柏成俊

（青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司西寧發(fā)電分公司，青海 西寧 811600）

隨著現(xiàn)在數(shù)字控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，大功率的電子電力器件得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用，其中勵(lì)磁方式主要以晶閘管整流裝置作為靜態(tài)勵(lì)磁方式進(jìn)行應(yīng)用，并且在具體的使用過程中，利用微處理器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的有效控制，從而在保留傳統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功能的同時(shí)，還能增加許多現(xiàn)代化的尖端控制功能。

1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器概述

在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件配置中，由雙通道型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行配置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中主要包含接口模塊、模擬量輸入模塊、開光量輸入模塊以及通道數(shù)字輸出模塊和內(nèi)部備用模塊組成。在運(yùn)行的過程中，其中的空置周期和程序本身的長短狀況是沒有關(guān)系的，主要是根據(jù)循環(huán)的周期決定控制的周期長短的，因此在應(yīng)用程序掃描周期方面處于獨(dú)立的狀態(tài)，從而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的控制，在性價(jià)比方面具有相對(duì)較高的影響。在本文中，主要對(duì)雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行分析，在雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，建立兩個(gè)通道之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)互不干擾的狀態(tài)，對(duì)于主回路橋和橋之間利用專門的無觸點(diǎn)進(jìn)行電路的切換，實(shí)現(xiàn)自然換流點(diǎn)可以在無擾動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行切換運(yùn)作的同時(shí)，也可以周期性地進(jìn)行交替運(yùn)行。對(duì)于橋之間的切換，可以利用手動(dòng)切換來進(jìn)行，保證機(jī)組正常地運(yùn)行，提升電機(jī)運(yùn)行效率；也可以利用自我巡檢功能對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的反饋。在通訊接口方面，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和中控室上位機(jī)的有效通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觸摸屏的顯示。

圖1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，移相觸發(fā)屬于核心部分，可以在高速時(shí)間內(nèi)進(jìn)行單元處理，也就是說，可以對(duì)信號(hào)在一定周期內(nèi)同步實(shí)現(xiàn)周期和相位的測量，從而保證測頻和測相的可靠性和進(jìn)度。

在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，主要是在模糊規(guī)則自適應(yīng)算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)功能的運(yùn)行，其中包括恒機(jī)端電壓、恒勵(lì)磁電流、恒無功功率以及恒功率因數(shù)這幾個(gè)方面，在停機(jī)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)逆變滅磁輔助功能有欠勵(lì)磁瞬時(shí)限制，除此之外，還可以進(jìn)行雙機(jī)跟蹤、空載過壓保護(hù)以及互相檢測等，其中的在線自檢功能可以形成堅(jiān)固可靠的冗余結(jié)構(gòu)以及輔助功能，從而可以全方位保證同步發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于故障事故或者故障事故引起的停機(jī)次數(shù)進(jìn)行降低，對(duì)于電站的直接或者間接損失不斷地減少，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)原理以及故障問題

在本文中，以某核電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)作為主要的研究對(duì)象，對(duì)于本文例舉電廠的勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，從圖中可以看出，發(fā)電機(jī)主要包含發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)這幾個(gè)部分組成，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，副勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行主要是依托發(fā)電機(jī)本身的轉(zhuǎn)子運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)也可以對(duì)磁場進(jìn)行切割，其中副勵(lì)磁機(jī)中，其中產(chǎn)生的交流電可以達(dá)到400Hz，產(chǎn)生交流電主要是由8對(duì)磁極產(chǎn)生的，另外，電源電壓主要是由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中所包含的電源裝置和可控硅整流器進(jìn)行提供輸出的，其中輸出的直流電可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的繞組進(jìn)行磁場的產(chǎn)生的同時(shí)，還可以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中，將其中的繞組磁場進(jìn)行有效的切割，其中的4對(duì)刺激可以產(chǎn)生出200Hz的交流電對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行電力的輸送。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)示意圖

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流輸出的直流電可以提供給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，從而產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的磁場。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要功能中，可以在對(duì)反饋電壓和電壓進(jìn)行設(shè)定，從而觸發(fā)可控硅觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)主勵(lì)磁機(jī)磁電的有效調(diào)節(jié)，在這個(gè)過程中，發(fā)電機(jī)中要想實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流的有效調(diào)節(jié)，主要依托發(fā)電機(jī)本身的電壓，從而維持發(fā)電機(jī)的電壓可以處于穩(wěn)定的狀態(tài)中，值得注意的是，這個(gè)過程需要發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)狀態(tài)前；同時(shí)，也可以在并網(wǎng)運(yùn)行后，進(jìn)行機(jī)組之間的并列合理分配，實(shí)現(xiàn)功率的穩(wěn)定。

對(duì)于該電廠的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，主要應(yīng)用的是ZVA型模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖所示，其中包含調(diào)節(jié)柜、功率柜以及出線柜這三個(gè)模塊，在運(yùn)行的過程中，還需要使用到多塊電子卡件、電磁式繼電器和滑動(dòng)觸頭式電位器等多種元器件進(jìn)行運(yùn)行。在該廠的勵(lì)磁調(diào)節(jié)中，擁有雙通道，并且兩個(gè)通道保持相互獨(dú)立的狀態(tài)，也就是說，每個(gè)通道的冗余電力負(fù)荷狀態(tài)都保持在了100%，因此在運(yùn)行的時(shí)候，可以對(duì)各自的電壓和電力進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)，最終保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖3 ZVA型模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理圖

在ZVA型模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，包含三個(gè)部分，如圖2所示，a部分代表自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)，b代表功率整流，c代表磁場開關(guān)和滅磁部分。其中主要的功能有a部分包含著2個(gè)獨(dú)立的通道，并且都具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)和勵(lì)磁電流負(fù)反饋調(diào)節(jié)的功能，一般情況下，進(jìn)行運(yùn)行的過程中，調(diào)節(jié)的控制、限制和保護(hù)，還可以在整流橋觸發(fā)脈沖影響的時(shí)候進(jìn)行保護(hù)。b部分可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)并列運(yùn)行的三相全波對(duì)整流橋進(jìn)行控制，從而可以實(shí)現(xiàn)從副勵(lì)磁機(jī)中對(duì)交流電源進(jìn)行獲取，從而對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組進(jìn)行直流電的供給。在不同的觸發(fā)脈沖信號(hào)中實(shí)現(xiàn)對(duì)整流橋?qū)ń堑穆晥觯罱K對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這個(gè)過程中，如果出現(xiàn)了需要快速滅磁的情況，就需要利用整流橋的逆變狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，最終保證整流橋的穩(wěn)定。在磁場開關(guān)和滅磁部分中，需要機(jī)組在正常停機(jī)的狀態(tài)下使用逆變滅磁，但是，在發(fā)生事故的時(shí)候就需要利用線性電阻來達(dá)到滅磁的效果。通過這種操作，可以最大限度地保證轉(zhuǎn)子回路當(dāng)中的能量實(shí)現(xiàn)快速的釋放和減退。在長期運(yùn)行的過程中，模擬式的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的設(shè)備元器件會(huì)發(fā)生不同程度的衰老，一般來說，主要分為幾個(gè)方面的故障，電壓方面會(huì)出現(xiàn)整體電位器的滑動(dòng)部位出現(xiàn)卡塞的現(xiàn)象，勵(lì)磁部分的需求電位也有可能會(huì)形成電位器鼓脹的現(xiàn)象，在反饋歸路的電位器輸出部分經(jīng)常出現(xiàn)電壓的漂移等。針對(duì)多種故障現(xiàn)象，本文中做出了以下分析：

（1）在調(diào)節(jié)特性參數(shù)方面，對(duì)于DL/T 843-2010大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件呈現(xiàn)出了不滿足的現(xiàn)象。在發(fā)電機(jī)空載階段進(jìn)行階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，系統(tǒng)本身的超調(diào)量應(yīng)該處于小于40%的階段中。2009年，我國的研究員對(duì)該廠的2太機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的模型參量參數(shù)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)，在1號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道中，都處于超量的狀態(tài)，其中a通道超量值MP達(dá)到了42.5%，b通道的超量值達(dá)到了44%；與此同時(shí)，還對(duì)2號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)通道進(jìn)行了超量分析，其中A通道超量值達(dá)到了30.6%，b通道超量值達(dá)到了29.2%。

（2）在通道失配的問題方面，主要集中出現(xiàn)在ZVA型模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器雙通道各自負(fù)責(zé)50%的電力符合進(jìn)行并列運(yùn)行的過程中，其中運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的參數(shù)都會(huì)呈現(xiàn)出不一致的現(xiàn)象，其中包括各通道控制單元、電子元器件特性和整定參數(shù)等，因此造成通道失配的報(bào)警信號(hào)很可能由于2個(gè)通道在手動(dòng)調(diào)整電流電位器位置的過程中出現(xiàn)了偏差而造成，一般情況下，如果位置差距在10%～40%的時(shí)候會(huì)觸發(fā)失配報(bào)警信號(hào)。出現(xiàn)此種現(xiàn)象，可以利用對(duì)回路中的某些電位器來實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)從而消除其報(bào)警狀態(tài)，值得注意的是，在電廠的實(shí)際運(yùn)行和維修維護(hù)方面都會(huì)造成一定的影響。

（3）要對(duì)元器件的老化現(xiàn)象進(jìn)行注意，運(yùn)行年限和元器件的運(yùn)行狀態(tài)是成正比的關(guān)系，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的元器件和中間回路的老化情況會(huì)影響電機(jī)本身整體的運(yùn)行。①在繼電器的接點(diǎn)接觸電阻值中會(huì)出現(xiàn)偏大的現(xiàn)象，因此也就造成了勵(lì)磁的繼電器線圈的絕緣效果減少下降的現(xiàn)象。②對(duì)于部分元器件的松脫現(xiàn)象，主要是由于其元器件在安裝的時(shí)候沒有正確安裝或者不牢固。③在很多的電位器中存在著很多的問題，比如，接觸不良、卡澀以及磨損等多種情況。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)上文中出現(xiàn)的問題，需要提出針對(duì)性的措施，因此利用微機(jī)型的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行解決?；緱l件保持不變的情況下，進(jìn)行UNITROL 6080微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的投入使用，以此避免以上存在的問題的同時(shí)，也可以最大限度地減少維護(hù)運(yùn)行的成本和工作量，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決：

（1）對(duì)于通道在運(yùn)行中存在的冗余問題，需要在實(shí)際基礎(chǔ)上進(jìn)行改善和配置，在本文中，主要是對(duì)該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的雙通道配置方式進(jìn)行闡述，保證電力系統(tǒng)中的回路和整流器都可以最大限度地進(jìn)行獨(dú)立化的運(yùn)載。一般來說，一個(gè)通道運(yùn)行可以對(duì)100%的電力進(jìn)行負(fù)載，則另外一個(gè)通道就可以作為備用通道使用，以便對(duì)負(fù)載通道進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。采用此種方式運(yùn)行，在主通道發(fā)生故障的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)啟用備用通道，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，即為AVR和FCR功能的雙通道，值得注意的是，需要對(duì)FCR模式進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。在對(duì)通道冗余的配置過程中，如果設(shè)定主通道為CH1，備用通道為CH2，則勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在運(yùn)行的過程當(dāng)中所執(zhí)行的邏輯跟上文當(dāng)中的邏輯相對(duì)，即為在AVR模式運(yùn)行的過程當(dāng)中，負(fù)荷100%的CH1作為主通道，CH2作為備用通道；一旦在運(yùn)行的過程當(dāng)中，出現(xiàn)了故障問題，則會(huì)自動(dòng)將CH2通道啟用，保證電力運(yùn)行的穩(wěn)定，反之，則會(huì)運(yùn)行主通道。在此過程中，最大限度地實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路的實(shí)時(shí)追蹤，保證運(yùn)行環(huán)境的整體穩(wěn)定的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)通道失配問題的有效改善。

（2）對(duì)于交流滅磁以及跨接器的使用方面，可以利用交流滅磁的方案來實(shí)現(xiàn)，也就是對(duì)整流橋的交流電做出改變主要是利用滅磁開關(guān)來完成的。在整體的勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，如果出現(xiàn)了故障，比如，信號(hào)斷或者信號(hào)跳閘的現(xiàn)象，則會(huì)對(duì)開關(guān)做出處理，利用跨接器進(jìn)行脈沖信號(hào)的引發(fā)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)磁場回路的暢通的同時(shí)，還可以封閉出可控硅觸發(fā)脈沖，從而達(dá)到安全滅磁。在整個(gè)交流滅磁的過程中，滅磁開關(guān)主要是充分利用了交流電過零點(diǎn)的特點(diǎn)來降低交流滅磁對(duì)滅磁開關(guān)分?jǐn)嗷旱母咭蟆?/p>

（3）對(duì)于光纖通信方案中的微機(jī)型的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的通道調(diào)節(jié)，需要利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖方式進(jìn)行通信。在單點(diǎn)通信故障中，需要達(dá)到不影響其他通信回路的正常運(yùn)行，從而可以保持信號(hào)的通暢。對(duì)比常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)通信或者鏈路信號(hào)傳遞方式，此種方式在抗電磁干擾以及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面優(yōu)勢相對(duì)較大，穩(wěn)定性更強(qiáng)。

（4）在對(duì)模擬勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)的過程中，需要注意幾個(gè)方面，在處于靜止或者盤車狀態(tài)的時(shí)候，勵(lì)磁調(diào)節(jié)需要在直流電源的基礎(chǔ)上，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)控的同時(shí)還可以對(duì)磁場的開關(guān)進(jìn)行有效的閉合。如果汽機(jī)本身的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到了50%，則需要副勵(lì)磁機(jī)電源對(duì)其進(jìn)行支撐，從而保證電機(jī)的正常運(yùn)行。最終保證整個(gè)過程勵(lì)磁調(diào)節(jié)器起到穩(wěn)定電源電壓的作用。如果達(dá)到80%的時(shí)候，就需要對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率進(jìn)行繼電器的動(dòng)作保護(hù)，此時(shí)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速率對(duì)勵(lì)磁電流的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證電機(jī)本身的電壓處于穩(wěn)步提升的狀態(tài)；如果轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到了95%，也要保證發(fā)電機(jī)中的電壓和電流都同步上升到95%，以此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步并網(wǎng)的動(dòng)作。

在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行過程中，主要利用軟啟勵(lì)方式來進(jìn)行電流電壓的穩(wěn)定。在初始狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器，也就是AVR模式下的勵(lì)磁開關(guān)是處在閉合的狀態(tài)當(dāng)中；到達(dá)額定轉(zhuǎn)速95%的時(shí)候，則軟啟勵(lì)模式則會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端的電壓，一直發(fā)電機(jī)具備同步并網(wǎng)的條件。采用此種方式可以有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)電壓的平滑調(diào)整，有效地避免電壓或者過激磁的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

4 結(jié)語

在勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況來對(duì)存在的不足進(jìn)行分析，從而提出對(duì)應(yīng)的整改方案。最終實(shí)現(xiàn)整體的技術(shù)改進(jìn)方案實(shí)施，從根本上解決勵(lì)磁調(diào)節(jié)器存在的調(diào)節(jié)器的問題，比如，性能不足、通道失配報(bào)警以及元器件老化等多種問題。微型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用過程中，對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)來說，可以極大地提升其可靠性和穩(wěn)定性，最大限度地保障電機(jī)組的安全穩(wěn)定地運(yùn)行。