發電機組勵磁方式改造及比較分析

孫化軍

（大唐青島燃氣熱電公司,山東 青島 266061）

1 改造前背景

張電自1998年一期（1－4號機）三機它勵勵磁調節器投運以來，多次發生機組無功擺動和異常故障。

2005年5月1日，2號機無功意外擺動，最大達20kVar，后退出一套自動勵磁調節器，并列手動勵磁調節器運行。

2 改造前三機它勵

張電一期1－4號機原勵磁方式為三機它勵，也叫靜止硅整流器勵磁，其勵磁系統原理如圖1所示：

主勵磁機產生100Hz交流電源經大功率二極管全波整流后給發電機勵磁，整流裝置為兩套西安博大的ZLAF型勵磁整流柜；副勵磁機由永磁鐵勵磁，產生400Hz交流電源經可控硅整流后給主勵磁機勵磁。發電機的勵磁調節器隨發電機運行工況的變化，而改變主勵磁機勵磁回路中可控硅的控制角，以改變主勵磁機的磁場電流，進而改變主勵磁機的端電壓，以調節發電機的勵磁，從而調節發電機的端電壓與機組無功分配。

優點：它勵勵磁系統機組在發電機出口及附近發生短路故障時，能夠迅速進行強勵，對于暫態系統的穩定提高非常有利，這在過去小機組容量且故障切除時間較長的年代優點很明顯，而現在，隨著機組容量的不斷增大，且保護動作時間越來越短，切除故障的時間逐漸縮短，它勵勵磁系統的優勢已不是十分明顯。

缺點：由于三機發電機電壓調節是通過調節主勵磁機的勵磁電壓來實現的，這就引入了交流勵磁機勵磁繞組的遲滯時間常數，從而使勵磁調節響應不快速，雖然主勵磁機的交流頻率提高至100Hz，但時滯仍有0.68S，所以調節響應時間還是比較長，屬于慢速勵磁調節系統。

由于主勵磁機是和發電機捆綁在一起生產的，即主勵磁機與發電機往往為同一家產品，難以形成標準產品，所以，即使發電機容量相同，強勵倍數也不相同。

它勵勵磁系統，包括有主勵磁機、副勵磁機和副勵磁整流，所以造價會高，檢修和運行維護量較大。另外，主勵磁機和副勵磁機與發電機在同一個大軸上，軸系較長，對于發電機大軸的振動非常不利。

所以，從運檢維護和經濟效益上來看，它勵勵磁系統與現在較多采用的自并勵勵磁系統有較多不足。從2007年開始，張電就對2、3號國產300MW機組勵磁進行了改造，由三機它勵勵磁系統改為自并勵勵磁系統。

3 改造后的自并勵

3.1 優缺點分析

自并勵是最簡單的一種勵磁方式，其典型原理圖如圖3：

發電機出口電壓經勵磁變降壓后，通過全控橋式整流后，供給發電機轉子給發電機勵磁。全控橋式整流由勵磁小室的勵磁調節器通過機端電壓和發電機出口電流反饋信號來進行閉環觸發調節，控制發電機端電壓和發電機無功。

“四門斗”坐穩之后，應該及時打頂，促使植株重新抽枝。等待“對茄”下新生枝條生長到12 cm左右后及時將上邊茄子采收，并去老枝。茄子生長到采收標準后，應該及時采收，避免造成墜秧。當外界溫度持續維持在15℃以上，可以加強通風。通過連續一周的通風鍛煉，選擇晴朗天氣將大棚膜揭去，增加光照強度。同時還要做好大棚膜揭去地灌溉工作，滿足茄子后期生長水分所需。

（1）優點：由于自并勵勵磁系統只有勵磁變、整流柜和勵磁調節器，所以結構較簡單，占地空間較少，成本造價也較低，檢修和運行維護較簡單，發電機組大軸軸系的縮短，使得大軸振動減少。

沒有了它勵勵磁系統的主勵磁機和副勵磁機大型慣性時間常數，所以勵磁調節響應時間較短，機端電壓和無功調節較快，使得電網系統系統的運行可靠性和穩定性得到提高。

自并勵勵磁系統的發電機端電壓和發電機轉速成一次方關系，對于抑制甩負荷后的過電壓，要比它勵勵磁系統有利。

（2）缺點：1）由于自并勵勵磁系統電源以及勵磁調節反饋電壓、電流信號均取自發電機出口，所以，在發電機出口及附近發生三相、兩相短路或單相接地短路故障時，勵磁調節將受到影響。

不過隨著電力系統中快速保護的應用，故障切除時間的縮短，且自并勵勵磁調節系統可以通過變壓器靈活地選擇強勵倍數，較好地滿足了電力系統暫態穩定的要求。

2）發電機在沖轉以后，起勵電源需從廠用電取來，在發生電網系統瓦解故障后，起勵電源取自較困難，自我恢復能力存在隱患。這個問題，在目前的發電廠大多配備了第三電源，比如柴油發電機，所以這個隱患可以忽略。

3）由于現在新上網機組絕大部分為自并勵勵磁系統，使得系統阻尼相對減小，在擾動的作用下，系統極易產生電網振蕩。

從發電機出口波形可以看出，對發電機有功（第四條曲線）擾動有明顯抑制作用。

3.2 自并激勵磁系統對電網的積極作用

隨著超高壓500kV以及750kV電網的廣泛建設，電網系統對地存電功率非常大，一旦發生電網擾動，無功很容易破壞，引起電網電壓的不穩定。為降低這種危害，常采用無功就地平衡。

通過自并激勵磁系統多年的實踐運行，證明了自并激勵磁系統對電網穩定有極其重要的作用。

（1）對靜態穩定的影響。自并勵勵磁系統通過提高勵磁系統增益，并配置電力系統穩定器PSS，在小的擾動時，可以保持發電機端電壓恒定，提高靜穩定25%，在進行勵磁調節時，可大大提高靜態穩定。

（2）對動態穩定的影響。影響動態穩定存在兩種情況：一種在小的干擾作用下，由于系統阻尼不足而使電網發生振蕩失步；另一種情況是在大干擾作用下，對后續振蕩阻尼不足而產生振蕩失步。

在自并勵勵磁系統配置了電力系統穩定器PSS后，由于自并勵勵磁系統調節響應時間較短，有利于PSS發揮作用，并可增加更多的正阻尼，提高了電網系統的動態穩定。

（3）對暫態穩定的影響。自并激勵磁系統在機組機端出口或者附近發生短路故障時，按2倍強勵倍數計算，其暫態穩定水平與它勵勵磁系統基本一樣。

當某一發電機機端發生短路故障時，只有離故障點較近的機組受電壓降落影響較大外，其余機組端電壓影響較小，自并勵勵磁系統可快速進行調節，快速提高暫態穩定。

4 結論

同步電機自并勵靜止勵磁系統由于運行可靠性高、技術和經濟性能優越的原因，已成為大中型汽輪發電機組的主要勵磁方式之一。張電2、3號發電機“三機”勵磁改自并勵系統工程已成功實施，由于自并勵系統的優點眾多，以后一期其它兩臺機組也必將逐步實施改造。

[1]GEC-1型全數字式非線性勵磁裝置原理說明書[S].北京清華南自控制技術有限公司.

[2]葉東.電機學[M].天津科學技術出版社.