對于發電機勵磁系統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電有限責任公司,河北唐山 063611)

對于發電機勵磁系統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電有限責任公司,河北唐山 063611)

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

發電機 勵磁系統 低勵限制

1 引言

勵磁系統在發電機組成結構中是必不可少的一部分,對整個發電機系統的正常運行有著重要的作用,我國的有關部門也出臺了許多關于勵磁系統要求的技術標準,在采用勵磁系統之前,發電廠都會根據相關標準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的主要功能之一,該功能主要用來測定發電機的無功和有功狀態下負載的具體情況。通過不同的負載大小為勵磁電流的極值給出一個范圍,以確保發電機的負載情況在穩定的區間工作。使發電機穩定工作也可以保證系統正常運行。通過對發電機勵磁系統低勵限制進行試驗研究提出一些防止事故發生的措施。

2 發電機勵磁系統

2.1 發電機勵磁系統的組成與主要功能

勵磁系統主要由勵磁調節器和勵磁功率單元兩個重要部分構成。由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機本身一起組成的整個系統稱為勵磁系統控制系統。其主要功能有：隨著發電機負載的改變而調控電流的大小,維持電壓穩定;調控發電機組內不同發電機的功率大小;保證發電機工作的靜態穩定;確保發電機工作時暫態穩定;當發電機出現問題時,及時解決降低損失;根據運行條件對勵磁限制的值進行調節。

2.2 發電機勵磁系統的主要勵磁方式

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

對于大容量的發電機而言,主要采用的是交流勵磁機。同樣安裝在發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子勵磁。該發電機的勵磁繞組與三相交流繞組固定在定子內部,轉子上沒有繞組,因此也沒有滑環和電刷等一些接觸零件。優點是可靠度高、工藝構造簡單;缺點是噪音大,交流電流的諧波分量過大。

有些發電機內部沒有勵磁機,這種發電機自身提供勵磁電源,再整流之后提供給發電機產生勵磁,這種勵磁方式稱為靜止勵磁。優點是構造簡單、使用設備少、工作量投資等較少。

2.3 發電機勵磁系統的發展

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

3 低勵限制試驗的目的和內容

3.1 低勵限制的功能特點

發電機在正常工作的過程中可能出現勵磁水平較低的現象：(1)當電網負荷處在低谷期時,由于正常的無功補償設備使用較少導致電網電壓升高,這種情況通常采用發電機的勵磁調節系統進行調壓。(2)系統的故障電壓過高,發電機的勵磁調節系統將自動運行以降低勵磁水平。(3)勵磁調節系統導致勵磁水平下降。

當發電機組的勵磁水平過低時將會觸發低勵限制器對其進行控制,提高勵磁使得發電機組在正常范圍內工作,保證系統的可靠性。根據不同的勵磁調節系統接入方式可以將低勵限制器分為兩種：疊加式和選擇門式。

將勵磁調節器的調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。該方法的優點是使系統穩定性提高,缺點是系統結構復雜,需要綜合考慮運用。

將勵磁調節器的調壓信號和低勵限制器的輸出信號經過選擇門(高低電平選通)之后二選一,這就是選擇門式調節。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。這種方式的優點是邏輯簡單便于控制實施,缺點是可能導致系統不穩定。

3.2 低勵限制試驗的目的和內容

對發電機進行低勵限制試驗的主要目的是通過檢測其相關的參數來確保其低勵限制功能的正常。根據相關技術標準,由發電機端部的發熱條件和不同功率下的靜穩定極限所確定的動作曲線是低勵限制試驗的重要參數;在根據系統靜穩態水平進行曲線確定的過程中,選用系統最小的等值阻抗,發電機額外的電壓調節裝置的作用不計算在內,以靜態極限的10%作為儲備系數,從而得出勵磁系統的動作曲線。

在具體的應用中,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。根據有關低勵保護的一些技術規定,當勵磁電流比較小或者失磁的情況發生時,應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機操作。考慮到此種情況,技術規定中給出了明確的要求—在上述整個過程中低勵限制的執行需要有適當的延時時間,改時間不超過0.1S小于0.3S。

4 低勵限制實現的外部硬件條件

勵磁調節裝置之所以能夠進行低勵限制需要勵磁系統輸入發電機的電流電壓和轉子的電流電壓等外在的模擬量。調節裝置依據不同大小的模擬量對勵磁設備的運行情況進行控制。

勵磁調節裝置通過采集到的定子電流和機端電壓的數值計算出發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P和Q的值在所示曲線的上方時,不干預勵磁系統的正常工作,反之則干擾它的工作。

5 發電機的事故及其保護措施

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

5.1 發電機中可能出現的事故

發電機的主要結構通過旋轉工作的,因此生產出來的發電機都沒有較強的過載能力,異常狀況將會對發電機造成嚴重損害。

發電機可能出現的故障：過電壓;過勵磁;頻率異常;發電機失磁;系統與發電機不同步等。

5.2 對發電機故障的保護措施

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

當發電機出現過電壓的情況時,采取過電壓保護。當發電機在滿載負荷的條件下把負荷全部去掉之后,因為自動勵磁裝置和調速裝置自身的慣性原因,使得發電機兩端的電壓在很短的時間段內迅速提升,這個過程會保持數秒鐘。如果調速系統出現故障或者停止運行,那么可能會長時間過電壓。

當出現過勵磁情況時,發電機采用過勵磁保護。過勵磁會造成發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。發電機過勵磁按需要動作于全停,或動作于建立此并發信號。當發電機失磁時,采取失磁保護措施。對于使用半導體制造的發電機的勵磁系統,應該增加可以直接讀取發電機失磁發生后的相關參數的失磁保護措施。對于大功率的直流勵磁的發電機,也需要應用專門的保護措施。發電機發生失磁之后應該直接停止其工作,失磁保護使得跳閘,對于允許失磁發生的發電機而言,失磁保護觸發信號。

發電機的定子匝間出現短路時,應該迅速的斷開發電機與變壓器之間的側斷路器,同時斷開變壓器的各個斷路器和滅磁開關,汽輪機的氣門關閉,觸發失靈保護。當系統與發電機不同步時,觸發失步保護措施,檢查是減速失步還是加速失步,并對機組穩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信號,也可以直接使系統跳閘。

6 結語

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

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