發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)及存在問(wèn)題

1、 84內(nèi)蒙古石油化工2010年第7期發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)及存在問(wèn)題沈慶賀(呼和浩特金橋熱電廠(chǎng), 內(nèi)蒙古呼和浩特010070摘要:近年來(lái), 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)大型汽輪發(fā)電機(jī)組中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要說(shuō)明了該種方式勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成和性能特點(diǎn), 分析探討了采用該系統(tǒng)后存在的試驗(yàn)、諧波和過(guò)電壓等問(wèn)題和影響以及一些相關(guān)的注意事項(xiàng)。為即將投入運(yùn)行的新建發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)提供一些借鑒。關(guān)鍵詞:自并激方式; 勵(lì)磁系統(tǒng); 諧波; 過(guò)電壓保護(hù)中圖分類(lèi)號(hào):TM 761+111文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):10067981(2010 07008402近年來(lái), 新建發(fā)電機(jī)組的容量不斷增大, 對(duì)勵(lì)磁系

2、統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁因大電流下的火花問(wèn)題無(wú)法使用, 三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)則因系統(tǒng)復(fù)雜、機(jī)組軸系穩(wěn)定性等問(wèn)題而受到越來(lái)越多的限制; 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)以其接線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、工程造價(jià)低、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快、滅磁效果好的特點(diǎn)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用, 另外, 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和大容量可控硅制造水平的逐步成熟, 大勢(shì)。定型勵(lì)磁方式。自上世紀(jì), 產(chǎn)300MW 統(tǒng)。種勵(lì)磁方式。ABB 公司U N 5000系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明此種勵(lì)磁方式。1自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、可控硅功率整流裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)滅磁及過(guò)電壓保護(hù)裝置、起勵(lì)設(shè)備及勵(lì)磁操作設(shè)備等部分組成。其原

3、理如圖1所示。自并激靜止勵(lì)磁方式與舊的勵(lì)磁方式相比, 具有以下幾方面的特點(diǎn) :自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)由于取消了旋轉(zhuǎn)部件, 沒(méi)有了換向器、軸承、轉(zhuǎn)子等, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接線(xiàn)大大簡(jiǎn)化, 在大幅減小運(yùn)行和維護(hù)工作量的同時(shí), 也大大減少了事故隱患, 可靠性明顯優(yōu)于直流和交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng), , 故障元, 。如“, N +1冗U 。1. 與三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比, 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)取消了主、副勵(lì)磁機(jī), 大大縮短了機(jī)組長(zhǎng)度(單機(jī)約68m , 不但減少了大軸聯(lián)接環(huán)節(jié), 縮短了軸系長(zhǎng)度, 提高了軸系穩(wěn)定性, 同時(shí)還使主廠(chǎng)房長(zhǎng)度大副減小, 可以較大幅度地降低工程造價(jià)。1. 3提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定水平由于自并激靜止勵(lì)

4、磁系統(tǒng)采用可控硅電子技術(shù), 和三級(jí)勵(lì)磁系統(tǒng)相比, 其傳動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間大大縮短, 電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性大大提高。在小干擾時(shí), 可以保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定。自并激方式能夠保持發(fā)電機(jī)端電壓不變, 對(duì)單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng), 發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限功率為:(1 P m ax =V g V s X s式中V g 為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓; V s 為系統(tǒng)電壓; X s為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的等值電抗。而常規(guī)系統(tǒng)在故障過(guò)程中只能保持發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)E q 不變, 其極限功率為:(2 P m ax =E q V s (X s +X d 式中E q 為發(fā)電機(jī)Q 軸暫態(tài)電勢(shì); X d 為發(fā)電機(jī)直軸暫態(tài)電抗。根據(jù)式(1 和(2 計(jì)算得出P m a

5、x 大于P m ax , 即靜態(tài)穩(wěn)定極限提高了。在自并激系統(tǒng)最不利的發(fā)電機(jī)出口三相短路工況下, 機(jī)端電壓即整流電源電壓嚴(yán)重下降, 即使故障切除時(shí)間很短, 短路期間勵(lì)磁電流衰減不大, 但在故障切除后機(jī)端電壓的恢復(fù)仍需一定圖1自并激靜止勵(lì)磁方式原理簡(jiǎn)圖1. 1系統(tǒng)簡(jiǎn)單, 可靠性高對(duì)直流勵(lì)磁機(jī)和三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 旋轉(zhuǎn)部分發(fā)生的事故在以往勵(lì)磁系統(tǒng)事故中占相當(dāng)大的比例, 如直流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生火花、交流勵(lì)磁機(jī)線(xiàn)圈松動(dòng)和振動(dòng)等, 而且旋轉(zhuǎn)部分的運(yùn)行和維護(hù)工作量很大。而收稿日期:2009-12-03作者簡(jiǎn)介:沈慶賀(1977- 男, 內(nèi)蒙古人, 畢業(yè)于內(nèi)蒙古電力學(xué)院, 華北電力大學(xué)在讀工程碩士, 現(xiàn)從事電廠(chǎng)運(yùn)行

6、管理工作。 2010年第7期沈慶賀發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)及存在問(wèn)題的時(shí)間, 自并激系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力必然有所下降。為此在設(shè)計(jì)整流電源電壓時(shí)按發(fā)電機(jī)額定電壓的80%計(jì)算, 加上大中型機(jī)組發(fā)電機(jī)出口均采用了封閉母線(xiàn), 機(jī)端三相短路可能性基本消除。因此, 自并激系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)高, 電壓響應(yīng)速度快, 以及先進(jìn)的控制模型, 能夠有效地提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。以高壓出口三相短路為例, 強(qiáng)勵(lì)按2倍計(jì)算, 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平與實(shí)際時(shí)間常數(shù)T e =0. 35s 的常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本相同。如果一個(gè)電網(wǎng)全部采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng), 則暫態(tài)穩(wěn)定水平比常規(guī)勵(lì)磁更好:當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí), 除離故障點(diǎn)近的自并激機(jī)組受電壓降落影

7、響外, 其余機(jī)組端電壓數(shù)值較高, 這些快速調(diào)節(jié)性能提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。2存在的問(wèn)題2. 1試驗(yàn)電源在機(jī)組起動(dòng)調(diào)試和大修后的發(fā)電機(jī)特性試驗(yàn)時(shí), 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)需要大容量的試驗(yàn)電源來(lái)滿(mǎn)足其空載、短路試驗(yàn)時(shí)對(duì)勵(lì)磁電源的要求。根據(jù)火電廠(chǎng)廠(chǎng)用電結(jié)線(xiàn)方式, 一般均直接取自廠(chǎng)用電6kV 高壓母線(xiàn)或380V 低壓母線(xiàn), 但無(wú)論高壓還是低壓, 必須考慮以下問(wèn)題:2. 1. 1試驗(yàn)電源的接線(xiàn)必須方便。一般可從6kV 高壓廠(chǎng)用段或380V 低壓廠(chǎng)用段備用柜接線(xiàn)。當(dāng)采用380V 低壓廠(chǎng)用段時(shí), 橋的交流輸入側(cè), 。用6kV 電源時(shí), , 。2. 1. 2、短路試驗(yàn)時(shí)對(duì)勵(lì)磁電流、。一般而言發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)所需的勵(lì)磁

8、電流最大, 試驗(yàn)電源所提供的電壓必須滿(mǎn)足整流后的直流電壓能在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生最大試驗(yàn)勵(lì)磁電流, 并考慮一定的裕度。試驗(yàn)電源容量必須考慮交流輸入電壓及其所連接的供電變壓器容量2個(gè)方面?？煽毓枵鳂蚪涣鱾?cè)的輸入電壓額定值一般為600900V , 當(dāng)采用380V 電源直接接入整流橋時(shí), 其最大勵(lì)磁電壓只有正常運(yùn)行時(shí)最大勵(lì)磁電壓的4060, 而且采用低壓電源時(shí)必須考慮低壓變壓器的容量。當(dāng)采用6kV 電源接入勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)時(shí), 由于300M W 機(jī)組勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)額定電壓為20kV , 因此其最大勵(lì)磁電壓只有正常運(yùn)行時(shí)最大勵(lì)磁電壓的30。以東華電廠(chǎng)國(guó)產(chǎn)300M W 機(jī)組為例, 勵(lì)磁變壓器電壓為2

9、0kV 735V , 發(fā)電機(jī)特性試驗(yàn)時(shí)的最大勵(lì)磁電流(三相短路試驗(yàn) 約為I f k =1600A , 轉(zhuǎn)子電阻(235折算至工作溫度下為R 75=R 15×(235+75+15 =0. 12558, 試驗(yàn)勵(lì)磁電源取自廠(chǎng)用6kV 段, 則試驗(yàn)時(shí)所需最高勵(lì)磁電壓為:U fk =I fk ×R 75=1600×0. 1255=200. 8V 試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁變二次側(cè)電壓為:U 2=U K =6000×735 20000=220. 5V折算至整流柜直流側(cè)電壓U f =1135U 2cos . m in =135×220. 5×0. 985=293.

10、 2V , 則U f >Ufk85滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)特性試驗(yàn)的要求。2. 2諧波由于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)采用大功率、高電壓、六相可控硅勵(lì)磁整流柜, 必然在勵(lì)磁變壓器交流系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波, 盡管勵(lì)磁變壓器采用了 Y 接線(xiàn), 避免了3次諧波, 但5次、7次、11次、13次等(2n -1 和(2n +1 次(n =6 諧波則無(wú)法避免。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量, 在勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)回路電流中, 521次電流諧波的含量高達(dá)23%, 嚴(yán)重超標(biāo)。雖然勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)為發(fā)電機(jī)母線(xiàn), 一般情況下電流很大, 諧波所占比例較小, 不會(huì)影響到發(fā)電機(jī)和廠(chǎng)用電系統(tǒng), 但是當(dāng)發(fā)電機(jī)空載或輕載(如僅帶廠(chǎng)用電 運(yùn)行時(shí), 則整流諧波必將對(duì)發(fā)電

11、機(jī)、尤其是高低壓電動(dòng)機(jī)等廠(chǎng)用電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害。這個(gè)問(wèn)題目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的研究報(bào)告, 隨著自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的普遍應(yīng)用, 有必要引起足夠的重視, 并進(jìn)行深入的研究探討。2. 3換相過(guò)電壓對(duì)于大功率、, 在可控, , 這種換相過(guò)電壓有時(shí)4500、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈等, 尤其對(duì)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈而言, 這種過(guò), 而且表現(xiàn)在對(duì)線(xiàn)圈匝間絕緣的影響上, 因?yàn)閷?duì)線(xiàn)圈而言, 它是一種行波。因此, 采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)必須特別注意轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣和匝間絕緣強(qiáng)度的設(shè)計(jì)和試驗(yàn), 提高絕緣水平和試驗(yàn)電壓, 如對(duì)地耐壓至少應(yīng)在4500V 及以上。3結(jié)束語(yǔ)自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越等特點(diǎn), 是大中型汽輪發(fā)電機(jī)組的優(yōu)選勵(lì)磁方式, 但必須進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定的校核計(jì)算。在設(shè)計(jì)選型時(shí)要從勵(lì)磁變壓器、功率柜、滅磁方式、調(diào)節(jié)器、系統(tǒng)冗余、檢修維護(hù)等方面考慮, 同時(shí)應(yīng)考慮這種系統(tǒng)在起動(dòng)試驗(yàn)、整流諧波、換相過(guò)電壓等方面存在的影響和問(wèn)題, 并有必要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和探討。參考文獻(xiàn)1ABB 公司U N 5000大型自并激靜止勵(lì)磁系