论文部分内容阅读
[摘 要]一个良好的励磁系统直接关系到发电机组在发电站中的安全可靠性，也是提高发电机及其相联电力系统稳定性的技术要求。本文详细分析了水电站励磁系统存在的不足，并介绍了水电站励磁系统改造优化的技术措施，获得最佳的经济效益，保证水电站的安全运行。
[关键词]水电站；励磁系统；改造优化
中图分类号：TV547.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0364-01
1、 励磁系统的作用
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其性能直接影响发电机运行的可靠性和稳定性。对于发电机和电力系统来说，发电机励磁系统发挥以下作用：
1.1维持电力系统的电压水平
电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率及定子电流也就随之变化。由于发电机的电枢反应影响，若励磁电流保持不变，发电机端电压就会发生变化。这时就需要励磁系统通过调节励磁电流来保持机端电压的稳定。机端电压的稳定保证了机组功率因素和无功输出的稳定，为系统的电压水平稳定做出了贡献。
1.2 控制无功功率的分配
当电力系统需要发电机发出或者吸收无功功率率来稳定系统电压时，可以通过控制励磁电流来实现。
1.3 提高同步发电机并联运行的稳定性
電力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小拢动后恢复到原来运行状态的能力。电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。
1.4 改善电力系统的运行条件
故障切除后，由于电动机自起动时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复，有效地改善电动机的运行条件。
2、原励磁调节器的缺陷
该水电站采用的原励磁系统是数字式双通道微机励磁调节器（SJ一800）.采用三相干式变励磁变，两桥并联式整流桥，灭磁系统由Zn0非线性电阻和快速直流断路器组成.用强迫风冷作冷却系统。可以满足机组及系统的运行要求.然而因为当时技术条件有限.仍然存在影响运行的安全隐患.如：
2.1励磁调节器的抗干扰能力较弱 ，多次发出错误信号，如发转子温度过高、整流桥故障等信号使机组误跳。同时因为当时技术水平低，励磁调节器软硬件的档次低.软件功能不完整.人机界面差.没有事件记录不方便进行运行维护.另外励磁调节器还存在着电压和无功调节波动较大.不能投运PSS调节等问题.对发电的质量造成影响。
2.2功率柜的设计复杂.加大了主回路的复杂程度以及检修维护的工作量；另外.两柜并联运行时.如果没有均流措施 ，就会造成两柜输出电流越差增多.威胁机组的安全运行。
2.3灭磁通流容量和电阻能容量偏小，在发电机短路和强励等严重事故灭磁 中将有可能被烧毁。
2.4很多调节器参数特别是新添加的参数无法在线整定或修改.人机对话窗口不能直接显示出来，不直观，给调试检修、维护等工作带来不便。
3、改造方案
综合考虑了技术和经济因素，改造方案保留原励磁变，对原来到控制电缆能用的一律加以利用，励磁装置采用由siemens公司的SIMADYN-D微机励磁调节器，经和厂家结合采用由两套控制装置和一套功率柜的配置方式。改造后的励磁系统由励磁调节柜、励磁变、励磁功率柜、灭磁柜等组成。
3.1 励磁调节器
该水电站励磁系统使用siemens公司的SIMADYN-D微机调节器。每台机组配置两套，互为备用。每套调节器均有自动电压调节（AVR）及手动电流调节（ECR）功能。两套调节器使用的发电机机端电压和电流回路完全独立，分别取自不同地方，保证了励磁系统的可靠性。
励磁调节器有如下功能 ：
（I）调节功能。比例、积分、微分 （PID）调节 ；恒功率 因数调节 ；恒无功功率调节；恒励磁电流调节 ；正 、负调差及调差率大小设置。
（2）保护及限制功能。过流限制及保护，最大电流保护；低励限制及保护；强励限制及保护；V/Hz限制及保护，空载过电压保护；PT熔丝熔断保护；脉冲回读及错失脉冲检测。
（3）其他功能。参数在线修改；完善的自建功能及容错处理：开机并网前测系统电压。功能；故障录波功能，可在断电的情况下保存至少最近10次故障记录数据，这些数据均可通过串口发送至后台机进行显示，以便于分析故障原因；具有操作事件记忆功能，装置将按先进现出的原则记录最近至少3000条操作事件。
3.2 灭磁及过电压回路
灭磁及过电压原理图如图1所示。正常停机时，励磁调节器自动逆变灭磁；事故停机时，跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。当发电机处于滑极等非正常运行状态时，转子回路将产生很高的感应电压，安装在转子回路的转子过电压检测单元Al模块检测到转子正向过电压信号后，立即触发V62品闸管将耗能电阻单元FR并人转子回路 ，通过耗能电阻的吸能作用，消除转子过电压；转子反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻灭磁及过电压原理图如图1：
3.3 常见故障排除及注意事项
3.3.1PT断线：用万用表测量量测端子排801，仪表端子排 802各自的三相电压；找出哪个哪相电压不正常。故障排除后，复归面板上“复归”按键；如切至手动运行应将原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。
3.3.2SCR故障：查看功率单元机箱上的故障指示灯，打开机箱查看对应的可控硅的阻容保护器件，更换损坏的器件并用万用表检测故障所对应的熔断器的好坏，看是否完好；如损坏应予与更换。故障排除后，复归面板上“复归”按键。 3.3.3装置电源故障：查看电源指示灯是否正常；找出问题电源板，此时与厂家联系更换 。
3.3.4裝置硬件故障：退出该通道电源，直接与厂家联系更换装置 。
3.3.5低励限制和保护：查看有功功率、无功功率显示值；如有功功率过大，无功功率过小，甚至无功功率进相，此时调节有功和无功大小，使其值在正常范围；然后复归面板上“复归”按键，将“自动，手动”转换开关由原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。
3.3.6过励限制保护：如果IFD<2IE时，调节器切到手动运行，此时应该减少发电机负荷；让转子电流减小到正常范围，然后复归面板上“复归”按键，将“自动，手动”转换开关由原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。如果IFD/>2IE时，此时调节器已经退出。
3.37V/Hz限制保护：如果V/Hz值小于设定值时，调节器切到手动运行，此保护一由于发电机电压过高：二是发电机频率f<50Hz，即发电机转速降低。第一种情况时，降低发电机电压，按“减磁”按钮，将电压降到额定电压；第二种情况，提高发电机转速至3000分左右。然后复归面板上“复归”按键。如果V/Hz值不小于设定值时，此时调节器已经退出。
3.4 起励方式及升压
SIMADYN-D微机调节器系统采用外部辅助电源起励，当机组起励时，运行值班员在控制台用鼠标点击DCS起励图标时出口继电器接通外部辅助电源起励回路。发电机电压升至月1500V，稳定后再点击起立图标发电机极端电压快速升至额定电压的96%时起立程序自动闭锁，然后调节增次开关直至发电机升至额定电压，待汽机正常后进入并网程序。
通过对该水电站的励磁系统改造后.主要采用SIMADYN-D微机调节器系统控制装置后，水电站的励磁改造能够有效提高水电站发电机的端电压调节精度，能够有效地消除原设备的问题缺陷，大大减少了调节时间，同时能够方便运行人员迅速、及时掌握信息，及时处理发现的异常情况，有效提高了水电电力系统的稳定性。
参考文献
[1]徐挺进.荆门热电厂4号机励磁回路技术改造[J].电力自动化设备，20（6，（09）.
[2]杨水华.浅谈盘溪电站的励磁系统改造[J]中国科技信息，2008，（2O）.
[3]孙酤.大唐石泉水力发电厂励磁系统技术改造[J].电网与清洁能源，2008，（09）.
[关键词]水电站；励磁系统；改造优化
中图分类号：TV547.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0364-01
1、 励磁系统的作用
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其性能直接影响发电机运行的可靠性和稳定性。对于发电机和电力系统来说，发电机励磁系统发挥以下作用：
1.1维持电力系统的电压水平
电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率及定子电流也就随之变化。由于发电机的电枢反应影响，若励磁电流保持不变，发电机端电压就会发生变化。这时就需要励磁系统通过调节励磁电流来保持机端电压的稳定。机端电压的稳定保证了机组功率因素和无功输出的稳定，为系统的电压水平稳定做出了贡献。
1.2 控制无功功率的分配
当电力系统需要发电机发出或者吸收无功功率率来稳定系统电压时，可以通过控制励磁电流来实现。
1.3 提高同步发电机并联运行的稳定性
電力系统静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受微小拢动后恢复到原来运行状态的能力。电力系统暂态稳定是指电力系统在某一正常运行方式下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。
1.4 改善电力系统的运行条件
故障切除后，由于电动机自起动时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复，有效地改善电动机的运行条件。
2、原励磁调节器的缺陷
该水电站采用的原励磁系统是数字式双通道微机励磁调节器（SJ一800）.采用三相干式变励磁变，两桥并联式整流桥，灭磁系统由Zn0非线性电阻和快速直流断路器组成.用强迫风冷作冷却系统。可以满足机组及系统的运行要求.然而因为当时技术条件有限.仍然存在影响运行的安全隐患.如：
2.1励磁调节器的抗干扰能力较弱 ，多次发出错误信号，如发转子温度过高、整流桥故障等信号使机组误跳。同时因为当时技术水平低，励磁调节器软硬件的档次低.软件功能不完整.人机界面差.没有事件记录不方便进行运行维护.另外励磁调节器还存在着电压和无功调节波动较大.不能投运PSS调节等问题.对发电的质量造成影响。
2.2功率柜的设计复杂.加大了主回路的复杂程度以及检修维护的工作量；另外.两柜并联运行时.如果没有均流措施 ，就会造成两柜输出电流越差增多.威胁机组的安全运行。
2.3灭磁通流容量和电阻能容量偏小，在发电机短路和强励等严重事故灭磁 中将有可能被烧毁。
2.4很多调节器参数特别是新添加的参数无法在线整定或修改.人机对话窗口不能直接显示出来，不直观，给调试检修、维护等工作带来不便。
3、改造方案
综合考虑了技术和经济因素，改造方案保留原励磁变，对原来到控制电缆能用的一律加以利用，励磁装置采用由siemens公司的SIMADYN-D微机励磁调节器，经和厂家结合采用由两套控制装置和一套功率柜的配置方式。改造后的励磁系统由励磁调节柜、励磁变、励磁功率柜、灭磁柜等组成。
3.1 励磁调节器
该水电站励磁系统使用siemens公司的SIMADYN-D微机调节器。每台机组配置两套，互为备用。每套调节器均有自动电压调节（AVR）及手动电流调节（ECR）功能。两套调节器使用的发电机机端电压和电流回路完全独立，分别取自不同地方，保证了励磁系统的可靠性。
励磁调节器有如下功能 ：
（I）调节功能。比例、积分、微分 （PID）调节 ；恒功率 因数调节 ；恒无功功率调节；恒励磁电流调节 ；正 、负调差及调差率大小设置。
（2）保护及限制功能。过流限制及保护，最大电流保护；低励限制及保护；强励限制及保护；V/Hz限制及保护，空载过电压保护；PT熔丝熔断保护；脉冲回读及错失脉冲检测。
（3）其他功能。参数在线修改；完善的自建功能及容错处理：开机并网前测系统电压。功能；故障录波功能，可在断电的情况下保存至少最近10次故障记录数据，这些数据均可通过串口发送至后台机进行显示，以便于分析故障原因；具有操作事件记忆功能，装置将按先进现出的原则记录最近至少3000条操作事件。
3.2 灭磁及过电压回路
灭磁及过电压原理图如图1所示。正常停机时，励磁调节器自动逆变灭磁；事故停机时，跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。当发电机处于滑极等非正常运行状态时，转子回路将产生很高的感应电压，安装在转子回路的转子过电压检测单元Al模块检测到转子正向过电压信号后，立即触发V62品闸管将耗能电阻单元FR并人转子回路 ，通过耗能电阻的吸能作用，消除转子过电压；转子反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻灭磁及过电压原理图如图1：
3.3 常见故障排除及注意事项
3.3.1PT断线：用万用表测量量测端子排801，仪表端子排 802各自的三相电压；找出哪个哪相电压不正常。故障排除后，复归面板上“复归”按键；如切至手动运行应将原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。
3.3.2SCR故障：查看功率单元机箱上的故障指示灯，打开机箱查看对应的可控硅的阻容保护器件，更换损坏的器件并用万用表检测故障所对应的熔断器的好坏，看是否完好；如损坏应予与更换。故障排除后，复归面板上“复归”按键。 3.3.3装置电源故障：查看电源指示灯是否正常；找出问题电源板，此时与厂家联系更换 。
3.3.4裝置硬件故障：退出该通道电源，直接与厂家联系更换装置 。
3.3.5低励限制和保护：查看有功功率、无功功率显示值；如有功功率过大，无功功率过小，甚至无功功率进相，此时调节有功和无功大小，使其值在正常范围；然后复归面板上“复归”按键，将“自动，手动”转换开关由原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。
3.3.6过励限制保护：如果IFD<2IE时，调节器切到手动运行，此时应该减少发电机负荷；让转子电流减小到正常范围，然后复归面板上“复归”按键，将“自动，手动”转换开关由原先的自动切到手动，稳定30秒后再切回自动。如果IFD/>2IE时，此时调节器已经退出。
3.37V/Hz限制保护：如果V/Hz值小于设定值时，调节器切到手动运行，此保护一由于发电机电压过高：二是发电机频率f<50Hz，即发电机转速降低。第一种情况时，降低发电机电压，按“减磁”按钮，将电压降到额定电压；第二种情况，提高发电机转速至3000分左右。然后复归面板上“复归”按键。如果V/Hz值不小于设定值时，此时调节器已经退出。
3.4 起励方式及升压
SIMADYN-D微机调节器系统采用外部辅助电源起励，当机组起励时，运行值班员在控制台用鼠标点击DCS起励图标时出口继电器接通外部辅助电源起励回路。发电机电压升至月1500V，稳定后再点击起立图标发电机极端电压快速升至额定电压的96%时起立程序自动闭锁，然后调节增次开关直至发电机升至额定电压，待汽机正常后进入并网程序。
通过对该水电站的励磁系统改造后.主要采用SIMADYN-D微机调节器系统控制装置后，水电站的励磁改造能够有效提高水电站发电机的端电压调节精度，能够有效地消除原设备的问题缺陷，大大减少了调节时间，同时能够方便运行人员迅速、及时掌握信息，及时处理发现的异常情况，有效提高了水电电力系统的稳定性。
参考文献
[1]徐挺进.荆门热电厂4号机励磁回路技术改造[J].电力自动化设备，20（6，（09）.
[2]杨水华.浅谈盘溪电站的励磁系统改造[J]中国科技信息，2008，（2O）.
[3]孙酤.大唐石泉水力发电厂励磁系统技术改造[J].电网与清洁能源，2008，（09）.