微機勵磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機中的應用

1、247*作者簡介:曲波,男,華電能源牡丹江第二發(fā)電廠,工程師。微機勵磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機中的應用曲 波*(華電能源牡丹江第二發(fā)電廠,黑龍江 牡丹江 157015摘 要:SAVR -2000微機勵磁調(diào)節(jié)器采用的是PI D +PSS 控制方式微處理機勵磁調(diào)節(jié)器,它能智能地完成控制機端電壓穩(wěn)定并根據(jù)發(fā)電機定子及轉子側各電氣量進行限制和保護處理,還能對自身進行不斷的自檢和自診斷,發(fā)現(xiàn)異常和故障及時報警并切換到備用通道。同時,它采用了雙機通訊和良好的人機界面,可以適合運行和檢修人員的操作和檢修,減小了勞動強度,提高了工作效率,最主要是提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關鍵詞:勵磁調(diào)節(jié)器;微機保護;強力限制一、電廠發(fā)電機保

2、護裝置現(xiàn)狀發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器為SJ-800,其余發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器為S AVR-2000微機勵磁調(diào)節(jié)器,通過近幾年的檢修和實踐經(jīng)驗來看SAVR -2000微機勵磁調(diào)節(jié)器具有比普通繼電器保護裝SJ -800勵磁調(diào)節(jié)器動作迅速、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點,相對而言,舊時的SJ-800勵磁調(diào)節(jié)器無論在響應的速度上還是在保證系統(tǒng)的穩(wěn)定上都存在或多或少的不足,尤其是在系統(tǒng)聯(lián)絡線上發(fā)生低頻震蕩故障上,由于響應的問題,滿足不了系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。而且,還存在檢修的勞動強度大,人為誤差率高,信號不明確,動作后錄波功能不完善等一系列的不足,給事故分析和判斷故障點帶來諸多不便,直接和間接地影響了電廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效

3、益。二、對比兩種保護的優(yōu)缺點1 兩種調(diào)節(jié)器從測量、邏輯、執(zhí)行元件的比較表(見表1表1 兩種調(diào)節(jié)器從測量、邏輯、執(zhí)行元件的比較表項目SAVR-2000微機勵磁調(diào)節(jié)器特點SJ-800勵磁調(diào)節(jié)器特點數(shù)據(jù)采集方式采集發(fā)電機交流電壓、電流、有功功率、無功功率通過模擬信號板(ANA將大電壓、模擬信號變成小電壓、數(shù)字信號。一周波采樣36點有良好的冗余度,可以互相監(jiān)督,相互自檢,確保相互的獨立性和運行的安全性,采樣精度達到16位,是完全數(shù)字式的可靠性高采集發(fā)電機交流電壓、電流、有功功率、無功功率通過模擬信號板(ANA將大電壓、模擬信號變成小電壓、數(shù)字信號。一周波采樣24點有一定的冗余度,能互相監(jiān)督,相互自檢,

4、確保相互的獨立性和運行的安全性,采樣精度達到16位,是數(shù)字式的可靠性較高邏輯執(zhí)行元件采用了32位數(shù)字式信號處理機T M S3201C31具有40/32位的浮點計算,可以在單周期內(nèi)內(nèi)完成24位整數(shù)和32位浮點得計算,控制上采用向差分來逼近微分的P I D 數(shù)字算法能有效地防止了硬件回路中元件損壞造成的勵磁裝置誤動作,其次采用向差分來逼近微分的PI D 數(shù)字算法,軟件做到具有容錯功能,提高了保護軟件的安全性和可靠性采用了16位數(shù)字式信號處理機,具有40/32位的浮點計算,可以在單周期內(nèi)內(nèi)完成24位整數(shù)和32位浮點的計算,控制上采用向差分來逼近微分的P I D 數(shù)字算法由于發(fā)電機的保護多,繼電器的實

5、現(xiàn)元件也多,其可靠性也會因此下降,特別是繼電器這種機械式判別元件本身就具有一定誤差執(zhí)行出口元件正常運行時,由一組CP U 或一組通道完成所有邏輯功能,當自檢出錯或異常時,自動轉到另組通道完成不會引起失磁這種獨創(chuàng)的雙CP U 并行處理方式,把裝置防拒動和誤動性能有機地結合在一起,并采用相互自檢采用一個或兩個出口繼電器作為執(zhí)行元件,直接通過硬壓板去跳閘在這種方式下,沒有防誤動和拒動的措施,在有寄生回路時較易產(chǎn)生保護誤動三、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)(見圖1下面就勵磁系統(tǒng)作一簡短介紹:1 勵磁自動控制系統(tǒng)擔負了維持電壓水平的任務電力系統(tǒng)在正常運行時,負荷總是經(jīng)常波動的,同步發(fā)電機的功率就相應地變化。隨著負荷的波

6、動,需要對勵磁電流進行調(diào)節(jié)以維持機端或系統(tǒng)中某一點的電壓在給定的水平;電力系統(tǒng)故障或大量負載同時啟動時,可能發(fā)生由于無功不足使系統(tǒng)電壓下降較多。又由于當系統(tǒng)電壓下降時電動機吸收大量的無功電流,使系統(tǒng)電壓進一步降低。若系統(tǒng)長期處于低電壓狀態(tài)不能恢復,中國電力教育2009年管理論叢與技術研究專刊圖1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)就有可能造成電壓崩潰。此時要求受端的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)能夠強行勵磁,快速響應,瞬時增大無功輸出,支持系統(tǒng)電壓,加速電壓恢復。以最簡單的單機運行系統(tǒng)為例(見圖2、圖3:存在以下關系: VF +JIFXd=EqEq c os =VF+IwXd其中, 功率角,I w 發(fā)電機無功電流。一般 值小,近

7、似有Eq Vf+IwXd(1(1式說明負荷中的無功電流是造成Eq 和Vf幅值差的主要原因。當勵磁電流一定時,發(fā)電機端電壓V f隨無功負荷增大而下降。勵磁自動控制系統(tǒng)就是通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來保持機端電壓為給定水平的。對于單獨運行的小機組,調(diào)壓要求較為簡單,主要是負荷變動時保持機端電壓不變。啟動大容量重載電動機時,因啟動電流過大、啟動時間過長,手動調(diào)壓容易發(fā)生電壓下降過大,不能啟動的問題。手動調(diào)壓時發(fā)電機能啟動的最大電動機容量約為發(fā)電機容量的10% 15%,而采用自動勵磁調(diào)節(jié)器快速自動調(diào)壓時,能啟動的最大電動機的容量可達發(fā)電機容量的50%以上。2 相對并網(wǎng)后的發(fā)電機而言發(fā)電機端電壓不隨負荷大小

8、而改變,是個恒定值。由于發(fā)電機發(fā)出的有功功率只受到調(diào)速器的控制,與勵磁電流的大小無關,故發(fā)電機的有功功率PT均為常數(shù),當不考慮定子電阻和凸極效應時,有:P T =VTITc os =常數(shù)(2PT=EqVTXdsi n =常數(shù)(3(2、(3式說明,當勵磁電流改變時,I T cos =常數(shù),E q si n =常數(shù),發(fā)電機勵磁電流的變化只是改變了機組的無功功率和功角 值的大小。由此可見,與無限大母線并聯(lián)運行的機組,調(diào)節(jié)它的勵磁電流可以改變發(fā)電機無功功率的數(shù)值。而在實際運行中,與發(fā)電機并聯(lián)運行的母線并不是無限大母線,即系統(tǒng)阻抗并不等于零,它的電壓將隨著負荷的波動而改變。改變其中一臺發(fā)電機的勵磁電流不

9、但影響它的電壓和無功功率,也將影響與之并聯(lián)運行機組的無功功率。因此,同步發(fā)電機的勵磁自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)還擔負著并聯(lián)運行機組間無功功率合理分配的任務。(1無功的經(jīng)濟分配。以兩臺并列運行的發(fā)電機為例,定子電流Ic,發(fā)電機變壓器組的總電阻為r,則定子電流所產(chǎn)生的電阻損耗為:P!=I2c1+I2c2=I2p1r+I2p2r+I2q2r+I2q1r損耗量最小時無功電流分配的條件為:P!Iq1=P!Iq2此時無功分配為:I q1=I q2,即并聯(lián)機組之間無功電流(標幺值相等時其損耗最小。(2恒力率運行及恒無功運行。電磁型勵磁調(diào)節(jié)器由于時間常數(shù)較大,增益較低,發(fā)電機有功增大時要求無功相應增加,以保持電力系統(tǒng)穩(wěn)

10、定:那時發(fā)電機不但不能進相運行,高力率運行也是不允許的。因此有些發(fā)電機采用恒力率運行,使發(fā)電機保持在一定力率下運行。近年來由于勵磁調(diào)節(jié)器性能的提高,也由于電力系統(tǒng)要求發(fā)電機具有更廣泛的調(diào)壓功能,所以電力系統(tǒng)中的發(fā)電機已不再采用恒力率調(diào)節(jié)方式,而是采用有功及無功各自獨立調(diào)節(jié)的方式。發(fā)電機的調(diào)差也采用純無功調(diào)差,使有功調(diào)節(jié)不影響發(fā)電機的無功分配。 248對于電力系統(tǒng)所屬發(fā)電機,應以電壓調(diào)節(jié)為主;對于與系統(tǒng)并列運行的某些自備電廠的發(fā)電機,不擔負系統(tǒng)調(diào)壓的任務。為了補償本廠的無功消耗,有時要求發(fā)電機采用恒無功調(diào)節(jié)方式,就是勵磁調(diào)節(jié)器除采用發(fā)電機電壓反饋外,用無功功率作為附加反饋,使發(fā)電機無功保持在給定

11、值的允許偏差范圍之內(nèi),這時母線電壓可能產(chǎn)生較大的偏離,因此屬于電力系統(tǒng)的發(fā)電機,一般不采用恒無功調(diào)節(jié)方式。3 進相運行穩(wěn)定性電力系統(tǒng)在小負荷時由于無功容量有較多剩余,系統(tǒng)電壓過高,要求發(fā)電機進相以吸收一部分無功。發(fā)電機進相運行時靜穩(wěn)定性差,勵磁調(diào)節(jié)器必須投入,并須有最低勵磁電流限制,以防止勵磁電流過分減少,造成失步。以下面的公式為例:發(fā)電機有功功率:P=EqVTXdsi n +VT2Xd-Xq2XdXqsin2 (4發(fā)電機無功功率:Q=E q V TX dcos +V T2X d(1+X d-X qX qsi n2 (5在dPd=0時可求得E q值或I F值,為該運行方式下允許的最小勵磁電流。

12、對(5式進行偏微分,并使dPd=0,則:E q V T X d cos +V T2X d-X q2X d X qcos2 =0在發(fā)電機投入空載超高壓線路時,相當于接入電容負載,發(fā)電機能吸收盡可能大的無功,對防止高壓線路過電壓是有利的。對于隱極式發(fā)電機,允許的最小勵磁電流為0,此時Q=V T2X d;對于凸極式發(fā)電機,如果采用負勵磁,并使其負勵磁電流為發(fā)電機空載勵磁電流(XdX q-1,則有Q=-V T2Xq?？梢?對于凸極發(fā)電機,如果采用負勵磁,并使其負勵磁電流為發(fā)電機空載勵磁電流的(XdXq-1,可使發(fā)電機空載時吸收最大無功的能力增加X dX q倍。四、在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求上靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)下,經(jīng)受微小擾動后回復到原來運行狀態(tài)的能力。P f=EqVcX!si n ,其中X! 系統(tǒng)總阻抗, 功角。勵磁電流電流不變時,靜穩(wěn)定極限為P m1=E q V cX!。系統(tǒng)發(fā)生擾動,發(fā)電機端電壓下降,定子電流增加,根據(jù)磁鏈守恒定律,勵磁電流增加,該增量If按照發(fā)電機負載時間常數(shù)衰減。如