陳誠 文勇

摘要：水電廠的勵磁系統(tǒng)對于保障電力系統(tǒng)的安全、運(yùn)行的穩(wěn)定性有著十分重要的作用，某水電廠使用的勵磁系統(tǒng)存在著抗干擾能力弱、維修不變等缺陷。本文對某水電廠的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的闡述，進(jìn)而分析了其存在的問題，從而提出了一些改造的方案。

關(guān)鍵詞：水電廠；勵磁系統(tǒng)；NES51SS

1 引 言

在水電廠的發(fā)電機(jī)組中，勵磁系統(tǒng)作為其核心的系統(tǒng)，其作用是進(jìn)行勵磁調(diào)整，以確保定子電壓具有較高的穩(wěn)定性。通過合理的分配各臺機(jī)組間無功功率，可以提高發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組的可靠性、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及電廠的自動化水平。因此，加強(qiáng)對水電廠勵磁系統(tǒng)的研究具有重要的意義。南瑞電控公司的新一代勵磁調(diào)節(jié)器NES5100，以及2003年成功投運(yùn)SAVR2000勵磁調(diào)節(jié)器一起完成了勵磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)品從巨型、大中型機(jī)組到小型機(jī)組的系列化，為支撐和服務(wù)發(fā)電企業(yè)，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了更加扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 NES51SS 勵磁系統(tǒng)簡介

勵磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在自動方式和手動方式的基本工作原理相同，即通過比較測量反饋值與參考值（有別于設(shè)定值）的誤差，計(jì)算出控制電壓（自動方式下還經(jīng)過一個欠勵限制環(huán)節(jié)），再經(jīng)過轉(zhuǎn)子電壓反饋產(chǎn)生可控硅的控制角，輸出相對于同步電壓理想自然換流點(diǎn)有一定相位滯后的觸發(fā)脈沖。

勵磁調(diào)節(jié)器自動方式的閉環(huán)控制對象為機(jī)端電壓。當(dāng)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在自動方式且沒有發(fā)生欠勵限制時，如果發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓高于參考值，則調(diào)節(jié)器減小控制電壓，進(jìn)而增大可控硅的控制角，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓下降，減小發(fā)電機(jī)勵磁電流，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓回到參考值；如果發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓低于參考值時，調(diào)節(jié)器增大控制電壓，進(jìn)而減小可控硅的控制角，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓上升，增大發(fā)電機(jī)勵磁電流，維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為參考值。其控制簡圖如圖2.1所示。圖中Ugset為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓設(shè)定值，Ugact為發(fā)電機(jī)端電壓實(shí)際值，Uk為控制電壓，Vs為勵磁電源電壓，Tc為發(fā)電機(jī)端電壓采樣時間常數(shù)，TF為發(fā)電機(jī)勵磁電壓反饋時間常數(shù)，PI為比例-積分控制，TSCR、Tg分別為可控硅整流橋等效時間常數(shù)和發(fā)電機(jī)等效時間常數(shù)。

圖2.1發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器自動控制原理簡圖

勵磁調(diào)節(jié)器手動調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制對象為勵磁電流。當(dāng)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在手動方式時，如果發(fā)電機(jī)的勵磁電流高于設(shè)定值，則調(diào)節(jié)器減小控制電壓，既增大可控硅的控制角，進(jìn)而減小發(fā)電機(jī)勵磁電流，使發(fā)電機(jī)勵磁電流回到設(shè)定值；如果發(fā)電機(jī)勵磁電流低于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器增大控制電壓，既減小可控硅的控制角，增大發(fā)電機(jī)勵磁電流，維持發(fā)電機(jī)勵磁電流為設(shè)定值。其控制簡圖如圖2.2所示。圖中Ifset和Ifact分別表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的設(shè)定值和實(shí)際值。

圖2.2發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器手動控制原理簡圖

3 NES51SS系統(tǒng)故障分析

某水電廠采用的勵磁系統(tǒng)是NES51SS系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓水平穩(wěn)定，從而維持機(jī)組的一定的負(fù)荷水平，同時對發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子側(cè)各電氣量的進(jìn)行測量及限制、保護(hù)處理，并對自己進(jìn)行不斷的自檢和自診斷，發(fā)現(xiàn)異常和故障，及時報(bào)警并切換到備用通道。勵磁控制調(diào)節(jié)程序是勵磁調(diào)節(jié)器的核心程序，完成了上述的任務(wù)。然而由于技術(shù)尚未成熟，因此存在一些運(yùn)行故障，如：（1）勵磁調(diào)節(jié)器的抗干擾能力差，當(dāng)多次發(fā)出錯誤信號時，如發(fā)轉(zhuǎn)子溫度過高、整流橋故障等信號使得系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。（2）功率柜的整體結(jié)構(gòu)相對臃腫，內(nèi)部的器件過多，使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，從而增加了檢修的難度。此外，當(dāng)多個功率柜共同運(yùn)行時，由于缺少對各個功率柜的電流進(jìn)行均勻的分配，使得功率柜之間運(yùn)行時的電流相差較大，負(fù)荷極度不平衡，長期運(yùn)行對系統(tǒng)的安全造成了嚴(yán)重的傷害。（3）系統(tǒng)在消磁過程中的磁通量較小，因此在系統(tǒng)發(fā)生短路或者過載時，由于消磁的不及時，可能造成機(jī)器的損壞。（4）系統(tǒng)裝置由于經(jīng)過了多年時間的運(yùn)行，元件存在老化和磨損的現(xiàn)象，由于廠家已經(jīng)不再生產(chǎn)同款類型的元件，而新的元件在兼容性上有待考察，因此無法保證勵磁調(diào)節(jié)裝置的長期運(yùn)行。（5）很多調(diào)節(jié)器參數(shù)特別是新添加的參數(shù)無法在線整定或修改，人機(jī)對話窗口不能直接顯示出來、不直觀，給調(diào)試檢修維護(hù)等工作帶來不便。

4 NES51SS系統(tǒng)改進(jìn)措施

對勵磁系統(tǒng)的改進(jìn)措施主要由以下兩點(diǎn)：（1）采用自并激勵磁系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉以及維護(hù)操作方便。由于水電廠距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，要求勵磁系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，從而使得電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定。采用自并激系統(tǒng)后，其輸電的銷量和穩(wěn)定性都要優(yōu)于原有的系統(tǒng)。自并勵系統(tǒng)中的晶閘管整流柜可采用低噪音的風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，如有條件也可考慮密閉循環(huán)冷卻。這樣，當(dāng)發(fā)生晶閘管元件風(fēng)機(jī)故障或快熔熔斷等情況時，發(fā)電機(jī)仍能維持一段時間的正常運(yùn)行。（2）電橋間雙向切換。目前的NES51SS系統(tǒng)所采用的切換方式是只能從系統(tǒng)主橋切換到備用橋，無法逆向切換。通過雙向切換系統(tǒng)的研制或者使用人工輔助切換系統(tǒng)，可以達(dá)到電橋間的相互切換，進(jìn)而使得整流橋和。脈沖放大電路和風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載相對平衡，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5結(jié)論

本文對某水電廠的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的介紹，由于勵磁系統(tǒng)的復(fù)雜性，其存在著抗干擾性差的缺點(diǎn)，因此，提出了自并勵勵磁系統(tǒng)和雙橋切換的方式，能夠良好的克服這些問題。

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