吳 劍 朱元武

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)到3000RPM做并網(wǎng)準(zhǔn)備時(shí)，當(dāng)合上永磁機(jī)出口開關(guān)，雖然還沒有合勵(lì)磁開關(guān)，發(fā)電機(jī)尚未開始勵(lì)磁，細(xì)心的操縱員會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓GEX001ID已經(jīng)滿量程，當(dāng)然勵(lì)磁電流依然為0，那么這個(gè)電壓是如何建立的呢？本文將嘗試解釋其中的原因。

1 勵(lì)磁原理

我廠的勵(lì)磁系統(tǒng)為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)，分為兩級(jí)，如圖1所示。

圖1 勵(lì)磁原理簡(jiǎn)圖

永磁機(jī)與汽輪機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生274V，400Hz的三相交流電，經(jīng)三相全波整流，輸出鋸齒波直流（額定電壓18.6V，電流246A），該直流有效值由可控硅導(dǎo)通角控制大小，勵(lì)磁調(diào)節(jié)即通過改變可控硅導(dǎo)通角大小從而改變直流電流大小，由該直流再給交流勵(lì)磁機(jī)供勵(lì)磁電流，這樣在交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生了交流電 （額定電壓417V，頻率200Hz），這個(gè)交流電通過旋轉(zhuǎn)整流橋，產(chǎn)生額定電壓500V的直流電，直接和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。圖中顯示了主控GEX001ID的測(cè)點(diǎn)位置，該電壓顯示在勵(lì)磁開關(guān)41E的上游，如果可控硅沒有截止，則必然會(huì)產(chǎn)生電壓，那么又是什么原因?qū)е挛春蟿?lì)磁開關(guān)的條件下可控硅沒有截止呢？如果沒有截止，導(dǎo)通角會(huì)有多少？要解釋這些問題，必須要了解勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)：我廠采用日本三菱公司的AVR系統(tǒng)，取自GSY100TU的發(fā)電機(jī)端口電壓作為實(shí)際電壓參數(shù)，與自動(dòng)調(diào)節(jié)器90R的設(shè)定值比較，差值經(jīng)一系列環(huán)節(jié)，控制可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)端口電壓。整個(gè)控制回路還有PSS/MEL/VFL/OEL等環(huán)節(jié)的參與，由于與本文討論的主題無直接關(guān)系，不在此處展開，簡(jiǎn)化的調(diào)節(jié)模擬圖如圖2所示。乍一看，似乎由于未合勵(lì)磁開關(guān)，電壓為0，使調(diào)節(jié)回路一直處于最大輸出狀態(tài)，結(jié)果導(dǎo)致勵(lì)磁電壓滿量程，事實(shí)是否如此呢？

我們截取圖2的一個(gè)部分，如圖3，可以看出，當(dāng)勵(lì)磁開關(guān)41E未合時(shí)（41E ON為0），回路的調(diào)節(jié)信號(hào)被旁路，A處輸出為0，可見前述的猜想并不正確。而B處輸出也強(qiáng)制變?yōu)?2，C處輸出在勵(lì)磁開關(guān)未合條件下就是B的值，也為-2，此時(shí)勵(lì)磁電流Ife為0，故K2之前的輸入為-2，K2＝10，K3是個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以此時(shí)輸出即刻就到了限幅環(huán)節(jié)的下限，即角度到達(dá)130度，可控硅反向?qū)ǎ孀儬顟B(tài)），也就是說此時(shí)磁場(chǎng)方向和正常運(yùn)行時(shí)是相反的。但是由于電壓測(cè)量的只是平均值，不能反映方向，所以當(dāng)永磁機(jī)有電壓時(shí)（即合上永磁機(jī)出口開關(guān)，在并網(wǎng)前第二步操作票中執(zhí)行），GEX001ID也有了電壓指示，當(dāng)轉(zhuǎn)速3000RPM時(shí)，根據(jù)圖3提供的數(shù)學(xué)模型，可以大概算出電壓為Ufe＝1.35*274*cos130＝237V（VAC＝274V），主控 GEX001ID 中的電壓指示滿量程為50V（正常15.8v左右），就地盤柜上的儀表滿量程為200V，均被超出。那么這個(gè)初始電壓的存在，是否會(huì)導(dǎo)致在合勵(lì)磁開關(guān)后發(fā)電機(jī)立刻產(chǎn)生初始電壓呢（改變90R的預(yù)設(shè)升壓曲線）？我想應(yīng)該是不會(huì)的。由于勵(lì)磁機(jī)線圈是一個(gè)大電感，它會(huì)阻礙電流的產(chǎn)生，因此合勵(lì)磁開關(guān)瞬間并不會(huì)馬上產(chǎn)生勵(lì)磁電流，而投上勵(lì)磁開關(guān)后，調(diào)節(jié)回路會(huì)立即開始工作要求調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，導(dǎo)通角將馬上從130度回到＜90度，因而不會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非預(yù)期升壓。行文至此，關(guān)于本文開頭的問題已經(jīng)得到解答。但是對(duì)于余弦函數(shù)，0-90度的角度范圍其余弦代數(shù)值已覆蓋了最小到最大范圍，即為0-1，已可以滿足勵(lì)磁調(diào)節(jié)的需要，為何還要設(shè)計(jì)90度-130度的調(diào)節(jié)區(qū)間呢？

2 逆變滅磁的必要性

圖2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化圖

圖3 勵(lì)磁開關(guān)未合時(shí)的控制示意

如前所述，從圖3可以看出，只要?jiǎng)?lì)磁開關(guān)斷開，可控硅即刻進(jìn)入反向?qū)顟B(tài)，不難猜想，這種反向?qū)〞?huì)和滅磁有關(guān)。事實(shí)上這就是逆變滅磁。在一些電廠正常停機(jī)也正是依靠逆變滅磁的，此時(shí)，勵(lì)磁開關(guān)并不斷開，依靠逆變使磁場(chǎng)換向，從而快速降低勵(lì)磁電流，在勵(lì)磁電流為0時(shí)斷開勵(lì)磁開關(guān)，避免過電壓危害，但顯然這和我廠的 實(shí)際條件不符。我廠無論正常停機(jī)還是事故停機(jī)，均完全依靠滅磁電阻滅磁，在勵(lì)磁開關(guān)斷開時(shí)投入滅磁回路，自動(dòng)接入滅磁非線性電阻。要使非線性電阻發(fā)揮作用一個(gè)必要條件就是非線性電阻兩側(cè)電壓必須高于一定值。如圖4所示，當(dāng)勵(lì)磁開關(guān)開斷時(shí)，由于電感的反電勢(shì)效應(yīng)，其兩端電壓U＝UK-Ud，為了導(dǎo)通非線性電阻，必須要有U＞UR，其中UR為達(dá)到滅磁要求放電電流所需的電壓閾值（殘壓），可見，當(dāng)可控硅逆變時(shí)，Ud反向，自然提高了U的值，因而有助于導(dǎo)通非線性電阻從而使滅磁成功。正是基于這個(gè)原因，所以導(dǎo)通角設(shè)置了90度-130度的區(qū)間段，并且在勵(lì)磁開關(guān)斷開時(shí)自動(dòng)反向?qū)ā?/p>

圖4 勵(lì)磁開關(guān)開斷時(shí)的電壓分布示意（無逆變）

表1

本文解釋了在勵(lì)磁開關(guān)未合閘時(shí)主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓建立的原因，并粗淺討論了可控硅逆變?cè)贏VR系統(tǒng)中存在的必要性，希冀能對(duì)同仁有所幫助，囿于水平，錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)指正。

（數(shù)據(jù)：1650RPM190V，1500RPM170V，線形OK，可以推算3000RPM340V，即永磁機(jī)電壓393V或者147度）

5）自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器建壓后，測(cè)量的機(jī)組數(shù)據(jù)如下：

發(fā)電機(jī)二次電壓：100V；勵(lì)磁電壓：9V；AVR輸出：0；勵(lì)磁電流：60A。