某電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析及改造方案

武海德

摘要：同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的自動(dòng)控制調(diào)整裝置，其功能是解決并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功功率合理分配問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)平衡系統(tǒng)的無(wú)功功率，進(jìn)而維持機(jī)端電壓為額定水平。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng);無(wú)功;恒功率因數(shù)閉環(huán)運(yùn)行

一、勵(lì)磁調(diào)節(jié)概述

某電廠2臺(tái)機(jī)組采用靜止自并激勵(lì)磁方式，每臺(tái)發(fā)電機(jī)各配置兩套南京勵(lì)磁系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的WKKL-2001型微機(jī)勵(lì)磁控制器。雙微機(jī)、雙自動(dòng)通道，異常時(shí)可無(wú)波動(dòng)切換，確保勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1、電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率

發(fā)、供電的質(zhì)量指標(biāo)主要表現(xiàn)為電壓和頻率。頻率是由電力系統(tǒng)發(fā)電有功功率和有功負(fù)荷消耗的總電量來(lái)決定的; 電壓則是靠電力系統(tǒng)中無(wú)功功率平衡來(lái)維持的。如果電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率嚴(yán)重短缺，則系統(tǒng)中的電壓水平過(guò)低，使某個(gè)系統(tǒng)的母線電壓運(yùn)行在臨界值以下時(shí)，母線電壓有一微小的下降就會(huì)發(fā)生負(fù)荷消耗的無(wú)功功率增量大于系統(tǒng)向該點(diǎn)提供的無(wú)功功率增量，使無(wú)功缺額進(jìn)一步增大，電壓進(jìn)一步下降，這種惡性循環(huán)將造成系統(tǒng)“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動(dòng)機(jī)自動(dòng)切除，某些發(fā)電機(jī)組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。

2、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的應(yīng)用

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)都帶有自動(dòng)控制調(diào)整裝置，但是一些老機(jī)組和小機(jī)組因種種原因?qū)⒆詣?dòng)控制系統(tǒng)退出運(yùn)行，改為手動(dòng)調(diào)整。手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁有很多缺點(diǎn)，如調(diào)整時(shí)間不能及時(shí)把握; 調(diào)整勵(lì)磁電流的大小無(wú)法控制等等。更重要的是如果調(diào)整不及時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行，或者在事故情況下造成系統(tǒng)“電壓崩潰”。調(diào)整勵(lì)磁就是調(diào)整勵(lì)磁電流。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)，就是解決并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組之間的無(wú)功功率合理分配問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)平衡系統(tǒng)的無(wú)功功率，進(jìn)而維持機(jī)端電壓為額定水平。隨著微機(jī)控制的發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷地更新，自動(dòng)化程度在不斷地提高，性能也在不斷地完善，這對(duì)我們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的一次設(shè)備問(wèn)題非常重要，并且能夠徹底解決發(fā)電機(jī)的無(wú)功擺動(dòng)問(wèn)題。

3、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)方式

1）恒機(jī)端電壓（自動(dòng)）運(yùn)行方式

該方式為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。在該種運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的旨要任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，—般是把機(jī)端電壓，作為反饋量，實(shí)現(xiàn)pid調(diào)節(jié);同時(shí)，為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定件，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器還可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制規(guī)律，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）附加控制、線性最優(yōu)勵(lì)磁控制（loec）非線性勵(lì)磁控制（nec）等。恒機(jī)端電壓（自功）運(yùn)行方式是數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要運(yùn)行方式。

2）恒勵(lì)磁電流（手動(dòng)）運(yùn)行方式

一般而言，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種運(yùn)行方式，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也不例外。在恒勵(lì)磁電流（手動(dòng)）運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采入信號(hào)，與給定值比較，經(jīng)比例（積分）控制規(guī)律的運(yùn)算后送出控制信號(hào)到移相觸發(fā)單元。由于自動(dòng)運(yùn)行方式的電壓整定范圍有限，在機(jī)組安裝、檢修或事故跳閘后進(jìn)行發(fā)電機(jī)升壓試驗(yàn)時(shí)，通常用手動(dòng)方式來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁從而調(diào)節(jié)機(jī)端電壓或發(fā)電機(jī)的無(wú)功，這樣調(diào)情較為平穩(wěn)，調(diào)整范圍可以很寬。

二、發(fā)電機(jī)供電電網(wǎng)現(xiàn)狀

1、電廠兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組投運(yùn)之初，并網(wǎng)于匯集站35kV母線。匯集站35kV母線僅接帶本站兩臺(tái)站用變與電廠兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，通過(guò)主變壓器升壓至110kV供電于電網(wǎng)，電網(wǎng)平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用自動(dòng)恒電壓調(diào)節(jié)方式完全可滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

1）無(wú)功功率平衡與電壓水平的關(guān)系

因此要控制系統(tǒng)在額定電壓下運(yùn)行，就要控制系統(tǒng)中的無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時(shí)所消耗的無(wú)功功率。如果這個(gè)“等式”關(guān)系不能滿足，則電力系統(tǒng)就會(huì)偏離額定電壓運(yùn)行。當(dāng)無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率偏離負(fù)荷在額定電壓下所需消耗的無(wú)功功率過(guò)多時(shí)，作為無(wú)功電源的發(fā)電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)功功率擺動(dòng)，電力系統(tǒng)電壓就會(huì)過(guò)多地偏離額定電壓。可見(jiàn)，維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍內(nèi)是靠控制系統(tǒng)無(wú)功電源的出力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2）無(wú)功功率與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的關(guān)系

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無(wú)功功率分配。無(wú)功功率是通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電壓的平衡。

2、根據(jù)電網(wǎng)需求調(diào)節(jié)，電廠兩臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)于四總降變35kV母線，四總降35kV母線接帶煉鋼3臺(tái)21000kVA精煉爐造成的后果如下：

（1）精煉爐因生產(chǎn)工藝特點(diǎn)為沖擊性負(fù)荷，在啟停時(shí)電網(wǎng)電壓大幅度波動(dòng);

（2）在精煉爐啟動(dòng)時(shí)類(lèi)似接三相短路負(fù)載，母線電壓有短時(shí)下降，反應(yīng)到發(fā)電機(jī)端電壓也下降（在并網(wǎng)條件下無(wú)功下降），為了維持恒電壓運(yùn)行此時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)增磁（在并網(wǎng)條件下無(wú)功增加），如此導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無(wú)功大幅波動(dòng)，嚴(yán)重情況下會(huì)產(chǎn)生欠勵(lì)或過(guò)伏赫動(dòng)作。

（3）無(wú)功功率瞬時(shí)波動(dòng)達(dá)36000kVar，但現(xiàn)場(chǎng)精煉爐配置的三臺(tái)靜態(tài)濾波補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無(wú)功在16500～18000kVar之間，不能能滿足無(wú)功正常調(diào)節(jié)。

三、某電廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1、在電網(wǎng)無(wú)功功率大幅波動(dòng)下，現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力無(wú)法滿足外網(wǎng)的擾動(dòng)，尤其在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)、跟蹤速度滿足不了無(wú)功功率負(fù)荷的變化。

2、目前采用的調(diào)節(jié)方式為：

（1）通過(guò)手動(dòng)增、減磁調(diào)節(jié)無(wú)功功率，最大限度抑制無(wú)功功率的波動(dòng);

（2）為防止發(fā)電機(jī)在無(wú)功功率大幅波動(dòng)下，人為調(diào)節(jié)跟不上變化而造成發(fā)電機(jī)跳閘解列，機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行。

四、勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)改造措施

1、在現(xiàn)有設(shè)備情況下變更運(yùn)行方式：投入恒無(wú)功運(yùn)行或恒功率因數(shù)運(yùn)行，該運(yùn)行方式為恒電壓運(yùn)行加功率因數(shù)補(bǔ)償;將裝置調(diào)差系數(shù)設(shè)置7-8%正調(diào)差，可以適當(dāng)改善無(wú)功大幅度波動(dòng)。

2、設(shè)備升級(jí)：更換控制單元CUP板。并網(wǎng)后運(yùn)行方式投入恒功率因數(shù)閉環(huán)運(yùn)行或恒無(wú)功閉環(huán)運(yùn)行，其特點(diǎn)是根據(jù)有功、無(wú)功比例設(shè)定調(diào)節(jié)，以電網(wǎng)穩(wěn)定為出發(fā)點(diǎn)，能有效解決外網(wǎng)電壓波動(dòng)大造成機(jī)組無(wú)功大幅波動(dòng)問(wèn)題。

五、結(jié)論

鑒于以上說(shuō)明及分析，2臺(tái)煤氣發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行改造是可行的，通過(guò)升級(jí)更換勵(lì)磁系統(tǒng)CPU主板，并采用恒功率因數(shù)的運(yùn)行方式，確保電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)能快速響應(yīng)電網(wǎng)波動(dòng)。