無刷勵磁系統(tǒng)與自并勵勵磁系統(tǒng)在實際運行中的比較

無刷勵磁系統(tǒng)與自并勵勵磁系統(tǒng)在實際運行中的比較摘要勵磁系統(tǒng)是大型同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它是供給同步發(fā)電機(jī)勵磁電源的一套系統(tǒng)，目前主要有它勵和自并勵兩種方式。三相它勵式無刷勵磁系統(tǒng)由運行中容易導(dǎo)致機(jī)組振動大、備件更換困難，嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，因此國內(nèi)很多電廠將三機(jī)勵磁的無刷勵磁系統(tǒng)改為靜態(tài)自并勵勵磁系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：自并勵靜止勵磁系統(tǒng)；無刷勵磁；勵磁調(diào)節(jié)裝置；自動電壓調(diào)節(jié)器1.發(fā)電機(jī)組對勵磁系統(tǒng)的基本要求：首先勵磁系統(tǒng)要有足夠的容量，能提供發(fā)電機(jī)在額定負(fù)載和可能低的功率因數(shù)下所需的最大勵磁容量，以及事故情況下勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵到頂值時所能承擔(dān)的短時最大勵磁容量。有兩個衡量勵磁系統(tǒng)主要性能的指標(biāo)，即電壓反應(yīng)比（電壓響應(yīng)比）和勵磁電壓頂值。前者表征勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)速度，它定義為勵磁系統(tǒng)的輸入（給定值）有一階躍變化（其大小足以使勵磁機(jī)從空載額定電壓上升到頂值）時，勵磁機(jī)在0.5秒內(nèi)電壓上升的標(biāo)么值。圖1-2示出了一個典型響應(yīng)，在輸入階躍變化作用下，勵磁電壓沿曲線ad上升到頂值。因為響應(yīng)為非線性的，則用0.5秒內(nèi)曲線ad下的面積定義為反應(yīng)比?？捎胊cb包圍的面積代替實際曲線abd所包圍的面積且此兩個面積相等。于是反應(yīng)比Rr表示為：CC-QQ_Rr二「：；：“■| 電壓（標(biāo)么值）/秒圖1-2電壓反應(yīng)比的定義曲線勵磁電壓達(dá)到95%頂值電壓所需時間（以秒計）稱為勵磁系統(tǒng)電壓反應(yīng)時間（亦即系統(tǒng)強(qiáng)勵時達(dá)到頂值電壓與額定勵磁電壓之差的95%所需的時間）。勵磁頂值電壓用于衡量勵磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵能力，頂值電壓的標(biāo)么值一般定義為勵磁頂值電壓與額定勵磁電壓之比，習(xí)慣稱為強(qiáng)行勵磁倍數(shù)。但某些勵磁系統(tǒng)勵磁電源內(nèi)阻抗很大，如交流勵磁機(jī)，在強(qiáng)行勵磁的初瞬間，由于發(fā)電機(jī)勵磁繞組有很大的電感，轉(zhuǎn)子電流還來不及增長時，勵磁電源內(nèi)阻降落小，此時轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的電壓會比發(fā)電機(jī)勵磁電流到達(dá)穩(wěn)定的頂值的電壓值為大。1.大型火力發(fā)電機(jī)組主要勵磁方式目前電廠采用的勵磁方式主要有兩種：無刷勵磁和自并勵勵磁。無刷勵磁系統(tǒng)的接線復(fù)雜；軸系長度大、投資大支點多，振動大，動平衡復(fù)雜階數(shù)高，扭振模式復(fù)雜，整流盤和勵磁故障，包括熔絲熔斷和接地故障必須停機(jī)維護(hù)，當(dāng)涉及機(jī)械問題，勵磁機(jī)損壞時需解體返廠維修，費時，費用很高。圖1-3-無刷勵磁系統(tǒng)方框圖自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的主要優(yōu)點是:無旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡單，軸系短，穩(wěn)定性好；勵磁變壓器的二次電壓和容量可以根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求而單獨設(shè)計；響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)性能好，有利于提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性。圖1-4自并勵的勵磁系統(tǒng)方框圖自并勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是以一臺三相勵磁變壓器，5組可控硅全控橋換流器、Q5S-0/U251-S5000型數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器（UNITROL@5000系列）和滅磁裝置組成。每一套調(diào)節(jié)器又分為AVR自動和FCR手動兩種運行方式。自動方式實現(xiàn)機(jī)端電壓的閉環(huán)控制，為正常運行方式，手動方式則為勵磁電流的閉環(huán)控制，可以按照運行人員的設(shè)定提供連續(xù)勵磁。另外，每一套調(diào)節(jié)器還配置了一套以磁場電流為閉環(huán)控制的備用磁場電流調(diào)節(jié)器EGC，做為AVR故障后的一種備用運行方式。整流柜采用5組并聯(lián)的三相全控橋可控硅兩種勵磁方式的比較自并勵勵磁系統(tǒng)接線簡單、設(shè)備少、造價低、占地面積小、無轉(zhuǎn)動部件并維護(hù)簡單，是快速響應(yīng)系統(tǒng)，故與其它勵磁系統(tǒng)對比，自并勵勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定具有明顯的優(yōu)越性。隨著微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，氧化鋅非線性滅磁電阻的研制成功及大功率晶閘管及晶體管的廣泛應(yīng)用，提高了發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的可靠性，較大地改善了勵磁系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)，大大提高了系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)。在諸多勵磁系統(tǒng)中，直接勵磁機(jī)維護(hù)困難，調(diào)節(jié)器響應(yīng)時間長達(dá)1?5s，動態(tài)性能差，當(dāng)空載起勵時，電壓超調(diào)量大，頻率特性差；他勵可控硅勵磁系統(tǒng)需裝設(shè)交流勵磁機(jī)，并要求廠房長度大，交流勵磁機(jī)體質(zhì)量大、尺寸大、維修工作量大。20世紀(jì)70?80年代，發(fā)電廠開始用自并勵的可控硅勵磁系統(tǒng)，由于它均屬于快速勵磁系統(tǒng)，動態(tài)性能優(yōu)良，尤其是帶有微型計算機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的自并勵靜止勵磁系統(tǒng)在發(fā)電廠中得以廣泛的應(yīng)用。為提高輸電的穩(wěn)定性，對勵磁系統(tǒng)要求能快速響應(yīng)，而自并勵勵磁系統(tǒng)恰好能滿足這個要求。自并勵勵磁系統(tǒng)能對電網(wǎng)起到穩(wěn)定作用。在電力系統(tǒng)中，大機(jī)組往往通過多回高壓輸電線給遠(yuǎn)方負(fù)荷中心供電，為減少損耗常常采取無功就地平衡，由于高壓線路充電功率大，一旦發(fā)生擾動，很容易破壞無功平衡，引起電壓不穩(wěn)定問題。通過自并勵勵磁系統(tǒng)的實際應(yīng)用和多年實驗，自并勵勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定有極其重要的作用。自并勵勵磁系統(tǒng)雖然在強(qiáng)勵時受機(jī)端電壓影響，強(qiáng)勵倍數(shù)較低，但調(diào)節(jié)速度快，恢復(fù)電壓迅速，而無刷勵磁系統(tǒng)雖然強(qiáng)勵能力受機(jī)端電壓影響小，但交流勵磁機(jī)是很大的滯后環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)速度慢。全網(wǎng)采用自并勵勵磁系統(tǒng)時暫態(tài)穩(wěn)定水平更優(yōu)于無刷勵磁。當(dāng)發(fā)生三相短路時，除離故障點近的自并勵勵磁系統(tǒng)受電壓降落影響外，其余機(jī)組端電壓數(shù)值較高，自并勵的快速調(diào)節(jié)提高暫態(tài)穩(wěn)定的優(yōu)勢可充分發(fā)揮。1.自并勵系統(tǒng)優(yōu)勢分析通過上述分析可知，自并勵勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定有如下作用：由于自并勵勵磁系統(tǒng)勵磁電源取自發(fā)電機(jī)端，經(jīng)勵磁變及可控硅整流器供給發(fā)電機(jī)勵磁，所以勵磁響應(yīng)時間短，對發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)節(jié)速度快;由于無主副勵磁機(jī)，無旋轉(zhuǎn)部件，軸系短，軸承座少，故對減少機(jī)組振動和扭振十分有利；由于取消了旋轉(zhuǎn)部件，減少勵磁系統(tǒng)故障，故提高了可靠性；由于自并勵系統(tǒng)響應(yīng)快，當(dāng)系統(tǒng)電壓瞬間下降時，可很快增大發(fā)電機(jī)無功，以保持系統(tǒng)不發(fā)生電壓崩潰，其能力比無刷勵磁系統(tǒng)優(yōu)越；當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時，自并勵系統(tǒng)抑制電壓超調(diào)能力比無刷勵磁系統(tǒng)強(qiáng)；可適當(dāng)?shù)乜s短電站廠房跨距，不需要勵磁機(jī)基礎(chǔ)；雖然自并勵系統(tǒng)勵磁電源受電網(wǎng)、電壓影響，尤其是近端發(fā)生三相短路時強(qiáng)勵能力受到較大影響，但一旦切除故障，可立即恢復(fù)電壓，以對暫態(tài)穩(wěn)定作出貢獻(xiàn)，同時也補(bǔ)償了短路期間強(qiáng)勵能力受影響的缺點。考慮到近端三相短路機(jī)會極少，所以自并勵系統(tǒng)還是相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。經(jīng)過對經(jīng)濟(jì)型、穩(wěn)定性、便維護(hù)性、對機(jī)組和系統(tǒng)的安全性的對比研究后，得出采用自并勵勵磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組比采用無刷勵磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組造價低、性價比高，運行穩(wěn)定性好。1.結(jié)論在電廠的改造項目中，多數(shù)電廠都將無刷勵磁系統(tǒng)改造為自并