發(fā)電機組勵磁方式改造及比較分析

孫化軍

（大唐青島燃氣熱電公司,山東 青島 266061）

1 改造前背景

張電自1998年一期（1－4號機）三機它勵勵磁調(diào)節(jié)器投運以來，多次發(fā)生機組無功擺動和異常故障。

2005年5月1日，2號機無功意外擺動，最大達20kVar，后退出一套自動勵磁調(diào)節(jié)器，并列手動勵磁調(diào)節(jié)器運行。

2 改造前三機它勵

張電一期1－4號機原勵磁方式為三機它勵，也叫靜止硅整流器勵磁，其勵磁系統(tǒng)原理如圖1所示：

主勵磁機產(chǎn)生100Hz交流電源經(jīng)大功率二極管全波整流后給發(fā)電機勵磁，整流裝置為兩套西安博大的ZLAF型勵磁整流柜；副勵磁機由永磁鐵勵磁，產(chǎn)生400Hz交流電源經(jīng)可控硅整流后給主勵磁機勵磁。發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器隨發(fā)電機運行工況的變化，而改變主勵磁機勵磁回路中可控硅的控制角，以改變主勵磁機的磁場電流，進而改變主勵磁機的端電壓，以調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓與機組無功分配。

優(yōu)點：它勵勵磁系統(tǒng)機組在發(fā)電機出口及附近發(fā)生短路故障時，能夠迅速進行強勵，對于暫態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提高非常有利，這在過去小機組容量且故障切除時間較長的年代優(yōu)點很明顯，而現(xiàn)在，隨著機組容量的不斷增大，且保護動作時間越來越短，切除故障的時間逐漸縮短，它勵勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是十分明顯。

缺點：由于三機發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)主勵磁機的勵磁電壓來實現(xiàn)的，這就引入了交流勵磁機勵磁繞組的遲滯時間常數(shù)，從而使勵磁調(diào)節(jié)響應(yīng)不快速，雖然主勵磁機的交流頻率提高至100Hz，但時滯仍有0.68S，所以調(diào)節(jié)響應(yīng)時間還是比較長，屬于慢速勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

由于主勵磁機是和發(fā)電機捆綁在一起生產(chǎn)的，即主勵磁機與發(fā)電機往往為同一家產(chǎn)品，難以形成標準產(chǎn)品，所以，即使發(fā)電機容量相同，強勵倍數(shù)也不相同。

它勵勵磁系統(tǒng)，包括有主勵磁機、副勵磁機和副勵磁整流，所以造價會高，檢修和運行維護量較大。另外，主勵磁機和副勵磁機與發(fā)電機在同一個大軸上，軸系較長，對于發(fā)電機大軸的振動非常不利。

所以，從運檢維護和經(jīng)濟效益上來看，它勵勵磁系統(tǒng)與現(xiàn)在較多采用的自并勵勵磁系統(tǒng)有較多不足。從2007年開始，張電就對2、3號國產(chǎn)300MW機組勵磁進行了改造，由三機它勵勵磁系統(tǒng)改為自并勵勵磁系統(tǒng)。

3 改造后的自并勵

3.1 優(yōu)缺點分析

自并勵是最簡單的一種勵磁方式，其典型原理圖如圖3：

發(fā)電機出口電壓經(jīng)勵磁變降壓后，通過全控橋式整流后，供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子給發(fā)電機勵磁。全控橋式整流由勵磁小室的勵磁調(diào)節(jié)器通過機端電壓和發(fā)電機出口電流反饋信號來進行閉環(huán)觸發(fā)調(diào)節(jié)，控制發(fā)電機端電壓和發(fā)電機無功。

“四門斗”坐穩(wěn)之后，應(yīng)該及時打頂，促使植株重新抽枝。等待“對茄”下新生枝條生長到12 cm左右后及時將上邊茄子采收，并去老枝。茄子生長到采收標準后，應(yīng)該及時采收，避免造成墜秧。當外界溫度持續(xù)維持在15℃以上，可以加強通風。通過連續(xù)一周的通風鍛煉，選擇晴朗天氣將大棚膜揭去，增加光照強度。同時還要做好大棚膜揭去地灌溉工作，滿足茄子后期生長水分所需。

（1）優(yōu)點：由于自并勵勵磁系統(tǒng)只有勵磁變、整流柜和勵磁調(diào)節(jié)器，所以結(jié)構(gòu)較簡單，占地空間較少，成本造價也較低，檢修和運行維護較簡單，發(fā)電機組大軸軸系的縮短，使得大軸振動減少。

沒有了它勵勵磁系統(tǒng)的主勵磁機和副勵磁機大型慣性時間常數(shù)，所以勵磁調(diào)節(jié)響應(yīng)時間較短，機端電壓和無功調(diào)節(jié)較快，使得電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性得到提高。

自并勵勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機端電壓和發(fā)電機轉(zhuǎn)速成一次方關(guān)系，對于抑制甩負荷后的過電壓，要比它勵勵磁系統(tǒng)有利。

（2）缺點：1）由于自并勵勵磁系統(tǒng)電源以及勵磁調(diào)節(jié)反饋電壓、電流信號均取自發(fā)電機出口，所以，在發(fā)電機出口及附近發(fā)生三相、兩相短路或單相接地短路故障時，勵磁調(diào)節(jié)將受到影響。

不過隨著電力系統(tǒng)中快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，且自并勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以通過變壓器靈活地選擇強勵倍數(shù)，較好地滿足了電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的要求。

2）發(fā)電機在沖轉(zhuǎn)以后，起勵電源需從廠用電取來，在發(fā)生電網(wǎng)系統(tǒng)瓦解故障后，起勵電源取自較困難，自我恢復能力存在隱患。這個問題，在目前的發(fā)電廠大多配備了第三電源，比如柴油發(fā)電機，所以這個隱患可以忽略。

3）由于現(xiàn)在新上網(wǎng)機組絕大部分為自并勵勵磁系統(tǒng)，使得系統(tǒng)阻尼相對減小，在擾動的作用下，系統(tǒng)極易產(chǎn)生電網(wǎng)振蕩。

從發(fā)電機出口波形可以看出，對發(fā)電機有功（第四條曲線）擾動有明顯抑制作用。

3.2 自并激勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)的積極作用

隨著超高壓500kV以及750kV電網(wǎng)的廣泛建設(shè)，電網(wǎng)系統(tǒng)對地存電功率非常大，一旦發(fā)生電網(wǎng)擾動，無功很容易破壞，引起電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定。為降低這種危害，常采用無功就地平衡。

通過自并激勵磁系統(tǒng)多年的實踐運行，證明了自并激勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定有極其重要的作用。

（1）對靜態(tài)穩(wěn)定的影響。自并勵勵磁系統(tǒng)通過提高勵磁系統(tǒng)增益，并配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS，在小的擾動時，可以保持發(fā)電機端電壓恒定，提高靜穩(wěn)定25%，在進行勵磁調(diào)節(jié)時，可大大提高靜態(tài)穩(wěn)定。

（2）對動態(tài)穩(wěn)定的影響。影響動態(tài)穩(wěn)定存在兩種情況：一種在小的干擾作用下，由于系統(tǒng)阻尼不足而使電網(wǎng)發(fā)生振蕩失步；另一種情況是在大干擾作用下，對后續(xù)振蕩阻尼不足而產(chǎn)生振蕩失步。

在自并勵勵磁系統(tǒng)配置了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS后，由于自并勵勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)時間較短，有利于PSS發(fā)揮作用，并可增加更多的正阻尼，提高了電網(wǎng)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定。

（3）對暫態(tài)穩(wěn)定的影響。自并激勵磁系統(tǒng)在機組機端出口或者附近發(fā)生短路故障時，按2倍強勵倍數(shù)計算，其暫態(tài)穩(wěn)定水平與它勵勵磁系統(tǒng)基本一樣。

當某一發(fā)電機機端發(fā)生短路故障時，只有離故障點較近的機組受電壓降落影響較大外，其余機組端電壓影響較小，自并勵勵磁系統(tǒng)可快速進行調(diào)節(jié)，快速提高暫態(tài)穩(wěn)定。

4 結(jié)論

同步電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)由于運行可靠性高、技術(shù)和經(jīng)濟性能優(yōu)越的原因，已成為大中型汽輪發(fā)電機組的主要勵磁方式之一。張電2、3號發(fā)電機“三機”勵磁改自并勵系統(tǒng)工程已成功實施，由于自并勵系統(tǒng)的優(yōu)點眾多，以后一期其它兩臺機組也必將逐步實施改造。

[1]GEC-1型全數(shù)字式非線性勵磁裝置原理說明書[S].北京清華南自控制技術(shù)有限公司.

[2]葉東.電機學[M].天津科學技術(shù)出版社.