張鑫

摘 要：深圳媽灣電力有限公司現(xiàn)有6臺(tái)30萬的火力發(fā)電機(jī)組，由于6臺(tái)機(jī)組的建設(shè)投產(chǎn)在不同的時(shí)期，它們采用的勵(lì)磁系統(tǒng)也不相同。其中，#1、#4機(jī)組使用的是三機(jī)同軸它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，#5、#6機(jī)組使用的是自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，文章將對(duì)這兩套系統(tǒng)的勵(lì)磁功率單元、勵(lì)磁控制以及滅磁方式作詳細(xì)的比較和分析。

關(guān)鍵詞：它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)；自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)；滅磁；功率；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）20-0111-02

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，勵(lì)磁系統(tǒng)的特性對(duì)電力系統(tǒng)及同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能有著十分重要的影響，勵(lì)磁系統(tǒng)一般由兩部分構(gòu)成，第一部分是勵(lì)磁功率單元，它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直流勵(lì)磁電源，以建立勵(lì)磁磁場；第二部分是勵(lì)磁控制部分，這一部分包括勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，強(qiáng)行勵(lì)磁，強(qiáng)行減磁和滅磁等。它根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功率單元輸出的勵(lì)磁電流，以滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行的要求。在電力系統(tǒng)中，勵(lì)磁系統(tǒng)能夠維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓，控制無功功率的分配，提高同步發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 勵(lì)磁功率單元比較分析

1.1 它勵(lì)勵(lì)磁功率分析

三機(jī)同軸它勵(lì)的勵(lì)磁功率單元包括TFY-80-400永磁副勵(lì)磁機(jī)，JL-1434-4交流主勵(lì)磁機(jī)，HWTA-30可控硅調(diào)節(jié)整流柜和GIF-3 000/1 500靜止硅整流柜。永勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)汽輪機(jī)的聯(lián)軸帶動(dòng)，永勵(lì)磁機(jī)得以向可控硅整流柜提供400 Hz的三相交流電，可控硅整流柜對(duì)該電源進(jìn)行軋波整流，得到的大小可控的直流電源輸入到主勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子，主勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子同樣由汽輪機(jī)的聯(lián)軸帶轉(zhuǎn)，主勵(lì)磁機(jī)得以向靜止硅整流柜提供100 Hz的三相交流電源，經(jīng)過靜止硅柜整流后的直流電源就是送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電源，其電源回路如圖1所示。在永勵(lì)磁機(jī)到主勵(lì)磁機(jī)之間除了正常使用的可控硅調(diào)節(jié)柜軋波整流外，還有一個(gè)備用的整流及調(diào)節(jié)回路，永勵(lì)磁機(jī)的輸出首先由手動(dòng)調(diào)節(jié)的自耦變壓器調(diào)整大小，經(jīng)過調(diào)整以后的交流電再由不可控的硅整流裝置整流后向主勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子輸出直流電源。

1.2 自并勵(lì)勵(lì)磁功率分析

自并勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁功率單元?jiǎng)t要簡單得多，它主要包括一個(gè)容量為3 200 kVA的勵(lì)磁變壓器和一套靜止可控硅整流柜，另外在靜止可控硅整流柜后的直流電部分還有一個(gè)外接的啟動(dòng)勵(lì)磁裝置回路，其功率回路如圖2所示。勵(lì)磁變壓器從發(fā)電機(jī)出口取下2萬V的電壓，經(jīng)過勵(lì)磁變壓器的變壓得到額定電壓為775 V的低電壓輸入到靜止可控硅整流柜，從可控硅柜軋波整流出來的大小可控的直流電源就是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源。外接的啟動(dòng)勵(lì)磁回路是由于在初始狀態(tài)發(fā)電機(jī)無法向勵(lì)磁變壓器提供電能而需要另外接入的一個(gè)直流電源，在發(fā)電機(jī)出口有一定電壓后啟動(dòng)勵(lì)磁回路會(huì)被切除，勵(lì)磁電能交由發(fā)電機(jī)出口提供，所以啟動(dòng)勵(lì)磁電源也叫做磁場點(diǎn)火電源，在本自并勵(lì)啟動(dòng)勵(lì)磁回路是采用廠用220 V交流電經(jīng)過整流而獲得啟動(dòng)勵(lì)磁的電源，在定子出線電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)空載額定電壓的10%時(shí)，微機(jī)控制自動(dòng)切除該啟動(dòng)勵(lì)磁電源。

2 勵(lì)磁控制單元比較分析

2.1 它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)控制分析

#1～#4機(jī)組以往使用的是美國西屋公司技術(shù)生產(chǎn)的HWTA集成電路自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，它包括“AC”調(diào)節(jié)回路（根據(jù)機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流）和“DC”調(diào)節(jié)回路（人為的手動(dòng)直接調(diào)整勵(lì)磁電流），其控制回路如圖3所示。

HWTA調(diào)節(jié)器包括有電壓偏差檢測器，電流調(diào)節(jié)器，無功電流補(bǔ)償器，各種的限制器，信號(hào)混合器，DC調(diào)節(jié)器和跟隨器。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)使用的是“AC”調(diào)節(jié)回路，作為被調(diào)量的機(jī)端電壓信號(hào)經(jīng)過無功電流補(bǔ)償器修正后送至電壓誤差檢測器與給定的電壓值比較，得到的誤差信號(hào)再與各種限制器的輸出一起送入信號(hào)混合器，信號(hào)混合器把所有的信號(hào)進(jìn)行綜合與運(yùn)算，變換成一個(gè)綜合性的輸出信號(hào)去控制功率放大環(huán)節(jié)的移相觸發(fā)回路，完成“AC”調(diào)節(jié)回路的機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)整。在“AC”調(diào)節(jié)回路故障或者發(fā)電機(jī)零起升壓的時(shí)候，“DC”調(diào)節(jié)回路便投入使用，回路中的DC調(diào)節(jié)器將設(shè)定的輸入值與當(dāng)前的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流信號(hào)比較，得到的誤差值加上極少的限制器輸出{電流瞬時(shí)限制器}，經(jīng)過放大后直接控制觸發(fā)回路的脈沖相位角。而跟隨器在調(diào)節(jié)器里的作用時(shí)實(shí)現(xiàn)“AC”回路到“DC”回路的無擾動(dòng)切換，跟隨器根據(jù)“AC”調(diào)節(jié)回路的輸出不斷改變相對(duì)應(yīng)的“DC”調(diào)節(jié)回路中勵(lì)磁電流的設(shè)定值，使得當(dāng)“AC”方式切換到“DC”方式時(shí)，“DC”回路仍然能夠保持切換前得勵(lì)磁電流，避免勵(lì)磁電流得突變引起機(jī)組電壓得震蕩。

在“DC”調(diào)節(jié)回路里，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不作為反饋得調(diào)節(jié)量，而主要是以轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流得設(shè)定值來控制，此時(shí)，就需要值班員對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行監(jiān)視，隨時(shí)調(diào)整一個(gè)匹配得勵(lì)磁電流。隨著近年微機(jī)技術(shù)的日新月異，勵(lì)磁的集成電路控制已經(jīng)逐步淘汰，取而代之的是勵(lì)磁的微機(jī)控制，媽灣發(fā)電廠的#1～#4機(jī)組的勵(lì)磁控制也已經(jīng)由原先的集成電路控制改造為微機(jī)控制，但是AC回路和DC回路的工作邏輯沒有原則性的改動(dòng)，只是改造后的微機(jī)控制在“AC”調(diào)節(jié)回路并聯(lián)了一個(gè)一模一樣的調(diào)節(jié)回路，這個(gè)并聯(lián)的通道實(shí)現(xiàn)了“AC”回路控制的雙通道全冗余邏輯，大大提高了“AC”調(diào)節(jié)回路運(yùn)行的安全性。

2.2 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)控制分析

在新近投產(chǎn)的#5、#6機(jī)組里，勵(lì)磁的控制部分就直接使用了基于微處理數(shù)字系統(tǒng)的UNITROL 5000控制系統(tǒng)。

這種微機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)包括MUB（UNS2881測量單元板）、COB（UNS2880控制板）、CIN（UNS0880可控硅界面卡）、GDI（UNS088脈沖驅(qū)動(dòng)界面卡）、PSI（UNS0882電力信號(hào)界面卡）、EGC（UNS2882擴(kuò)展控制板）。

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)所需要的電壓，電流信號(hào)經(jīng)過變換后統(tǒng)統(tǒng)接入到MUB測量模塊上，MUB測量模塊把得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，儲(chǔ)存在一個(gè)雙端口的儲(chǔ)存器中，向COB控制模塊提供所需要的信號(hào)，COB控制模塊實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制的功能，有功無功補(bǔ)償，各種限制器輸出都在COB控制模塊進(jìn)行運(yùn)算和綜合，最終的得出的信號(hào)作為可控硅的調(diào)節(jié)觸發(fā)信號(hào)，COB控制模塊同時(shí)具備FCR控制方式（勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)）自動(dòng)跟蹤AVR控制方式（機(jī)端電壓調(diào)節(jié)）以及運(yùn)行通道自動(dòng)跟蹤備用通道的功能。CIN可控硅界面卡和GDI脈沖驅(qū)動(dòng)界面卡對(duì)可控硅監(jiān)控保護(hù)和觸發(fā)導(dǎo)通，它們由COB的輸出得到觸發(fā)導(dǎo)通信號(hào)來控制可控硅的工作。

以上是UNITROL5000正常的勵(lì)磁控制工作流程，其控制回路如圖4所示。

當(dāng)正常運(yùn)行的控制中心COB模塊失效以后，作為COB模塊的緊急備用，EGC模塊能夠代替COB控制，具備有COB模塊中最重要的監(jiān)控和保護(hù)。

同時(shí)，在UNITROL 5000控制系統(tǒng)里的MUB測量單元板，COB控制板，EGC擴(kuò)展控制板都有兩個(gè)一模一樣的模塊同時(shí)工作互為備用，這就形成了主控制回路的一個(gè)雙通道全冗余結(jié)構(gòu)，這種雙通道全冗余結(jié)構(gòu)的工作邏輯是當(dāng)工作通道發(fā)生任何故障以后，優(yōu)先切換到備用的通道工作，在工作通道沒有備用通道的時(shí)候，控制中心根據(jù)模塊的故障類型，或者作COB模塊切換EGC模塊，或者作AVR方式切換FCR方式。

3 滅磁方式

在勵(lì)磁系統(tǒng)的滅磁方式上，公司的兩套勵(lì)磁系統(tǒng)也有截然的不同。

在三機(jī)同軸它勵(lì)系統(tǒng)里，發(fā)電機(jī)依靠額定電流為4 300 A的直流滅磁開關(guān)對(duì)轉(zhuǎn)子回路滅磁，滅磁開關(guān)在滅弧柵里消耗轉(zhuǎn)子線圈儲(chǔ)存的能量達(dá)到切斷轉(zhuǎn)子電流的目的。

在自并勵(lì)磁系統(tǒng)里，發(fā)電機(jī)依靠額定電流為3 200 A的交流滅磁開關(guān)和可控硅的逆變導(dǎo)通一起對(duì)轉(zhuǎn)子回路滅磁，可控硅的逆變導(dǎo)通是指通過控制可控硅的觸發(fā)角度的大小而改變轉(zhuǎn)子直流電壓的極性達(dá)到迅速降低發(fā)電機(jī)的端口出線電壓和轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，可控硅逆變配合上交流滅磁開關(guān)，發(fā)電機(jī)的滅磁更為迅速和可靠，同時(shí)大大減輕了對(duì)滅磁開關(guān)的損耗。

而且，由于采用了自并勵(lì)磁代替三機(jī)同軸它勵(lì)，發(fā)電機(jī)的大軸長度因此而縮短，大軸的振動(dòng)也得到相應(yīng)改善。

4 結(jié) 語

通過以上對(duì)比可以得知：#5、#6機(jī)組使用的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)要優(yōu)勝于#1～#4機(jī)組的它勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。HWTA調(diào)節(jié)器控制下的三機(jī)同軸它勵(lì)和UNITROL5000微機(jī)控制的自并勵(lì)磁是不同時(shí)期的勵(lì)磁產(chǎn)品，而#5、#6機(jī)組采用的這套自并勵(lì)磁系統(tǒng)則代表了現(xiàn)今30～60萬機(jī)組廣為使用的勵(lì)磁系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王愷.電力系統(tǒng)圖形建模仿真軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[D].合肥：安徽大學(xué)，2013.