同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)可靠性探討與分析

摘要：保證發(fā)電機勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定是提高發(fā)電機組可靠性的重要保障。本文闡述了勵磁系統(tǒng)的作用，并從勵磁系統(tǒng)的操作以及維護保養(yǎng)方面提出了建議，通過提高勵磁系統(tǒng)的運行可靠性，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；勵磁系統(tǒng)；可靠性

發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)是為發(fā)電機提供可調(diào)節(jié)勵磁電流的裝置的全部組合。勵磁系統(tǒng)的作用主要是供給同步發(fā)電機勵磁繞組的直流電源，同步發(fā)電機的運行特性與它的空載電動勢值E的大小有關(guān)，而E值是發(fā)電機勵磁電流的函數(shù)，改變勵磁電流就可影響同步發(fā)電機在電力系統(tǒng)中的運行特性。因此，對同步發(fā)電機的勵磁的運行實行控制是保證發(fā)電機正常運行的重要內(nèi)容之一。

1 勵磁系統(tǒng)作用

1.1 電壓控制

電力系統(tǒng)在正常運行時，隨著負荷波動，需要對勵磁電流進行調(diào)節(jié)以維持機端或系統(tǒng)中某一點的電壓在給定的水平。勵磁控制系統(tǒng)完成了維持電壓水平的任務(wù)。發(fā)電機感應(yīng)電動勢Eq與端電壓UG的數(shù)值關(guān)系近似為

Eq≈UG+IqXd （1）

由式（1）可以看出同步發(fā)電機的外特性必然是下降的。當勵磁電流一定時，發(fā)電機端電壓隨無功負荷增大而下降。當無功電流增大，如果勵磁電流不增加，則端電壓降低，可能不能滿足運行的要求，必須將勵磁電流增大才能維持端電壓為額定值。無功電流減少時，端電壓上升，必須減小勵磁電流。勵磁自動控制系統(tǒng)就是通過不斷的調(diào)節(jié)勵磁電流來維持同步發(fā)電機的機端電壓為給定值。

1.2 無功功率分配

設(shè)同步發(fā)電機與無限大母線并聯(lián)運行，由于發(fā)電機發(fā)出的有功功率只受調(diào)速器的控制，與勵磁電流無關(guān)，所以發(fā)電機的有功功率是常數(shù)，即

PG=UGIGCosΦ=常數(shù) （2）

當不考慮定子電阻和凸極效應(yīng)，發(fā)電機功率可以表示為

（3）

以上兩式說明勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率和功角的大小。由此可見，與無限大母線并聯(lián)運行的機組，調(diào)節(jié)它的勵磁電流可以改變發(fā)電機無功功率的數(shù)值。在實際運行中，與發(fā)電機并聯(lián)運行的母線不是無限大母線，母線的電壓將隨著負荷波動而改變。改變電廠其中一臺發(fā)電機的勵磁電流不但影響發(fā)電機電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運行機組的無功功率。同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)還擔(dān)負著并聯(lián)運行機組間無功功率合理分配的任務(wù)。

1.3 提高發(fā)電機運行穩(wěn)定性

靜態(tài)穩(wěn)定極限為 ，靜態(tài)穩(wěn)定極限功率與發(fā)電機空載電動勢Eq成正比，而Eq值與勵磁電流有關(guān)，所以勵磁調(diào)節(jié)裝置可以有效提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的功率極限。而提高勵磁系統(tǒng)的強勵能力，是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性最經(jīng)濟、最有效的手段之一。在故障期間和故障切除后，勵磁系統(tǒng)的作用是促使Eq增加從而增加電功率的輸出，使Pm增加，既減小了加速面積，又同時增加了減速面積。

1.4 改善電力系統(tǒng)運行條件

當電力系統(tǒng)出現(xiàn)短時低電壓時，勵磁系統(tǒng)可以發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。改善異步電動機的自啟動條件、為發(fā)電機的異步運行創(chuàng)造條件和提高繼電保護裝置工作的正確性等。

2 提高勵磁系統(tǒng)可靠性措施

2.1 勵磁裝置性能

同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分構(gòu)成。勵磁功率單元向同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子提供直流電源，即勵磁電流；勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋控制系統(tǒng)。

勵磁調(diào)節(jié)器的最基本的功能是調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓，由于電力系統(tǒng)運行的需要及自動裝置元件與計算技術(shù)的進展，勵磁調(diào)節(jié)器也隨之發(fā)展，勵磁調(diào)節(jié)器的任務(wù)也從單一的調(diào)節(jié)電壓功能發(fā)展為目前的具有多種綜合控制功能。從裝置的物理結(jié)構(gòu)上可分成機電型、電磁型、半導(dǎo)體型與數(shù)字型。從裝置的調(diào)節(jié)原理劃分，有比例式、比例一積分一微分式、最優(yōu)調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)式調(diào)節(jié)器等。

計算機技術(shù)和自動控制理論的發(fā)展為研究新型勵磁調(diào)節(jié)器和勵磁系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。目前數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的主導(dǎo)產(chǎn)品是以微型計算機為核心構(gòu)成的。它具有以下優(yōu)點：

1）可靠性高。由于大規(guī)模數(shù)字集成電路制造質(zhì)量的提高和硬件技術(shù)的成熟，也由于可以用軟件對電源故障、硬件及軟件故障實行自動檢測，對一般軟件故障的自動恢復(fù)，使微機勵磁調(diào)節(jié)器具有很高的可靠性。

2）性能好。微機勵磁不僅可以實現(xiàn)模擬式勵磁的全部功能，而且實現(xiàn)了許多模擬式勵磁調(diào)節(jié)器難以實現(xiàn)的功能，如各種勵磁電流限制及保護功能等。微機勵磁調(diào)節(jié)器可以很方便的在機組運行過程中根據(jù)機組和電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時地在線修改勵磁控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以提高勵磁控制系統(tǒng)的性能。

3）維護方便。微機勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展方向式使硬件盡量簡化，而調(diào)節(jié)功能盡量由軟件實現(xiàn)。如電壓給定、控制參數(shù)整定等用數(shù)字式代替了模擬式勵磁調(diào)節(jié)器中的電位器，使維護量大大減少。

2.2 勵磁系統(tǒng)的操作

2.2.1 做好勵磁裝置的驗收工作

勵磁裝置調(diào)試完畢，嚴格自檢，專業(yè)驗收，然后提交驗收單，組織檢修、運行、設(shè)備部三個部門一起對勵磁裝置的各項試驗進行檢查驗收。進行各種試驗合格并確認拆動的接線、元件、標志、壓板均恢復(fù)正常，現(xiàn)場衛(wèi)生清潔合格之后，在驗收單上進行簽字。驗收調(diào)試這個環(huán)節(jié)非常重要，調(diào)試的同時可以了解勵磁裝置的性能、特點，收集第一手資料，對設(shè)備也是一個熟悉學(xué)習(xí)的過程，這對操作、維護設(shè)備、試驗都有重要意義。

2.2.2 加強對勵磁裝置的巡檢

巡視檢查設(shè)備是及時發(fā)現(xiàn)隱患，避免事故的重要途徑。勵磁裝置檢查的主要內(nèi)容有：開關(guān)位置正常，各種表計指示正確，指示燈、運行監(jiān)視燈指示正常，各回路接線正常，無松脫、發(fā)熱現(xiàn)象及焦味存在，熔斷器接觸良好，繼電器接點完好，帶電觸點無大的抖動及燒損，線圈及附加電阻無過熱情況，檢查液晶屏上是否有報警或故障信息。如發(fā)現(xiàn)有任何異常情況，要及時通知繼電保護人員處理。

2.2.3 準確進行勵磁裝置的運行操作

運行人員要熟悉現(xiàn)場的回路、繼電器、信號。在操作過程中，要嚴格執(zhí)行“兩票”制度，按照運行規(guī)程進行操作，每次的投入、退出、切換，均須征得值長同意。避免運行操作出差錯。當有報警或異常情況發(fā)生時，除加強監(jiān)視外，應(yīng)及時通知繼電保護人員處理。

2.3 勵磁系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

2.3.1 了解原理，加強巡檢

檢修人員要了解勵磁裝置的原理，反復(fù)熟悉二次圖紙，對現(xiàn)場的回路、表計、各種故障信號深入了解。平時要加強巡檢，對于勵磁裝置的運行狀況，要做到心中有數(shù)。

2.3.2 異常情況的處理

當勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，需要進行處理時，要膽大心細，根據(jù)裝置運行的狀態(tài)及異常信號進行綜合判斷，而后進行處理。出現(xiàn)的任何故障須妥善消除，所有設(shè)置均需檢查并試驗。對于所發(fā)生的異常情況，要及時組織現(xiàn)場檢查和分析處理，找出原因并做好記錄，對異常情況的發(fā)生過程、處理經(jīng)過以及經(jīng)驗教訓(xùn)都要進行分析，提出相應(yīng)的防范措施，避免重復(fù)性事件的發(fā)生。

2.3.3 檢查保養(yǎng)

勵磁裝置投運后，需對勵磁裝置進行定期的檢查保養(yǎng)。根據(jù)不同的設(shè)備要求，需要按電廠運行規(guī)程或根據(jù)廠家推薦的設(shè)備維護要求進行定期檢查保養(yǎng)。

2.3.4 環(huán)境因素

勵磁裝置對環(huán)境溫度也有一定要求，環(huán)境溫度不能超過設(shè)備要求溫度過高。特別對于半導(dǎo)體及數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)器，其元器件對溫度的要求較高，必要的情況下，需增加專用空調(diào)進行降溫，以保證裝置能夠正常運行。

3 結(jié) 論

勵磁系統(tǒng)的運行可靠性對改善電力系統(tǒng)運行與穩(wěn)定性有著重要的意義。通過提高勵磁裝置本身的技術(shù)水平、人員操作水平以及對勵磁系統(tǒng)的維護保養(yǎng)，可以很大程度上提高勵磁系統(tǒng)的運行可靠性，從而保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

作者簡介：

孫廣義，（1974— ），男，助理工程師，從事發(fā)電廠電氣運行工作。endprint