行电气隔离。
1.6 微机励磁控制装置同步回路和脉冲放大插件电磁兼容设计
励磁装置是以发电机机端电压为主要控制对象的闭环控制系统,而发电机机端电压的控制是通过控制励磁装置功率器件可控硅的触发角度完成的。在励磁装置中,经过研究发现同步回路本身的滤波回路时间常数较大,差模干扰对同步回路没有影响,但达到足够强度时会引起其它信号回路 ( 如开关量输入 ) 的异常,高强度的共模干扰下同步回路会出现瞬时假信号,如图5所示,这个假信号送给脉冲放大插件可能会导致可控硅误导通,从而引发发电机无功大幅度震荡的事故[4,5,6]。
为了避免电或磁的骚扰给同步回路和脉冲放大插件造成干扰,设计时有必要从以下方面充分考虑其电磁兼容性能 :
(1) 同步信号和脉冲放大信号传输的电缆单独走线,与大电流的导线以及易产生干扰的引线 ( 如接触器、继电器操作回路 ) 之间应保证足够的距离。如有必要可以采用带屏蔽层的的绞线,并将金属屏蔽层接地。
(2) 隔离变压器输入端加X、Y电容,滤波回路电容采用高频性能好的薄膜电容。
(3) 采用独立脉冲电源以及独立的触发脉冲信号、地回路,降低传导干扰。
2 微机励磁控制装置电磁兼容试验验证
为了保证微机励磁控制装置在各种干扰下能正常工作,国际和国内相关标准都对这类装置的各个端口规定了相应的抗扰度试验项目以及水平,具体如如表表11所所示示[7,8]。。
注 :“√”表示需要测试的项目和端口,“/”表示不需要测试的项目和端口。
根据标准的相关要求,本文论及的新一代微机励磁控制装置曾委托多个国家电网公司相关电磁兼容检测实验室依据国家标准的规定进行了上述项目电磁兼容试验。试验结果表明考虑电磁兼容的新一代微机励磁控制装置全部达到表1中相关试验项目的最高等级。
3 结语
本文根据电磁兼容设计的基本原理和发电厂励磁控制系统的特点,提出在设计微机励磁控制装置的过程中,所需要考虑的电磁兼容问题。并依据这些原则设计出新一代微机励磁控制装置,重点指出不同插件可能面临的电磁干扰问题以及可以采用的电磁兼容解决方案。
经过专业实验室试验验证和工程现场运行证明新一代微机励磁控制装置在抗干扰能力方面得到很大的提高,为发电机组的安全稳定提供了可靠的保障。
摘要：根据电磁兼容设计的基本原理和发电厂励磁控制系统的特点,设计了新一代微机励磁控制装置,对其不同插件可能面临的电磁干扰问题进行了分析并给出了电磁兼容解决方案。经试验验证和实际运行表明,该微机励磁控制装置抗干扰能力得到很大提高,为发电机组的安全稳定提供了保障。
关键词：励磁控制装置,电磁兼容设计,可靠性,试验验证
参考文献
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励磁控制装置 篇2
1 起励回路工作原理
1.1 工作原理 (见图1)
机组正常发电时, 起励控制接触器KM4不工作, 其触点1-2、3-4断开。外接直流电源不接入励磁工作回路。机组励磁工作电流由励磁变压器经励磁调节装置提供。当机组开机时由于机端没有电压, 故励磁变压器不能提供工作电源。这时就需要外加电流对机组进行起励。在机组转数达到额定 (或一定) 值时, 通过起励控制回路接通KM4的工作电源, 使KM4工作, 其触点闭合, 接通外接直流电源至机组励磁回路, 给机组提供起励励磁电流, 使机组建立电压。起励励磁电流大小由起励电阻R11的阻值来确定, 确定后其值不变, 机组建立电压, 当电压达到一定值, 可控硅励磁装置正常工作后, 再由起励控制回路断开KM4的工作电源, KM4触点断开, 切断外接起励电源, 起励工作结。
图中:FU11、FU12为起励回路保护熔丝, R11为起励电流调整电阻, V8为保护二极管, RS1为分流器, KM4为起励控制接触器。FMK为灭磁开关, RF为灭磁电阻, GS为发电机定子, TM为励磁变压器。
2 原有起励控制回路工作原理及存在问题
2.1 原有起励工作原理 (见图2)
开机时, 由运行工作人员在机旁监视机组转数, 当转数达到额定 (或一定) 值时, 按下起励控制按钮QA, 接通起励控制接触器KM4的工作电源, KM4动作, 接通起励工作回路, 机组起励, 建立电压, 当电压达到一定值后, 松开起励按钮, 机组由励磁装置供给励磁电流, 机组正常工作, 起励过程结束。
2.2 存在的问题
这种起励方式, 由人为控制, 起励过程控制不准确, 操作也不方便, 自动化水平低, 安全性能低。
3 改进控制回路原理分析
动作原理: (见图3) 当机组开机后, 转速达到一定值时, 转速继电器接点ZSJ闭合, 电压继电器DYJ不动作, 灭磁开关在合位, 回路由+KM经ZSJ接点1、2, DYJ接点3、4FMK接点11、12至ZJ线圈7、8再到-KM。中间继电器ZJ动作, 其触点1、2接通, 经LDL接点将电源加至控制接触器KM4线圈上, KM4工作, 其触点接通起励主回路, 机组起励。当机组建立电压、机端电压达到一定值, 使可控硅装置正常工作时, 电压继电器DYJ动作, 其动断接点3、4断开, 切断中间继电器ZJ的工作电源, ZJ返回, 其接点1、2断开, 切断起励控制接触器KM4的工作电源, KM4接点断开, 切断起励主回路, 起励过程结束。这样就实现了由机组转速控制起励回路的接通、机端电压控制起励回路断开的自动起励控制。出口开关LDL连动动断触点, 在机组并网发电后断开, 切断起励控制回路, 防止起励控制回路在机组运行中误动作, 造成机组过励磁。
图中:QA为手动起励控制按钮, LDL为出口开关联动接点, KM4为起励控制接触器, ZSJ为转速继电器接点, DYJ为电压继电器动断触点, FMK为灭磁开关辅助接点, ZJ为中间继电器。
4 结束语
经实际运行检验, 改进后的起励控制回路不用人为操作, 当机组转速达到一定后, 起励回路自动工作, 且动作准确可靠, 没有发生误动作, 提高了运行安全性能和自动化水平。
摘要：静止可控硅励磁装置是由机端励磁变压器提供励磁工作电源、外接直流电源进行他激起励的一种励磁调节装置。装置原有他激起励控制回路为按钮手动控制方式, 经分析与试验后改为由机组转数和机端电压控制的自动控制方式。
励磁控制装置 篇3
1 同步电机的故障分析与处理
1.1 同步电机不能启动运行
造成同步电机不能启动运行的原因有很多, 其中最常见的主要有电机本身问题、控制装置故障以及拖动机械故障等原因, 具体如下:
第一, 电机本身的故障问题所造成的不能启动。由于电机轴瓦的端盖螺丝松动或者其他原因导致机座和端盖分离, 此时转子下沉和定子铁心摩擦导致电机不能正常启动, 需要通过更换电机轴瓦或者是分别加固对角端盖的螺丝, 保持电机和转子间均匀的气隙。
第二, 控制装置出现的故障导致的不能启动。控制装置中的励磁部分直流输出电压的不稳定造成定子的电流不稳, 从而引起装置跳闸或者是电机失磁状态下运转。
第三, 拖动机械故障造成的不能启动, 拖动机械转轴在运转中被卡住或出现其他故障, 造成电机转轴的负荷增大, 这时需要在启动前转动转轴, 如果发现转轴不能转动或者是转动不灵活必须要及时进行检验, 保证转轴正常运转后再启动电机。
1.2 同步电机集电环异常磨损
同步电机集电环的主要功能就是传输励磁电流, 但是在电机滑动接触的过程中集电环的表层会产生一层薄薄的水膜, 会造成集电环和电刷传递电流的过程之中出现电解的情况, 进而出现腐蚀。如果集电环异常破损是由腐蚀造成的, 就应该对集电环进行清扫。
除了腐蚀之外, 滑动接触状况的不合理也会造成集电环的异常损坏, 经常出现的有:电刷压力过大、电刷活动受阻以及集电环表面存在垃圾等。这时候一般财务的应对措施有:第一, 调整弹簧压力到1.0-2.8N/cm2, 而且一定要保持所有电刷压力的均衡;第二, 选择和电机型号一致的电刷, 不能出现电刷和电机型号不一致的情况;第三, 保证集电环表面的粗糙程度不超过3μm;第四, 适时调整集电环的正负极, 使电刷的正负极之间受到的腐蚀程度的相同。
1.3 同步机起动时声音异常或转子扫堂
同步机在运行多年之后, 机器的定子均会出现不同程度的移位现象, 而且也会因为同步机启动时的冲击造成同步机定子和转子之间的空隙不均匀, 使其局部部位之间出现摩擦。这时需要采取的解决措施是:按照要求合理调整同步机转子和传动轴的平衡度和同心度, 达到规定的要求之后将定子器密封盖打开, 测量同步机定子和转子之间的四周气隙, 进一步调整二者之间的气隙的均匀和平衡度。但是如果是由于同步机安装基础发生变化所导致的声音异常或转子扫堂的现象, 就要采取重新浇筑基础之后再采取重新安装的办法来彻底解决这一问题。
2 WKLF-11D型微机励磁装置常见故障处理方法
2.1 励磁输出不正常的可能原因
2.1.1 励磁装置不能正常工作
检查励磁控制系统的工作电源, 包括A、B套+5V, +24V、+15V, -15V输出是否正常
2.1.2 起动回路开通后无法自动断开
起动电阻分抽头选择不当, 需按现场试验选择分接头。
2.1.3 同步电机起动时无法自动投励或投励失败
同步电机起动时无法自动投励原因主要有以下几方面的原因:
第一, 高压断路器上的节点之间未能比和好造成的, 需要采取的措施就是在高压断路器关闸之后, 仔细检查所有的接点之间是否都已经闭合完全。第二, 前置变压插件励磁电流不能够调零造成的, 这时候就需要在变压之前对于变换插件励磁电流是否能够调零进行检查, 杜绝此类问题的出现。第三, 压缩机负载过重导致的, 电机在启动时拖动压缩机的压力过大, 就不能保证电机在加速过程中达到亚同步的状态, 需要采取的方法就是在电机启动之前减轻压力。第四, 配置参数中计时投励和投励滑差定值位置错误造成的, 需要采取的措施是对于投励滑差和计时投励的设定值进行全面的检查。
2.2 励磁装置硬件故障及其解决措施
2.2.1 风机故障
风机故障出现时的表现是:风机停故障指示灯亮, 风机停转, 风机箱保险熔断, 励磁输出不受影响。需要采取的措施是:短时间完成处理则无需停机, 更换时应拧开风机箱上航空插头, 抽出风箱进行更换。
2.2.2 快熔熔断
快熔熔断故障出现时的表现是:快熔断故障指示灯点亮, 快速熔断器单相或多相熔断, 与之并联的指示熔芯弹出。机组因励磁故障跳闸停机。需要采取的措施是:第一, 测试可控硅元件是否有损坏现象;第二, 测试主回路是否有多点对地绝缘损坏;第三, 测试励磁绕组是否存在短路现象;查明事故原因, 再更换损坏元器件。
2.2.3 空气开关跳闸故障
空气开关跳闸故障出现时的表现是:空开跳故障指示灯点亮, 空气开关在“分”位, 电机联锁跳闸。需要采取的措施是:第一, 检查励磁变压器是否有过热或烧痕;第二, 检查空开至变压器一次的连接电缆是否有过热或烧痕。
2.2.4 交流电源故障
交流电源故障故障出现时的表现是:交流电源指示灯熄灭, 交流开关电源上所有指示灯熄灭。需要采取的措施是:要求严格的场所可采用带备用电源自动投入的双路电源供电, 来提高励磁供电的可靠性。
2.3 软件故障及其解决措施
软件故障利用WKLF-11D型励磁装置读写控制器显示的故障代码来判别故障类型及故障名称, 结合改励磁装置使用说明书的故障代码表, 来判定故障名称并进行相应的处理。
2.3.1 A/D采集故障
A/D采集故障出现时的表现是:通道故障知识灯亮, 读写器读出故障类型为信号采集故障。需要采取的措施是:主机板上的A/D转换器故障, 更换主机板就可以了。
2.3.2 A-B套通道通信故障
A-B套通道通信故障出现时的表现是:A B两套的主机故障灯, 通道故障灯及脉冲故障灯全部点亮, 励磁输出正常, 用读写器读出故障类型为AB通信故障。需要采取的措施是:选择同步电动机停机时, 励磁装置完全退出运行后进行切换换板的更换。
2.3.3 通道板故障
通道板故障出现时的表现是:通道故障指示灯亮, 读写器检查故障类型为通道板故障。需要采取的措施是:通道板上触发脉冲形成回路故障、导致脉冲信号丢失, 处理方法为更换通道板。
结束语
同步电动机可控硅励磁装置的改进 篇4
关键词：同步电动机,励磁装置,改进方案
以东雷灌溉工程管理局下属的东雷二级站为例, 该工程属于高扬程提灌工程大型灌区。工程设计于本世纪七十年代, 提水流量、扬程与灌溉面积分别为2.2m3/s、225/m、10.39万亩。机电设备一共有100多台, 在工程中机电设备老化严重, 有一些为落后产品, 投入使用存在诸多问题, 进而对工程的稳定、安全运行造成极大的影响[1]。鉴于此, 本文针对同步电动机可控硅励磁装置所存在的问题, 进一步对其改进方案及效果进行探究具有较为深远的意义。
1 同步电动机可控硅励磁装置存在的问题分析
上述工程在数个泵站中安装了T8000-10/750型同步电机共2台, 单机功率为8000k W, 每台电机的额定电压为10k V, 所使用的可控硅励磁装置型号为KGLF-11型, 该装置在长期运行过程中存在多方面的问题, 具体表现如下:
1.1 元件方面的问题
可控硅励磁装置主要是由晶体管分立元件组合而成的, 因此元件会受到很大的温度影响, 与此同时元件离散性较大, 在运行方面也不够稳定。机组频繁出现跳闸故障, 从而使得在提水环节造成极大的经济损失和安全隐患。
1.2 稳定性方面的问题
对于可控硅励磁装置来说, 其抗干扰能力较差, 供电线路还会遭遇雷击等方面的影响。上述因素均会导致可控硅励磁装置在工作期间不具稳定性, 例如灭磁电阻时常发生发热烧断等故障[2]。另外, 可控硅励磁装置不能有效满足电动机带重负荷起动时的需求, 在电动机起动功率过大时, 加之灭磁回路设计不具合理性, 便会导致起动无效, 最终导致整体装置在运行中的稳定性受到极大的影响。
1.3 励磁装置投励方面的问题
可控硅励磁装置在投励方面不具可靠性, 特别是多时早励会对电机带来很大程度的损害, 进而使电动机的使用寿命大大减弱。另外, 在投励过程中, 检测逻辑是较为简单的, 由于投励时间不够精准, 会出现早励或迟励的情况, 这样便导致开机成功率偏低。
1.4 装置保护策略方面的问题
对于可控硅励磁装置来说, 在保护策略方面显得较为单一。通常会有诸多故障发生, 例如缺相、丢波以及代励失步等, 从而导致可控硅励磁装置的保护策略无法有效施展开来。在装置无保护的情况下, 便会导致电动机受到不同程度的损坏, 进一步影响电动机在日常工作中的正常运行。
2 同步电动机可控硅励磁装置的改进方案及效果探究
结合上述研究, 可以发现同步电动机可控硅励磁装置还存在一些较为明显的问题。因此, 做好该装置的改进工作便显得极为重要。具体改进方案及效果如下:
2.1 改进方案分析
要想做好同步电动机可控硅励磁装置的改进工作, 便需要结合上述所涉及的问题, 进一步选取最优化的改进方案。在改进方案设计过程中, 需要遵循一定的原则, 即为“技术优、成本低、见效快”, 进而对原可控硅励磁装置进行改进。在改进过程中, 需对原励磁屏当中多个元件加以保留, 包括风机、二极管以及主回路中可控硅等。将原电源板、投励板以及脉冲板的换掉, 在这方面主要使用V235.8LD综合控制面板[3]。为了使改进后的装置引发故障的情况得到有效避免, 需将原控制板的接线解开, 在一台励磁屏中共用2套控制系统, 在集成电路控制引发故障的情况下, 便能够使控制板作出及时反应, 进而不会使运行受到影响。对于V235.8LD整板式集成电路可控硅励磁装置来说, 主要特点是几何尺寸偏小, 并且在安装线路方面较为简洁、方便。
2.2 改进效果分析
本次研究在对可控硅励磁装置进行改进过程中, 主要使用了V235.8LD整板式集成电路, 通过改进, 获得的效果为:在改进之后, 电机拥有优良的异步驱动功能, 能够以“准角强励整步”准则为依据, 进一步完成投励。在起动和投励当中主要展现了平稳、快速等特性。并且, 拥有完整的带励失步以及失步保护, 这样便能够使电机带励在失步的情况下, 能够作出相应的快速动作, 进一步使电机能够充分避免遭受到脉冲转矩故障。除此之外, 在温度适应方面范围显得非常广泛。
可控硅励磁装置在改进之后, 可以在高温环境下正常工作, 适应55℃的高度。可以和脉冲保护互相配合, 可以在不停机中发生动作, 在带载自动过后再继续整步。对于励磁电压及电流来说, 具备调整范围广的优势, 能够基于额定励磁电压、电流30%至130%范围中有效对对励磁参数进行调整。此控制系统能够对励磁电流进行及时调整, 并且电动机还不容易发生失步。全部控制程序均能够自行进行处理, 并且具备完善的信号系统, 可以完成检测, 在电机发生失步、再整步的情况下, 后备能够起到保护跳闸的作用。在生产调度方面, 具备灵活性的优势, 功能可以充分符合供电部门的需求[4]。对于励磁输出波形来说, 主要存在的优势使具备优质的对称度, 并且三相输入负载与熔断器负载均显得较为均衡, 熔断器快速熔断等故障的发生极少。除此之外, 还能够创造可观的经济效益。基于整体分析, 本次可控硅励磁装置改进方案优良, 效果好, 值得推广及应用。
3 结语
通过本课题的探究, 认识到目前同步电动机可控硅励磁装置还存在一些较为明显的问题, 主要体现在元件、稳定性、投励以及装置保护等方面。针对这些方面所存在的问题, 便需要采取有针对的改进措施。在改进措施方面, 本文笔者重点提到了V235.8LD整板式集成电路, 充分利用能够使同步电动机可控硅励磁装置得到有效改进, 优化装置性能, 使装置投入运行的稳定性及安全性得到有效保障, 进一步为产生可观的经济效益提供充分有效的保障依据。
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励磁控制装置 篇5
关键词：励磁系统,开环试验,空载闭环试验
0 引言
恰甫其海水电厂位于新疆伊犁地区特克斯河上,为坝后式电站。水库为不完全多年调节水库,装机4×80 MW,电站利用小时数为4 250 h,年有效发电量为6.8亿kW·h,电站在电力系统中担任调峰、调频以及事故备用任务。
发电机型号:SF80-34/8800;额定容量:80 MW/94.11 MVA;额定电压:13.8 kV;额定电流:3 937.6 A;额定励磁电压:248 V;额定励磁电流:1 313 A;机端PT变比:13 800 V/100 V;机端CT变比:5 000 A/5 A;整流变副边CT变比:1 500 A/5 A;功率柜数量:2台。
1 试验目的和要求
1.1 试验目的
发电机励磁系统有多种,如三机励磁系统、自并机励磁系统、两机励磁系统、直流励磁机励磁系统和两机一变励磁系统等。但按励磁方式可分为自励励磁系统和他励励磁系统2种,恰甫其海水电厂机组使用自励励磁系统。对于一个性能优良的励磁系统,它应保证在调节发电机励磁的时候,机端电压能够平稳地变化。在现代化的电力系统中,维持和提高同步发电机运行的稳定性,是保证电力系统安全、经济运行的基本条件之一,通过对励磁装置进行试验,可检查励磁系统的控制性能能否满足发电机稳定运行的基本要求,当试验结果达到国家标准要求后,励磁装置才能投入运行。
1.2 试验的必要条件
敷设好连接到励磁柜的所有电缆和芯线并按接线图进行检查,包括电压互感器、电流互感器和保护/控制回路。
交、直流电源已供电,并准备闭合开关。
发电机和辅助设备都应在调试前准备就绪。
1.3 试验步骤
试验步骤如表1所示。
1.4 试验环境
(1)海拔高度不超过2 000 m。
(2)周围空气温度最高+40℃,最低—10℃。
(3)最湿月的月平均最大空气相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度为+25℃。
(4)无爆炸危险及干净的环境中无较大振动或颠簸的地方。
1.5 安全措施
在主回路中,由于灭磁开关的一侧直接与发电机转子相连,而整流桥的输入侧直接与励磁变副边绕组相连,励磁装置在运行过程中,主回路中一般都会有较高的电压,故在装置正常运行或试验时,都应避免碰及主回路设备,以免造成电击事故。
在工作区要有醒目的警示线,以防止非工作人员进入。工作中对不能合闸的断路器、灭磁开关、隔离刀闸等须有防误合闸措施,如挂“有人工作,禁止合闸”标示牌等,防止误操作引起事故。
2 试验项目
2.1 操作回路及信号回路的检查
(1)起励操作:经过试验,现地手动和自动起励正常。
(2)风机操作:经过试验,手动和自动开、停风机正常。
(3)灭磁开关操作:远方和现地分、合闸,事故和逆变灭磁失败分闸动作正常。
(4)励磁系统输出信号检查:励磁系统输出信号正常。
通过对操作回路及信号回路的检查,验证操作回路和信号回路的正确性和可靠性,然后才可进行下一项试验。
2.2 开环试验
2.2.1 方法
在励磁系统原理图(图1)中用三相调压器模拟电压互感器输入及整流变输入(图2),这种方式下,应将机端电压互感器副边引至励磁调节柜端子处的引线拆除,同时应断开整流桥交流输入开关,以免试验过程中有电压感应至互感器或变压器原边;另外,如果整流变副边额定电压很高,则试验时同步变压器原边输入应调整变比到较低档,以保证同步变压器输入较低时,同步信号正常。解开灭磁开关出口的转子电缆,接上电炉或电阻器作为负载,选择负载时要注意其容量。在负载两侧接入示波器,以便观测可控硅的输出波形。
2.2.2 过程
励磁调节器各按钮处于运行位置,开机至空转,将A、B通道设为手动运行方式,零起升压和残压起励退出,分别在A、B、C 3个通道进行开环小电流试验,在A、B、C通道分别调节增磁/减磁按钮,可以从示波器上观察到励磁输出波形,如图3、图4所示。
2.2.3结果分析
从图3、图4可以看出,可控硅的输出波形正常,输出波形为对称不缺相的六波头,且随给定大小变化(按增磁或减磁)。波形从最小到最大平滑变化,不失控,这说明励磁系统的可控硅符合设计要求。
2.3 空载闭环试验
2.3.1 方法
恢复机端电压互感器副边与励磁调节柜的连线,恢复励磁变与发电机出口连线,恢复灭磁开关出口的转子电缆,开机至空转。
2.3.2 过程
(1)零起升压。在励磁调节柜的面板上选择A通道运行,手动按增磁按钮,发电机机端电压每增加10%额定机端电压,记录一下参数,各参数关系如表2所示。
(2)预置值起励。在励磁调节柜的操作画面里选择“残压起励投入,零起升压退出”,在A、B通道分别起励一次,均能按预置值建立机端电压。
(3)逆变试验。在额定机端电压条件下,A、B、C 3个通道手动和自动方式下均能正常逆变。
(4) V/f限制特性。自动通道的V/f限制值整定为115%额定值,当低于45 Hz时,调节器自动逆变。
(5)频率特性试验结果如表3所示。
2.3.3 结果分析
空载闭环试验反映了励磁系统不带负荷时的性能,从零起升压的数据来看,励磁电流和励磁电压变化平稳,无波动。频率特性试验反映了当机组频率降低或升高时,励磁系统为了稳定机端电压励磁电流变化的能力。在发电机空载运行情况下,频率值每变化1%,自动励磁调节系统应保证发电机电压的变化值不大于额定值的±0.25%,满足大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件和厂家的要求。
3试验结果分析及总结
开环试验和空载闭环试验是励磁系统的两大重要试验,通过对恰甫其海水电厂机组励磁系统进行试验,掌握了励磁系统的基本性能,为电厂机组安全、经济运行提供了有力依据。从以上试验结果来看,励磁装置初步满足运行要求。
参考文献
10万励磁机试验滑环装置的研制 篇6
10万励磁机产品实验需要重新设计一套10万励磁机试验滑环装置, 费用很大。我们将原有的60万励磁机试验滑环装置进行了改造, 将旧的部分进行整套修复, 更换一些新零件;再重新设计一个导电联接轴, 一端用来联接10万励磁机, 另一端与原60万励磁机试验滑环装置相联, 完成10万励磁机冲击试验的导电任务。
2 10万励磁机试验滑环装置的设计
10万励磁机试验滑环装置的设计分三部分: (1) 利用原有的60万励磁机试验滑环装置进行改造, 将旧的部分进行整套修复; (2) 新设计一个导电联接轴, 以完成10万励磁机冲击试验的导电任务; (3) 对于新改造的轴系进行强度和共振计算。
2.1 对原60万励磁机试验滑环装置进行整套修复
针对60万励磁机试验滑环装置能否用于10万励磁机冲击试验, 我们请教了有关设计人员共同探讨, 虽然60万励磁机试验滑环中轴向引线的截面较大、导电率高, 用在10万励磁机试验上存在大马拉小车问题, 但全面考虑改造方案可行。
由于多年不用, 原来60万励磁机试验滑环装置许多零件都需要修复或更换。整体检查后, 我们更换了所有的碳刷, 每个碳刷都要现场调试。试验滑环由于多年不用, 其表面上锈, 影响导电效果, 必须重新磨光。输出引线的外绝缘也已损坏, 必须重新包绝缘层。
60万励磁机试验滑环装置是由滑环和引线装配、碳刷及刷架、座式轴承、底座、碳刷罩、风扇、输出引线及导电联接轴等几个主要部分组成, 如图1。
1.导电联接轴2.滑环和引线3.座式轴4.碳刷罩5.碳刷及刷架6.输出引线7.风扇8.底座
2.2 导电联接轴的设计
要将60万励磁机试验滑环装置用于10万励磁机冲击试验上, 必须重新设计一个导电联接轴。一端能与10万励磁机相接, 另一端与原60万励磁机试验滑环装置相联, 完成10万励磁机冲击试验的导电任务。导电联接轴结构组成如图2。
1.接长轴2.导电杆3.绝缘套筒4.端部引线
2.3 对新改造的轴系进行强度和共振计算
由于新改造的10万励磁机试验滑环装置轴系较长, 必须进行强度和共振计算。经计算其强度满足设计要求, 不会发生共振。避免了轴系在高速试验时发生共振现象, 提高了产品的质量。
3 结语
励磁控制装置 篇7
励磁涌流源于变压器内部剩磁与电源侧新建立的磁场的正向叠加作用。理论上可以通过调整合闸时机来抑制励磁涌流的产生[3], 由于在同一时刻无法完全抵消全部三相磁通, 保证了其中一相则无法兼顾其他两相, 导致此方法虽有应用, 但无法完全消除励磁涌流。
本文在充分分析新建磁场与剩磁之间关系的基础上, 提出了采用控制三相电源初始磁通的方法来消除新建磁场与剩磁叠加产生的磁饱和。由于磁通与电源电压成正比, 控制变压器电源电压可以实现控制新建磁场的磁通, 从而避免正向叠加产生的励磁涌流。
1 励磁涌流的产生及危害
电力变压器在额定工作状态时空载电流很小, 通常只有额定电流的百分之几[4]。当空载投入时, 变压器某一侧绕组感受到外施电压骤升时, 由于磁链守恒, 铁芯中会存在剩磁。这导致合闸瞬间剩磁与新建立的磁场相互叠加, 而变压器铁芯励磁材料具有非线性特性, 造成合闸磁通严重饱和, 励磁电流成百倍的增长, 从而产生励磁涌流, 典型的励磁涌流波形如图1所示。
励磁涌流的特点及危害:
(1) 励磁涌流中含有大量的高次谐波分量, 主要是偶次谐波。励磁涌流的变化曲线通常为尖顶波, 容易造成电网谐波污染及设备发热[5]。
(2) 励磁涌流数值很大, 可达额定电流的10~25倍。这可能造成电源侧开关柜或发电机差动保护跳闸, 引起电网大面积断电[6]。
(3) 励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关, 饱和越深, 电抗越小, 衰减速度也越快[7]。因此, 在开始瞬间衰减很快, 以后逐渐减慢, 持续时间为数十周波到数秒。一般情况下, 变压器容量越大, 衰减的持续时间越长, 但总的趋势是励磁涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。
2 励磁涌流消除原理
当变压器二次侧开路而一次侧接入电网时, 一次电路的方程为
式中:U1为一次侧电压;Um为一次侧电压峰值;α为合闸瞬间电压初相角;1R为变压器一次绕组电阻;1i为变压器一次侧电流;1N为变压器一次绕组的匝数;ϕ为变压器一次侧磁通。
由于1i和1R相对较小, 在分析瞬态过程初始阶段可以忽略不计, 式 (1) 可化解为
对含有ϕ的一元微分方程式 (2) 进行变换求解, 得
式中:C为积分常数。
假设铁芯无剩磁当t=0时, ϕ=0, 解得
将式 (4) 代入式 (3) , 得到空载合闸磁通为
由式 (5) 可知空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关, 考虑当α=90o, 电压过零时的最不利的情况, 此时磁通为
由式 (6) 可知, 变压器一次侧磁通由两个分量组成, 一个周期性分量ϕmcosωt, 一个非周期性分量UmN1。其最大值为最大磁通的2倍, 若考虑剩磁, 则最大值可能更大。一次侧磁通越大, 合闸时产生的合闸过电压也就越大, 从而导致励磁涌流出现[8]。
与ϕ有关的3个参数包括:一次电压峰值Um (可以通过降压软起动控制) 、变压器一次绕组匝数1N (不可变) 和合闸的时机ωt+α (可以通过分时合闸控制) 。由于不能使三相电源同时满足ωt+α最小, 所以通过记录相角和寻找相角合闸的方式来消除励磁涌流效果并不理想。本文采用直接控制变压器一次侧电压峰值Um的方法来控制磁通。根据式 (6) , 降低一次电压峰值能有效降低磁通的水平, 从而控制励磁涌流, 达到降低并最终消除励磁涌流的目的。
3 具体解决方法及装置
根据以上分析, 本文提出如下解决方法:使用可控硅相角触发技术设计的软启动器控制施加在变压器一次侧的电压, 充分降低变压器的初始电压, 并使电压按照预先设定的曲线提升幅值, 直到达到额定电压。选择的可控硅系统直流额定电压为6300V, 根据目前常用可控硅产品的特性, 本文采用英国WESTCODE品牌的高压可控硅, 具体参数如表1所示。
可控硅具有导通可控性和过零点截止的特性, 本文对可控硅触发极进行导通控制, 使其输出电压可以从额定电压的1%开始, 按照设定的升压速度对变压器进行充电充磁, 并在达到额定电压后接入变压器运行柜, 预计启动时冲击电流约为空载电流的0.03~0.13倍之间。在可控硅降压回路中接入电抗器抑制励磁涌流谐波对电网的污染, 并减少对一次回路的影响。同时, 在每只可控硅阴阳极并联RC吸收电路, 保护可控硅免受过压冲击而损坏[9], 可控硅保护电路如图2所示。
该软启动器功率单元由多只高压可控硅串联组成, 为保证所有元件动作的同步性, 使用光纤作为触发信号的传输线路。它还具有多重负载启动功能, 可以选择电动机启动参数, 设定电动机负载的启动曲线, 降压启动电动机。为实现一机多用的功能, 本文在软启动器输出侧设置了隔离开关, 方便在负载不停电的情况下检修, 隔离开关出口侧的高压真空接触器主要是用于选择某一负载作为启动对象。对于二次回路控制, 本文采用PLC作为控制核心, 对软启动器、隔离开关、高压真空接触器、运行柜等单元进行控制, 控制结构如图3所示。
软启动器原理如图4所示。用户可事先将负载参数及启动参数输入到软启动器中, 通过负载切换器选择对应的负载, 并将选择结果反馈到主控模块;通过外部命令元件将启动信号传输到主控板, 并根据电流温度检测模块传输的光纤信号、同步变压器传输的电压信号, 按照输入的参数向触发模块发出触发信号;触发模块根据触发信号控制脉冲变压器对可控硅组件进行触发;可控硅根据触发信号对电源进行斩波, 控制输出电压的大小;在设定曲线的约束下, 控制可控硅组件的输出电压线性增加。
实现对软启动器、隔离开关、高压真空接触器、运行柜等单元进行控制的程序流程如图5所示。
4 实验分析验证
4.1 实验介绍
一次回路主要由6.3k V电源、电动机负载、变压器等组成。变压器型号选择WHPA-T-001:一次额定电压为6.3k V;二次额定电压为36k V;额定容量为6300k VA;一次额定电流为577.4A;一次空载电流为1.2A。电动机型号选择WHPA-P-4103A-C:额定电压为6.3k V;额定功率为400k W。
4.2 实验步骤
A.将一、二次线路按照图6连接到指定端子, 在额定电压下, 通过软启动器对WHPA-T-001变压器进行空载启动。
B.软启动柜接通电源后, 将控制模式调整为变压器启动模式, 与试验用变压器参数相匹配, 启动初始电压定为额定电压的1%, 启动时间为15s。
C.上述步骤完成后, 再将控制模式调整为电动机启动模式, 启动初始电压定为额定电压的40%, 启动时间为10s, 启动最大电流为150A。
4.3 实验分析
额定电压下通过软启动器启动变压器 (CT变比200:5) , 输入电流的变化情况如图7所示。
由图7可以看出, 在变压器启动时没有产生励磁涌流, 电流有效值处于空载电流的水平, 尖峰脉冲也只有25A左右, 是变压器一次侧额定电流的4%, 不超过直接启动的0.4%, 符合实际的要求, 启动过程已无励磁涌流出现。
在随后进行的电动机启动过程中, 该软启动器可以大幅度的限制电动机启动电流, 将启动电流从直接启动的300A降到了150A以内, 避免了直接启动造成电网电压大幅波动。
谐波记录仪记录的数据如图8所示。从中可以看出, 启动期间5次谐波为2.2%, 4次谐波为0.2%, 与启动前电网谐波没有明显变化。经过多次取样对比, 部分取样点奇次波略小于电网谐波值, 软启动器的双向全相角控制程序能有效的避免谐波产生。
5 结语