耿振華

(河北大唐國際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司,河北唐山 063611)

對于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制試驗和防事故措施的研究

耿振華

(河北大唐國際王灘發(fā)電有限責(zé)任公司,河北唐山 063611)

勵磁系統(tǒng)對于發(fā)電機的正常工作、保護至關(guān)重要,本文通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的組成以及功能和低勵限制的功能特點進行總結(jié)分析和進行相關(guān)的低勵限制試驗對保證發(fā)電機的正常工作提出了一些防事故措施,保證發(fā)電機系統(tǒng)能夠安全可靠的工作。

發(fā)電機 勵磁系統(tǒng) 低勵限制

1 引言

勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機組成結(jié)構(gòu)中是必不可少的一部分,對整個發(fā)電機系統(tǒng)的正常運行有著重要的作用,我國的有關(guān)部門也出臺了許多關(guān)于勵磁系統(tǒng)要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在采用勵磁系統(tǒng)之前,發(fā)電廠都會根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行一些列的試驗來保證其可以正常運行。

低勵限制是勵磁系統(tǒng)的主要功能之一,該功能主要用來測定發(fā)電機的無功和有功狀態(tài)下負(fù)載的具體情況。通過不同的負(fù)載大小為勵磁電流的極值給出一個范圍,以確保發(fā)電機的負(fù)載情況在穩(wěn)定的區(qū)間工作。使發(fā)電機穩(wěn)定工作也可以保證系統(tǒng)正常運行。通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制進行試驗研究提出一些防止事故發(fā)生的措施。

2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

2.1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的組成與主要功能

勵磁系統(tǒng)主要由勵磁調(diào)節(jié)器和勵磁功率單元兩個重要部分構(gòu)成。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。其主要功能有：隨著發(fā)電機負(fù)載的改變而調(diào)控電流的大小,維持電壓穩(wěn)定;調(diào)控發(fā)電機組內(nèi)不同發(fā)電機的功率大小;保證發(fā)電機工作的靜態(tài)穩(wěn)定;確保發(fā)電機工作時暫態(tài)穩(wěn)定;當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)問題時,及時解決降低損失;根據(jù)運行條件對勵磁限制的值進行調(diào)節(jié)。

2.2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的主要勵磁方式

對于直流發(fā)電機而言,采用的是直流的勵磁機,發(fā)電機的主軸與勵磁機共軸,位于發(fā)電機內(nèi)部的勵磁繞組經(jīng)過安裝在軸上的固定的電刷和滑環(huán)而從勵磁機得到直流電流;這種勵磁方式的優(yōu)點是勵磁電流可以獨立獲得、可靠度高、耗電量低,缺點是調(diào)節(jié)速度比較慢、維護困難。

對于大容量的發(fā)電機而言,主要采用的是交流勵磁機。同樣安裝在發(fā)電機大軸之上的交流勵磁機的輸出電流在整流之后傳遞給轉(zhuǎn)子勵磁。該發(fā)電機的勵磁繞組與三相交流繞組固定在定子內(nèi)部,轉(zhuǎn)子上沒有繞組,因此也沒有滑環(huán)和電刷等一些接觸零件。優(yōu)點是可靠度高、工藝構(gòu)造簡單;缺點是噪音大,交流電流的諧波分量過大。

有些發(fā)電機內(nèi)部沒有勵磁機,這種發(fā)電機自身提供勵磁電源,再整流之后提供給發(fā)電機產(chǎn)生勵磁,這種勵磁方式稱為靜止勵磁。優(yōu)點是構(gòu)造簡單、使用設(shè)備少、工作量投資等較少。

2.3 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的發(fā)展

最近幾年內(nèi),隨著科技工藝的發(fā)展以及新型元器件的開發(fā)和使用,發(fā)電機的勵磁條件也獲得了巨大的進步。尤其是自動調(diào)節(jié)勵磁裝置,經(jīng)過不斷的開發(fā)研究,在工作效率和安全性方面都得到了發(fā)展。鑒于使用計算機通過軟件可以達到的自動調(diào)控勵磁裝置擁有明顯的優(yōu)勢,世界上的先進國家都投入大量資金在改進發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)之上,而且得到了巨大的成功。

3 低勵限制試驗的目的和內(nèi)容

3.1 低勵限制的功能特點

發(fā)電機在正常工作的過程中可能出現(xiàn)勵磁水平較低的現(xiàn)象：(1)當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處在低谷期時,由于正常的無功補償設(shè)備使用較少導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高,這種情況通常采用發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)壓。(2)系統(tǒng)的故障電壓過高,發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)將自動運行以降低勵磁水平。(3)勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)導(dǎo)致勵磁水平下降。

當(dāng)發(fā)電機組的勵磁水平過低時將會觸發(fā)低勵限制器對其進行控制,提高勵磁使得發(fā)電機組在正常范圍內(nèi)工作,保證系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)不同的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)接入方式可以將低勵限制器分為兩種：疊加式和選擇門式。

將勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓信號和低勵限制器的輸出信號疊加起來作用的方式就是疊加式。發(fā)電機組消耗的無功功率低于低勵限制的最大值時,低勵限制器不工作,除此之外,低勵限制器將使得勵磁作用曾強。該方法的優(yōu)點是使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高,缺點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要綜合考慮運用。

將勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓信號和低勵限制器的輸出信號經(jīng)過選擇門(高低電平選通)之后二選一,這就是選擇門式調(diào)節(jié)。在機組消耗的無功功率大于低勵限制線的最大值時,輸出信號通過,調(diào)壓信號切斷,通過增大勵磁來使無功輸出變大。這種方式的優(yōu)點是邏輯簡單便于控制實施,缺點是可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.2 低勵限制試驗的目的和內(nèi)容

對發(fā)電機進行低勵限制試驗的主要目的是通過檢測其相關(guān)的參數(shù)來確保其低勵限制功能的正常。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),由發(fā)電機端部的發(fā)熱條件和不同功率下的靜穩(wěn)定極限所確定的動作曲線是低勵限制試驗的重要參數(shù);在根據(jù)系統(tǒng)靜穩(wěn)態(tài)水平進行曲線確定的過程中,選用系統(tǒng)最小的等值阻抗,發(fā)電機額外的電壓調(diào)節(jié)裝置的作用不計算在內(nèi),以靜態(tài)極限的10%作為儲備系數(shù),從而得出勵磁系統(tǒng)的動作曲線。

在具體的應(yīng)用中,一般采用下邊的公式來確定低勵限制的動作曲線。

動作曲線需要和失磁保護同時使用。根據(jù)有關(guān)低勵保護的一些技術(shù)規(guī)定,當(dāng)勵磁電流比較小或者失磁的情況發(fā)生時,應(yīng)及時采用低勵限制措施,假如運行通道不能到達限制目的應(yīng)該立即選用備用的通道;在備用通道也失效的情況下通過失磁保護措施判斷之后采取關(guān)機操作。考慮到此種情況,技術(shù)規(guī)定中給出了明確的要求—在上述整個過程中低勵限制的執(zhí)行需要有適當(dāng)?shù)难訒r時間,改時間不超過0.1S小于0.3S。

4 低勵限制實現(xiàn)的外部硬件條件

勵磁調(diào)節(jié)裝置之所以能夠進行低勵限制需要勵磁系統(tǒng)輸入發(fā)電機的電流電壓和轉(zhuǎn)子的電流電壓等外在的模擬量。調(diào)節(jié)裝置依據(jù)不同大小的模擬量對勵磁設(shè)備的運行情況進行控制。

勵磁調(diào)節(jié)裝置通過采集到的定子電流和機端電壓的數(shù)值計算出發(fā)電機的瞬時無功和有功功率分別為Q和P,同時比較計算所得的值和低勵限制值。當(dāng)P和Q的值在所示曲線的上方時,不干預(yù)勵磁系統(tǒng)的正常工作,反之則干擾它的工作。

5 發(fā)電機的事故及其保護措施

發(fā)電機組朝著大容量的方向不斷發(fā)展,同時因為比較復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用等問題,導(dǎo)致發(fā)動機故障發(fā)生率升高。因此,需要對發(fā)電機的保護能力進行改善和提高,建立完善的保護措施,確保電力系統(tǒng)可以長時間無事故的安全運行。

5.1 發(fā)電機中可能出現(xiàn)的事故

發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)工作的,因此生產(chǎn)出來的發(fā)電機都沒有較強的過載能力,異常狀況將會對發(fā)電機造成嚴(yán)重?fù)p害。

發(fā)電機可能出現(xiàn)的故障：過電壓;過勵磁;頻率異常;發(fā)電機失磁;系統(tǒng)與發(fā)電機不同步等。

5.2 對發(fā)電機故障的保護措施

為了使發(fā)電機出現(xiàn)故障時造成的危害降低到最小值,所有的發(fā)電機都配備有專門的保護裝置,在保證發(fā)電機原有功能的前提下使機組的安全得到保證。

當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)過電壓的情況時,采取過電壓保護。當(dāng)發(fā)電機在滿載負(fù)荷的條件下把負(fù)荷全部去掉之后,因為自動勵磁裝置和調(diào)速裝置自身的慣性原因,使得發(fā)電機兩端的電壓在很短的時間段內(nèi)迅速提升,這個過程會保持?jǐn)?shù)秒鐘。如果調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者停止運行,那么可能會長時間過電壓。

當(dāng)出現(xiàn)過勵磁情況時,發(fā)電機采用過勵磁保護。過勵磁會造成發(fā)電機的電壓上升和頻率下降,繼而使的鐵心因磁通密度大幅度上升而絕緣老化和過熱。發(fā)電機過勵磁按需要動作于全停,或動作于建立此并發(fā)信號。當(dāng)發(fā)電機失磁時,采取失磁保護措施。對于使用半導(dǎo)體制造的發(fā)電機的勵磁系統(tǒng),應(yīng)該增加可以直接讀取發(fā)電機失磁發(fā)生后的相關(guān)參數(shù)的失磁保護措施。對于大功率的直流勵磁的發(fā)電機,也需要應(yīng)用專門的保護措施。發(fā)電機發(fā)生失磁之后應(yīng)該直接停止其工作,失磁保護使得跳閘,對于允許失磁發(fā)生的發(fā)電機而言,失磁保護觸發(fā)信號。

發(fā)電機的定子匝間出現(xiàn)短路時,應(yīng)該迅速的斷開發(fā)電機與變壓器之間的側(cè)斷路器,同時斷開變壓器的各個斷路器和滅磁開關(guān),汽輪機的氣門關(guān)閉,觸發(fā)失靈保護。當(dāng)系統(tǒng)與發(fā)電機不同步時,觸發(fā)失步保護措施,檢查是減速失步還是加速失步,并對機組穩(wěn)定震蕩失步和短路故障失步進行分析。失步保護措施可以直接觸發(fā)信號,也可以直接使系統(tǒng)跳閘。

6 結(jié)語

本文介紹了發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成和作用,分析其主要的功能和不同的作用方式分類。對發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行低勵限制的功能特點進行總結(jié)分析并進行相關(guān)的試驗,然后通過對試驗的結(jié)論進行分析,提出當(dāng)發(fā)電機在運行的過程之中后可能出現(xiàn)的一些事故隱患,同時對相應(yīng)問題分析,對發(fā)電機防事故的措施進行總結(jié),具有一定的工程應(yīng)用意義。

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