發(fā)電機自動電壓運行時勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)的整定與試驗

姚晉瀚

摘 要：本文以發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置為研究對象，基于發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)器作業(yè)原理，分析其裝置用途、工作特性、調(diào)節(jié)特性、調(diào)差原理，繼而探討發(fā)動機勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)的整定與試驗。

關鍵詞：發(fā)電機；自動勵磁調(diào)節(jié)裝置；調(diào)節(jié)；整定

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0083-02

1 發(fā)電機自動調(diào)節(jié)裝置用途

自動勵磁調(diào)節(jié)裝置作為自動勵磁控制系統(tǒng)中最為重要的部分，主要用于對發(fā)電機電壓電流的運行監(jiān)測，根據(jù)預先設定的調(diào)節(jié)指令，向電源發(fā)出調(diào)節(jié)控制信號，繼而完成控制操作。勵磁控制裝置原理圖如圖1所示。

自動勵磁調(diào)節(jié)裝置可對發(fā)電機機端電壓進行調(diào)節(jié)，發(fā)電機出口電壓是勵磁調(diào)節(jié)器輸入量之一，從TV中機端電壓可獲取二次電壓量，將其與給定值做出對比，獲取偏移值△U，由此輸出控制信號，從而改變晶閘管整流器觸發(fā)角，對機組勵磁電流進行相關的調(diào)整，使發(fā)電機端電壓為預先規(guī)定值。利用反饋系統(tǒng)，使勵磁控制達到電壓恒定值。

2 發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器工作要求

勵磁能源可維持發(fā)電機運行，滿足故障工況下的運行需求；確保發(fā)電機端電壓保持穩(wěn)定，維持電壓精度，使得并聯(lián)機組分擔功率的可靠性與穩(wěn)定性；強勵容量恒定，2倍強勵倍數(shù)下，確保響應比為3.5倍/秒；欠勵區(qū)域內(nèi)發(fā)電機應保持穩(wěn)定運行；保護機組過電壓；以正阻尼規(guī)范機組振蕩，確保機組動態(tài)平衡；較小時間常數(shù)下，對輸入量變化做出快速響應；調(diào)節(jié)度精準無誤，確保存在極小或不存在失靈區(qū)；確保發(fā)電機運行的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)上簡便靈敏、穩(wěn)定可靠。

3 發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器工作原理

3.1 勵磁調(diào)節(jié)器組成

發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器有很多不同類型，但其框架類似。以135MW發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器為例，其框架圖如圖2所示，由調(diào)差、比較單元、放大單元、觸發(fā)單元等組成。

3.2 發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)的整定與試驗

發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器在自動電壓調(diào)節(jié)方式（AVR）運行時，為使多臺并聯(lián)運行的發(fā)動機之間的無功功率合理分配或為補償在發(fā)變組單元中主變壓器的電壓降，勵磁調(diào)節(jié)器須要設置附加無功調(diào)差功能，來改變發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性。

按照整定的調(diào)差系數(shù)和調(diào)差極性進行調(diào)差計算：

Uref-tiaocha=Ugn×K×Q/Qn=Kt×Q

其中，Uref-tiaocha為附加調(diào)差給定值，Ugn為發(fā)電機額定電壓，K、Kt為調(diào)差系數(shù)，Q為無功量，Qn為額定無功功率，Uref為電壓給定值。

將附加調(diào)差給定值加（減）到電壓給定值，其調(diào)節(jié)公式為：

Uref=Uref+Uref-tiaocha=Uref+Kt×Q（負調(diào)差）

Uref=Uref-Uref-tiaocha=Uref-Kt×Q（正調(diào)差）

按照給定的控制規(guī)律和運行參數(shù)進行控制量計算，實現(xiàn)發(fā)電機電壓調(diào)差。使得

Ug=Ug+Kt×Q或Ug=Ug-Kt×Q

Ug為發(fā)電機機端電壓。

勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)公式為：

Uf=Kf（Uref-Ug）

Uf為勵磁電壓Uf，即勵磁電壓Uf與電壓給定值Uref和發(fā)電機機端電壓Ug的差值成正比。正調(diào)差就是，當發(fā)電機無功功率增加時，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置檢測到的發(fā)電機機端電壓“升高”，勵磁系統(tǒng)按給定的正調(diào)差控制規(guī)律使得勵磁輸出減小，即相當于Ug=Ug-Kt×Q減小，從而使無功輸出減小些。當發(fā)電機無功功率減小時，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置檢測到的發(fā)電機機端電壓“降低”，勵磁系統(tǒng)根據(jù)給定的正調(diào)差控制規(guī)律使得勵磁輸出增大，即相當于Ug=Ug-Kt×Q增大，從而使無功輸出增大些。其中Kt決定了無功反饋的大小。

在同一母線上共用一臺主變壓器并聯(lián)運行的多臺發(fā)電機組，采用合理的正調(diào)差，可以調(diào)節(jié)各臺發(fā)電機組的并列運行，正調(diào)差是使其按容量向系統(tǒng)提供無功功率，保證并聯(lián)的多臺發(fā)電機組之間無功功率的穩(wěn)定合理的分配，可以防止發(fā)電機出口直接并聯(lián)的多臺發(fā)電機組出現(xiàn)隨機不穩(wěn)定地搶無功功率。

例如，東南沿海某小型供熱發(fā)電廠，三臺發(fā)電機組出口斷路器就同時并聯(lián)在同一10kV母線上，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置就采用正調(diào)差。勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)的值在-15%和+15%之間。勵磁系統(tǒng)的正調(diào)差、負調(diào)差系數(shù)，一般是由電網(wǎng)調(diào)度部門下達的。正調(diào)差系數(shù)，一般為2-3%。負調(diào)差是補償變壓器的電壓降。負調(diào)差就是，在通過升壓變壓器在高壓母線上并列運行的發(fā)電機變壓器組單元，由于無功電流在主變壓器漏阻抗上產(chǎn)生電壓降，為保證在高壓母線上多臺并列運行的發(fā)變組單元之間仍能合理穩(wěn)定的分配無功功率，要求發(fā)電機具有負調(diào)差勵磁系統(tǒng)，使得在無功增大時，勵磁系統(tǒng)引入的無功反饋按照給定的負調(diào)差控制規(guī)律使得輸出的勵磁電流增大些，以使發(fā)電機機端電壓增大些，即Ug=Ug+Kt×Q增加些，以補償無功電流在變壓器的電壓降（或者說變壓器的無功損耗），抵消一部分主變壓器電抗，使得發(fā)變組單元總調(diào)差減小，以使調(diào)節(jié)的發(fā)電機電壓（無功）盡可能對應電網(wǎng)（主變高壓側）的值。發(fā)電機調(diào)差系數(shù)近似于等效為發(fā)電機內(nèi)部電抗，設定調(diào)差為負調(diào)差，則發(fā)電機內(nèi)部電抗等效為負值，調(diào)差系數(shù)的整定與變壓器漏電抗壓降有關，發(fā)電機變壓器組單元采用負調(diào)差可以部分補償無功電流在變壓器漏電抗中產(chǎn)生的電壓降，所以勵磁負調(diào)差又叫做電流補償環(huán)節(jié)。負調(diào)差一般為3-5%，但不得大于主變阻抗，即須保持一個發(fā)變組單元的總調(diào)差為正調(diào)差，從主變高壓側來看是正調(diào)差。從而實現(xiàn)在同一高壓母線上并列運行的多個發(fā)變組單元之間無功功率的合理穩(wěn)定分配。

3.3 調(diào)差系數(shù)的校核試驗

3.3.1 調(diào)差方向校核

先將勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差率退出，發(fā)電機并網(wǎng)帶20%負荷，將調(diào)差率從零投入整定值（-3%），觀察調(diào)節(jié)器輸出應該增加。

3.3.2 調(diào)差定值校核

發(fā)電機帶85%Pn負荷，勵磁調(diào)節(jié)器在自動運行方式下，將調(diào)差率單元投入，調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓給定，使之與并網(wǎng)前空載時給定值一致，記錄調(diào)整后發(fā)電機機端電壓和無功功率，應基本不變。

3.4 發(fā)電機勵磁限制與保護

3.4.1 空載勵磁限制

空載勵磁限制在并聯(lián)發(fā)電機組前，將其勵磁電流設定于額定轉(zhuǎn)速周邊的空載勵磁電流旁，譬如，在1.1倍空載額定電壓狀態(tài)下限定其需要的勵磁電流，假若勵磁調(diào)節(jié)器測量單元的整定電位器處于USET（整定電壓）>1.1UN時，在空載勵磁限制下，電壓限于1.1UN。手動電位器在USET<1.1UN時，調(diào)節(jié)器測量單元才能對發(fā)電機電壓進行有效控制，USET處于穩(wěn)定值。從而防止發(fā)電機組在升壓時出現(xiàn)過勵超調(diào)問題。

3.4.2 勵磁過負荷延時限制

勵磁過負荷延時限制可防止強勵作用下導致轉(zhuǎn)子繞組損害，起到保護作用。譬如，系統(tǒng)電壓降低，勵磁調(diào)節(jié)器可及時增大勵磁值，通過強勵，確保發(fā)電機并聯(lián)穩(wěn)定性。由于強勵時間不足，沒有使轉(zhuǎn)子溫度升高，對轉(zhuǎn)子繞組絕緣性能沒有威脅。但是，倘若強勵時間足夠，而強勵電壓沒有降低，那么將出現(xiàn)勵磁過載延時狀況，從而顯著勵磁動作，強勵強制性退出，勵磁電流限制狀況下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫度升高至允許電流值范圍內(nèi)，即延時勵磁限制。

3.4.3 最大勵磁限制

有些勵磁系統(tǒng)為得到高起始響應，會通過提升轉(zhuǎn)子勵磁電壓對勵磁電流容許值進行限制，此時就需要利用最大勵磁限制，對強勵電流值進行限制。

3.4.4 最小勵磁限制

最小勵磁限制指發(fā)電機在進相運行狀態(tài)下，最小勵磁電流在發(fā)電機臨界失步穩(wěn)定范圍內(nèi)進行限制，此時電流值不小于發(fā)電機進相運行時導致發(fā)電機允許鐵芯部件發(fā)熱范圍內(nèi)與發(fā)熱定子端繞組發(fā)熱范圍內(nèi)。

4 結語

上述主要探討發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器工作要求、工作特點及調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)的整定與試驗。對于上述勵磁調(diào)節(jié)器工作原理及調(diào)差系數(shù)，是電氣工作人員的必須掌握的內(nèi)容，基于此，電氣工作人員才能在實際工作中預防避免發(fā)生安全事故。

參考文獻

[1]楊向前.一起勵磁調(diào)節(jié)器故障引起發(fā)電機失磁解列的原因分析與解決方法[J].中國電業(yè)（技術版），2013，02：39-42.

[2]張珺.發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的動態(tài)試驗研究[J].河南科技，2013，08：79-82.