微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用_圖文

1、247*作者簡(jiǎn)介:曲波,男,華電能源牡丹江第二發(fā)電廠,工程師。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)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(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用的是PI D +PSS 控制方式微處理機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,它能智能地完成控制機(jī)端電壓穩(wěn)定并根據(jù)發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子側(cè)各電氣量進(jìn)行限制和保護(hù)處理,還能對(duì)自身進(jìn)行不斷的自檢和自診斷,發(fā)現(xiàn)異常和故障及時(shí)報(bào)警并切換到備用通道。同時(shí),它采用了雙機(jī)通訊和良好的人機(jī)界面,可以適合運(yùn)行和檢修人員的操作和檢修,減小了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率,最主要是提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞:勵(lì)磁調(diào)節(jié)器;微機(jī)保護(hù);強(qiáng)力限制一、電廠發(fā)電機(jī)保

2、護(hù)裝置現(xiàn)狀發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為SJ-800,其余發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為S AVR-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,通過(guò)近幾年的檢修和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看SAVR -2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有比普通繼電器保護(hù)裝SJ -800勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作迅速、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn),相對(duì)而言,舊時(shí)的SJ-800勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無(wú)論在響應(yīng)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(luò)線上發(fā)生低頻震蕩故障上,由于響應(yīng)的問(wèn)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(dòng)強(qiáng)度大,人為誤差率高,信號(hào)不明確,動(dòng)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(diǎn)帶來(lái)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(jì)效

3、益。二、對(duì)比兩種保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)1 兩種調(diào)節(jié)器從測(cè)量、邏輯、執(zhí)行元件的比較表(見(jiàn)表1表1 兩種調(diào)節(jié)器從測(cè)量、邏輯、執(zhí)行元件的比較表項(xiàng)目SAVR-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特點(diǎn)SJ-800勵(lì)磁調(diào)節(jié)器特點(diǎn)數(shù)據(jù)采集方式采集發(fā)電機(jī)交流電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率通過(guò)模擬信號(hào)板(ANA將大電壓、模擬信號(hào)變成小電壓、數(shù)字信號(hào)。一周波采樣36點(diǎn)有良好的冗余度,可以互相監(jiān)督,相互自檢,確保相互的獨(dú)立性和運(yùn)行的安全性,采樣精度達(dá)到16位,是完全數(shù)字式的可靠性高采集發(fā)電機(jī)交流電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率通過(guò)模擬信號(hào)板(ANA將大電壓、模擬信號(hào)變成小電壓、數(shù)字信號(hào)。一周波采樣24點(diǎn)有一定的冗余度,能互相監(jiān)督,相互自檢,

4、確保相互的獨(dú)立性和運(yùn)行的安全性,采樣精度達(dá)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(hào)處理機(jī)T M S3201C31具有40/32位的浮點(diǎn)計(jì)算,可以在單周期內(nèi)內(nèi)完成24位整數(shù)和32位浮點(diǎn)得計(jì)算,控制上采用向差分來(lái)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(lì)磁裝置誤動(dòng)作,其次采用向差分來(lái)逼近微分的PI D 數(shù)字算法,軟件做到具有容錯(cuò)功能,提高了保護(hù)軟件的安全性和可靠性采用了16位數(shù)字式信號(hào)處理機(jī),具有40/32位的浮點(diǎn)計(jì)算,可以在單周期內(nèi)內(nèi)完成24位整數(shù)和32位浮點(diǎn)的計(jì)算,控制上采用向差分來(lái)逼近微分的P I D 數(shù)字算法由于發(fā)電機(jī)的保護(hù)多,繼電器的實(shí)

5、現(xiàn)元件也多,其可靠性也會(huì)因此下降,特別是繼電器這種機(jī)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(yùn)行時(shí),由一組CP U 或一組通道完成所有邏輯功能,當(dāng)自檢出錯(cuò)或異常時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)到另組通道完成不會(huì)引起失磁這種獨(dú)創(chuàng)的雙CP U 并行處理方式,把裝置防拒動(dòng)和誤動(dòng)性能有機(jī)地結(jié)合在一起,并采用相互自檢采用一個(gè)或兩個(gè)出口繼電器作為執(zhí)行元件,直接通過(guò)硬壓板去跳閘在這種方式下,沒(méi)有防誤動(dòng)和拒動(dòng)的措施,在有寄生回路時(shí)較易產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)三、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)(見(jiàn)圖1下面就勵(lì)磁系統(tǒng)作一簡(jiǎn)短介紹:1 勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了維持電壓水平的任務(wù)電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),負(fù)荷總是經(jīng)常波動(dòng)的,同步發(fā)電機(jī)的功率就相應(yīng)地變化。隨著負(fù)荷的波

6、動(dòng),需要對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)以維持機(jī)端或系統(tǒng)中某一點(diǎn)的電壓在給定的水平;電力系統(tǒng)故障或大量負(fù)載同時(shí)啟動(dòng)時(shí),可能發(fā)生由于無(wú)功不足使系統(tǒng)電壓下降較多。又由于當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)電動(dòng)機(jī)吸收大量的無(wú)功電流,使系統(tǒng)電壓進(jìn)一步降低。若系統(tǒng)長(zhǎng)期處于低電壓狀態(tài)不能恢復(fù),中國(guó)電力教育2009年管理論叢與技術(shù)研究專(zhuān)刊圖1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)就有可能造成電壓崩潰。此時(shí)要求受端的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)能夠強(qiáng)行勵(lì)磁,快速響應(yīng),瞬時(shí)增大無(wú)功輸出,支持系統(tǒng)電壓,加速電壓恢復(fù)。以最簡(jiǎn)單的單機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)為例(見(jiàn)圖2、圖3:存在以下關(guān)系: VF +JIFXd=EqEq c os =VF+IwXd其中, 功率角,I w 發(fā)電機(jī)無(wú)功電流。一般 值小,近

7、似有Eq Vf+IwXd(1(1式說(shuō)明負(fù)荷中的無(wú)功電流是造成Eq 和Vf幅值差的主要原因。當(dāng)勵(lì)磁電流一定時(shí),發(fā)電機(jī)端電壓V f隨無(wú)功負(fù)荷增大而下降。勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)就是通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)保持機(jī)端電壓為給定水平的。對(duì)于單獨(dú)運(yùn)行的小機(jī)組,調(diào)壓要求較為簡(jiǎn)單,主要是負(fù)荷變動(dòng)時(shí)保持機(jī)端電壓不變。啟動(dòng)大容量重載電動(dòng)機(jī)時(shí),因啟動(dòng)電流過(guò)大、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),手動(dòng)調(diào)壓容易發(fā)生電壓下降過(guò)大,不能啟動(dòng)的問(wèn)題。手動(dòng)調(diào)壓時(shí)發(fā)電機(jī)能啟動(dòng)的最大電動(dòng)機(jī)容量約為發(fā)電機(jī)容量的10% 15%,而采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器快速自動(dòng)調(diào)壓時(shí),能啟動(dòng)的最大電動(dòng)機(jī)的容量可達(dá)發(fā)電機(jī)容量的50%以上。2 相對(duì)并網(wǎng)后的發(fā)電機(jī)而言發(fā)電機(jī)端電壓不隨負(fù)荷大小

8、而改變,是個(gè)恒定值。由于發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只受到調(diào)速器的控制,與勵(lì)磁電流的大小無(wú)關(guān),故發(fā)電機(jī)的有功功率PT均為常數(shù),當(dāng)不考慮定子電阻和凸極效應(yīng)時(shí),有:P T =VTITc os =常數(shù)(2PT=EqVTXdsi n =常數(shù)(3(2、(3式說(shuō)明,當(dāng)勵(lì)磁電流改變時(shí),I T cos =常數(shù),E q si n =常數(shù),發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化只是改變了機(jī)組的無(wú)功功率和功角 值的大小。由此可見(jiàn),與無(wú)限大母線并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組,調(diào)節(jié)它的勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的數(shù)值。而在實(shí)際運(yùn)行中,與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線并不是無(wú)限大母線,即系統(tǒng)阻抗并不等于零,它的電壓將隨著負(fù)荷的波動(dòng)而改變。改變其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不

9、但影響它的電壓和無(wú)功功率,也將影響與之并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無(wú)功功率。因此,同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功功率合理分配的任務(wù)。(1無(wú)功的經(jīng)濟(jì)分配。以兩臺(tái)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)為例,定子電流Ic,發(fā)電機(jī)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(shí)無(wú)功電流分配的條件為:P!Iq1=P!Iq2此時(shí)無(wú)功分配為:I q1=I q2,即并聯(lián)機(jī)組之間無(wú)功電流(標(biāo)幺值相等時(shí)其損耗最小。(2恒力率運(yùn)行及恒無(wú)功運(yùn)行。電磁型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由于時(shí)間常數(shù)較大,增益較低,發(fā)電機(jī)有功增大時(shí)要求無(wú)功相應(yīng)增加,以保持電力系統(tǒng)穩(wěn)

10、定:那時(shí)發(fā)電機(jī)不但不能進(jìn)相運(yùn)行,高力率運(yùn)行也是不允許的。因此有些發(fā)電機(jī)采用恒力率運(yùn)行,使發(fā)電機(jī)保持在一定力率下運(yùn)行。近年來(lái)由于勵(lì)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(jī)具有更廣泛的調(diào)壓功能,所以電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)已不再采用恒力率調(diào)節(jié)方式,而是采用有功及無(wú)功各自獨(dú)立調(diào)節(jié)的方式。發(fā)電機(jī)的調(diào)差也采用純無(wú)功調(diào)差,使有功調(diào)節(jié)不影響發(fā)電機(jī)的無(wú)功分配。 248對(duì)于電力系統(tǒng)所屬發(fā)電機(jī),應(yīng)以電壓調(diào)節(jié)為主;對(duì)于與系統(tǒng)并列運(yùn)行的某些自備電廠的發(fā)電機(jī),不擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)壓的任務(wù)。為了補(bǔ)償本廠的無(wú)功消耗,有時(shí)要求發(fā)電機(jī)采用恒無(wú)功調(diào)節(jié)方式,就是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器除采用發(fā)電機(jī)電壓反饋外,用無(wú)功功率作為附加反饋,使發(fā)電機(jī)無(wú)功保持在給定

11、值的允許偏差范圍之內(nèi),這時(shí)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(jī),一般不采用恒無(wú)功調(diào)節(jié)方式。3 進(jìn)相運(yùn)行穩(wěn)定性電力系統(tǒng)在小負(fù)荷時(shí)由于無(wú)功容量有較多剩余,系統(tǒng)電壓過(guò)高,要求發(fā)電機(jī)進(jìn)相以吸收一部分無(wú)功。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)靜穩(wěn)定性差,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器必須投入,并須有最低勵(lì)磁電流限制,以防止勵(lì)磁電流過(guò)分減少,造成失步。以下面的公式為例:發(fā)電機(jī)有功功率:P=EqVTXdsi n +VT2Xd-Xq2XdXqsin2 (4發(fā)電機(jī)無(wú)功功率:Q=E q V TX dcos +V T2X d(1+X d-X qX qsi n2 (5在dPd=0時(shí)可求得E q值或I F值,為該運(yùn)行方式下允許的最小勵(lì)磁電流。

12、對(duì)(5式進(jìn)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(jī)投入空載超高壓線路時(shí),相當(dāng)于接入電容負(fù)載,發(fā)電機(jī)能吸收盡可能大的無(wú)功,對(duì)防止高壓線路過(guò)電壓是有利的。對(duì)于隱極式發(fā)電機(jī),允許的最小勵(lì)磁電流為0,此時(shí)Q=V T2X d;對(duì)于凸極式發(fā)電機(jī),如果采用負(fù)勵(lì)磁,并使其負(fù)勵(lì)磁電流為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流(XdX q-1,則有Q=-V T2Xq?？梢?jiàn),對(duì)于凸極發(fā)電機(jī),如果采用負(fù)勵(lì)磁,并使其負(fù)勵(lì)磁電流為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流的(XdXq-1,可使發(fā)電機(jī)空載時(shí)吸收最大無(wú)功的能力增加X(jué) 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(yùn)行狀態(tài)下,經(jīng)受微小擾動(dòng)后回復(fù)到原來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的能力。P f=EqVcX!si n ,其中X! 系統(tǒng)總阻抗, 功角。勵(lì)磁電流電流不變時(shí),靜穩(wěn)定極限為P m1=E q V cX!。系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng),發(fā)電機(jī)端電壓下降,定子電流增加,根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愣?勵(lì)磁電流增加,該增量If按照發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)間常數(shù)衰減。如