论文部分内容阅读
【摘 要】文章以山西铝厂电厂发电机无功摆动为题，通过对励磁机特性曲线的分析，找到了发电机无功摆动的主要原因，提出了解决问题的对策，提出了建议性的意见。
【关键词】无功；励磁机；励磁特性
前 言
山西铝厂电厂有12MW和25MW汽轮发电机各3台，发电机采用与发电机同轴的励磁机进行自并励磁。几年来，发电机无功摆动时有发生，解决这一问题已迫在眉睫。
1、励磁机介绍
山西铝厂电厂励磁机的有关参数见表1。
表1 励磁机的有关参数
励磁机编号 型号 额定电压 额定电流 励磁方式
1—3#机 ZLG-70-30 220V 318A 并激
4—6#机 ZLG-120-3000 230V 522A 并激
2、发电机无功摆动的原因分析
2.1 发电机无功摆动现象
2.1.1 励磁机的输出电压不稳定造成发电机的无功摆动。
2.1.2 系统电压变化发生电极之间无功的分配：只要系统电压发变化，发电机的无功。发电机的励磁电流恒定时，出口电压引发无功电流波动，电压升高时无功电流将会减少，电压降低时，无功电流将增大。当多台发电机并列运行且励磁电流不变时，系统电压或无功的变化引起的发电机无功变化量由发电机的调差特性决定，系统无功波动时，调差系数小的发电机承担较多的无功分配。
2.2 励磁机输出电压波的原因
2.2.1 励磁机及二次回路缺陷造成输出电压的波动：经过多次的停机观察实验，并对二次回路紧固、检查、试验，我们排除了励磁机及二次回路缺陷可能造成的输出电压的波动。
2.2.2 我厂励磁机的特性曲线分析：以四号机为例励磁机的空载特性试验数据据（表2）：
上表中：LE为励磁机的励磁电流。UE为励磁机的励磁电压。R为励磁回路的总计算电阻。
四号机励磁机的负载特性数据见表3：
注：发电机的有功负荷为15MW.
通过励磁机的空载特性及负载特性，可得出以下结论：
（1）励磁机空载特性当电压低于200V时曲线基本为一直线段，只有当电压高于200V以后，曲线才发生拐头现象。及空载特性曲线在电压200V时才发生饱和。
（2）实测励磁机负荷工作在特性曲线的起始段部分，及工作在直线部分。
（3）负载曲线比空载曲线略低，即同样的励磁电流输出电压略低，电压越高负载特性偏离空载特性越远。这是由于电流越大，店数压降也越大，同时电枢反应液越强烈，因此电流越大，空载曲线和负载曲线偏离也越大。
（4）由表1、2看出，发电机无功从3Mvar→17.5Mvar时，励磁电压从61→112V，尤无功从10M var→17.5Mvar，发电机电压仅从85.5V→112V，电压增量仅26.5V。而励磁回路电阻仅有3.3Ω的变化，这就是说，发电机带较大无功时，励磁回路电阻的较小变化就可能引起发电机无功的较大变化。
2.2.3 发电机出现无功摆动的诱因：励磁机带负载时的工作特性段是在励磁特性的起始段，而励磁机的励磁特性起始部分是直线段，是励磁机的不稳定区。为此，励磁回路的任何扰动都会引起励磁电压出现波动和变化，而励磁电压的波动又会造成电流波动加大，因此在励磁特性起始区域，输出电压总会有20-30V的波动，从而引起无功大幅变化。当励磁机的工作点在励磁特性的饱和区时，励磁电流的任何微小变化不会引起电枢电压的变化，从而不会放大变化，以此保证励磁机输出电压的相对稳定和均衡。
2.2.4 同型号励磁机空载特性曲线对比：
以五号机励磁机为例，2#电枢和5#电枢的励磁特性见表3、4，并由表3、4做出图所示励磁特性曲线。
以上数据表明，同一励磁机采用不同电枢时，励磁特性完全不同。五号电枢4A时的电枢电压为238V，二号电枢4A时仅190V．因此，更换电枢后，必须对励磁机电枢重新实验设定定值电压。
2.2.5 结论：在60-70%额定电压下要求直流发电机做到工作稳定是不行的，山西铝厂二期励磁机额定电压为230V，70%额定电压值只有161V。而山西铝厂的励磁机只有在电压达到200V后才能趋于饱和，而励磁机的实际工作电压范围不超过150V，因此励磁机的电压有20~30V的摆动是正常的，这一电压摆动造成发电机无功大幅摆动。
3、解决励磁机输出电压不稳定的技术手段
3.1 磁极垫片：在磁极的极靴下垫入良性导磁材料，减小励磁间隙，可以在较小的励磁电流时就使输出特性饱和，从而使励磁机的输出电压稳定。
3.2 安装现代发电机自动励磁调节装置：现代发电机自动励磁调节装置有灵活的的励磁特性，具有恒无功、恒功率因数等多种调节方式，对提高系统的稳定和暂态反应能力非常有效，同时能解决因励磁机输出电压不稳定及系统电压波动造成的发电机无功摆动问题，是发电机组运行中很好的调节装置。
4、总结及建议
励磁机工作在励磁特性的不饱和段造成励磁机输出电压不稳定及系统电压的波动是发电机无功摆动的原因，也是我厂发电机系统不稳定的主要因素。建议将我厂励磁系统改为静态微机励磁调节系统，一次性投资，一年即可收回投资成本，经济效益将十分可观。
【关键词】无功；励磁机；励磁特性
前 言
山西铝厂电厂有12MW和25MW汽轮发电机各3台，发电机采用与发电机同轴的励磁机进行自并励磁。几年来，发电机无功摆动时有发生，解决这一问题已迫在眉睫。
1、励磁机介绍
山西铝厂电厂励磁机的有关参数见表1。
表1 励磁机的有关参数
励磁机编号 型号 额定电压 额定电流 励磁方式
1—3#机 ZLG-70-30 220V 318A 并激
4—6#机 ZLG-120-3000 230V 522A 并激
2、发电机无功摆动的原因分析
2.1 发电机无功摆动现象
2.1.1 励磁机的输出电压不稳定造成发电机的无功摆动。
2.1.2 系统电压变化发生电极之间无功的分配：只要系统电压发变化，发电机的无功。发电机的励磁电流恒定时，出口电压引发无功电流波动，电压升高时无功电流将会减少，电压降低时，无功电流将增大。当多台发电机并列运行且励磁电流不变时，系统电压或无功的变化引起的发电机无功变化量由发电机的调差特性决定，系统无功波动时，调差系数小的发电机承担较多的无功分配。
2.2 励磁机输出电压波的原因
2.2.1 励磁机及二次回路缺陷造成输出电压的波动：经过多次的停机观察实验，并对二次回路紧固、检查、试验，我们排除了励磁机及二次回路缺陷可能造成的输出电压的波动。
2.2.2 我厂励磁机的特性曲线分析：以四号机为例励磁机的空载特性试验数据据（表2）：
上表中：LE为励磁机的励磁电流。UE为励磁机的励磁电压。R为励磁回路的总计算电阻。
四号机励磁机的负载特性数据见表3：
注：发电机的有功负荷为15MW.
通过励磁机的空载特性及负载特性，可得出以下结论：
（1）励磁机空载特性当电压低于200V时曲线基本为一直线段，只有当电压高于200V以后，曲线才发生拐头现象。及空载特性曲线在电压200V时才发生饱和。
（2）实测励磁机负荷工作在特性曲线的起始段部分，及工作在直线部分。
（3）负载曲线比空载曲线略低，即同样的励磁电流输出电压略低，电压越高负载特性偏离空载特性越远。这是由于电流越大，店数压降也越大，同时电枢反应液越强烈，因此电流越大，空载曲线和负载曲线偏离也越大。
（4）由表1、2看出，发电机无功从3Mvar→17.5Mvar时，励磁电压从61→112V，尤无功从10M var→17.5Mvar，发电机电压仅从85.5V→112V，电压增量仅26.5V。而励磁回路电阻仅有3.3Ω的变化，这就是说，发电机带较大无功时，励磁回路电阻的较小变化就可能引起发电机无功的较大变化。
2.2.3 发电机出现无功摆动的诱因：励磁机带负载时的工作特性段是在励磁特性的起始段，而励磁机的励磁特性起始部分是直线段，是励磁机的不稳定区。为此，励磁回路的任何扰动都会引起励磁电压出现波动和变化，而励磁电压的波动又会造成电流波动加大，因此在励磁特性起始区域，输出电压总会有20-30V的波动，从而引起无功大幅变化。当励磁机的工作点在励磁特性的饱和区时，励磁电流的任何微小变化不会引起电枢电压的变化，从而不会放大变化，以此保证励磁机输出电压的相对稳定和均衡。
2.2.4 同型号励磁机空载特性曲线对比：
以五号机励磁机为例，2#电枢和5#电枢的励磁特性见表3、4，并由表3、4做出图所示励磁特性曲线。
以上数据表明，同一励磁机采用不同电枢时，励磁特性完全不同。五号电枢4A时的电枢电压为238V，二号电枢4A时仅190V．因此，更换电枢后，必须对励磁机电枢重新实验设定定值电压。
2.2.5 结论：在60-70%额定电压下要求直流发电机做到工作稳定是不行的，山西铝厂二期励磁机额定电压为230V，70%额定电压值只有161V。而山西铝厂的励磁机只有在电压达到200V后才能趋于饱和，而励磁机的实际工作电压范围不超过150V，因此励磁机的电压有20~30V的摆动是正常的，这一电压摆动造成发电机无功大幅摆动。
3、解决励磁机输出电压不稳定的技术手段
3.1 磁极垫片：在磁极的极靴下垫入良性导磁材料，减小励磁间隙，可以在较小的励磁电流时就使输出特性饱和，从而使励磁机的输出电压稳定。
3.2 安装现代发电机自动励磁调节装置：现代发电机自动励磁调节装置有灵活的的励磁特性，具有恒无功、恒功率因数等多种调节方式，对提高系统的稳定和暂态反应能力非常有效，同时能解决因励磁机输出电压不稳定及系统电压波动造成的发电机无功摆动问题，是发电机组运行中很好的调节装置。
4、总结及建议
励磁机工作在励磁特性的不饱和段造成励磁机输出电压不稳定及系统电压的波动是发电机无功摆动的原因，也是我厂发电机系统不稳定的主要因素。建议将我厂励磁系统改为静态微机励磁调节系统，一次性投资，一年即可收回投资成本，经济效益将十分可观。