(中船重工電機(jī)科技股份有限公司,山西太原 030027)
隨著發(fā)電機(jī)單臺容量的增加,電壓等級的升高,對發(fā)電機(jī)的控制部分尤其是勵磁系統(tǒng)的要求也越來越高,數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器(目前大多選用Basler和ABB公司的產(chǎn)品)和相應(yīng)的勵磁器件合稱為數(shù)字式勵磁系統(tǒng),以其具有的多種可選擇的控制模式及相互間的無擾動切換(AVR、FCR、VAR、PF四種模式)、調(diào)節(jié)快速、靈活、準(zhǔn)確,可通過通信總線串行接口(RS232、RS485、以太網(wǎng))實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和勵磁調(diào)節(jié)器的通訊、在線更改設(shè)定程序、實(shí)時監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)等多種優(yōu)勢贏得了市場和用戶的認(rèn)可,試驗(yàn)結(jié)果也表明,其性能指標(biāo)完全滿足產(chǎn)品規(guī)范及各大船級社的要求,是當(dāng)下發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的首選。所以掌握其操作方法、常見故障判斷及處理方法也是勢在必行,根據(jù)多年調(diào)試及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了最典型、也是最易發(fā)生的電壓互感器PT相序、電流互感器CT極性接線錯誤問題,通過理論和相位分析,得出對應(yīng)工況的數(shù)值,方便操作者準(zhǔn)確判斷故障接線所在,及時處理,避免問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。
現(xiàn)以一功率1500kW、電壓6300V發(fā)電機(jī)為例,定義標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載為:有功功率205kW(無功功率157kvar)、電流24A、功率因數(shù)0.8(滯后,相位角36.9°);測量輸入接線定義為:電壓互感器PT二次側(cè)U、V、W對應(yīng)數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器(以下簡稱AVR)電壓測量輸入的A、B、C,電流互感器CT二次側(cè)S1、S2對應(yīng)AVR電流測量輸入的I+、I-(根據(jù)AVR配置要求,電流互感器CT必須在發(fā)電機(jī)V相,功率因數(shù)角為B相電壓與電流的夾角);定義發(fā)電機(jī)及AVR測量正序?yàn)锳BC,逆序?yàn)锳CB。AVR的電參數(shù)測量界面見圖1,發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中,可實(shí)時監(jiān)測發(fā)電機(jī)在各個狀態(tài)下的電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。

圖1 AVR電參數(shù)測量界面
1.1 工況一:發(fā)電機(jī)出線正序,發(fā)電機(jī)帶前述定義的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載運(yùn)行,AVR測量界面見圖2,主要電參數(shù)計(jì)算過程見式(1)、式(2)、式(3)。

圖2 AVR測量界面

圖3 AVR測量界面
功率因數(shù)
PF=cos36.9°=0.7997
(1)
有功功率

(2)
無功功率

(3)
通過計(jì)算得出,AVR測量界面下各個電參數(shù)測量值與理論計(jì)算值、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載一致,勵磁器件與AVR測量接線準(zhǔn)確,AVR測量向量圖見圖3。
2.2 工況二:發(fā)電機(jī)出線正序,發(fā)電機(jī)帶前述定義的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載運(yùn)行,AVR測量界面見圖4,主要電參數(shù)計(jì)算過程見式(4)、式(5)、式(6)。

圖4 AVR測量界面

圖5 AVR測量向量圖
因?yàn)樗泄r下發(fā)電機(jī)的勵磁器件安裝位置沒有變化,即IB位置不變(圖中α角仍為36.9°),所以此時只能是B、C相倒了相序,即UB和IB的夾角β(為276.9°,但發(fā)電機(jī)運(yùn)行時,真正的相位角只能是-90°~+90°之間,而此工況下產(chǎn)生的角度只有在接錯線的情況下才會出現(xiàn),實(shí)際上這種角度是永遠(yuǎn)不會存在的,下文如有跟這種情況類似,不再重復(fù)說明)即為AVR實(shí)測的電壓和電流的相位角。
功率因數(shù)
PF=cos276.9°=0.1201
(4)
有功功率


(5)
無功功率

(6)
注:當(dāng)AVR電壓測量為負(fù)相序時,對有功功率無影響,對無功功率數(shù)值的正負(fù)有影響,影響系數(shù)為-1。
通過計(jì)算得出,AVR測量界面下各個電參數(shù)測量值與理論計(jì)算值一致(因?yàn)闇y量精度問題,測量數(shù)值略有差異),但與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載差異大,原因?yàn)椋弘妷夯ジ衅鱌T與AVR測量B、C相相序顛倒,導(dǎo)致AVR數(shù)據(jù)采集和計(jì)算出錯,具體的AVR測量向量圖見圖5。
2.3 工況三:發(fā)電機(jī)出線正序,發(fā)電機(jī)帶前述定義的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載運(yùn)行,AVR測量界面見圖6,主要電參數(shù)計(jì)算過程見式(7)、式(8)、式(9)。

圖6 AVR測量界面

圖7 AVR測量向量圖
該工況下測量值全為負(fù)值(根據(jù)AVR設(shè)置要求,在測量功率因數(shù)PF時有underexcited和overexcited兩種狀態(tài),underexcited定義為欠勵即PF值為負(fù),overexcited定義為過勵即PF值為正)。只能是電流互感器CT極性改變,B相電流位置由IB+變?yōu)镮B-,UB和IB的夾角β(216.9°)即為AVR實(shí)測的電壓和電流的相位角。
功率因數(shù)
PF=cos216.9°=-0.7997
(7)
有功功率
(8)
無功功率

=×6300×24×sin216.9°=-157kvar
(9)
通過計(jì)算得出,AVR測量界面下各個電參數(shù)測量值與理論計(jì)算值、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載數(shù)值一致,但AVR測量均為負(fù)值,故障原因?yàn)椋弘娏骰ジ衅鰿T極性與AVR電流測量極性相反,導(dǎo)致AVR數(shù)據(jù)采集和計(jì)算出錯,具體的AVR測量向量圖見圖7。
2.4 工況四:發(fā)電機(jī)出線正序,發(fā)電機(jī)帶前述定義的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載運(yùn)行,AVR測量界面見圖8,主要電參數(shù)計(jì)算過程見式(10)、式(11)、式(12)。

圖8 AVR測量界面

圖9 AVR測量向量圖
該工況為上述2.3和2.4同時接錯的問題
功率因數(shù)
PF=cos96.9°=-0.1201
(10)
有功功率

(11)
無功功率


(12)
通過計(jì)算得出,AVR測量界面下各個電參數(shù)測量值與理論計(jì)算值一致,但AVR測量均為負(fù)值且數(shù)值差異大,數(shù)值差異大的原因?yàn)椋弘妷夯ジ衅鱌T與AVR測量B、C相相序顛倒,負(fù)值故障原因?yàn)椋弘娏骰ジ衅鰿T極性與AVR電流測量極性相反,導(dǎo)致AVR數(shù)據(jù)采集和計(jì)算出錯,具體的AVR測量向量圖見圖9。
2.5 工況五:發(fā)電機(jī)出線逆序,發(fā)電機(jī)帶前述定義的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載運(yùn)行,AVR測量界面見圖10,主要電參數(shù)計(jì)算過程見式(13)、式(14)、式(15)。

圖10 AVR測量界面

圖11 AVR測量向量圖功率因數(shù)
PF=cos157.1°=-0.9122
(13)
有功功率

(14)
無功功率


(15)
通過計(jì)算得出,AVR測量界面下各個電參數(shù)測量值與理論計(jì)算值一致,但與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載差異大,數(shù)值差異大的原因?yàn)椋喊l(fā)電機(jī)逆序、電壓互感器PT與AVR測量B、C相相序顛倒,導(dǎo)致AVR數(shù)據(jù)采集和計(jì)算出錯,具體的AVR測量向量圖見圖13。
2.7 各工況數(shù)據(jù)總結(jié)見表1

表1 各項(xiàng)工況數(shù)據(jù)總結(jié)
從表中可以總結(jié)得出以下結(jié)論
(1)但凡有功功率、無功功率中的任一為負(fù)值、功率因數(shù)為欠勵時勵磁器件與AVR測量輸入間肯定存在接線錯誤;且無功功率為負(fù)值時,肯定是功率因數(shù)超前及欠勵;
(2)改變電壓互感器PT的相序?qū)τ泄β实恼?fù)無影響,對無功功率的正負(fù)有影響且影響系數(shù)為-1;
(3)電流互感器CT的極性(或極性改變后造成相位角的改變)決定有功功率的正負(fù);
(4)因勵磁器件接線錯誤引起的AVR測量錯誤都可以通過確實(shí)相位角的方法來確定。
3.1 解決措施
針對接線問題引發(fā)的數(shù)字式勵磁故障現(xiàn)象,建議按下述方法排查和解決
(1)發(fā)電機(jī)組動車前,按照接線圖仔細(xì)檢查各勵磁器件和AVR的接線是否準(zhǔn)確;
(2)動車后連接通訊軟件,在空載狀態(tài)下檢查各電氣參數(shù)是否與控制柜顯示的參數(shù)一致;
(3)機(jī)組輕載運(yùn)行,查看電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等主要電參數(shù)是否與 控制柜顯示的參數(shù)一致;尤其是AVR測量界面下各功率值出現(xiàn)負(fù)值、功率因數(shù)欠勵時,肯定有接線錯誤,需停機(jī)檢查;可借助相序儀測量AVR進(jìn)線的電壓相序;
(4)對于并機(jī)或并網(wǎng)的多臺發(fā)電機(jī)組,可通過施加同樣負(fù)載的方法對比每臺的測量數(shù)據(jù),找出故障產(chǎn)品逐一排除;
(5)對出現(xiàn)的故障現(xiàn)象多總結(jié),多分析。
數(shù)字式勵磁系統(tǒng)造價高周期長,且大都采用國外進(jìn)口部件,因接線錯誤引發(fā)的問題輕者發(fā)電機(jī)不能正常運(yùn)行,重者燒毀勵磁器件和AVR,給用戶帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失,所以找出最佳的解決措施,方便操作者準(zhǔn)確判斷故障接線所在,及時處理,避免問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。
3.2 實(shí)施效果
數(shù)字式勵磁系統(tǒng)因接線錯誤引起的故障現(xiàn)象最為常見,針對具體的故障現(xiàn)象,借助本文列舉的理論計(jì)算、測量界面和實(shí)際負(fù)載相比較、畫具體的AVR測量向量圖方法及時、準(zhǔn)確定位勵磁器件與AVR間錯誤接線的所在,及時更換和調(diào)整錯誤的接線端子,排除故障。