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        自動勵磁調(diào)節(jié)器中低勵磁限制的應(yīng)用分析

        2013-04-18 07:38:02張璐璐
        關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)器應(yīng)用分析

        張璐璐

        【摘 要】大、中型發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)器增設(shè)低勵磁限制部件容易實(shí)現(xiàn)對于完善勵磁調(diào)節(jié)器功能,保證勵磁調(diào)節(jié)器安全可靠運(yùn)行有一定作用。本文通過做發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗,提出自動勵磁調(diào)節(jié)器中低勵磁限制的應(yīng)用及加裝低勵限制方案。

        【關(guān)鍵詞】低勵磁;調(diào)節(jié)器;應(yīng)用;分析

        1.自動勵磁調(diào)節(jié)器

        發(fā)電機(jī)端電壓經(jīng)電壓互感器降壓后輸入到測量單元,電壓訊號在測量單元中經(jīng)測量比較后,將電壓偏差量輸入到中放單元放大,并作為移相單元的控制電壓以相應(yīng)改變觸發(fā)單元的觸發(fā)脈沖相位角,從而改變了自動可控硅的控制角和交流勵磁機(jī)勵磁電壓值,相應(yīng)地改變了主發(fā)電機(jī)的勵磁,當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載增大而使發(fā)電機(jī)電壓下降時調(diào)節(jié)器使自動可控硅整流器的控制角檢小,以增大發(fā)電機(jī)的勵磁,當(dāng)發(fā)電機(jī)減少負(fù)荷時,其操作以上述相反,減少勵磁來維持發(fā)電機(jī)端電壓為給定值。

        2.低勵磁限制

        當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時,發(fā)電機(jī)輸出一定的有功功率P,由于勵磁電流If的不足,發(fā)電機(jī)的同步電勢Eg下降,負(fù)荷電流I由落后于發(fā)電機(jī)電壓U變成超前,發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收感性無功功率。隨著勵磁電流If減少,發(fā)電機(jī)的同步電勢Eq進(jìn)一步減小,發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收的無功功率就增加,這將引起功率角δ的增大。當(dāng)功率角δ增大到一定值時發(fā)電機(jī)就不能再保持靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。故在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時,需對發(fā)電機(jī)最小勵磁電流實(shí)行限制,以保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。這種限制稱為低勵磁限制。

        3.發(fā)電機(jī)低勵磁限制的條件

        3.1靜態(tài)穩(wěn)定性的限制

        以隱極發(fā)電機(jī)為例,設(shè)電勢為Eq,電抗Xd=Xq,端電壓為Ug,外電抗為Xs功率角。

        P=UGI*Cosφ=UGCos(φ-δG)=UgI(Cosφ*CosδG +Sinφ*SinδG……(1)

        Q=UGISinφ=UGSin (φ-δg)=UGI(Sinφ*CosδG -Cosφ*SinδG)…(2)

        由向量圖可知:Isinφ=Id=(UGcosδG-Ucosδ)/Xs

        Icosφ=Iq= UGsinδG/Xd

        代入式(1)和(2)經(jīng)整理得:

        P=[UG2(1/Xs+1/Xd)UGsin2δG]/2-UGUcosδsinδG………………(3)

        Q=[UG2(1/Xs-1/Xd)]/2+[UG2(1/Xs+1/Xd)cosδG]/2-UGUcosδsinδG…(4)

        從(3)、(4)可以看出,P和Q均為δ的函數(shù)。靜態(tài)穩(wěn)定的極限是δ=90°,這時cosδ項為零。sinδ項為1。將此條件代入式(3)、(4)并兩邊平方相加得:

        {P2+{Q-[UG2(1/Xs-1/Xd)]/2}2={[UG2(1/Xs+1/Xd)]/2}2………(5)

        由式(5)可以看出,計及外部阻抗時進(jìn)相運(yùn)行的靜穩(wěn)定極限為原特性。其圓心在交軸上距原點(diǎn)O為[UG2(1/Xs-1/Xd)]/2,其半徑為UG2(1/Xs+1/Xd),最大進(jìn)相無功功率為UG2Xd。

        應(yīng)當(dāng)指出,以上分析是在發(fā)電機(jī)沒有自動勵磁調(diào)節(jié)器的情況下進(jìn)行的。有自動勵磁調(diào)節(jié)器時,容許的出力大。

        如果一個電廠有幾臺機(jī)在同一條低壓母線上運(yùn)行并都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)器,對于其中的某一臺機(jī)可以認(rèn)為直接接到無限大母線(低壓母線電壓恒定不變)。

        3.2端部漏磁發(fā)熱的限制

        發(fā)電機(jī)端部的漏磁是由定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁組成的合成磁通。它的大小除與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、型式、材料、短路比等因數(shù)有關(guān)外,還與定子電流的大小,功率因數(shù)的高低等因數(shù)有關(guān)。

        在遲相運(yùn)行時這種發(fā)熱是在發(fā)熱是在容許范圍內(nèi)。而在進(jìn)相運(yùn)行時,隨著進(jìn)相功率的增大,發(fā)熱越來越嚴(yán)重。這是因為功率因數(shù)的變化和轉(zhuǎn)子磁性護(hù)環(huán)的影響使端部合成漏磁通隨功率因數(shù)往進(jìn)相方向變化而增大的緣故。

        遲相運(yùn)行時,出于定子漏磁和轉(zhuǎn)子漏磁的迭加,轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)幾乎處于飽和狀態(tài),磁阻較大,使定子端部漏磁減小。而進(jìn)相運(yùn)行時,轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)中定子漏磁通與轉(zhuǎn)子漏磁通方向相反,轉(zhuǎn)子磁性護(hù)環(huán)的飽和程度進(jìn)一步降低,逐漸恢復(fù)磁性,使定子端部漏磁通途徑的磁阻減少,磁通增多。這樣就使端部合成漏磁通隨功率因數(shù)往進(jìn)相的變化而增大的趨勢,定子端部發(fā)熱隨之嚴(yán)重。

        3.3廠用電電壓降低的限制

        廠用電一般引自發(fā)電機(jī)出口或機(jī)端母線,在進(jìn)相運(yùn)行時,隨發(fā)電機(jī)電壓的降低,廠用電電壓也要降低。一般,不可能所有的發(fā)電機(jī)都失磁進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行。因此可以保證廠用電電壓降低不致太多而影響廠用輔機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

        4.低勵磁限制的接線方式

        基本有兩類:一是利用相敏電路檢測發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率,模擬靜態(tài)功率圓或以一條直線來代替靜態(tài)功率圓作為限制動作線。另一類是用模擬的方法測量發(fā)電機(jī)電勢和系統(tǒng)某點(diǎn)電壓間的相角(轉(zhuǎn)子角),當(dāng)轉(zhuǎn)子角超過某個預(yù)定值時動作增磁。

        常用的低勵限制原理主要有以下幾種:

        (1)模擬轉(zhuǎn)子角δ的低勵磁限制原理。

        (2)模擬功率圓圖的低勵磁限制電路。

        (3)以直線模擬功率圓圖的低勵磁限制電路。

        下面主要介紹模擬功率圓圖的低勵磁限制電路:

        限制電路的輸出電壓是由運(yùn)算放大器A的輸出經(jīng)過二極管D9加到自勵調(diào)節(jié)器的綜合放大級去的。|U1|<|U2|時,運(yùn)放A的輸出為正,由于D9的反偏,不能送到綜合放大級中;|U1|>|U2|時,V0送到綜合放大級,作用于增磁。由此可見,|U1|>|U2|是限制動作條件,|U1|=|U2|為動作邊界。

        變壓器1B、2B、3B、4B等元件組成測量回路。以下說明動作原理:

        與電壓U2成比例的交流電壓Ucb的有效值是模擬功率圓圖的整定半徑。

        U2=Kucb=K|Uco+Uob|

        式中K為變壓器4B的變比及整流系數(shù)有關(guān)的比例常數(shù)。

        首先假定阻容移相橋W1C1中的W1阻值為0,即b'點(diǎn)與b點(diǎn)重合,Uob'=Ucb其數(shù)值模擬[UG2(1/Xs-1/Xd)]/2,而Uco'模擬UG2/Xd的大小,即發(fā)電機(jī)的有功功率P為零時容許的最大進(jìn)相無功功率。在W1的阻值為零時,合成電壓Ucb'就代表功率圓圖的整定半徑[UG2(1/Xs+1/Xd)]/2。見相量圖如下:

        與電壓U1成比例的交流電壓Uab的有效值,反應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況。

        U1=Cuba'=K|Uao+Uob|

        發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時,A相電流IA超前于電壓UA為功率因數(shù)角Φ,見相量圖(a).電流IA在R4上的壓降Uao與A相電流IA同相而Uab'與Ucb相同。

        當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定電壓并帶有一定的有功功率P時,若進(jìn)相無功功率Q較小,電壓向量Uab'的絕對值小于整定半徑Ucb'的數(shù)值,即|U1|<|U2|,低勵限制不動作。在同一有功功率下,若進(jìn)相的無功功率過大,例如IA增大到IA',Φ增大到Φ',雖然電流的有功分量IA'COSΦ'=IACOSΦ未變,但無功分量IA'SinΦ'>IASinΦ,電壓Uao增大到U'ao.這時,Uab的絕對值大于整定半徑U'cb的數(shù)值,即|U1|>|U2|,低勵限制動作。動作邊界由U'cb為半徑的圓周確定,見相量圖(b)。

        整定電位器W2的不同位置可以改變C'點(diǎn)的取值,即改變U'co的數(shù)值,也就是整定有功功率P=0時容許的最大進(jìn)相無功功率Q。

        當(dāng)整定電位器W1的數(shù)值由零增大時,b'點(diǎn)離開b點(diǎn),沿著阻容移項橋所決定的半圓周移動,如相量圖(c)所示,相應(yīng)地改變了功率圓整定半徑U'cb'的數(shù)值,動作邊界相應(yīng)的由相量圖(C)中的虛線1變成虛線2。

        根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)及系統(tǒng)聯(lián)系阻抗,可以分別調(diào)整W1和W2得到所希望的控制進(jìn)相無功功率Q隨有功功率P變化的曲線。

        5.小結(jié)

        在勵磁調(diào)節(jié)器中增設(shè)低勵磁限制回路并不困難,低勵磁限制電路簡單,是比較容易實(shí)現(xiàn)的。采用低勵磁限制電路可以保證發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時安全運(yùn)行。采用低勵磁限制可以部分防止由于調(diào)節(jié)器部件損壞而引起失磁故障,減輕運(yùn)行人員對無功功率監(jiān)視的負(fù)擔(dān)。 [科]

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