電廠勵磁系統優化設計

于 劍,白 鶴,徐偉光（陜西省電力設計院,西安710054）

電廠勵磁系統優化設計

于 劍,白 鶴,徐偉光
（陜西省電力設計院,西安710054）

摘 要：本文論述了大中型發電廠中自并勵靜止勵磁系統與其它勵磁方式的技術比較。

關鍵詞：自并勵;發電機組;勵磁變;勵磁電源;無刷

發電機的勵磁系統是同步發電機的重要組成，主要作用是由發電機的運行工況向其勵磁繞組提供的直流勵磁電流，維持發電機或其他控制點的電壓給定水平并提高電氣系統的穩定性。近年來，自并勵靜止勵磁系統因其調節響應速度快、軸系穩定性好、系統結構簡單、運行維護簡單等優勢，在不同容量的同步發電機中均得到了廣泛的應用，本文從自并勵靜止勵磁系統的技術優勢、系統構成、勵磁電源、存在問題及對策等方面進行簡要介紹。

1　同步發電機的勵磁方式

同步發電機勵磁系統按基本型式分為三大類，即直流勵磁機勵磁系統、交流勵磁機勵磁系統、靜止勵磁系統。交流勵磁機勵磁系統主要有交流勵磁機—靜止整流器勵磁系統、交流勵磁機—靜止可控整流器勵磁系統及交流勵磁機—旋轉整流器勵磁系統（無刷勵磁系統），其中無刷勵磁系統應用較廣泛。靜止勵磁系統主要有電壓源—可控硅整流器勵磁系統和復勵—可控整流器勵磁系統兩種方式，目前應用日益廣泛的自并勵勵磁系統即屬于第一種靜止勵磁系統，后者（復勵方式）在國內運行的實際運行中較為少見。

直流勵磁機勵磁系統采用采用勵磁電流由直流勵磁機供給的勵磁方式，由于高轉速的直流勵磁機換相技術困難，該勵磁系統多用于50MW及以下的發電機。同時，直流勵磁機勵磁系統勵磁調節速度慢，維護工作量較大，實際工程已較少采用。以下重點對工程應用較多的自并勵靜止勵磁系統及交流勵磁機—無刷勵磁系統進行橫向對比。

1.1 自并勵靜止勵磁系統的特點

自并勵靜止勵磁系統的的主要特點在于相較于無刷勵磁，其強勵勵磁的反應速度快。這這是因為交流勵磁機對峰值勵磁的上升速率有一定影響，而自并勵靜止勵磁系統則是由可控硅整流器直接提供勵磁。自并勵靜止勵磁系統的電源取自本機的機端電壓，所以其端電壓直接受到轉速的影響，當機端電壓下降時其強勵的能力也會相應下降。另外，自并勵靜止勵磁系統還可以實現逆變滅磁（三相全控整流橋），因而自并勵靜止勵磁系統具有抑制甩負荷時端電壓快速升高的優異性能。自并勵靜止勵磁系統具有運行可靠性高、可提高系統穩定性、噪音小、相應速度快、維護簡單和可提高電力系統穩定性等優點。

1.2 無刷勵磁系統的特點

無刷勵磁系統的主要特點在于沒有滑環和碳刷，根除了碳粉污染，減少了正常維護所需的工作量并減少了損耗及噪音，因此大容量機組中較為常見。由于全部勵磁功率取自軸系，所以勵磁電源獨立，強勵能力不像自并勵靜止勵磁系統受端電壓影響。

無刷勵磁系統的缺點是滅磁時間較長，是因為將勵磁機的勵磁強減少為零后，旋轉回路中的直流電流才逐漸下降為零。因此，發電機勵磁方式推薦選擇自并勵靜止勵磁系統，目前我院DTWH 2X300MW, DTLY1X300MW等工程均采用自并勵靜止勵磁方式。

2　自并勵靜止勵磁系統的構成

自并勵靜止勵磁系統主要由勵磁變、可控硅整流裝置、勵磁調節裝置及滅磁和過電壓保護設備四個主要部分組成。（1）勵磁變壓器。勵磁變的作用是給可控硅整流裝置提供電源，考慮到勵磁變必須可靠，強勵時要有一定的過載能力，在設計時應充分考慮整流負載電流分量中高次諧波所產生的熱量。且其電源系統一般考慮備用，因此通常選用維護簡單且過載能力強的干式變。若考慮降低勵磁系統造價也可以采用油浸式變壓器。當勵磁變壓器安裝在戶外時，由變壓器副方到整流橋之間的饋線，由于有電抗壓降，不宜太長，特別是在勵磁電流很大的情況下，這一點必須考慮。（2）可控硅整流裝置。可控硅整流裝置的功能是將勵磁機發出的交流電轉變為作為發電機勵磁的直流電源。使用可控硅整流，可以通過調整可控硅的導通角來改變輸出端的直流電壓的高低，相應地改變勵磁電流值。（3）勵磁調節裝置。在勵磁系統中，勵磁調節裝置是對大型同步發電機的勵磁進行調節的裝置?，F代勵磁調節裝置采用數字微機型，其性能可靠，并具有微調節和調高發電機暫態穩定的特性。（4）滅磁回路及過電壓保護。為將磁場能量快速轉移出磁場繞組，在大型自并勵系統中使用斷路器。由于勵磁回路感抗很大，切斷電流是很困難的，因此需要專用的滅磁開關，用以迅速切斷發電機勵磁繞組與勵磁電源的通路并迅速熄滅發電機內部磁場。滅磁回路的過電壓保護通常用氧化鋅電阻與跨接器串聯后并接在磁場繞組兩端，可在轉子發生正向或反向過壓時觸發導通，保護轉子繞組。（5）勵磁電源接線方式。1）接于發電機機端并聯變壓器。這是自并勵的一種典型接線方式，勵磁電源取自發電機機端并聯變壓器。就有勵磁電源隨著發電機的運行而供給。該接線方式由于結構簡單而具有較高的可靠性。缺點是勵磁電源受發電機機端電壓的影響較大，當機端電壓下降時，會使強勵作用有所減弱，如果發電機機端電壓長期無法恢復正常范圍，則不能保證勵磁電源正確運行。2）接于廠用母線。這種接線方式當系統的外部故障切除后，接于廠用母線的電動機在其轉速恢復過程中會吸取較多的無功，造成比較大的電壓降ΔU，故廠用母線電壓往往難以恢復到正常范圍，影響了勵磁系統的強勵能力。3）接于系統側。這種接線方式勵磁電源直接取自升壓站的高壓側母線，起勵電源相對獨立，。缺點是當發電機跳閘后，由于系統電壓低，勵磁裝置有可能無法自行恢復正常運行狀態；在電壓極低的極端狀況下，存在勵磁消失的可能性。比較三種接線方式，接于機端發電機出口的封閉母線、機端勵磁方式是一種簡單、優先的方案，故本文推薦勵磁變壓器接于發電機出口母線。

3　采用自并勵靜止勵磁系統的發電機保護優化

采用自并勵靜止勵磁系統的主要問題是在線路近區故障時，由于它的頂值勵磁特性受發電機端電壓的抑制而將對保護可靠性和系統穩定產生不利影響。根據這種勵磁系統特點，后備保護需采取響應措施。例如，可采用帶電流記憶的低壓過流保護或帶電流記憶的復合低電壓過流保護使發電機的后備保護可以可靠動作以切除故障。

4　結語

同步發電機自并勵靜止勵磁系統具有結構簡單，運行可靠以及經濟性能好等特點，因此，發電機勵磁方式推薦選擇自并勵靜止勵磁系統，目前我院DTWH 2X300MW,DTLY1X300MW等工程均采用自并勵靜止勵磁方式，也是國內的是大中型汽輪發電機組的優選勵磁方式。

參考文獻：

[1]大型汽輪發電機勵磁系統技術條件（DL/T 843-2010）.