1、大中型汽輪發電機自并勵靜止 勵磁系統設計大中型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統設計、選型應注意的問題作者：佚名 文章來源：不詳 點擊數:更新時間:2008-9-24 11:26:37楊旭，劉立瑞，莫鈺英1廣東省電力試驗研究所，廣東廣州510600 2云浮發電廠，廣東 云浮527328自并勵靜止勵磁系統在性能上具有高勵磁電壓響應速度，易實現高起始響 應性能，能提高系統穩定性能等優點。目前廣東省水電機組已基本上應用了自并勵方式， 火電有沙角B廠的350 MW 機組、沙角C廠660 MW機組采用了自并勵方式，即將投運的連州電廠125 MW 機組、韶關8號機300 MW汎組等機組都將應用自并勵靜止勵磁系統

2、。對于自并 勵靜止勵磁系統在大中型汽輪發電機組的引進、配套和使用，應盡可能地發揮 其優點，以達到預期的提高系統穩定性的目的，同時應在某些方面加以注意， 以免帶來一些負面影響。本文就大中型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統的設計、 選型應注意的幾個問題提出一些意見和看法。1自并勵方式自并勵靜止勵磁系統由勵磁變壓器、勵磁調節裝置、功率整流裝置、發電 機滅磁及過電壓保 護裝置、起勵設備及勵磁操作設備等部分組成。其原理如圖 1所示。自并勵靜止勵磁方式與 舊有的勵磁方式相比，具有以下幾方面的優點圖1自并勵靜止勵磁方式原理簡圖1.1 勵磁系統可靠性增強旋轉部分發生的事故在以往勵磁系統事故中占相當大的一部分，但由

3、于自 并勵靜止勵磁方式取消了旋轉部件，大大減少了事故隱患，可靠性明顯優于交 流勵磁機勵磁系統，而且自并勵系統在設計中采用冗余結構，故障元件可在線 進行更換，有效地減少停機概率。該勵磁系統對運行、維護的要求相對較低。1.2 電力系統的穩態、暫態穩定水平提高由于自并勵靜止勵磁系統響應速度快，電力系統靜態穩定性大大提高。自 并勵方式保持發 電機端電壓不變，對單機無窮大系統靜態穩定極限功率為：Pma=MV/Xe,式中 Vg-機端電壓；Vs-系統電壓；Ve-發電機與系統的等值電抗。而常規系統在故障過程中只能保持發電機暫態電勢Eq'不變，其極限功率為：Pmax'二E/Vs/ (Xe+X &

4、#39; )，(2)式中E,'-發電機Q軸暫態電勢；Xd'-發電機D軸暫態電抗。根據公式(1)和(2)計算得出Pmax大于Pmax'，說明大大提高了靜態穩定極限。 對于可能引起的系統低頻震蕩，可采用先進的控制規律或配置PSS電力系統穩定器加以解決。發電機出口三相短路是自并勵靜止勵磁系統最不利的工況，此 時機端電壓及整流電源電壓嚴重下降，即使故障切除時間很短，短路期間勵磁 電流衰減不大，但在故障切除后機端電壓的恢復需一定的時間，自并勵系統的 強勵能力有所下降。為解決這一問題，在系統設計中計算強勵倍數時，整流電 源電壓按發電機額定電壓值的 80%+算，即機端電壓為額定時強勵

5、能力提高 25% 且目前大中型機組發電機出口均采用了封閉母線，發電機端三相短路可能性基 本消除。因此，自并勵系統強勵倍數高，電壓響應速度快，再加上選擇先進的 控制規律，能夠有效地提高系統暫態穩定水平。1.3 減少發電機軸系扭振及機組投資自并勵靜止系統與三機勵磁系統相比，取消了主、副勵磁機，縮短了機組 長度，減少了大軸聯接環節，因而縮短了軸系長度，提高了軸系穩定性，同時 降低廠房造價，減少機組投資。2 設計、選型中應注意的問題大中型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統在設計、選型、調試、運行中需要 注意以下問題，才能充分發揮其響應快、穩定性高等優點，真正提高機組、電 網穩定運行水平。2.1自并勵系統的應

6、用條件由于勵磁輸出受發電機端電壓的制約，在某些系統嚴重故障導致系統電壓 波動較大的情況時不宜采用。它的應用通常取決于機組在系統中的地位、系統 網絡結構、負荷分布等因素。文獻1的研究表明：位于主網震蕩中心的發電 機不宜采用該系統；位于負載中心或受端機組，因故障導致系統電壓恢復慢， 影響強勵能力的發揮，導致功角振蕩加大或系統電壓過低導致電壓崩潰，亦不 宜采用，所以應考慮整個電網，大中型機組的勵磁方式不能單一化，需多種方 式并存，共同搭配。設計規劃部門應考慮電廠在系統中位置及網絡結構、負載 特性等因素，根據電網穩定計算的結果科學地設計、選擇發電機勵磁方式。2.2 勵磁變壓器的計算及選擇勵磁變壓器的計

7、算和選擇應考慮以下幾方面：a）初期的勵磁變壓器多為油冷式或普通絕緣干式變壓器，隨著技術進步和 價格的變化，現在已逐漸使用環氧樹脂干式變壓器，一般采用空氣自然冷卻， 不配外殼，戶內使用，亦可根據實際情況加裝外殼，配置風冷系統，同時需要 設置溫控及溫顯系統，便于監視變壓器的運行狀態。b）為改善可控硅整流橋電壓波形，變壓器多采用三角形-星形（ /Y）接線，它的額定容量取決于勵磁系統應提供的直流功率值，一次電壓與發電機端電壓相同，二次電壓由勵磁系統的頂值電壓所決定，同時應考慮到在一次電壓為 80%額定電壓值時仍能保證所需的頂值電壓值，提高系統的強勵能力。c）由于勵磁變壓器的繞組間存在寄生電容，勵磁變壓

8、器的電源投入或切除 以及大氣過電壓均會在變壓器中產生過電壓，所以必須采取相應措施來限制操 作過電壓，目前的解決措施在一、二次繞組間加隔離屏蔽層，在二次繞組接入 對地電容、安裝過電壓吸收裝置等。d）還需要考慮變壓器的阻抗電壓、過載能力、保護配置，尤其是過流保護，由于變壓器負載為可控硅整流橋及發電機轉子，直流側短路等效于勵磁變壓器 二次繞組短路，對此故障保護方式有很多種，如采用快速熔斷器、快速過流檢 測繼電器、在直流側串入扼流電抗、配置變壓器電流反時限或定時限保護。2.3 發電機起勵問題a）在發電機電壓建立前，勵磁變壓器不能提供勵磁電源，所以在系統設計 時必須考慮起勵回路及相應設備。通常方式是首先

9、利用起勵電源對發電機進行 勵磁，待發電機電壓達到或大于10%寸通過切換裝置自動退出起勵回路， 轉換為 勵磁變壓器提供勵磁電源，需要考慮設置起勵電源會相應增加廠用電源容量。b）發電機第一次啟動及大修結束后，需要作發電機短路、空載試驗，并且需對勵磁系統做全面檢查，此時必須為自并勵系統提供一試驗電源，通常做法是從380 V廠用電源直接拉電纜至可控硅整流橋以提供整流電源，亦可在發電 機升壓變壓器中取抽頭至勵磁變壓器高壓側以提供整流電源，但投資相對較大。 在系統設計時需考慮到將來試驗時采取何種方案并做相應準備工作。2.4 可控硅勵磁功率柜的選擇a）勵磁功率整流橋的接線方式一般為全控或半控整流橋，較普遍采

10、用可控硅全控橋。隨著電力電子技術的飛速發展，大容量、高參數的勵磁功率柜相繼問世，其特點是在單個可控硅元件選擇上向大電流、高電壓方向發展以簡化由過多的串、并聯元件組成的整流橋，據有關資料，單個可控硅元件的參數已達2000 A/4 000 V，使得可控硅整流橋得以簡化，方便裝置檢修、運行，同時使各 支路均流、均壓問題相對易解決。b）可控硅勵磁功率柜中應配置有交流過電壓保護裝置，據現場情況采用風冷、水冷等不同的冷卻方式，并采取一定措施保證并聯整流柜均流系數達到要 求。c）為滿足并聯功率柜投入和切除操作需要，可在可控硅整流橋支路的交流 側及直流側設置高絕緣水平刀閘或斷路器 （空氣開關多為500 V以下

11、的低壓電 器，易發生開關、整流柜事故）。現時較多的廠家產品中，通常將兩個甚至三個 可控硅橋支路安裝在同一功率柜中，使得在實際運行中，當功率柜中一支路發 生故障需退出并檢修時，因該柜其他支路、元件仍處于運行狀態，且位于發電 機轉子勵磁回路，運行、檢修人員較難進行有關檢修工作。只能將該故障支路 所在的功率柜退出，一定程度上影響了機組運行。如果現場場地條件允許，應 盡量讓每個功率柜只安放一可控硅整流橋，方便功率柜的投入、切除操作，以 利運行、檢修。2.5 滅磁及過壓保護裝置的配置通常在發電機轉子回路設置滅磁開關，配備相應的線性或非線性滅磁電阻。 轉子過壓保護裝置較多采用非線性電阻（壓敏電阻）來實現，

12、這種方式較普遍采 用。目前國內外對滅磁及過壓保護裝置的配置有較多的形式及產品，并且均有 一定的運行記錄，應根據機組實際情況選用。2.6 勵磁調節器的選擇隨著計算機技術的發展，勵磁控制已向數字化方向發展。數字式勵磁調節 器與老式的模擬調節器相比，在功能、可靠性等方面具有極大的優勢。現時投 運的新機組及舊機組改造都已選用微機勵磁調節器，并已取得很好的效果和豐 富的經驗。而且隨著勵磁控制規律中單變量向多變量、線性向非線性發展，使 得勵磁調節器能夠在改善機組、電網穩定性方面起到更大的作用。國內廠家在 勵磁控制方面走在世界前面，其中較為突出的產品是清華大學的微機非線性勵磁調節器。2.7 有關的技術條件和國家標準為更好地應用自并勵靜止勵磁系統，原電力部于1998年頒布了 DL/T650-1998大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件，同時自并勵靜止 勵磁系統還必須滿足 GB/T 7409-1997同步電