发也淡备 第２７卷 励磁变压器由３台容量为３ ３００ ｋＶＡ的 ＤｃＢ９—３３ＯＯ／２７／３单相干式变压器组成，低压侧 额定电压９５６ Ｖ，采用Ｙ／△接线方式，其高压侧 不经开关直接接在发电机出口封闭母线上。 励磁整流柜采用独有的抽屉式，取消了传统 的交、直流电源刀闸或开关，既减少了刀闸开关 触头接触不良或发热的问题，同时柜体结构紧凑 美观，封闭性好，减少了柜内积尘引起元件故障 的几率。为保证足够的励磁电流，机组采用多个 整流桥并联。整流桥并联支路数的选取原则为 Ｎ＋１或Ｎ＋２¨１］，Ｎ为保证发电机正常励磁的整 流桥组数，即当某一组或几组整流桥故障退出 时，不影响发电机的正常励磁需要。该机组采用 Ｎ＋２原则，即四组整流柜并联，电流裕量更大。 励磁整流柜运行组数与其控制数值见表１。 表１ 励磁整流柜运行参数控制表 晶闸管整流采用三相全控桥式电路，相控方 式，优点是半导体元件承受的电压低，励磁响应 快，调压性能好，励磁变压器利用率高［２］。发电 机正常运行时励磁回路为感性负载，晶闸管控制 角在Ｏ。～９０。，产生正向电压与正向电流，通过改 变晶闸管的控制角来调整励磁电流的大小，以保 证发电机机端电压恒定。发电机停机时采用逆 变灭磁方式，即将直流励磁回路的能量反送回交 流侧。逆变状态时控制角在９Ｏ。～１５０。，产生负向 电压与正向电流，把励磁电流急速下降到零，有 效地限制了转子回路的过电压。 ２励磁调节器 ２．１装置的作用和构成 ＮＥＳ５１００励磁调节器采用微机作为硬件载 体，通过比较测量反馈值与参考值的误差，计算 出控制电压，经限制环节、转子电压反馈产生晶 闸管的控制角，输出触发脉冲。当机端电压高于 给定值时，增大晶闸管的控制角，减小励磁电流， 使发电机机端电压回到设定值；当机端电压低于 给定值时，减小晶闸管的控制角，增大励磁电流， 维持发电机机端电压为设定值。 Ａ、Ｂ通道分别从发电机出口的２号、３号互感 器接人。主要硬件ＣＰＵ板以系统电源板、模拟量 板、同步电压板、开关量板、脉冲放大板等硬件为支 撑，实现模拟信号采样，并根据采样结果及开关量 输入信号逻辑产生控制脉冲，经逻辑判断程序实现 开关量信号输出、双套切换等核心控制功能。 软件核心为励磁应用程序，包括主流程和控 制调节程序。主流程放置于主任务中，完成励磁 应用程序的初始化以及机组状态的判断等功能； 控制调节程序放置于３．３ ｍｓ中断中，控制周期 为３．３ ｍｓ，完成所有励磁控制调节功能，确保控 制的快速和精度。 ２．２功能特点 ２．２．１励磁调节功能 装置在原有电压闭环调节方式（ 方式）、励 磁电流闭环调节方式（Ｆ（、Ｒ方式）基础上，增加了恒 功率因数调节方式，并启用了软起励功能。 ＡＶＲ调节方式为正常方式，以发电机的机 端电压作为调节变量，维持发电机的机端电压与 电压参考值一致，而电压参考值则主要由增磁命 令或减磁命令进行增减。发电机空载时，电压参 考值变化，使机端电压也随之变化；发电机负载 时，电压参考值变化仍然使发电机电压随之变 化，同时引起发电机无功功率更大范围变化。 ＦＣＲ调节方式主要在励磁试验时或电压闭 环故障（如ＰＴ断线）时使用，以发电机励磁电流 作为调节变量，维持发电机励磁电流与电流参考 值一致，而励磁电流参考值也是由增磁命令或减 磁命令进行增减。 在ＤＣＳ画面上增加了“恒功率因数”投、退按 钮，实现恒功率因数调节方式。机组正常运行时 以ＡＶＲ方式运行，发电机起励建压后，各运行方 式相互跟踪。给定调节利用开关量输入信号，控 制ＡＶＲ给定值的增、减。自动跟踪功能保证了 从ＡＶＲ模式到ＦＣＲ模式或恒功率因数模式、Ａ 通道到Ｂ通道的平稳切换。 软起励是励磁系统升压方式之一，主要用于 发电机的启动控制。ＡＶＲ的给定值按照设定的 速度上升，此时ＡＶＲ相当于一个随动系统。在 起励过程中，与常规起励的开环方式不同，软起 励仍然在进行闭环计算，用于控制的给定值并非 是实际给定值。根据现场实际，定值设为２５ 。 图２为软起励功能投、退两种情况下发电机零起 升压曲线，当励磁系统接收到开机令后开始起励 升压，机端电压大于２５ ９／６额定值后，调节器以一 第３期 季兴文：ＮＥＳ５１００型励磁调节器在１ ０００ Ｍｗ机组上的应用 个可调整的速度逐步增加给定值，使发电机电压 以小于１ ，甚至更低。因此，软起励不仅可以减 小发电机启动升压时的电压超调，保护绝缘，而 逐渐平稳地上升直到设定值。从试验结果看，软 起励可以在１０ Ｓ内完成起励，而其电压超调量可 且能有效降低转子电流的冲击。 ｔ／ｓ ｔｌｓ （ａ）无软起励功能 有软起励功能 图２发电机零起升压曲线 ２．２．２限制功能 制曲线，装置即以无功功率作为被调节量之一进 行调节，调节偏差即为运行点至欠励曲线的距离， 增加励磁使发电机运行点回到安全允许区域。欠 大型发电机对限制及保护功能的要求更高。 限制器的目的是给定限制边界，确保在未达到不 稳定区域前予以干预，维护发电机的安全稳定 运行。 限制功能分为以下两种： 励动作时间整定为０．０６ Ｓ，返回时间１ Ｓ。 １ １１１ １ Ｏ００ （１）欠励限制。发电机欠励反映在各个电气 参量中，主要表现为：励磁电流低、进相深度大 ７５Ｏ （容性无功功率大）和定子电流增大。为防止发 电机进人不稳定运行区域或者发电机端部和压 ５００罨 齿发热等，保证发电机安全运行，针对反映欠励 的主要电气量采取相应的限制手段，用Ｐ／Ｑ（有 功功率／无功功率）限制来实现。发电机实际运 行范围比发电机安全运行Ｐ／Ｑ限制范围要小得 多，以保持足够的安全裕度。 该发电机经进相试验，综合发电机机端电压、 厂用６ ｋＶ、４００ Ｖ母线电压及功角７０。等边界条 件，实测参数后整定的无功欠励曲线为五点折线， Ｑ，（ＭＶ‘Ａ） 图３ １ ０００ ＭＷ机组欠励限制Ｐ／Ｑ曲线图 （２）过励磁限制。发电机过励磁主要表现 为：励磁电流高、无功功率过负荷和定子过电流， 为保证发电机安全运行，针对反映过励磁的主要 电气量的限制手段有：励磁过流限制、无功功率 过励限制、瞬时强励限制和Ｖ／ｆ（电压／频率） 限制。 用五个无功功率值对应五个有功功率水平来设定 限制曲线，见图３。图中ＯＡＢＣＤＥ围成的区域为 进相允许范围。发电机正常运行到达Ｐ／Ｑ曲线 图ＡＢＣＤＥ边界时，欠励限制动作过程为：装置实 励磁过流限制主要用来防止转子回路过热。 当系统电压较低时，发电机输出无功过大，发电 机励磁电流超过其最大允许长期连续运行电流， 必须对励磁电流进行限制，防止长时过流导致过 时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直 线位置计算，判断实际允许点离欠励限制曲线的 远近（模值）和内外（符号），当运行点越过欠励限 热损坏发电机励磁绕组。励磁过流限制动作过 发电没备 第２７卷 程为：当励磁电流超过励磁电流过流反时限启动 值时，装置进行热量累积计算，当热容量超过磁 场绕组允许热容量时，限制动作，将发电机励磁 电流调节至长期运行允许值。当励磁电流低于 启动值后，装置计算其冷却速度及剩余热量，如 果剩余热量仍然大于零时，励磁电流再次超过启 动电流时，则迅速动作限制。 无功功率过励限制。装置实时检测发电机 有功功率和无功功率，根据点与直线位置计算， 判断实际运行点离过励限制曲线的远近（模值） 和内外（符号），当运行点越过过励限制曲线进入 过励区域，限制即启动计时，延时时间到后，装置 即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行 点至过励曲线的距离，从而保证发电机运行点回 到安全运行区域内。过励动作时间整定为２５ Ｓ， 返回时间５ ｓ。 在ＮＥＳ５１００调节器中，励磁过电流限制通 过Ｐ／Ｑ限制来实现。发电机过励区域比发电机 允许安全范围小得多，即实际的无功功率过励限 制曲线比过励允许曲线低。该厂无功功率过励 曲线为五点折线，见图４。图４中ＯＡＢＣＤＥ围成 的区域为实际运行允许范围，外部为过励范围。 １ １１ｌ ｌ Ｏ００ ７００ 藿 ３０ｏ ０ Ｑ／（ＭＶ’Ａ１ 图４ ｌ Ｏ００ ＭＷ机组过励限制Ｐ／Ｑ曲线图 瞬时强励限制即强励顶值限制，其作用是防 止在调节过程中发电机转子电流瞬时超过允许 的强励顶值。瞬时强励限制与前述无功及过流 限制不同点是：定值是强励允许值，不是长期允 许值；动作是瞬时的，不是按发热积累考虑的。 该机组实际整定值为２倍转子电流值。 Ｖ／ｆ限制。发电机运行时，发电机端电压与频 率的比值有一个安全工作范围，当Ｖ／ｆ比值超过 安全范围时，容易导致发电机及主变过激磁和过热 现象；因此，当 ，比值超出安全范围时，必须限制 发电机端电压幅值，控制发电机端电压随发电机频 率变化而变化，维持Ｖ／ｆ比值在安全范围内。该 厂Ｖ／ｆ限制定值取１．０６为安全运行范围。 ３存在问题及改进情况 ３．１各励磁整流柜间均流系数的改进 机组投运后，４台励磁整流柜均流系数较低， 主要原因是电源为中间进线方式，远端的１、４号励 磁整流柜因距离远、导体交流阻抗过大导致电流 小，中间的２、３号柜电流大。在对２、３号柜交流输 入回路增加均流磁环后，人为增加了其交流阻抗。 经采取均流措施调节后，使各支路阻抗平衡，均流 效果改善明显。改进前后各柜电流对比见表２。 表２增加均流环前后各励磁整流柜 电流分布实测值对比 ３．２远方建压失败的处理 在机组投运初期，２台机组分别出现过１次发 电机开机时远方建压失败的情况，经检查：起励电 源正常，励磁系统各交直流电源及脉冲电源均投 入正常，发电机转子回路、励磁系统一、二次回路及 发电机ＰＴ回路均正常。后对励磁调节装置进行 断电重启，再升压时远方起励建压正常，２号机组 则远方仍无法建压，后采用就地手动建压方式升 压开机。故障原因是ＤＣＳ与励磁调节装置建压回 路通信不畅，经处理后上述故障未重复出现。 ４ 结语 ＮＥＳ５１００型微机励磁调节装置随机组投运一 年来，其运行稳定，工作可靠，调节平稳，功能齐 全，操作简单，机组多次停机时励磁调节器均成功 实现了逆变灭磁，性能良好，确保了发电机转子回 路免受过电压的冲击，是目前较理想的微机励磁 调节装置，其在１ ０００ Ｍｗ机组上的成功应用，提 高了大机组的稳定性，特别是在目前电网容量大、 单机容量不断增大的情况下，也大大提高了电力 系统整体的安全运行水平和供电可靠性。 参考文献： Ｅ１３樊俊，陈忠，涂光瑜．同步发电机半导体励磁原理及应用 ＥＭ］．北京：水利电力出版社，１９９１． ［２］宋志明，李洪战．电气设备与运行ＦＭ］．北京：中国电力出版 社，２００８．
