耿振華

(河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司,河北唐山 063611)

對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制試驗(yàn)和防事故措施的研究

耿振華

(河北大唐國(guó)際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司,河北唐山 063611)

勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電機(jī)的正常工作、保護(hù)至關(guān)重要,本文通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成以及功能和低勵(lì)限制的功能特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析和進(jìn)行相關(guān)的低勵(lì)限制試驗(yàn)對(duì)保證發(fā)電機(jī)的正常工作提出了一些防事故措施,保證發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能夠安全可靠的工作。

發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁系統(tǒng) 低勵(lì)限制

1 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)組成結(jié)構(gòu)中是必不可少的一部分,對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要的作用,我國(guó)的有關(guān)部門也出臺(tái)了許多關(guān)于勵(lì)磁系統(tǒng)要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在采用勵(lì)磁系統(tǒng)之前,發(fā)電廠都會(huì)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一些列的試驗(yàn)來(lái)保證其可以正常運(yùn)行。

低勵(lì)限制是勵(lì)磁系統(tǒng)的主要功能之一,該功能主要用來(lái)測(cè)定發(fā)電機(jī)的無(wú)功和有功狀態(tài)下負(fù)載的具體情況。通過(guò)不同的負(fù)載大小為勵(lì)磁電流的極值給出一個(gè)范圍,以確保發(fā)電機(jī)的負(fù)載情況在穩(wěn)定的區(qū)間工作。使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作也可以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制進(jìn)行試驗(yàn)研究提出一些防止事故發(fā)生的措施。

2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

2.1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成與主要功能

勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁功率單元兩個(gè)重要部分構(gòu)成。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。其主要功能有：隨著發(fā)電機(jī)負(fù)載的改變而調(diào)控電流的大小,維持電壓穩(wěn)定;調(diào)控發(fā)電機(jī)組內(nèi)不同發(fā)電機(jī)的功率大小;保證發(fā)電機(jī)工作的靜態(tài)穩(wěn)定;確保發(fā)電機(jī)工作時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定;當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),及時(shí)解決降低損失;根據(jù)運(yùn)行條件對(duì)勵(lì)磁限制的值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要?jiǎng)?lì)磁方式

對(duì)于直流發(fā)電機(jī)而言,采用的是直流的勵(lì)磁機(jī),發(fā)電機(jī)的主軸與勵(lì)磁機(jī)共軸,位于發(fā)電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁繞組經(jīng)過(guò)安裝在軸上的固定的電刷和滑環(huán)而從勵(lì)磁機(jī)得到直流電流;這種勵(lì)磁方式的優(yōu)點(diǎn)是勵(lì)磁電流可以獨(dú)立獲得、可靠度高、耗電量低,缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度比較慢、維護(hù)困難。

對(duì)于大容量的發(fā)電機(jī)而言,主要采用的是交流勵(lì)磁機(jī)。同樣安裝在發(fā)電機(jī)大軸之上的交流勵(lì)磁機(jī)的輸出電流在整流之后傳遞給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。該發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與三相交流繞組固定在定子內(nèi)部,轉(zhuǎn)子上沒有繞組,因此也沒有滑環(huán)和電刷等一些接觸零件。優(yōu)點(diǎn)是可靠度高、工藝構(gòu)造簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是噪音大,交流電流的諧波分量過(guò)大。

有些發(fā)電機(jī)內(nèi)部沒有勵(lì)磁機(jī),這種發(fā)電機(jī)自身提供勵(lì)磁電源,再整流之后提供給發(fā)電機(jī)產(chǎn)生勵(lì)磁,這種勵(lì)磁方式稱為靜止勵(lì)磁。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、使用設(shè)備少、工作量投資等較少。

2.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展

最近幾年內(nèi),隨著科技工藝的發(fā)展以及新型元器件的開發(fā)和使用,發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁條件也獲得了巨大的進(jìn)步。尤其是自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置,經(jīng)過(guò)不斷的開發(fā)研究,在工作效率和安全性方面都得到了發(fā)展。鑒于使用計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件可以達(dá)到的自動(dòng)調(diào)控勵(lì)磁裝置擁有明顯的優(yōu)勢(shì),世界上的先進(jìn)國(guó)家都投入大量資金在改進(jìn)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)之上,而且得到了巨大的成功。

3 低勵(lì)限制試驗(yàn)的目的和內(nèi)容

3.1 低勵(lì)限制的功能特點(diǎn)

發(fā)電機(jī)在正常工作的過(guò)程中可能出現(xiàn)勵(lì)磁水平較低的現(xiàn)象：(1)當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處在低谷期時(shí),由于正常的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備使用較少導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高,這種情況通常采用發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)壓。(2)系統(tǒng)的故障電壓過(guò)高,發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)將自動(dòng)運(yùn)行以降低勵(lì)磁水平。(3)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)導(dǎo)致勵(lì)磁水平下降。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁水平過(guò)低時(shí)將會(huì)觸發(fā)低勵(lì)限制器對(duì)其進(jìn)行控制,提高勵(lì)磁使得發(fā)電機(jī)組在正常范圍內(nèi)工作,保證系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)不同的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)接入方式可以將低勵(lì)限制器分為兩種：疊加式和選擇門式。

將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓信號(hào)和低勵(lì)限制器的輸出信號(hào)疊加起來(lái)作用的方式就是疊加式。發(fā)電機(jī)組消耗的無(wú)功功率低于低勵(lì)限制的最大值時(shí),低勵(lì)限制器不工作,除此之外,低勵(lì)限制器將使得勵(lì)磁作用曾強(qiáng)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高,缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要綜合考慮運(yùn)用。

將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓信號(hào)和低勵(lì)限制器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)選擇門(高低電平選通)之后二選一,這就是選擇門式調(diào)節(jié)。在機(jī)組消耗的無(wú)功功率大于低勵(lì)限制線的最大值時(shí),輸出信號(hào)通過(guò),調(diào)壓信號(hào)切斷,通過(guò)增大勵(lì)磁來(lái)使無(wú)功輸出變大。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是邏輯簡(jiǎn)單便于控制實(shí)施,缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.2 低勵(lì)限制試驗(yàn)的目的和內(nèi)容

對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行低勵(lì)限制試驗(yàn)的主要目的是通過(guò)檢測(cè)其相關(guān)的參數(shù)來(lái)確保其低勵(lì)限制功能的正常。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),由發(fā)電機(jī)端部的發(fā)熱條件和不同功率下的靜穩(wěn)定極限所確定的動(dòng)作曲線是低勵(lì)限制試驗(yàn)的重要參數(shù);在根據(jù)系統(tǒng)靜穩(wěn)態(tài)水平進(jìn)行曲線確定的過(guò)程中,選用系統(tǒng)最小的等值阻抗,發(fā)電機(jī)額外的電壓調(diào)節(jié)裝置的作用不計(jì)算在內(nèi),以靜態(tài)極限的10%作為儲(chǔ)備系數(shù),從而得出勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)作曲線。

在具體的應(yīng)用中,一般采用下邊的公式來(lái)確定低勵(lì)限制的動(dòng)作曲線。

動(dòng)作曲線需要和失磁保護(hù)同時(shí)使用。根據(jù)有關(guān)低勵(lì)保護(hù)的一些技術(shù)規(guī)定,當(dāng)勵(lì)磁電流比較小或者失磁的情況發(fā)生時(shí),應(yīng)及時(shí)采用低勵(lì)限制措施,假如運(yùn)行通道不能到達(dá)限制目的應(yīng)該立即選用備用的通道;在備用通道也失效的情況下通過(guò)失磁保護(hù)措施判斷之后采取關(guān)機(jī)操作?？紤]到此種情況,技術(shù)規(guī)定中給出了明確的要求—在上述整個(gè)過(guò)程中低勵(lì)限制的執(zhí)行需要有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)時(shí)間,改時(shí)間不超過(guò)0.1S小于0.3S。

4 低勵(lì)限制實(shí)現(xiàn)的外部硬件條件

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置之所以能夠進(jìn)行低勵(lì)限制需要?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)輸入發(fā)電機(jī)的電流電壓和轉(zhuǎn)子的電流電壓等外在的模擬量。調(diào)節(jié)裝置依據(jù)不同大小的模擬量對(duì)勵(lì)磁設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行控制。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置通過(guò)采集到的定子電流和機(jī)端電壓的數(shù)值計(jì)算出發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)無(wú)功和有功功率分別為Q和P,同時(shí)比較計(jì)算所得的值和低勵(lì)限制值。當(dāng)P和Q的值在所示曲線的上方時(shí),不干預(yù)勵(lì)磁系統(tǒng)的正常工作,反之則干擾它的工作。

5 發(fā)電機(jī)的事故及其保護(hù)措施

發(fā)電機(jī)組朝著大容量的方向不斷發(fā)展,同時(shí)因?yàn)楸容^復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用等問(wèn)題,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生率升高。因此,需要對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)能力進(jìn)行改善和提高,建立完善的保護(hù)措施,確保電力系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間無(wú)事故的安全運(yùn)行。

5.1 發(fā)電機(jī)中可能出現(xiàn)的事故

發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)工作的,因此生產(chǎn)出來(lái)的發(fā)電機(jī)都沒有較強(qiáng)的過(guò)載能力,異常狀況將會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p害。

發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)的故障：過(guò)電壓;過(guò)勵(lì)磁;頻率異常;發(fā)電機(jī)失磁;系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)不同步等。

5.2 對(duì)發(fā)電機(jī)故障的保護(hù)措施

為了使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)造成的危害降低到最小值,所有的發(fā)電機(jī)都配備有專門的保護(hù)裝置,在保證發(fā)電機(jī)原有功能的前提下使機(jī)組的安全得到保證。

當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)過(guò)電壓的情況時(shí),采取過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)在滿載負(fù)荷的條件下把負(fù)荷全部去掉之后,因?yàn)樽詣?dòng)勵(lì)磁裝置和調(diào)速裝置自身的慣性原因,使得發(fā)電機(jī)兩端的電壓在很短的時(shí)間段內(nèi)迅速提升,這個(gè)過(guò)程會(huì)保持?jǐn)?shù)秒鐘。如果調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者停止運(yùn)行,那么可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓。

當(dāng)出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁情況時(shí),發(fā)電機(jī)采用過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。過(guò)勵(lì)磁會(huì)造成發(fā)電機(jī)的電壓上升和頻率下降,繼而使的鐵心因磁通密度大幅度上升而絕緣老化和過(guò)熱。發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁按需要?jiǎng)幼饔谌?或動(dòng)作于建立此并發(fā)信號(hào)。當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁時(shí),采取失磁保護(hù)措施。對(duì)于使用半導(dǎo)體制造的發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng),應(yīng)該增加可以直接讀取發(fā)電機(jī)失磁發(fā)生后的相關(guān)參數(shù)的失磁保護(hù)措施。對(duì)于大功率的直流勵(lì)磁的發(fā)電機(jī),也需要應(yīng)用專門的保護(hù)措施。發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁之后應(yīng)該直接停止其工作,失磁保護(hù)使得跳閘,對(duì)于允許失磁發(fā)生的發(fā)電機(jī)而言,失磁保護(hù)觸發(fā)信號(hào)。

發(fā)電機(jī)的定子匝間出現(xiàn)短路時(shí),應(yīng)該迅速的斷開發(fā)電機(jī)與變壓器之間的側(cè)斷路器,同時(shí)斷開變壓器的各個(gè)斷路器和滅磁開關(guān),汽輪機(jī)的氣門關(guān)閉,觸發(fā)失靈保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)不同步時(shí),觸發(fā)失步保護(hù)措施,檢查是減速失步還是加速失步,并對(duì)機(jī)組穩(wěn)定震蕩失步和短路故障失步進(jìn)行分析。失步保護(hù)措施可以直接觸發(fā)信號(hào),也可以直接使系統(tǒng)跳閘。

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成和作用,分析其主要的功能和不同的作用方式分類。對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行低勵(lì)限制的功能特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析并進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn),然后通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行分析,提出當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程之中后可能出現(xiàn)的一些事故隱患,同時(shí)對(duì)相應(yīng)問(wèn)題分析,對(duì)發(fā)電機(jī)防事故的措施進(jìn)行總結(jié),具有一定的工程應(yīng)用意義。

[1]于彥寶,周 佺 .發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息,2007(03)：38-38.

[2]林成武,王鳳翔,姚興佳.變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制技術(shù)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2004,23(11)：122-125.

[3]郝雪平.低勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合的分析[J].華北電力技術(shù),2005(7)：15-17.