對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制試驗和防事故措施的研究

耿振華

(河北大唐國際王灘發(fā)電有限責任公司,河北唐山 063611)

對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制試驗和防事故措施的研究

耿振華

(河北大唐國際王灘發(fā)電有限責任公司,河北唐山 063611)

勵磁系統(tǒng)對于發(fā)電機的正常工作、保護至關重要,本文通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的組成以及功能和低勵限制的功能特點進行總結分析和進行相關的低勵限制試驗對保證發(fā)電機的正常工作提出了一些防事故措施,保證發(fā)電機系統(tǒng)能夠安全可靠的工作。

發(fā)電機 勵磁系統(tǒng) 低勵限制

1 引言

勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機組成結構中是必不可少的一部分,對整個發(fā)電機系統(tǒng)的正常運行有著重要的作用,我國的有關部門也出臺了許多關于勵磁系統(tǒng)要求的技術標準,在采用勵磁系統(tǒng)之前,發(fā)電廠都會根據(jù)相關標準進行一些列的試驗來保證其可以正常運行。

低勵限制是勵磁系統(tǒng)的主要功能之一,該功能主要用來測定發(fā)電機的無功和有功狀態(tài)下負載的具體情況。通過不同的負載大小為勵磁電流的極值給出一個范圍,以確保發(fā)電機的負載情況在穩(wěn)定的區(qū)間工作。使發(fā)電機穩(wěn)定工作也可以保證系統(tǒng)正常運行。通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制進行試驗研究提出一些防止事故發(fā)生的措施。

2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

2.1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的組成與主要功能

勵磁系統(tǒng)主要由勵磁調節(jié)器和勵磁功率單元兩個重要部分構成。由勵磁調節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。其主要功能有：隨著發(fā)電機負載的改變而調控電流的大小,維持電壓穩(wěn)定;調控發(fā)電機組內不同發(fā)電機的功率大小;保證發(fā)電機工作的靜態(tài)穩(wěn)定;確保發(fā)電機工作時暫態(tài)穩(wěn)定;當發(fā)電機出現(xiàn)問題時,及時解決降低損失;根據(jù)運行條件對勵磁限制的值進行調節(jié)。

2.2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要勵磁方式

對于直流發(fā)電機而言,采用的是直流的勵磁機,發(fā)電機的主軸與勵磁機共軸,位于發(fā)電機內部的勵磁繞組經過安裝在軸上的固定的電刷和滑環(huán)而從勵磁機得到直流電流;這種勵磁方式的優(yōu)點是勵磁電流可以獨立獲得、可靠度高、耗電量低,缺點是調節(jié)速度比較慢、維護困難。

對于大容量的發(fā)電機而言,主要采用的是交流勵磁機。同樣安裝在發(fā)電機大軸之上的交流勵磁機的輸出電流在整流之后傳遞給轉子勵磁。該發(fā)電機的勵磁繞組與三相交流繞組固定在定子內部,轉子上沒有繞組,因此也沒有滑環(huán)和電刷等一些接觸零件。優(yōu)點是可靠度高、工藝構造簡單;缺點是噪音大,交流電流的諧波分量過大。

有些發(fā)電機內部沒有勵磁機,這種發(fā)電機自身提供勵磁電源,再整流之后提供給發(fā)電機產生勵磁,這種勵磁方式稱為靜止勵磁。優(yōu)點是構造簡單、使用設備少、工作量投資等較少。

2.3 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的發(fā)展

最近幾年內,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)電機的勵磁條件也獲得了巨大的進步。尤其是自動調節(jié)勵磁裝置,經過不斷的開發(fā)研究,在工作效率和安全性方面都得到了發(fā)展。鑒于使用計算機通過軟件可以達到的自動調控勵磁裝置擁有明顯的優(yōu)勢,世界上的先進國家都投入大量資金在改進發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)之上,而且得到了巨大的成功。

3 低勵限制試驗的目的和內容

3.1 低勵限制的功能特點

發(fā)電機在正常工作的過程中可能出現(xiàn)勵磁水平較低的現(xiàn)象：(1)當電網負荷處在低谷期時,由于正常的無功補償設備使用較少導致電網電壓升高,這種情況通常采用發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)進行調壓。(2)系統(tǒng)的故障電壓過高,發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)將自動運行以降低勵磁水平。(3)勵磁調節(jié)系統(tǒng)導致勵磁水平下降。

當發(fā)電機組的勵磁水平過低時將會觸發(fā)低勵限制器對其進行控制,提高勵磁使得發(fā)電機組在正常范圍內工作,保證系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)不同的勵磁調節(jié)系統(tǒng)接入方式可以將低勵限制器分為兩種：疊加式和選擇門式。

將勵磁調節(jié)器的調壓信號和低勵限制器的輸出信號疊加起來作用的方式就是疊加式。發(fā)電機組消耗的無功功率低于低勵限制的最大值時,低勵限制器不工作,除此之外,低勵限制器將使得勵磁作用曾強。該方法的優(yōu)點是使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高,缺點是系統(tǒng)結構復雜,需要綜合考慮運用。

將勵磁調節(jié)器的調壓信號和低勵限制器的輸出信號經過選擇門(高低電平選通)之后二選一,這就是選擇門式調節(jié)。在機組消耗的無功功率大于低勵限制線的最大值時,輸出信號通過,調壓信號切斷,通過增大勵磁來使無功輸出變大。這種方式的優(yōu)點是邏輯簡單便于控制實施,缺點是可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.2 低勵限制試驗的目的和內容

對發(fā)電機進行低勵限制試驗的主要目的是通過檢測其相關的參數(shù)來確保其低勵限制功能的正常。根據(jù)相關技術標準,由發(fā)電機端部的發(fā)熱條件和不同功率下的靜穩(wěn)定極限所確定的動作曲線是低勵限制試驗的重要參數(shù);在根據(jù)系統(tǒng)靜穩(wěn)態(tài)水平進行曲線確定的過程中,選用系統(tǒng)最小的等值阻抗,發(fā)電機額外的電壓調節(jié)裝置的作用不計算在內,以靜態(tài)極限的10%作為儲備系數(shù),從而得出勵磁系統(tǒng)的動作曲線。

在具體的應用中,一般采用下邊的公式來確定低勵限制的動作曲線。

動作曲線需要和失磁保護同時使用。根據(jù)有關低勵保護的一些技術規(guī)定,當勵磁電流比較小或者失磁的情況發(fā)生時,應及時采用低勵限制措施,假如運行通道不能到達限制目的應該立即選用備用的通道;在備用通道也失效的情況下通過失磁保護措施判斷之后采取關機操作。考慮到此種情況,技術規(guī)定中給出了明確的要求—在上述整個過程中低勵限制的執(zhí)行需要有適當?shù)难訒r時間,改時間不超過0.1S小于0.3S。

4 低勵限制實現(xiàn)的外部硬件條件

勵磁調節(jié)裝置之所以能夠進行低勵限制需要勵磁系統(tǒng)輸入發(fā)電機的電流電壓和轉子的電流電壓等外在的模擬量。調節(jié)裝置依據(jù)不同大小的模擬量對勵磁設備的運行情況進行控制。

勵磁調節(jié)裝置通過采集到的定子電流和機端電壓的數(shù)值計算出發(fā)電機的瞬時無功和有功功率分別為Q和P,同時比較計算所得的值和低勵限制值。當P和Q的值在所示曲線的上方時,不干預勵磁系統(tǒng)的正常工作,反之則干擾它的工作。

5 發(fā)電機的事故及其保護措施

發(fā)電機組朝著大容量的方向不斷發(fā)展,同時因為比較復雜的冷卻系統(tǒng)的應用等問題,導致發(fā)動機故障發(fā)生率升高。因此,需要對發(fā)電機的保護能力進行改善和提高,建立完善的保護措施,確保電力系統(tǒng)可以長時間無事故的安全運行。

5.1 發(fā)電機中可能出現(xiàn)的事故

發(fā)電機的主要結構通過旋轉工作的,因此生產出來的發(fā)電機都沒有較強的過載能力,異常狀況將會對發(fā)電機造成嚴重損害。

發(fā)電機可能出現(xiàn)的故障：過電壓;過勵磁;頻率異常;發(fā)電機失磁;系統(tǒng)與發(fā)電機不同步等。

5.2 對發(fā)電機故障的保護措施

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

當發(fā)電機出現(xiàn)過電壓的情況時,采取過電壓保護。當發(fā)電機在滿載負荷的條件下把負荷全部去掉之后,因為自動勵磁裝置和調速裝置自身的慣性原因,使得發(fā)電機兩端的電壓在很短的時間段內迅速提升,這個過程會保持數(shù)秒鐘。如果調速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者停止運行,那么可能會長時間過電壓。

當出現(xiàn)過勵磁情況時,發(fā)電機采用過勵磁保護。過勵磁會造成發(fā)電機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熱。發(fā)電機過勵磁按需要動作于全停,或動作于建立此并發(fā)信號。當發(fā)電機失磁時,采取失磁保護措施。對于使用半導體制造的發(fā)電機的勵磁系統(tǒng),應該增加可以直接讀取發(fā)電機失磁發(fā)生后的相關參數(shù)的失磁保護措施。對于大功率的直流勵磁的發(fā)電機,也需要應用專門的保護措施。發(fā)電機發(fā)生失磁之后應該直接停止其工作,失磁保護使得跳閘,對于允許失磁發(fā)生的發(fā)電機而言,失磁保護觸發(fā)信號。

發(fā)電機的定子匝間出現(xiàn)短路時,應該迅速的斷開發(fā)電機與變壓器之間的側斷路器,同時斷開變壓器的各個斷路器和滅磁開關,汽輪機的氣門關閉,觸發(fā)失靈保護。當系統(tǒng)與發(fā)電機不同步時,觸發(fā)失步保護措施,檢查是減速失步還是加速失步,并對機組穩(wěn)定震蕩失步和短路故障失步進行分析。失步保護措施可以直接觸發(fā)信號,也可以直接使系統(tǒng)跳閘。

6 結語

本文介紹了發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)的構成和作用,分析其主要的功能和不同的作用方式分類。對發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行低勵限制的功能特點進行總結分析并進行相關的試驗,然后通過對試驗的結論進行分析,提出當發(fā)電機在運行的過程之中后可能出現(xiàn)的一些事故隱患,同時對相應問題分析,對發(fā)電機防事故的措施進行總結,具有一定的工程應用意義。

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