同步電動機勵磁自動控制不穩定的原因分析與解決

陳彥（重慶鋼鐵股份有限公司能源管控中心，重慶長壽　401258）

同步電動機勵磁自動控制不穩定的原因分析與解決

陳彥
（重慶鋼鐵股份有限公司能源管控中心，重慶長壽401258）

【摘要】通過對同步電動機勵磁控制回路的檢查、分析，測試發現原勵磁回路中的功率因數變送器施工接線和DCS相應配置存在問題。經過原因分析查找，解決了勵磁自動控制極為不穩異常現象，滿足了設備正常運行需要。

【關鍵詞】勵磁；功率因數；變送器；自動控制

Analysis and Solution of Unstable Automatic Excitation Control of Synchronous Motor

CHEN Yan
(The Energy Control Center of Chongqing Iron and Steel Co., Ltd., Changshou, Chongqing 401258, China)

【Abstract】Problems in the wiring of power factor transducer in original excitation circuit and corresponding DCS configuration were found during inspection, analysis and testing of synchronous motor excitation control circuit. Through cause analysis the abnormality of extremely unstable excitation automatic control was solved, meeting the requirement of normal equipment operation.

【Key words】excitation; power factor; transducer; automatic control

1　概述

同步電動機的運行功率因數可以調節，在不要求調速的場合，應用同步電動機可以提高運行效率。大型同步電動機在電網中的穩定運行，特別是勵磁系統的穩定運行，既可保證調節電網的功率因數，提高電網的品質，又可在超前運行情況下，減少無功補償設施的投資，但如同步電動機勵磁控制不穩定反而會給電網帶來危害，影響系統安全穩定和自身設備運行的可靠性。

2　存在的問題和可能原因

冶金行業同步電動機在電網運行中均采用超前運行，為保證運行的穩定，選擇定功率因數的自動控制方式。隨電機所帶負荷的變化自動跟蹤調節勵磁，滿足人為設定的所選功率因數值。重鋼某臺大型同步電動機組建成投運后，在正常運行中采用的超前自動控制勵磁方式，一般運行較為正常，但出現過多次負荷波動變化較大之后勵磁調節控制失控、功率因數失常的現象。但人為操控轉化為手動控制后，人為調節勵磁（增加或減少勵磁）則可滿足運行穩定的要求。

鑒于自動控制勵磁在負荷波動變化較大的情況下不能穩定調節的現象，分析是電機勵磁自動控制回路或是檢測判斷回路有異常，或控制設備存在問題；或者是DCS的設定范圍與檢測功率因數的變送器輸出范圍不一致。

3　分析和處理解決措施

根據存在的問題和反映的現象，手動操控勵磁基本無異常則其勵磁本身的控制回路等應無問題；而只是在自動控制情況下負荷波動變化較大時才出現控制異常，問題則主要應考慮自動控制部分的檢測判斷輸出和給定配置等部分可能存在異常。

為此，經初步分析認為，應檢查判斷功率因數檢測變送器、DCS的設定以及自動控制邏輯回路等。

故在不改變原有的基礎上，將勵磁投在手動控制位置，穩定電機有功負荷后，調整功率因數設在超前0.92穩定后開始試驗。所測數據如表1。

從表1可以發現：（1）功率因數變送器的輸出值與廠家資料標注不一致；（2）控制器顯示值與指針表不很相符，且控制器未能顯示出電機滯后運行狀態的功率因數值。

表1　功率因數設在超前0.92時增勵減勵試驗數據

于是，首先對檢測的功率功率因數變送器根據廠家資料用保護校核儀進行校核確認，其測試結果見表2。

表2　功率因數變送器測試情況表

從表2發現，變送器測試輸出值與廠家所附資料相符，其范圍為超前60°~0和滯后0~60°時輸出為4~12和12~20 mA，同時測試發現變送器檢測的判斷是以第一相電壓和輸入的電流相比較進行測量檢測并變換輸出。從而可以判定功率因數變送器本身設備無問題。

結合表1與表2，功率因數變送器的輸出值在現場實際狀態試驗所測與測試所測數據不相符，則很有可能是現場施工時未按廠家資料要求配接線，從而造成檢測的電壓與電流不相等所致。

經現場實際檢查核實接線并校核判斷，其功率因數變送器的原施工時的實際接線如圖1。

圖1　現場實際接線圖

根據表2測試所得，從圖1看出功率因數變送器的接線明顯有問題，同時結合廠家資料，接線柱12應接電流的同名端。于是根據表2和廠家資料，將功率因數變送器的正確接線更正為圖2。

圖2　更正后的接線圖

同時，根據表1的顯示，對同步電動機勵磁控制器的功率因數顯示值是否與變送器輸出相對應進行了檢查校核并調校設定，如表3。

表3　檢查校核并調校設定值

從表3可以發現，功率因數變送器輸出與控制器顯示的值出入較大，從而也影響了人為設定的控制值，所設定的期望值其實與實際值相差甚遠。

經調校設定后，勵磁控制器顯示測試情況如表4。

表4　調校設定后試驗表

關于DCS的控制設定范圍是否與功率因數變送器檢測輸出范圍一致，清理其原程序設定，發現設定4~20 mA對應功率因數為0.5~1，即只有超前60°~0，與電氣工藝實際和變送器檢測輸出不匹配。經修改程序，重新更正設定對應范圍為20- 12- 4 mA與- 0.5- 1- 0.5，即滯后60°- 0- 60°超前。

經過以上測試、檢查發現問題并分析處理解決后，靜態模擬實驗勵磁控制器自動控制情況，所測數據等如表5。

表5　勵磁控制器自動控制模擬試驗表

從表5可見，人為設定目標后與自動控制趨勢相符，基本滿足控制要求。于是開機動態監測和實際檢測數據，如表6。

表6　開機后測試和相關數據表

經儀器測試，在其過程中的一次測得相量圖相角數據如圖3。

圖3　功角關系圖

4　結論和經驗總結

4.1造成同步電動機勵磁自動控制在負荷波動較大時不穩定的原因是變送器配接線有誤和DCS設置的對應關系以及顯示未校核所致。負荷在小范圍內波動自動控制能滿足運行要求，恰好是各種錯誤后的巧合滿足了運行控制條件。由圖3和根據表1，原施工接線圖1即變送器檢測的是C相電壓與B相反向的電流的相角。當真實的相角運行在超前角度時，檢測到的相角卻是滯后的；如當突變負載時，剛好越過了巧合范圍導致自動控制異常，嚴重加載時，真實的相角會在滯后狀態運行而變送器實際檢測的卻超出了其額定滯后60°范圍。

4.2對于電氣參數的檢測變送器等的所有電氣接線，施工時應嚴格按廠家資料進行配接線，同時應校核確保所接的電壓、電流回路相序、極性正確。同時所選儀表應經調校、校核后使用，確保施工質量滿足規范要求。

4.3DCS系統的程序涉及到其他相關工藝的設置參數范圍時應與相關專業人員核實，所設置的設定范圍要與所選設備和工藝匹配。

制氧

作者簡介：陳彥（1971-），男，大學本科學歷，高級工程師，現從事電氣控制技術管理工作。

收稿日期：2015－01－30

【中圖分類號】TM341

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0021-03