全數碼微機勵磁裝置在火電廠的應用

郭秀娟

（峰峰集團電業分公司，河北 邯鄲 056200）

全數碼微機勵磁裝置在火電廠的應用

郭秀娟

（峰峰集團電業分公司，河北 邯鄲 056200）

勵磁系統運行性能直接影響發電機的運行工況及電力系統的穩定性，全數碼微機勵磁裝置采用計算機控制技術、數字信號處理器（DSP）技術和先進的網絡與通訊技術，實現對發電機運行的最佳控制，在很大程度上提高了發電機運行的可靠性。本文通過改造實例介紹了全數碼微機勵磁裝置的工作原理、特性及效益，證明全數碼微機勵磁裝置具有一定的推廣應用價值。

勵磁裝置；全數碼；火電廠

1 工程概況

我廠3#發電機型號為QF-6-2，額定功率6000KW，額定電壓6.3KV，勵磁裝置采用河北工業大學電工廠生產的可控硅勵磁裝置，型號為BLZ-2A-2，于2003年投入運行，近年來該勵磁系統經常出現故障：發電機機旁操作起勵，電壓升不起來；發電機低負荷時能夠正常運行，當高負荷運行時，無功功率變得很不穩定；多次出現整流柜整流橋可控硅溫度升高。此外，自2010年開始，3#發電機頻繁出現失磁現象，有時可聽見勵磁柜內部有噪音、勵磁調節不靈活等，影響機組安全運行。

為解決3#發電機勵磁不穩定、頻繁失磁的安全隱患，提高3#發電機運行的穩定性，滿足電力系統的需要，決定對3#機勵磁系統進行技術改造。經過多方調研及與廠家溝通，發現全數碼微機勵磁裝置具有結構緊湊、控制精度高、現場調試方便快捷、運行可靠穩定、便于人機對話等優勢，是目前比較先進的勵磁方式，適用于電廠小機組自并勵靜止勵磁系統。

2 采用全數碼微機勵磁裝置的可行性

全數碼微機勵磁裝置采用模塊化結構，安裝、更換方便，可以不停機、不減載在線更換控制單元及風機單元，采用雙通道互為備用的工作方式，可實現無擾動自動切換，具有數碼顯示、故障報警、軟硬件保護和運行狀態實時顯示等多種功能，能夠完成發電機快速起勵建壓，根據負載變化自動調節勵磁電流和機端電壓，具有“恒流勵磁”、“恒壓勵磁”、“恒功率因數調節”、“手動”四種勵磁工作方式，不存在并列機組間搶無功現象，所有模擬量的處理回路均取消電位器，改為能夠在菜單上整定的軟件電位器，起動和運行過程中的各種參數可根據控制對象靈活設置，實現在線整定，以達到最佳控制效果，且可遠程維護及與其它設備或網絡聯接，為實現設備控制、管理的自動化、信息化奠定基礎，具有一定的可行性。

3 實施方案

3.1 勵磁調節器工作原理

全數碼微機勵磁裝置基于同步發電機的現代勵磁控制理論，充分應用最新的計算機控制技術、數字信號處理器（DSP）技術和先進的網絡與通訊技術，運用目前國際上較流行的全數碼控制技術及半導體可控整流技術，在計算速度、抗電磁干擾，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。

勵磁裝置調節器分基本控制和輔助控制兩部分。基本控制由測量比較、綜合放大和移相觸發三個主要單元構成，輔助控制包括勵磁系統穩定器，電力系統穩定器及勵磁限制、保護器等，用于改善發電機不同工況下電力系統穩定性、勵磁系統動態性能等。

勵磁裝置主控單元所需的電氣信號有發電機量測PT電壓、儀表PT電壓及從發電機電流互感器來的三相定子電流信號，共9個交流信號。所需的直流信號有發電機轉子電流及勵磁裝置輸出電流。這些信號經過處理及電路變換，再濾波、隔離放大，轉換成合適的A/D采樣信號，送入主機板（DSP）。通過采樣計算得到的發電機平均電壓與參考電壓之差，經綜合調差信號后進行PID運算得到一個控制量，去改變晶閘管的導通角，進而改變調節器的輸出電流，以控制發電機的轉子電流，使發電機機端電壓維持在一定水平，實現發電機電壓的閉環調節。

以上采集到的數據，經過軟件計算能夠得到勵磁系統參數、勵磁裝置輸出參數及發電機的運行工況等信息，如發電機三相電壓平均值、三相電流平均值、勵磁電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、硅控制角等，供勵磁裝置各軟件功能模塊使用。

3.2 改造內容

（1）保留原有勵磁裝置的勵磁變壓器；

（2）保留原有的電壓互感器，參數6000V/100V；

（3）保留原有的電流互感器，參數1000A/5A；

（4）拆除原有勵磁調節柜及功率柜，在原勵磁調節器柜及勵磁功率柜位置上安裝新的勵磁柜和功率柜；

（5）勵磁調節柜與功率柜之間的連線；

（6）勵磁裝置的調試。

3.3 微機勵磁的實現

勵磁電源由安裝于發電機小間的勵磁變壓器降壓后得到合適的交流電壓，再經智能整流模塊整流，供給發電機勵磁繞組勵磁，由微控制器的人機接口對發電機的機端電壓進行設定，通過微控制器采樣接口對機端電壓進行全數字采樣，在程序的控制下對機端電壓進行全數碼閉環自動調節，使機端電壓維持在給定值，實現發電機的起勵、建壓、自動準同期、無功和功率因數的自動調節及停機、滅磁等一系列操作。裝置為雙通道運行，當主通道退出運行時，備用通道無擾自動投入運行。

在智能化整流模塊交流側、直流側及發電機轉子側均裝設過電壓保護裝置，用以保護可控硅及發電機轉子，在智能化整流模塊交流側及直流側設刀閘，經過熔斷器及隔離開關接發電機出口母線，確保交直流側及變壓器的安全投切；

微機勵磁調節裝置需要的模擬量信號：兩組發電機機端電壓信號（三相），分別由勵磁PT和儀用PT提供，發電機電流信號（三相）由電流互感器提供；

微機勵磁調節裝置需要的開關量輸入信號：增/減磁，起勵，逆變，滅磁開關合/分，通道切換命令及發電機主開關輔助接點（常閉）、發電機保護出口繼電器無源干接點（常開）。

4 效益

（1）裝置采用雙通道互相跟蹤熱備用工作方式，當一個通道故障退出運行時，備用通道能夠無擾自動投入，且控制規律由軟件實現，不涉及硬件環節，大大減少了因硬件電路故障造成的停機事故及停機時間，不存在溫漂現象，提高了機組運行的穩定性。

（2）標準的人機接口實時顯示機組運行狀態和運行參數，運行人員能夠直觀的看到勵磁系統的運行狀況，且可在線設定、修改運行參數，實現了機組的最優控制，提高發電機組的經濟運行。

（3）全數碼微機勵磁裝置保護功能齊全，除具有普通保護，如短路保護、缺相保護、過電壓保護外，還具有可控硅故障保護、均流越限、失脈沖及系統自檢功能，如電源檢測、可控硅故障等，當有故障發生時，發故障信號，并能夠通過控制器查詢每個事件的發生時間，使故障判斷及時準確，大大方便了崗位的維護操作。

5 結論

本次改造項目采用全數碼微機勵磁方式，不僅能夠實時在線修改整定運行參數，實現機組最優控制，減少機組因勵磁不穩定引起的跳閘事故，提高發電機組運行的經濟性、可靠性，而且裝置操作調試方便靈活，具有完善的保護、事故記錄、故障報警及方便直觀的人機接口，便于故障分析及事故處理，具有很好的經濟效益及應用價值。