【摘要】發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的在維持發(fā)電機端的電壓水平、合理穩(wěn)定分配發(fā)電機的無功功率、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面起到關鍵性的作用。本文在分析發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及其控制原理的基礎上，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的PSS參數整定和滅磁進行了研究。結合案例和處理方案探討了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)運行維護的重要性及措施，對于發(fā)電機的穩(wěn)定安全運行具有積極的現實意義。

【關鍵詞】勵磁；參數整定；整流；階躍響應；PSS

勵磁系統(tǒng)是為同步發(fā)電機提供直流磁場電流設備的總稱，它是發(fā)電機的重要組成部分，直接影響發(fā)電機的運行特性。勵磁系統(tǒng)及其調節(jié)對象（同步發(fā)電機）共同組成的反饋控制系統(tǒng)，稱為勵磁控制系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)基本功能是維持電壓水平、提供無功功率。本文從發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的參數整定和運行維護兩個方面對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運行進行研究。

一、發(fā)電機勵磁調節(jié)系統(tǒng)原理

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)如圖1所示，其由以下幾部分構成：自動電壓調節(jié)器AVR、ECR/FCR（勵磁調節(jié)器）；勵磁電源（勵磁機、勵磁變壓器）；整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）；滅磁與轉子過電壓保護。

勵磁調節(jié)器負責根據檢測到的發(fā)電機的電壓、電流或其它狀態(tài)量的輸入信號，按照給定的勵磁控制準則自動調節(jié)勵磁功率單元的輸出。勵磁調節(jié)器一般由基本控制、輔助控制和勵磁限制三大部分組成，如圖2所示。

測量比較單元是勵磁調節(jié)器的信息輸入單元。它的主要作用是將從同步發(fā)電機機端電壓互感器來的三相交流電壓，經過電壓測量變壓器降壓，再經過整流器整流為所需要的直流信號電壓，與給定的直流參考電壓比較后，得出電壓偏差信號，輸出至綜合放大單元。調差單元用于改變發(fā)電機電壓調節(jié)特性斜率，實現并聯運行機組間的無功功率合理分配。綜合放大單元的任務是根據勵磁裝置應實現的功能，線性的綜合測量偏差、輔助控制以及限制等信號，并加以放大，進而獲得滿足移相觸發(fā)單元所需要的控制信號。

二、勵磁系統(tǒng)的參數整定

（1）PSS參數整定

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是附加于勵磁調節(jié)器的控制手段。隨著自并激靜止勵磁系統(tǒng)的廣泛應用，PSS附加控制更成為勵磁系統(tǒng)不可缺少的功能之一。好的PSS附加控制能夠增加弱阻尼或負阻尼勵磁系統(tǒng)的正阻尼，能夠有效的抑制電力系統(tǒng)低頻震蕩，從而提高發(fā)電機組（線路）的最大輸出（傳輸）能力。

PSS參數整定要求PSS的作用需兼顧0.2Hz左右的系統(tǒng)振蕩頻率和1.4Hz左右的地區(qū)振蕩頻率。因此，PSS參數整定應使PSS產生的電磁力矩（在額定有功功率和無功很小的情況下，可近似認為基本與ΔVt同相）在0.1Hz～2.0Hz的頻率范圍內滯后-ΔPe信號30°～120°，即在Δω軸的±30°范圍內。如果用φe表示勵磁系統(tǒng)相位，用φpss表示PSS的相位，則要求PSS的參數整定應使得在0.1Hz～2.0Hz的頻率范圍內φe+φpss在-60°～-120°之間。

由表1可以看出：在0.2～2Hz的頻率范圍內，由發(fā)電機機機PSS產生的電磁力矩（認為與ΔVt基本同相）滯后-ΔP信號81°～110°，（即在Δω軸的-9°～+20°范圍內），發(fā)電機機的PSS對1.4Hz左右的地區(qū)振蕩頻率和0.2Hz左右的聯網系統(tǒng)振蕩頻率都具有較好的阻尼，PSS相位補償滿足要求。

然后進行有無PSS負載階躍響應試驗，檢驗PSS作用。分別在PSS退出和投入的情況下，進行1～3%的階躍響應試驗，觀測機組有功功率和聯絡線路有功功率的動態(tài)過程，PSS退出時負載階躍響應如圖3所示。在不同的擾動方式下，校核PSS的作用。主要考慮的擾動方式有：切送端負荷；發(fā)電機增出力；線路三相短路0.1s切線路。

（2）發(fā)電機滅磁

發(fā)電機滅磁是防止發(fā)電機-變壓器組故障擴大的唯一方法。發(fā)電機的滅磁速度影響因數包括滅磁工況、滅磁電阻、滅磁開關、發(fā)電機勵磁繞組、阻尼繞組和滅磁電阻等參數。提高發(fā)電機滅磁速度可以采用非線性滅磁電阻例如氧化鋅、碳化硅等。滅磁系統(tǒng)要求：1）剩磁不足以維持定子繞組短路點電?。?）轉子繞組承受反壓小于規(guī)定1.4*（4～6）Ufn；3）滅磁盡可能快，滅磁時間：定子電壓下降到500V以下，或者轉子電流下降到空載額定電流的1%所需要的時間。

三、運行維護及案例分析

1.勵磁系統(tǒng)的檢查

（1）開關量的檢查

模擬調節(jié)器開關量輸出，檢查信號是否正確。給調節(jié)器發(fā)“開機”信號時，PT電壓在8S內未達到30%時，發(fā)“起勵失敗”信號；當手動、PT斷線、過勵限制、強勵限制、低頻保護、低勵限制等信號出現時，均有異常信號發(fā)出，并在面板上有相應的指示燈亮調節(jié)器功能模擬試驗。

（2）模擬量的檢測

發(fā)電機PT電壓測量校正。在端子排上短接勵磁PT（LPT）和儀表PT（YPT）（分相端接）以及系統(tǒng)PT（XPT）（有些裝置上沒有采用）。加入三相正相序的0～120V電壓，以額定機組電壓為基準值，每隔10V記錄測量顯示值。修改參數或調整測量回路的電位器，使顯示值與實際值（PT二次電壓）折算到一次側的電壓值一致。

發(fā)電機CT電流測量校正。在端子排上加入三相正相序的0～5A（或0～1A）電流，以額定的定子電流為基準，記錄測量顯示值。修改參數或者調整測量回路的電位器，使顯示值與實際值（CT二次電流）折算到一次側的電流值一致。

勵磁電流（IL）或勵磁電壓（UL）測量校正。按照電流傳感器的輸出電壓值或電流值，在端子排上加入的0～20mA（4～20mA）的電流或0～5V的電壓信號。按照電流傳感器的變比折算到勵磁電流的實際值。修改參數或調整測量回路的電位器，使顯示值與所加電壓或電流折算的實際值（按照電流傳感器的變比折算到勵磁電流的值）折算到一次側的電壓值一致。

2.案例分析及處理

（1）勵磁機整流輸出故障及處理。某電廠勵磁方式為無刷勵磁式（系統(tǒng)接線方式如下），升壓時給起勵電流后，發(fā)電機電壓變化不大，多次實驗結果一樣，用三相調壓器直接加電壓至勵磁功率回路進行整流，輸出至額定電流時發(fā)電機電壓仍只到30%。勵磁裝置輸出電流正常，達到額定電流后發(fā)電機電壓仍然升不起來基本可以排除勵磁故障。經檢查發(fā)現勵磁機整流部分輸出不正常，經檢查為整流二極管有故障，解決后升壓正常。

（2）勵磁PT電壓故障及處理。某電廠為可控硅自并激勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機到額定轉速后，運行人員在勵磁調節(jié)柜上操作“開機”開關，發(fā)電機開機起勵后，發(fā)電機電壓表指針不動，勵磁變副邊電壓表很快滿表，隨即保護動作，滅磁開關跳開，檢查發(fā)現滅磁開關兩個觸頭燒熔，滅磁開關正上方的-C相可控硅散熱器被嚴重熏黑，繼續(xù)檢查發(fā)現勵磁變壓器高壓保險（10A）三相由于來不及熔斷，本體均被炸飛掉，高壓保險柜被驗證熏黑。

經檢查造成事故的主要原因是PT電壓沒投入，就以“自動”方式開機升壓。由于自動勵磁調節(jié)器是以PT電壓作為反饋量，沒有檢測到反饋電壓，控制角一直保持在最小角度。勵磁電流會一直上升，發(fā)電機電壓一直會上升到飽和點，此時勵磁電流繼續(xù)增加，由于電流的增加率很大，電壓會達到1.5倍以上，勵磁變壓器高壓保險的電流和電壓均超過額定值，高壓保險來不及熔斷，熔斷時的能量很大，超過了保險管內部吸收的極限，被炸飛掉。保險炸飛后三相之間相互拉弧造成發(fā)電機三相短路，最后發(fā)電機差動保護動作，跳開滅磁開關。

四、結束語

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，以及遠距離重負荷輸電線路的出現及大型發(fā)電機開始采用，由半導體勵磁調節(jié)器和晶閘管整流功率柜組成的快速勵磁系統(tǒng)，使整個電力系統(tǒng)的阻尼不斷減弱。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或受到其他擾動時，出現長時間低頻率振蕩，嚴重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。本文通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數的整定和運行措施的探討，有助于實現電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻

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作者簡介：吳志杰（1972—），男，工程師，現供職于湖南省資興市東江水力發(fā)電廠，主要從事水電自動裝置及直流系統(tǒng)生產、管理工作。