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[摘 要]高炉煤气余压回收透平发电装置（TRT）是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电，进行能量回收的一种装置。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响，通过实施控制系统改造后，提高了TRT机组的安全性，降低了TRT故障停机率。
[关键词]励磁系统 励磁调节器 发电机保护系统
中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0041-01
0 前言
高炉煤气余压回收透平发电装置（TRT）是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电，进行能量回收的一种装置。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成，一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率单元。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分。
3#TRT发电系统于2005年2月投产，是莱钢首台TRT发电系统。但是由于励磁系统落后及发电机保护系统不完善，2010年8月3#TRT机组三次出现励磁电压调节失灵造成机组跳机，事故处理过程中发现内置可控硅烧毁，机组跳机后，发电机均未正常解列，分析原因是因为发电机保护系统无过电压、过电流保护造成的，跳机原因都与励磁系统有关，作为发电机重要组成部分的励磁系统一旦出现问题，将直接影响机组的正常运行，甚至造成跳机，严重的还会造成飞车、拖垮电网等。因此对TRT控制系统进行改造，成为亟待解决的重大问题。
1 实施过程
供给TRT发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向TRT发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机組稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。励磁系统按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。励磁方式为二机他励可控硅励磁，励磁调节器的电源取自厂用变压器低压侧（TRT低压配电室母排），厂用电设施在恢复瞬间的浪涌冲击需要吸收大量无功电流，造成厂用变压器上较大的电压降落，从而影响励磁装置的运行稳定性；励磁电源取自厂用变这个中间环节供电，不但增加了厂用变压器的容量，而且受厂用低压电器设备运行情况的影响，供电可靠性差，尤其在低压双电源切换动作时，常常会造成发电机失磁，甚至造成发电机进相和失步。
由于3#TRT励磁系统以前采用MAVR（B）自动直流电压调节器控制，MAVR（B）自动直流电压调节器励磁系统是随着高炉煤气量的不断变化，励磁自动跟踪进行恒无功、恒功率因数、恒电压调节。2008年1月，3#TRT发电MAVR（B）自动直流电压调节器出现零平衡表波动幅度非常大，同时，励磁电压表、励磁电流表摆动很大，并超出最大值一倍以上。通过分析为励磁自动跟踪出现故障，即MAVR（B）自动直流电压调节器中可控硅控制角α↓→励磁电流增大IFL↑→发电机无功功率增大QF↑→导致发电机电流增大IF↑→当发电机电流达到保护动作值时，从而造成发电机跳机。由于该套励磁系统无法进行故障录波、事件记录、系统自检等辅助功能，对问题分析带来一定的难度。DVR-2000B微机励磁调节器是在引进的英国BRUSH公司的MAVR自动电压调节器技术的基础上，开发了适合三机同轴无刷励磁系统的微机励磁调节器。该调节器具有模型更加清晰准确，测量精度高，数据处理能力强等诸多优势，对故障处理及原因分析带来了方便。同时将原有的发电机保护柜、同期屏更换为鲁能智能生产的发电机保护柜及同期屏，改造后的效果图如下：
3 实施后效果评价
运用了DVR-2000B微机励磁调节器来替代MAVR（B）自动直流电压调节器，该调节器具有以下特点：
（一）模型清晰、准确
DVR-2000B微机励磁调节器所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。
（二）测量精度高
DVR-2000B微机励磁调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。
（三）强大的网络功能
DVR-2000B微机励磁调节器具有强大的通讯功能，双通道的调节器之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的RS232和485接口。非常方便的实现励磁调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。
（四）国内速度最快的励磁调节器
DVR-2000B微机励磁调节器的CPU采用美国TI公司的32位DSP产品，主频最高可达150MHz，DSP强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁调节器模型的精确数字化和励磁调节器其它辅助功能的实现提供了保证。
（五）高度集成化的硬件设计
DVR-2000B微机励磁调节器采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。
通过实施励磁系统改造后，提高了TRT机组的安全性，降低了TRT故障停机率，改造前由于勵磁控制系统故障引起的TRT跳机每年至少要6次以上，停机检修时间一次要2天，而通过更换励磁控制系统后，因励磁系统故障引起的TRT停机率降为零，按正常运行时每天的发电量为85000KW，老区4台TRT经过改造后，每年增效的费用：
6*85000*2*4*0.8369=341.4552万元。
4 结论
通过实施改造后，降本增效效果显著，提高了TRT机组的安全性，降低了TRT故障停机率。
作者简介
刘坤（1986-），男，毕业于华南热带农业大学电气工程及其自动化专业。工程师，现从事煤气技术工作。
[关键词]励磁系统 励磁调节器 发电机保护系统
中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0041-01
0 前言
高炉煤气余压回收透平发电装置（TRT）是利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机作功，驱动发电机发电，进行能量回收的一种装置。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成，一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率单元。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分。
3#TRT发电系统于2005年2月投产，是莱钢首台TRT发电系统。但是由于励磁系统落后及发电机保护系统不完善，2010年8月3#TRT机组三次出现励磁电压调节失灵造成机组跳机，事故处理过程中发现内置可控硅烧毁，机组跳机后，发电机均未正常解列，分析原因是因为发电机保护系统无过电压、过电流保护造成的，跳机原因都与励磁系统有关，作为发电机重要组成部分的励磁系统一旦出现问题，将直接影响机组的正常运行，甚至造成跳机，严重的还会造成飞车、拖垮电网等。因此对TRT控制系统进行改造，成为亟待解决的重大问题。
1 实施过程
供给TRT发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向TRT发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机組稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。励磁系统按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。励磁方式为二机他励可控硅励磁，励磁调节器的电源取自厂用变压器低压侧（TRT低压配电室母排），厂用电设施在恢复瞬间的浪涌冲击需要吸收大量无功电流，造成厂用变压器上较大的电压降落，从而影响励磁装置的运行稳定性；励磁电源取自厂用变这个中间环节供电，不但增加了厂用变压器的容量，而且受厂用低压电器设备运行情况的影响，供电可靠性差，尤其在低压双电源切换动作时，常常会造成发电机失磁，甚至造成发电机进相和失步。
由于3#TRT励磁系统以前采用MAVR（B）自动直流电压调节器控制，MAVR（B）自动直流电压调节器励磁系统是随着高炉煤气量的不断变化，励磁自动跟踪进行恒无功、恒功率因数、恒电压调节。2008年1月，3#TRT发电MAVR（B）自动直流电压调节器出现零平衡表波动幅度非常大，同时，励磁电压表、励磁电流表摆动很大，并超出最大值一倍以上。通过分析为励磁自动跟踪出现故障，即MAVR（B）自动直流电压调节器中可控硅控制角α↓→励磁电流增大IFL↑→发电机无功功率增大QF↑→导致发电机电流增大IF↑→当发电机电流达到保护动作值时，从而造成发电机跳机。由于该套励磁系统无法进行故障录波、事件记录、系统自检等辅助功能，对问题分析带来一定的难度。DVR-2000B微机励磁调节器是在引进的英国BRUSH公司的MAVR自动电压调节器技术的基础上，开发了适合三机同轴无刷励磁系统的微机励磁调节器。该调节器具有模型更加清晰准确，测量精度高，数据处理能力强等诸多优势，对故障处理及原因分析带来了方便。同时将原有的发电机保护柜、同期屏更换为鲁能智能生产的发电机保护柜及同期屏，改造后的效果图如下：
3 实施后效果评价
运用了DVR-2000B微机励磁调节器来替代MAVR（B）自动直流电压调节器，该调节器具有以下特点：
（一）模型清晰、准确
DVR-2000B微机励磁调节器所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。
（二）测量精度高
DVR-2000B微机励磁调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。
（三）强大的网络功能
DVR-2000B微机励磁调节器具有强大的通讯功能，双通道的调节器之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的RS232和485接口。非常方便的实现励磁调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。
（四）国内速度最快的励磁调节器
DVR-2000B微机励磁调节器的CPU采用美国TI公司的32位DSP产品，主频最高可达150MHz，DSP强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁调节器模型的精确数字化和励磁调节器其它辅助功能的实现提供了保证。
（五）高度集成化的硬件设计
DVR-2000B微机励磁调节器采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。
通过实施励磁系统改造后，提高了TRT机组的安全性，降低了TRT故障停机率，改造前由于勵磁控制系统故障引起的TRT跳机每年至少要6次以上，停机检修时间一次要2天，而通过更换励磁控制系统后，因励磁系统故障引起的TRT停机率降为零，按正常运行时每天的发电量为85000KW，老区4台TRT经过改造后，每年增效的费用：
6*85000*2*4*0.8369=341.4552万元。
4 结论
通过实施改造后，降本增效效果显著，提高了TRT机组的安全性，降低了TRT故障停机率。
作者简介
刘坤（1986-），男，毕业于华南热带农业大学电气工程及其自动化专业。工程师，现从事煤气技术工作。