7 000kW小型自備發電機組勵磁系統初探

吳修強 朱志暉 魏愛華

(河南煤業化工集團中原大化公司,河南濮陽 457000)

7 000kW小型自備發電機組勵磁系統初探

吳修強 朱志暉 魏愛華

(河南煤業化工集團中原大化公司,河南濮陽 457000)

介紹了我廠7 000kW小型自備發電機組勵磁系統,并對勵磁柜內勵磁調節器、移相觸發單元、過勵限制單元、低勵限制單元做進一步闡述。

可控硅;勵磁;小型發電機組

0 引 言

根據我們廠實際情況,我廠裝配有容量為7 000kW的小型發電機組,它在一定程度上緩解了我廠對大電網的依賴程度,同時對我們廠三臺鍋爐所生產的蒸汽充分利用。該機組采用可控硅勵磁裝置,這種勵磁裝置勵磁功率直接取自發電機定子電壓和電流,提供了必要的保護和限制器,成套性好,便于維護,利于系統穩定。

1 原 理

該裝置勵磁功率直接取自發電機機端電壓和電流,機端電壓經勵磁變壓器,由可控橋整流后提供給轉子線圈,線路示意圖如圖1。

圖1 線路示意圖

由可控硅元件特性和整流橋特性我們可以知道,可控硅控制角越大,導通角越小,則輸出電流就越小,控制角越小,導通角越大,可控橋輸出電流越大,該裝置中調節器就是控制可控橋控制角的元件,調節器包括檢測放大、移相觸發、過勵限制等單元。機端電壓信號經檢測放大單元整定放大,輸出依機端電壓變化的信號Uk,Uk輸入移相觸發單元,產生移相觸發脈沖,移相觸發脈沖與可控硅的控制角有確定的相位關系,通過控制可控橋的控制角進而控制可控橋輸出電流的大小。

1.1 續流問題

轉子繞組LQ是大電感負載,存在保持電流連續的問題,續流示意圖如圖2。

如果開始時控制角很小,勵磁電流很大,在1KZ和3Z導通時突然增大控制角,如果沒有續流管4Z,由于電感負載電流連續特性,電流只能經1KZ和1Z流通,如圖2中虛線所示,這樣1KZ不能斷,1KZ在下一個正電壓到來時,不用觸發脈沖就處于開通狀態,使整流電流大大增加,可控橋失控。有了續流管4Z后,4Z的壓降遠遠小于1KZ和1Z壓降之和,電流絕大部分經4Z流通,1KZ關斷,1KZ要在下一個觸發脈沖到來時才會再次導通,這樣就保持了正確的導通關系。

圖2 續流示意圖

圖3 過壓保護線路圖

1.2 保護問題

可控硅關斷時間很短,線路的電感和變壓器漏感也會造成過電壓,本裝置采用阻容保護,阻容保護兼有降低電壓上升率的作用,防止可控硅因電壓上升率高而誤導通。

直流側過壓保護為勵磁裝置所必備,在非正確同期、失步、系統故障等情況下均會在直流側造成危害整流元件的過電壓。過壓保護線路如圖3。

正常勵磁電壓下7RL的分壓為UPQ低于1W YL穩定值,4KZ無觸發電流不導通,阻容吸收不起作用,發生過電壓時,UPQ電壓大大增加,1W YL導通, 4KZ被觸發導通,過電壓被3RL和5RL消耗,被1CL吸收,過電壓峰值過后1CL上的電壓高于勵磁電壓, 4KZ被此差值負電壓關斷,3RL提供1CL放電。過壓動作值由7RL活動端整定,8RL氧化鋅壓敏元件,作為后備過壓保護元件。

2 信號的檢測整定放大

本裝置是依機端電壓的偏差和無功的的大小來調節勵磁電流的,可以達到穩定極端電壓和無功合理分配的目的。檢測機端電壓和無功信號,經整定放大,輸入移相觸發單元,產生依信號變化的移相觸發脈沖供可控硅元件,這一過程由調節器完成,檢測放大原理圖如圖4。

圖4 檢測放大原理圖

輸入信號a2b2c2來自機端電壓互感器,整流濾波后加到檢測橋上。該輸入信號與機端電壓一一對應,利用監測橋的1W整定某機端電壓值,我廠機端電壓為6KV,那么系統應該穩定于這一點(假設為M點),檢測橋輸出信號經放大,在M點附近使輸出Uk從0伏變為5伏,對應于移相脈沖將從最小控制角變為最大控制角,實際對應機端電壓下的控制角是確定的,必須在最大與最小值之間。也即如果機端電壓升高,對應Uk增加,控制角增加,勵磁電流減小,使機端電壓下降,如果機端電壓降低,對應Uk減小,控制角減小,勵磁電流增加,機端電壓升高,最終穩定于M點。

為了機組穩定運行,我廠7 000kW小型發電機組功率因數一般在0.85-0.9之間,我們知道發電機輸出有功功率只與原動機有關,所以改變勵磁電流對有功功率影響不大,對無功功率影響顯著,也就是說無功功率的變化可以反映出勵磁電流的變化,該裝置利用利用機端無功電流對勵磁電流加以控制,無功電流分量增加,輸入信號增加,由檢測橋放大特性可知, Uk增加,勵磁電流減小,機端電壓降低,這種利用無功電流的變化來控制機端電壓的特性即為調差特性。

3 移相觸發脈沖的產生

觸發脈沖的移相范圍與可控硅的電壓必須有確定的相位關系,觸發脈沖的相位受Uk控制,Uk增加,觸發脈沖后移,控制角增加,Uk減小,觸發脈沖前移,控制角減小。觸發脈沖保證在整個電壓調節范圍能觸通可控硅元件。實際移相范圍在前面和后面都有10°的限制,前面10°是為了防止脈沖的過分前移,控制角小于零,可控硅形成死區,后面10°是為了防止可控橋失控。

4 過勵限制單元

當機組受系統影響機端電壓降低時,由于調節器靈敏度高,勵磁電流將超過額定值,這種狀況不允許長時間持續,過勵限制單元起了限制過勵磁作用,過勵限制原理圖如圖5。

過勵限制單元是一個電流負反饋環節,可控橋電流增加,過勵限制單元輸出Ux增加,Uk為檢測放大后的信號,當Ux高于Uk時,輸入移相觸發單元的控制電壓Uk由Ux決定。勵磁電流增加,Ux增加,Uk增加,勵磁電流減小,最終可控橋電流被限制。

圖5 過勵限制原理圖

5 低勵限制單元

當發電機并網運行時,由于系統原因,發電機機端電壓升高,迫使發電機勵磁系統大變化量的調節勵磁電流,引起發電機欠勵,欠勵到一定極限發電機將與系統失去同步,低勵限制單元用于檢測發電機有功負荷和無功負荷的大小,并根據負載情況對勵磁電流最小值加以限制,保證發電機從而確保系統安全運行。低勵限制單元的輸出接至檢測放大單元的輸出端,當發電機欠勵狀態運行時,輸入移相觸發單元的Uk見減小,勵磁電流增加,增大到正常勵磁時,由放大器正常調節,最終穩定在正常勵磁范圍。

6 結 語

可控硅勵磁系統勵磁功率直接取自發電機出口,從根本上取消了勵磁機故障,這種勵磁方式操作靈活、維護簡單,還提供了必要的保護和限制器,并且它可以機端電壓和給定電壓的偏差自動快速的進行調整,保持機端電壓的穩定,在很大程度上提高了系統的穩定性。

TM 331

A

1003-6490(2010)02-0022-03

2010-05-06

吳修強,男,2005年畢業于華北水利水電學院電氣工程及其自動化專業,現在河南煤業化工集團中原大化公司電氣維修公司工作,電話:13461666098。