電廠勵磁系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

于 劍,白 鶴,徐偉光（陜西省電力設(shè)計(jì)院,西安710054）

電廠勵磁系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

于 劍,白 鶴,徐偉光
（陜西省電力設(shè)計(jì)院,西安710054）

摘 要：本文論述了大中型發(fā)電廠中自并勵靜止勵磁系統(tǒng)與其它勵磁方式的技術(shù)比較。

關(guān)鍵詞：自并勵;發(fā)電機(jī)組;勵磁變;勵磁電源;無刷

發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成，主要作用是由發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況向其勵磁繞組提供的直流勵磁電流，維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)的電壓給定水平并提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年來，自并勵靜止勵磁系統(tǒng)因其調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快、軸系穩(wěn)定性好、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)勢，在不同容量的同步發(fā)電機(jī)中均得到了廣泛的應(yīng)用，本文從自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢、系統(tǒng)構(gòu)成、勵磁電源、存在問題及對策等方面進(jìn)行簡要介紹。

1　同步發(fā)電機(jī)的勵磁方式

同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)按基本型式分為三大類，即直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)、靜止勵磁系統(tǒng)。交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)主要有交流勵磁機(jī)—靜止整流器勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機(jī)—靜止可控整流器勵磁系統(tǒng)及交流勵磁機(jī)—旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)（無刷勵磁系統(tǒng)），其中無刷勵磁系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛。靜止勵磁系統(tǒng)主要有電壓源—可控硅整流器勵磁系統(tǒng)和復(fù)勵—可控整流器勵磁系統(tǒng)兩種方式，目前應(yīng)用日益廣泛的自并勵勵磁系統(tǒng)即屬于第一種靜止勵磁系統(tǒng)，后者（復(fù)勵方式）在國內(nèi)運(yùn)行的實(shí)際運(yùn)行中較為少見。

直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)采用采用勵磁電流由直流勵磁機(jī)供給的勵磁方式，由于高轉(zhuǎn)速的直流勵磁機(jī)換相技術(shù)困難，該勵磁系統(tǒng)多用于50MW及以下的發(fā)電機(jī)。同時，直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)速度慢，維護(hù)工作量較大，實(shí)際工程已較少采用。以下重點(diǎn)對工程應(yīng)用較多的自并勵靜止勵磁系統(tǒng)及交流勵磁機(jī)—無刷勵磁系統(tǒng)進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

1.1 自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的特點(diǎn)

自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的的主要特點(diǎn)在于相較于無刷勵磁，其強(qiáng)勵勵磁的反應(yīng)速度快。這這是因?yàn)榻涣鲃畲艡C(jī)對峰值勵磁的上升速率有一定影響，而自并勵靜止勵磁系統(tǒng)則是由可控硅整流器直接提供勵磁。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的電源取自本機(jī)的機(jī)端電壓，所以其端電壓直接受到轉(zhuǎn)速的影響，當(dāng)機(jī)端電壓下降時其強(qiáng)勵的能力也會相應(yīng)下降。另外，自并勵靜止勵磁系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)逆變滅磁（三相全控整流橋），因而自并勵靜止勵磁系統(tǒng)具有抑制甩負(fù)荷時端電壓快速升高的優(yōu)異性能。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠性高、可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、噪音小、相應(yīng)速度快、維護(hù)簡單和可提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 無刷勵磁系統(tǒng)的特點(diǎn)

無刷勵磁系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于沒有滑環(huán)和碳刷，根除了碳粉污染，減少了正常維護(hù)所需的工作量并減少了損耗及噪音，因此大容量機(jī)組中較為常見。由于全部勵磁功率取自軸系，所以勵磁電源獨(dú)立，強(qiáng)勵能力不像自并勵靜止勵磁系統(tǒng)受端電壓影響。

無刷勵磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是滅磁時間較長，是因?yàn)閷畲艡C(jī)的勵磁強(qiáng)減少為零后，旋轉(zhuǎn)回路中的直流電流才逐漸下降為零。因此，發(fā)電機(jī)勵磁方式推薦選擇自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，目前我院DTWH 2X300MW, DTLY1X300MW等工程均采用自并勵靜止勵磁方式。

2　自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成

自并勵靜止勵磁系統(tǒng)主要由勵磁變、可控硅整流裝置、勵磁調(diào)節(jié)裝置及滅磁和過電壓保護(hù)設(shè)備四個主要部分組成。（1）勵磁變壓器。勵磁變的作用是給可控硅整流裝置提供電源，考慮到勵磁變必須可靠，強(qiáng)勵時要有一定的過載能力，在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮整流負(fù)載電流分量中高次諧波所產(chǎn)生的熱量。且其電源系統(tǒng)一般考慮備用，因此通常選用維護(hù)簡單且過載能力強(qiáng)的干式變。若考慮降低勵磁系統(tǒng)造價也可以采用油浸式變壓器。當(dāng)勵磁變壓器安裝在戶外時，由變壓器副方到整流橋之間的饋線，由于有電抗壓降，不宜太長，特別是在勵磁電流很大的情況下，這一點(diǎn)必須考慮。（2）可控硅整流裝置。可控硅整流裝置的功能是將勵磁機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳛榘l(fā)電機(jī)勵磁的直流電源。使用可控硅整流，可以通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角來改變輸出端的直流電壓的高低，相應(yīng)地改變勵磁電流值。（3）勵磁調(diào)節(jié)裝置。在勵磁系統(tǒng)中，勵磁調(diào)節(jié)裝置是對大型同步發(fā)電機(jī)的勵磁進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。現(xiàn)代勵磁調(diào)節(jié)裝置采用數(shù)字微機(jī)型，其性能可靠，并具有微調(diào)節(jié)和調(diào)高發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定的特性。（4）滅磁回路及過電壓保護(hù)。為將磁場能量快速轉(zhuǎn)移出磁場繞組，在大型自并勵系統(tǒng)中使用斷路器。由于勵磁回路感抗很大，切斷電流是很困難的，因此需要專用的滅磁開關(guān)，用以迅速切斷發(fā)電機(jī)勵磁繞組與勵磁電源的通路并迅速熄滅發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場。滅磁回路的過電壓保護(hù)通常用氧化鋅電阻與跨接器串聯(lián)后并接在磁場繞組兩端，可在轉(zhuǎn)子發(fā)生正向或反向過壓時觸發(fā)導(dǎo)通，保護(hù)轉(zhuǎn)子繞組。（5）勵磁電源接線方式。1）接于發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)變壓器。這是自并勵的一種典型接線方式，勵磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端并聯(lián)變壓器。就有勵磁電源隨著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行而供給。該接線方式由于結(jié)構(gòu)簡單而具有較高的可靠性。缺點(diǎn)是勵磁電源受發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的影響較大，當(dāng)機(jī)端電壓下降時，會使強(qiáng)勵作用有所減弱，如果發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓長期無法恢復(fù)正常范圍，則不能保證勵磁電源正確運(yùn)行。2）接于廠用母線。這種接線方式當(dāng)系統(tǒng)的外部故障切除后，接于廠用母線的電動機(jī)在其轉(zhuǎn)速恢復(fù)過程中會吸取較多的無功，造成比較大的電壓降ΔU，故廠用母線電壓往往難以恢復(fù)到正常范圍，影響了勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵能力。3）接于系統(tǒng)側(cè)。這種接線方式勵磁電源直接取自升壓站的高壓側(cè)母線，起勵電源相對獨(dú)立，。缺點(diǎn)是當(dāng)發(fā)電機(jī)跳閘后，由于系統(tǒng)電壓低，勵磁裝置有可能無法自行恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)；在電壓極低的極端狀況下，存在勵磁消失的可能性。比較三種接線方式，接于機(jī)端發(fā)電機(jī)出口的封閉母線、機(jī)端勵磁方式是一種簡單、優(yōu)先的方案，故本文推薦勵磁變壓器接于發(fā)電機(jī)出口母線。

3　采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)保護(hù)優(yōu)化

采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的主要問題是在線路近區(qū)故障時，由于它的頂值勵磁特性受發(fā)電機(jī)端電壓的抑制而將對保護(hù)可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。根據(jù)這種勵磁系統(tǒng)特點(diǎn)，后備保護(hù)需采取響應(yīng)措施。例如，可采用帶電流記憶的低壓過流保護(hù)或帶電流記憶的復(fù)合低電壓過流保護(hù)使發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)可以可靠動作以切除故障。

4　結(jié)語

同步發(fā)電機(jī)自并勵靜止勵磁系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠以及經(jīng)濟(jì)性能好等特點(diǎn)，因此，發(fā)電機(jī)勵磁方式推薦選擇自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，目前我院DTWH 2X300MW,DTLY1X300MW等工程均采用自并勵靜止勵磁方式，也是國內(nèi)的是大中型汽輪發(fā)電機(jī)組的優(yōu)選勵磁方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]大型汽輪發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件（DL/T 843-2010）.