对于发电机励磁系统低励限制试验和防事故措施的研究

耿振华

(河北大唐国际王滩发电有限责任公司,河北唐山 063611)

对于发电机励磁系统低励限制试验和防事故措施的研究

耿振华

(河北大唐国际王滩发电有限责任公司,河北唐山 063611)

励磁系统对于发电机的正常工作、保护至关重要,本文通过对发电机励磁系统的组成以及功能和低励限制的功能特点进行总结分析和进行相关的低励限制试验对保证发电机的正常工作提出了一些防事故措施,保证发电机系统能够安全可靠的工作。

发电机 励磁系统 低励限制

1 引言

励磁系统在发电机组成结构中是必不可少的一部分,对整个发电机系统的正常运行有着重要的作用,我国的有关部门也出台了许多关于励磁系统要求的技术标准,在采用励磁系统之前,发电厂都会根据相关标准进行一些列的试验来保证其可以正常运行。

低励限制是励磁系统的主要功能之一,该功能主要用来测定发电机的无功和有功状态下负载的具体情况。通过不同的负载大小为励磁电流的极值给出一个范围,以确保发电机的负载情况在稳定的区间工作。使发电机稳定工作也可以保证系统正常运行。通过对发电机励磁系统低励限制进行试验研究提出一些防止事故发生的措施。

2 发电机励磁系统

2.1 发电机励磁系统的组成与主要功能

励磁系统主要由励磁调节器和励磁功率单元两个重要部分构成。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。其主要功能有：随着发电机负载的改变而调控电流的大小,维持电压稳定;调控发电机组内不同发电机的功率大小;保证发电机工作的静态稳定;确保发电机工作时暂态稳定;当发电机出现问题时,及时解决降低损失;根据运行条件对励磁限制的值进行调节。

2.2 发电机励磁系统的主要励磁方式

对于直流发电机而言,采用的是直流的励磁机,发电机的主轴与励磁机共轴,位于发电机内部的励磁绕组经过安装在轴上的固定的电刷和滑环而从励磁机得到直流电流;这种励磁方式的优点是励磁电流可以独立获得、可靠度高、耗电量低,缺点是调节速度比较慢、维护困难。

对于大容量的发电机而言,主要采用的是交流励磁机。同样安装在发电机大轴之上的交流励磁机的输出电流在整流之后传递给转子励磁。该发电机的励磁绕组与三相交流绕组固定在定子内部,转子上没有绕组,因此也没有滑环和电刷等一些接触零件。优点是可靠度高、工艺构造简单;缺点是噪音大,交流电流的谐波分量过大。

有些发电机内部没有励磁机,这种发电机自身提供励磁电源,再整流之后提供给发电机产生励磁,这种励磁方式称为静止励磁。优点是构造简单、使用设备少、工作量投资等较少。

2.3 发电机励磁系统的发展

最近几年内,随着科技工艺的发展以及新型元器件的开发和使用,发电机的励磁条件也获得了巨大的进步。尤其是自动调节励磁装置,经过不断的开发研究,在工作效率和安全性方面都得到了发展。鉴于使用计算机通过软件可以达到的自动调控励磁装置拥有明显的优势,世界上的先进国家都投入大量资金在改进发电机的励磁系统之上,而且得到了巨大的成功。

3 低励限制试验的目的和内容

3.1 低励限制的功能特点

发电机在正常工作的过程中可能出现励磁水平较低的现象：(1)当电网负荷处在低谷期时,由于正常的无功补偿设备使用较少导致电网电压升高,这种情况通常采用发电机的励磁调节系统进行调压。(2)系统的故障电压过高,发电机的励磁调节系统将自动运行以降低励磁水平。(3)励磁调节系统导致励磁水平下降。

当发电机组的励磁水平过低时将会触发低励限制器对其进行控制,提高励磁使得发电机组在正常范围内工作,保证系统的可靠性。根据不同的励磁调节系统接入方式可以将低励限制器分为两种：叠加式和选择门式。

将励磁调节器的调压信号和低励限制器的输出信号叠加起来作用的方式就是叠加式。发电机组消耗的无功功率低于低励限制的最大值时,低励限制器不工作,除此之外,低励限制器将使得励磁作用曾强。该方法的优点是使系统稳定性提高,缺点是系统结构复杂,需要综合考虑运用。

将励磁调节器的调压信号和低励限制器的输出信号经过选择门(高低电平选通)之后二选一,这就是选择门式调节。在机组消耗的无功功率大于低励限制线的最大值时,输出信号通过,调压信号切断,通过增大励磁来使无功输出变大。这种方式的优点是逻辑简单便于控制实施,缺点是可能导致系统不稳定。

3.2 低励限制试验的目的和内容

对发电机进行低励限制试验的主要目的是通过检测其相关的参数来确保其低励限制功能的正常。根据相关技术标准,由发电机端部的发热条件和不同功率下的静稳定极限所确定的动作曲线是低励限制试验的重要参数;在根据系统静稳态水平进行曲线确定的过程中,选用系统最小的等值阻抗,发电机额外的电压调节装置的作用不计算在内,以静态极限的10%作为储备系数,从而得出励磁系统的动作曲线。

在具体的应用中,一般采用下边的公式来确定低励限制的动作曲线。

动作曲线需要和失磁保护同时使用。根据有关低励保护的一些技术规定,当励磁电流比较小或者失磁的情况发生时,应及时采用低励限制措施,假如运行通道不能到达限制目的应该立即选用备用的通道;在备用通道也失效的情况下通过失磁保护措施判断之后采取关机操作。考虑到此种情况,技术规定中给出了明确的要求—在上述整个过程中低励限制的执行需要有适当的延时时间,改时间不超过0.1S小于0.3S。

4 低励限制实现的外部硬件条件

励磁调节装置之所以能够进行低励限制需要励磁系统输入发电机的电流电压和转子的电流电压等外在的模拟量。调节装置依据不同大小的模拟量对励磁设备的运行情况进行控制。

励磁调节装置通过采集到的定子电流和机端电压的数值计算出发电机的瞬时无功和有功功率分别为Q和P,同时比较计算所得的值和低励限制值。当P和Q的值在所示曲线的上方时,不干预励磁系统的正常工作,反之则干扰它的工作。

5 发电机的事故及其保护措施

发电机组朝着大容量的方向不断发展,同时因为比较复杂的冷却系统的应用等问题,导致发动机故障发生率升高。因此,需要对发电机的保护能力进行改善和提高,建立完善的保护措施,确保电力系统可以长时间无事故的安全运行。

5.1 发电机中可能出现的事故

发电机的主要结构通过旋转工作的,因此生产出来的发电机都没有较强的过载能力,异常状况将会对发电机造成严重损害。

发电机可能出现的故障：过电压;过励磁;频率异常;发电机失磁;系统与发电机不同步等。

5.2 对发电机故障的保护措施

为了使发电机出现故障时造成的危害降低到最小值,所有的发电机都配备有专门的保护装置,在保证发电机原有功能的前提下使机组的安全得到保证。

当发电机出现过电压的情况时,采取过电压保护。当发电机在满载负荷的条件下把负荷全部去掉之后,因为自动励磁装置和调速装置自身的惯性原因,使得发电机两端的电压在很短的时间段内迅速提升,这个过程会保持数秒钟。如果调速系统出现故障或者停止运行,那么可能会长时间过电压。

当出现过励磁情况时,发电机采用过励磁保护。过励磁会造成发电机的电压上升和频率下降,继而使的铁心因磁通密度大幅度上升而绝缘老化和过热。发电机过励磁按需要动作于全停,或动作于建立此并发信号。当发电机失磁时,采取失磁保护措施。对于使用半导体制造的发电机的励磁系统,应该增加可以直接读取发电机失磁发生后的相关参数的失磁保护措施。对于大功率的直流励磁的发电机,也需要应用专门的保护措施。发电机发生失磁之后应该直接停止其工作,失磁保护使得跳闸,对于允许失磁发生的发电机而言,失磁保护触发信号。

发电机的定子匝间出现短路时,应该迅速的断开发电机与变压器之间的侧断路器,同时断开变压器的各个断路器和灭磁开关,汽轮机的气门关闭,触发失灵保护。当系统与发电机不同步时,触发失步保护措施,检查是减速失步还是加速失步,并对机组稳定震荡失步和短路故障失步进行分析。失步保护措施可以直接触发信号,也可以直接使系统跳闸。

6 结语

本文介绍了发电机的励磁系统的构成和作用,分析其主要的功能和不同的作用方式分类。对发电机的励磁系统进行低励限制的功能特点进行总结分析并进行相关的试验,然后通过对试验的结论进行分析,提出当发电机在运行的过程之中后可能出现的一些事故隐患,同时对相应问题分析,对发电机防事故的措施进行总结,具有一定的工程应用意义。

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