自并勵(lì)勵(lì)磁在大型發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

[摘要]簡(jiǎn)述自并勵(lì)勵(lì)磁方式與傳統(tǒng)的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式相比所具有的優(yōu)點(diǎn),指出自并勵(lì)勵(lì)磁在大型發(fā)電機(jī)組中具有理想的應(yīng)用價(jià)值和前景,并對(duì)自并勵(lì)勵(lì)磁在應(yīng)用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題作簡(jiǎn)單的分析。

[關(guān)鍵詞]自并勵(lì) 勵(lì)磁系統(tǒng) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):TM3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0810028-01

一、前言

自并勵(lì)勵(lì)磁屬靜止勵(lì)磁方式,勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端,經(jīng)靜止的勵(lì)磁變壓器及靜止的可控整流裝置供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁,整個(gè)勵(lì)磁裝置沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,因而可靠性較高。采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式比傳統(tǒng)的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)方式(三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng))大大縮短汽輪發(fā)電機(jī)的軸系長(zhǎng)度,減小了軸系座,因而提高了軸系穩(wěn)定性。這種勵(lì)磁方式的勵(lì)磁電壓響應(yīng)快速,調(diào)壓性能好。

大型汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在國(guó)外已成為發(fā)展趨勢(shì),在國(guó)內(nèi)大型水輪發(fā)電機(jī)上自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)也已成為主要?jiǎng)?lì)磁方式,在100～600MW級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)上也已積累了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在新建或改造的汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大部分都將采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式。為了使自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在大型發(fā)電機(jī)組中能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到預(yù)期的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。本文就自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用中注意的幾個(gè)問(wèn)題提出一些意見(jiàn)和看法,以供各位同行參考。

二、自并勵(lì)勵(lì)磁方式的特點(diǎn)

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、整流裝置、發(fā)電機(jī)滅磁及過(guò)電壓保護(hù)裝置、起勵(lì)設(shè)備及勵(lì)磁操作設(shè)備等部分組成,其原理圖如圖1所示。自并勵(lì)勵(lì)磁方式與交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式相比,具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。

(一)勵(lì)磁運(yùn)行可靠性高。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵(lì)磁,設(shè)備及接線(xiàn)簡(jiǎn)單,與交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比,沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件,減少了勵(lì)磁系統(tǒng)故障,提高了運(yùn)行可靠性。國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)迫停機(jī)率僅為交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的1/3,平均修復(fù)時(shí)間僅為交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的1/4。而且自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用冗余結(jié)構(gòu),故障元件可在線(xiàn)進(jìn)行更換,有效地減少停機(jī)率。該勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行、維護(hù)的要求相對(duì)較低。

(二)改善發(fā)電機(jī)軸系穩(wěn)定性。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)與三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比,取消了主、副勵(lì)磁機(jī)。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)可縮短汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系長(zhǎng)度,減小了軸系座數(shù)量。300MW及以上容量的大型汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系長(zhǎng)度可減小大約3m,這樣可提高軸系的穩(wěn)定性,改善軸系振動(dòng),從而提高發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行水平。

(三)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)水平。近年來(lái)由于繼電保護(hù)的發(fā)展和完善,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)速度快,可提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平。在小干擾穩(wěn)定方面,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)后,小干擾穩(wěn)定水平(即靜態(tài)穩(wěn)定極限)比交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有明顯提高。在大干擾穩(wěn)定方面,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平與交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相近或略有提高。

(四)經(jīng)濟(jì)性好,可降低投資。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)由于設(shè)備簡(jiǎn)單,降低了造價(jià);又由于縮短汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系長(zhǎng)度,減少了廠(chǎng)房和基礎(chǔ)造價(jià),減少機(jī)組投資;加上調(diào)整容易,維護(hù)簡(jiǎn)單,故障后修復(fù)時(shí)間較短,可提高發(fā)電效益。

三、自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

為了充分發(fā)揮大型發(fā)電機(jī)組自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),真正提高發(fā)電機(jī)組、電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平,自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在應(yīng)用中需要注意以下幾方面的問(wèn)題。

(一)勵(lì)磁變壓器的保護(hù)配置。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中,勵(lì)磁變壓器是勵(lì)磁功率單元的主要組成部分,勵(lì)磁變壓器故障即導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁,自并勵(lì)勵(lì)磁方式發(fā)電機(jī)組在勵(lì)磁變壓器跳閘時(shí)會(huì)聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。為了保證勵(lì)磁變壓器的正常運(yùn)行,即保證勵(lì)磁功率單元的交流電源部分,需要考慮勵(lì)磁變壓器的過(guò)載能力,正確選擇勵(lì)磁變壓器的保護(hù)配置,勵(lì)磁變壓器一般配置反時(shí)限或定時(shí)限過(guò)電流保護(hù),另外,為了防止勵(lì)磁變壓器過(guò)熱,起勵(lì)后自動(dòng)投入勵(lì)磁變壓器冷卻風(fēng)扇運(yùn)行。

(二)發(fā)電機(jī)起勵(lì)方式的選擇。在發(fā)電機(jī)未建立起電壓之前,因勵(lì)磁變壓器不能提供勵(lì)磁電源,所以在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中必須加裝一個(gè)起勵(lì)電源才可升壓。先利用起勵(lì)電源對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁,起勵(lì)后待發(fā)電機(jī)建立起電壓后,通過(guò)切換裝置自動(dòng)退出起勵(lì)回路,勵(lì)磁電源轉(zhuǎn)由勵(lì)磁變壓器供。發(fā)電機(jī)起勵(lì)方式通常有以下三種:1.零起升壓方式:機(jī)組可在額定電壓的5%至130%零起升壓(其范圍可自由設(shè)定);2.定值起勵(lì)方式:在給出升壓指令后,發(fā)電機(jī)電壓直接升至額定;3.軟起勵(lì)方式:發(fā)電機(jī)自動(dòng)升壓至額定值,升壓時(shí)間可任意設(shè)定。檢修后的發(fā)電機(jī)升壓通常采用零起升壓方式,此方式升壓過(guò)程平滑、穩(wěn)定,在發(fā)電機(jī)絕緣水平低的情況下可防止電壓超調(diào)擊穿發(fā)電機(jī)絕緣;絕緣良好的備用機(jī)組需要急啟動(dòng)可采用定值起勵(lì)方式,減少升壓時(shí)間,加快機(jī)組并網(wǎng)速度。而有時(shí)采用軟起勵(lì)方式更加靈活可靠,經(jīng)過(guò)不同的時(shí)間設(shè)置可實(shí)現(xiàn)前兩種方式的功能。至于采用哪一種方式起勵(lì)更加合適,可據(jù)機(jī)組實(shí)際情況選用。

(三)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的選擇。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器有模擬式和數(shù)字式兩種,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,勵(lì)磁控制已向數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與老式的模擬式調(diào)節(jié)器相比,在功能、可靠性等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。近幾年來(lái),數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰、設(shè)備通用性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、軟件靈活、能夠方便實(shí)現(xiàn)多種功能和滿(mǎn)足各種控制規(guī)律的要求等優(yōu)點(diǎn),在許多電廠(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用,并已取得很好的效果和豐富的經(jīng)驗(yàn)。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的選型,可考考慮采用雙微機(jī)雙自動(dòng)通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,通道間互為備用,故障后自動(dòng)切換,切換無(wú)擾動(dòng)。兩自動(dòng)通道間自動(dòng)跟蹤一套,故障時(shí)能自動(dòng)濾除錯(cuò)誤信息,進(jìn)入容錯(cuò)控制,保證切換無(wú)擾動(dòng)。應(yīng)具有自動(dòng)到自動(dòng)切換、自動(dòng)到手動(dòng)、手動(dòng)到自動(dòng)之間切換功能。而勵(lì)磁控制規(guī)律方面應(yīng)考慮從單變量向多變量、線(xiàn)性向非線(xiàn)性發(fā)展,使得勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠在改善機(jī)組、電網(wǎng)穩(wěn)定性方面起到更大的作用。

(四)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)與繼電保護(hù)的配合。對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),長(zhǎng)期以來(lái)人們關(guān)心的主要問(wèn)題是,在發(fā)電機(jī)近端發(fā)生三相短路,而切除時(shí)間又較長(zhǎng)的情況下,不能及時(shí)提供足夠的強(qiáng)行勵(lì)磁;,接于地方網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī),由于短路電流的衰減迅速,繼電保護(hù)的配合較為復(fù)雜。因此我們對(duì)繼電保護(hù)的快速性、準(zhǔn)確性、靈敏性、可靠性等方面要求也比較高,采用技術(shù)先進(jìn)的微機(jī)保護(hù),可解決許多傳統(tǒng)保護(hù)所難以解決的問(wèn)題,確保并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在與繼電保護(hù)的配合方面不影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。保證近端短路故障快速切除,因?yàn)槎搪窌r(shí)間越短,短路后發(fā)電機(jī)

端電壓恢復(fù)得越快。同時(shí)自并勵(lì)系統(tǒng)應(yīng)配置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS),以提高系統(tǒng)的靜穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定水平。

四、結(jié)束語(yǔ)

自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越的原因,已成為大型發(fā)電機(jī)組的主要?jiǎng)?lì)磁方式之一。對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)在大型發(fā)電機(jī)組的引進(jìn)、配套和使用,應(yīng)盡可能地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn),以達(dá)到預(yù)期的提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的,有關(guān)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行、檢修人員應(yīng)盡快熟悉、掌握勵(lì)磁系統(tǒng)的技術(shù),提高機(jī)組和電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn):

[1]《電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置》,水利電力出版社.

作者簡(jiǎn)介:

吳國(guó)建(1974-),男,廣東茂名人,助理工程師,現(xiàn)從事發(fā)電廠(chǎng)電氣運(yùn)行工作。