自并激励磁系统在300MW汽轮机组的应用分析

2014-03-16新疆职业大学机械电子工程学院梁海芳

电子世界 2014年9期

新疆职业大学机械电子工程学院梁海芳

1.引言

现代电力系统中300MW机组仍为电网的主力发电机组。发电机励磁方式的选择与系统稳定密切相关。现代同步发电机的励磁系统，可分为励磁机系统和自并励磁系统，在河南裕东火电厂2×300MW机组采用自并励磁系统。同步发电机装上自动励磁调节装置的好处是取消了直流励磁机，缩短了机组长度，减少了维护工作量；接线简单，改善系统工作条件，反应速度快，加快系统电压的恢复，有利于系统稳定。

2.自并激励磁系统概述及功能

同步发电机励磁有直流发电机供电、交流励磁机经整流供电、静止电源供电三种方式。由于静态励磁方式结构最简单、所需设备造价低廉、运行维护方便，经现场运行实践证明，已经远比励磁机励磁方式操作起来简单方便，故可广泛使用。

励磁功率取自发电机出口端，由接在发电机出口的励磁变压器供给，经过晶闸管整流装置向发电机提供励磁。励磁系统主要由三部分组成：励磁变压器，可控硅整流装置，自动电压调节器(英文简写AVR)。其原理如图1所示。

图1 原理图

AVR自动控制模式的基本功能是自动调节发电机机端电压和无功功率。它将实际测量和设定值之间的差值经PID运算后去控制晶闸管触发角。从而对发电机的端电压进行调节，并达到恒定的目的。自动控制模式具有以下功能，如：

(1)设定值。

(2)设定发电机端电压。

(3)可调无功电流补偿。

(4)该产数用于保证电网中发电机的稳定并联运行。

(5)可调有功电流补偿。

(6)该参数用于补偿主变到发电机之间电阻性电压降。

(7)软起励。

(8)在发电机建压时，平滑调节励磁，防止发电机电压超条。

(9)可调节PID控制器参数。

(10)可优化发电机动态性能。

(11)过励限制器，可避免在过励时的不必要停机，包括如下限制器：①带有稳态和强励限制的励磁电流限制器；②避免过磁通的V/HZ限制；③过励时的定子电流限制器。

(12)欠励限制器，可避免在欠励时的不必要停机，包括如下限制器：

①Q/P限制器；②最小励磁电流限制器；③容性定子电流限制器；④功率回路监视保护功能；⑤过电流保护直流过电压保护；⑥PT断线监视；⑦AVR电源供应；⑧发电机灭磁和起励

手动控制模式是在自动通道故障或维护时使用，通过励磁电流调节器控制磁场电流。程序比较设定点和实际值，偏差送PI控制器。为了保证在自动和手动之间平稳切换，AVR提供了跟踪控制功能。在双通道中，备用通道总是跟踪运行通道。同时每条手动均跟踪自动。

3.自并激励磁系统的优点

与其它励磁系统相比，自并激励磁系统具有很多优点：

(1)自并激励磁系统为静态励磁系统，没有同轴旋转部件，运行可靠性高。

(2)调节速度快，可获得很快的励磁响应速度，在外部短路故障切除后，可加快系统电压的恢复过程。因为没有交流主励磁机这一时滞环节，所以自并激励磁系统是一种高起始的快速响应励磁系统。

(3)自并励从机端吸取励磁能量，而机端电压故自并输出的励磁电压与机组转速一次方成比例，当机组甩负荷时，与同轴系统相比，机组的过电压要低些。自并励系统抑制电压超调能力比交流励磁机励磁系统优越。

(4)无励磁机，运行可靠且可缩短主机长度，同时可减轻运行时的噪音。在电力系统中，机组轴系扭振的事故较多，造成大轴损坏。从事故统计中发现，大轴损坏都发生在发电机与主励磁机之间。而自并激励磁方式没有同轴旋转的主励磁机和副励磁机，因而轴系长度缩短，轴承数量减少。

(5)自并励系统效率高，设备少，维护费少。

4.注意事项

(1)自并励发电机对继电保护的影响

图2

为分析自并励发电机对继电保护的影响，首先就要观察短路电流特别是三相短路电流的变化特点.为了说明问题，图2所示出自并励发电机三相短路电流的变化曲线，其中曲线1为自并励发电机机端三相短路时短路电流的变化曲线；其中曲线2为常规励磁方式下机端三相短路时短路电流的变化曲线.所谓常规励磁方式主要是指直流励磁机励磁方式。由图2可得到三相短路的变化特点如下。

自并励发电机的三相短路电流没有稳态分量，最后趋于零值(近端三相短路)，而常规励磁发电机的三相短路电流有稳态分量。

发电机近端三相短路时，在短路初始一段时间内，自并励发电机的短路电流衰减比常规励磁发电机慢，但在后一段时间内，因无稳态短路电流分量，自并励发电机的短路电流衰减比常规励磁发电机快些。

就自并励发电机来说，在升压变压器高压侧或离发电机再远处，三相短路故障时，自并励发电机短路电流衰减变慢。

根据自并励发电机近端三相短路电流变化特点，容易看出，对快速动作的保护装置来说(如差动保护)，是没有影响的，但对发电机的后备保护装置来说，因短路电流中无稳态分量，在后备保护动作前短路电流已衰减到动作值以下，使得后备保护不能可靠动作。为使后备保护可靠动作，比较通用的方法是采用过电流起动“记忆‘带时延的低电压保护。

当采用阻抗保护作发电机-变压器组的后备保护时，因整定时限短(如0.5s)，将不受短路电流衰减的影响。因此，为了能对采用自并励励磁调节的发变组进行更完整的保护，应增设阻抗保护。

(2)使用地点

在电网振荡中心的大型发电机不宜采用这种励磁方式，一旦电网发生振荡，机端电压变动太大，甚至有可能降到零，使自并励激磁系统不能正常工作，使大型发电机不能起到稳定电网的作用。

5.主要缺点

在发电机的近端发生三相短路故障且切除故障的时间较长时会失去强力功能，发电机的后备保护因需采取措施而显得复杂。对电力系统暂态稳定的亚影响不如其他励磁方式有利，因为电力系统发生三相短路故障时(在发电机近处)，机端电压要大幅降低。但也容易解决，只要在发电机出线上增加一套变流器，再为变流器配置一套整流器，就可以增加强力功能。或者切断故障，可立即恢复电压。