淺議勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗方法

龍 巖

（中國能源建設集團湖南省火電建設公司，湖南 株洲412000）

0 引 言

1 電量分析儀接法與常規(guī)動態(tài)試驗項目簡介

電量分析儀是勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗必備的電量采樣和分析設備，其接入位置如圖1所示。

圖1 電量分析儀接法

從圖1可以看出，電量分析儀可以設置到勵磁小室內，分別接入機端電壓、機端電流、勵磁電壓和勵磁電流這些模擬量和勵磁開關位置的開關量，這里值得注意的是：

（1）在試驗前一定要對設備的各個模擬量和開關量通道進行測試，提前確認設備正常；

（2）提前設置電量分析儀中的參數，設置各模擬量變比以及錄波方式，將前期準備工作做好，以確保試驗有條不紊的進行。

勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗的常規(guī)試驗項目主要有：短路試驗、空載試驗、起勵試驗、空載調壓范圍試驗、空載階躍響應試驗、PT斷線試驗、滅磁試驗、逆變滅磁試驗、通道切換試驗、手自動切換試驗和遠方操作控制試驗。其中短路試驗和空載試驗均在發(fā)電機他勵方式運行時進行，其他各項試驗在發(fā)電機以自并勵方式運行時進行。

2 勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗

2.1 短路試驗

短路試驗是開機并網前電氣試驗的第一項，根據短路點的設置位置分為發(fā)電機短路試驗、發(fā)變組短路試驗和高廠變短路試驗。試驗目的是為了檢查發(fā)電機短路特性和發(fā)變組各保護、測量和計量電流的極性和幅值，以及升壓站中保護裝置采集到的相關電流的極性和幅值。

本文以發(fā)變組短路試驗進行重點講解。在發(fā)變組短路試驗開始前退出發(fā)變組及升壓站相應電流保護出口壓板，然后進行勵磁裝置參數的設定，將勵磁方式設定為他勵，勵磁調節(jié)器范圍設定為0～75%，勵磁速率設定為100 s。試驗緊急開關，確保緊急開關可以跳開滅磁開關。進行升流試驗，調節(jié)勵磁調節(jié)器從0起緩慢升流至Ie（Ie為發(fā)電機額定電流），再從Ie降至0，每隔20%Ie作為一個記錄點進行記錄，當機端電流第一次升至20%Ie時，首先檢查勵磁裝置各整流柜是否正常，各硬件部分是否正常、勵磁裝置監(jiān)視的勵磁電壓、勵磁電流、發(fā)電機機端電流、發(fā)電機機端電壓（機端電壓很小，升至發(fā)電機額定電流時，機端電壓不大于2 000 V）、有功功率、無功功率是否正確，然后檢查發(fā)變組保護中發(fā)電機差動保護、主變差動保護、升壓站中相關斷路器保護、母差保護等保護的電流極性和幅值是否正確，最后檢查發(fā)變組測量及計量電流極性和幅值是否正確。各項檢查均無誤后，再進行升流。在升流至各記錄點時，分別在各個裝置上記錄所采到的電流值。

高職教育項目式教學，在項目內容和職業(yè)技術課程體系整合中，要堅持以國家勞動和社會保障部或其他部門制定的并得到社會普遍承認的職業(yè)資格標準為主要依據，對于“國家職業(yè)標準”中各等級工種“應知、應會”的職業(yè)技能，必須充分體現在項目式教學內容中[6]。

在短路試驗中，當電流升至發(fā)電機額定電流時，應及時查看發(fā)電機定子線圈各溫度采樣點的溫度，最大溫差應在5℃之內，如果超過5℃，應重點懷疑定冷水流量是否正常，并查看最高溫度點的定冷水流量報告。

2.2 空載試驗

空載試驗是發(fā)電機他勵方式運行時進行的升壓試驗。目的是為了檢查發(fā)電機空載特性以及各裝置的電壓采樣。試驗前，首先應檢查發(fā)變組繼電保護裝置投入全部保護以及出口壓板；其次退出強勵、減勵及自動電壓跟蹤調整裝置，最后通知熱工人員解開發(fā)電機并網信號，使其可以跳開緊急滅磁開關。試驗準備工作完成后，先將機端線電壓升至2 000 V（如果額定機端電壓為20 000 V的話，升至2 000 V二次線電壓正好是10 V，便于測量），檢查各保護裝置電壓采樣的相序、角度和幅值，檢查測量和計量裝置的電壓采樣相序、角度和幅值，檢查至勵磁調節(jié)裝置的電壓相序、角度和幅值。然后按照20%Ue（Ue為發(fā)電機額定電壓）的幅度進行升壓，升至Ue時，再重點檢查發(fā)電機定子接地保護、發(fā)電機過壓保護、發(fā)電機復壓過流保護、發(fā)電機失磁保護、發(fā)電機失步保護等設計到電壓的保護中的電壓采樣是否正確，檢查大屏幕上的電壓顯示是否正確，檢查高廠變低壓側電壓是否正確，檢查主變高壓側電壓是否正確。確認各部分檢查均無異常后，繼續(xù)升至105%Ue，在此電壓下停留5 min，進行發(fā)電機匝間絕緣考核，最后緩慢降壓至0。錄制勵磁電流Ifd和機端電壓U的曲線圖。值得注意的是發(fā)電機或發(fā)變組的空載試驗也是發(fā)電機他勵運行的時候做的，勵磁變高壓側電源仍然是臨時電源，原因是自并勵方式勵磁的原理是恒機端電壓調節(jié)原理。采用自并勵方式的前提是保證接入勵磁調節(jié)裝置的機端電壓采樣必須正確，所以空載試驗也采用他勵方式進行。

2.3 起勵試驗

起勵試驗的目的是為了檢查雙通道勵磁系統(tǒng)起勵是否正常，建壓波形是否穩(wěn)定平滑。

起勵試驗前應將勵磁調節(jié)器參數改為自并勵方式，電壓限值改為95%Ue。試驗時需要錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形圖。根據波形圖分析并判斷，機端電壓在起勵建壓過程中平緩光滑。同樣錄取II通道起勵波形，要求機端電壓在起勵建壓過程中平穩(wěn)光滑。

2.4 滅磁試驗

滅磁試驗分為兩項，一是直接跳滅磁開關試驗，二是逆變滅磁試驗。

（1）直接跳滅磁開關試驗方法 先起勵建壓至95%Ue，然后用緊急按鈕直接跳開滅磁開關，錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，完成直接跳滅磁開關試驗。

（2）逆變滅磁試驗方法 先起勵建壓至95%Ue，進行逆變滅磁，至機端電壓為0，錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，完成逆變滅磁試驗。并錄取跳滅磁開關試驗波形圖和逆變滅磁試驗波形圖。

通過兩個波形圖的對比和分析，我們發(fā)現當采用直跳滅磁開關滅磁時，勵磁電壓從143 V瞬間拉低至－170 V，而勵磁電流從864 A瞬間拉低至0，而機端電壓則是緩慢降低至0，機端電壓波形平緩光滑。考驗了采用直跳滅磁開關滅磁的效果，但由于勵磁電壓和勵磁電流的急速下降，這種滅磁方式對滅磁開關是有微小損害的。而從逆變滅磁的曲線上看，機端電壓的下降效果和直跳滅磁開關是基本一致的，而勵磁電流和勵磁電壓的下降也是緩慢的，基本沒有對勵磁開關造成損害。現在停機解列的方式一般采用先關閉主汽門，通過發(fā)變組保護的程序逆功率保護直跳滅磁開關進行滅磁解列，之所以不采用逆變滅磁來解列滅磁，是以保護汽輪機為出發(fā)點。

2.5 PT斷線試驗

機端二次電壓斷線試驗，其主要目的在于考核當I（或者II）通道PT斷線時，會自動切換到II（或者I）通道，當II（或者I）通道PT也斷線時，調節(jié)器能自動穩(wěn)定住當前電壓，電壓波形抖動峰值小，時間短。

試驗模擬PT斷線時，特別注意只需要斷開至勵磁調節(jié)器的電壓回路，以免造成其他保護誤動作。

PT斷線試驗方法是，選擇I通道起勵建壓至95%Ue，然后斷開I通道機端電壓采樣中的任意一相，此時勵磁系統(tǒng)會判斷為I通道PT斷線，并同時切換到II通道，然后再斷開II通道機電電壓采樣中的任一一相，此時勵磁系統(tǒng)會判斷為II通道PT斷線，并切換至自動調節(jié)方式。此過程錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形圖。可分析出，當PT斷線發(fā)生時，機端電壓雖然有波動，但波動非常小，機端電壓一次最大有效值壓差為660 V，波動時間僅為408.75 ms，不會引起其他保護誤動，滿足要求。

2.6 切換試驗

切換試驗有兩個內容，一是手自動的切換試驗；二是通道切換試驗。這兩個試驗的要求都是一致的，機段電壓、勵磁電壓和勵磁電流都不允許有明顯的抖動，曲線應保持平穩(wěn)。

具體試驗方法：先起勵建壓至95%Ue，進行手動勵磁調節(jié)和自動勵磁調節(jié)的切換，將整個過程進行錄波，記錄機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流的波形。

然后進行通道切換試驗，分別進行4次通道切換，并錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流的波形圖。機端電壓在切換過程中應無明顯抖動，曲線保持平穩(wěn)。

2.7 空載階躍響應試驗

在勵磁參數調整時，要全面考慮滿足勵磁動態(tài)性能要求，既要考慮到勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也要充分發(fā)揮勵磁系統(tǒng)的快速性。因此，在新的勵磁行業(yè)標準中增加了勵磁空載階躍響應，是對發(fā)電機電壓上升速度的要求。

空載階躍響應試驗主要是為了驗證發(fā)電機在遇到如主變高壓側雷擊、突然有大負荷帶入、突然大負荷切除等小干擾情況下，能在標準范圍要求內由高電壓或者低電壓階躍至正常電壓。國標要求超調量小于50%，調節(jié)次數小于3次，調節(jié)時間不大于10 s，而行標要求超調量小于30%，調節(jié)次數小于3次，常規(guī)調節(jié)時間小于10 s，本次試驗執(zhí)行行業(yè)標準。

對勵磁調節(jié)器的PID控制器，為比例、積分、微分控制，一般只采用比例和積分相協(xié)調控制，比例控制可以保證調節(jié)速度，而積分控制可以保證調節(jié)精度。PID參數為經典值，在試驗中只需根據整流方法倍數來做出相應調整。

具體試驗方法是：首先設定PID參數，設定階躍量5%（本次試驗采用5%階躍量），選擇通道I，然后起勵建壓至95%Ue，進行5%Ue減階躍，再進行5%Ue增階躍，整個過程錄取機端電壓、勵磁電壓和勵磁電流波形，并記錄調節(jié)次數。通道II進行同樣試驗步驟。

經計算，減5%階躍的機端電壓超調量為8.31579%，調節(jié)次數為1次；增5%階躍的機端電壓超調量為11.57895%，調節(jié)次數為1次。超調量的計算公式為，其中U代表在階躍過程中的機s端電壓峰值，Un代表穩(wěn)態(tài)電壓值，試驗中Un為95%額定機端電壓，d%代表階躍量。減階躍的調節(jié)試驗為1 035 ms，增階躍的調節(jié)時間為1 036 ms。通過對數據和波形的分析，證實勵磁調節(jié)器滿足行業(yè)要求。

3 結束語

勵磁系統(tǒng)的動態(tài)試驗至關重要，不僅能夠檢驗勵磁器的調節(jié)性能，更重要的是，為帶載試驗提供了參考，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行很重要，因此要注重整理和歸納動態(tài)試驗的方法，提高分析數據和波形的能力，善于積累試驗經驗。在今后的勵磁系統(tǒng)動態(tài)調試過程中不斷完善和改進試驗方法，為發(fā)電機組以致整個電網的安全穩(wěn)定運行保駕護航。

［1］ 竺士章.發(fā)電機勵磁系統(tǒng)試驗［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］ 李基成.現代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設計及應用［M］.北京：中國電力出版社，2000.

［3］ 方思立.汽輪發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)的分析研究［J］.電網技術，1997，21（12）：25－27.