沖擊發電機勵磁系統預強勵技術的應用

摘 要：文章簡單介紹了沖擊發電機勵磁系統的特點，并提出了一種可以在短路期間維持短路電流不衰減的技術-預強勵技術，并給出了對比波形。對沖擊發電機進行短路試驗具有參考意義。

關鍵詞：沖擊發電機；勵磁系統；預強勵

1 概述

隨著國內電力系統不斷增大和日益廣泛的聯網，需要研制開發更大型的高壓大電流斷路器，而在開關試驗室直接進行產品的強電流沖擊試驗，是開發這種產品的必要手段。試驗所需的強電流是由沖擊發電機在短路瞬間產生的，所以這種電機也稱為短路試驗發電機，又稱沖擊發電機。顧名思義，這是一種十分特殊的發電機，常規的發電機一旦出現短路會被視為嚴重事故，因為巨大的電流往往會不同程度地損傷發電機，但這種發電機正常運行的方式就是頻繁的短路，并且要竭力產生盡可能大的電流。

沖擊發電機除了對發電機結構采取了特殊加固外，其轉子也進行了優化，增加了阻尼繞組以提高短路電流，通常沖擊發電機的超瞬變電抗比同樣尺寸的汽輪發電機要小一半以上[1-3]。

沖擊發電機短路電流對稱分量有效值的數學表達式為：

式中：U0為空載電壓；Xd″為超瞬變電抗；Xd′為瞬變電抗；Td′為超瞬變時間常數；Td″為瞬變時間常數。

由上式可以看出，其電流對稱分量是不斷衰減的。然而考核高壓斷路器的開斷性能主要取決于開斷時刻的短路電流。因此減少短路電流交流分量的衰減十分重要。

2 沖擊發電機勵磁特點

根據沖擊發電機勵磁系統的原理分析，在沖擊瞬間時由于發電機機端電壓短路，勵磁調節裝置基于機端電壓的閉環調節作用會自動強勵。發電機在短路時的電磁作用下會引起電流的自然衰減，短路瞬時結束后，機端電壓由于勵磁調節裝置的控制會升高。這就與試品的要求產生了矛盾。試品要求在短路持續的時間內短路電流必須保持恒定，另外在試品開斷的前后，也就是短路的前后，發電機的機端電壓也必須保持恒定。

由于沖擊發電機在短路時的自然衰減特性引起的與試品開關試驗要求的矛盾只能通過勵磁調節裝置來解決。

目前國內外沖擊發電機采用的勵磁調節裝置多為靜態勵磁[4]，將常規發電機的勵磁調節裝置用于沖擊發電機領域。并采用高強勵倍數，使短路的瞬時電流可以到達需要的水平，卻不能保證在整個短路期間電流都保持恒定。短路結束時機端電壓也會提高很多。

根據試品開關的電流要求，不同容量的沖擊發電機多需要并聯運行。這就要求沖擊發電機的勵磁調節裝置可以靈活的進行強勵倍數的調整，以滿足并聯運行短路時的電流和電壓要求。

因此沖擊發電機的勵磁系統需要采用專門的技術來控制其短路時的短路電流以及短路前后機端電壓保持恒定。并且可以滿足沖擊發電機并聯運行的要求。

3 沖擊發電機勵磁系統預強勵技術

為了補償短路電流的衰減，國外曾經提出過“飛躍勵磁”的方法[1]。即用強力的勵磁發電機，突然給沖擊發電機的勵磁繞組，施加高倍數的勵磁電壓，在沖擊發電機定子電壓上升到試品所需電壓時，進行突然短路。由于在短路前，定子電壓上升過程中，阻尼繞組已起作用，因而在短路時，阻尼繞組阻止補償的作用已減弱，補償效果就較大。

目前的試驗方法是沖擊發電機定子先建壓在進行短路試驗，因此“飛躍勵磁”的方法已不適用。但其讓短路前阻尼繞組起作用的思想可以借鑒。

文章提出了一種預強勵技術來控制沖擊發電機的電壓及電流。預強勵技術是在短路發生的30ms前，沖擊發電機勵磁調節裝置根據設定的“預強勵倍數”先行強勵，由于發電機的轉子時間常數比較大，等短路的瞬間，第一個周波時的發電機短路電流的超瞬態分量的衰減就可以很好的得到補償。如果沒有預強勵功能，勵磁調節裝置檢測機端電壓短路的時間常數為20ms，調節控制輸出的時間為5ms，第一個周波時的發電機短路電流的超瞬態分量的衰減就無法得到補償，就不能滿足短路電流恒定的要求。

在試驗過程中根據試品的電流大小和試品的持續短路時間來自動的改變短路時的強勵倍數。通過強勵倍數的自動改變就可以在短路時補償發電機短路電流瞬態分量的衰減。并且在短路結束時快速的提高發電機的機端電壓，使恢復電壓滿足要求。

使用預強勵技術還可以很容易實現不同容量的沖擊發電機并聯運行。

具體的技術方案為：發電機短路前，勵磁調節裝置首先設置預置強勵電壓，進行預強勵，然后短路時，勵磁調節裝置動態的調整強勵倍數，繼而調節勵磁電壓，以便使短路電流不衰減。在短路試驗電流開斷后，發電機電壓（即試品的工頻恢復電壓）達到短路前的空載電壓時自動取消強勵，以使恢復電壓在最短時間恢復到空載水平（在取消強勵過程中發電機電壓不能中斷）。

應用預強勵技術進行沖擊發電機短路試驗的波形對比見圖1。

4 結束語

文章根據沖擊發電機對勵磁系統的特殊要求，采用了預強勵的技術，通過靈活地調整控制參數，可以保證沖擊發電機短路時產生的電流以及短路前后機端電壓恒定。本技術的應用對沖擊發電機的短路試驗具有參考意義。

參考文獻

[1]李重光.國外大容量沖擊發電機概況[J].高壓電器，1975（4）：55-64.

[2]王征慶.大容量試驗短路發電機[J].高壓電器，1988（3）：27-35.

[3]張萬兵，邵桂蘭，宋曉東，等.6500MVA沖擊發電機結構特點[J]. 電工電氣，2010（9）：31-33.

[4]張海峰，黃實，趙慶斌，等.短路發電機的強勵系統[J].高壓電器，2014（8）：32-35.

作者簡介：王勤（1984-），女，哈爾濱電機廠有限責任公司，工程師，從事發電機勵磁系統設計、銷售工作。

李顯彤（1974-），男，哈爾濱電機廠有限責任公司，高級工程師，從事沖擊發電機勵磁系統設計工作。

石雨濤（1972-），男，哈爾濱電機廠有限責任公司，高級工程師，從事沖擊發電機勵磁系統設計工作。