丹創(chuàng)電氣講解發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的選型技術(shù)

    勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組重要的輔助設(shè)備，其主要任務(wù)是向同步發(fā)電機(jī)的的勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可調(diào)的直流電流（電壓），控制機(jī)端電壓恒定，滿足發(fā)電機(jī)正常發(fā)電的需要，同時(shí)控制發(fā)電機(jī)組間無功功率的合理分配，以滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要，它對(duì)提高了電廠的自動(dòng)化水平，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有著重要的作用，因此，正確選擇勵(lì)磁設(shè)備也就致關(guān)重要。下面丹創(chuàng)電氣將為您詳細(xì)講解。

                                 石家莊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)效果圖

    一、勵(lì)磁方式的選擇

    在發(fā)電機(jī)的各種勵(lì)磁方式中，自并勵(lì)方式以其接線簡單，可靠性高，造價(jià)低，電壓響應(yīng)速度快，滅磁效果好的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大容量可控硅制造水平的逐步成熟，發(fā)電機(jī)采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式已成為一種趨勢(shì)，對(duì)于大型機(jī)組業(yè)界人士也越來越傾向于采用自并勵(lì)方式。

    一般說來，自并勵(lì)勵(lì)磁的價(jià)格比同容量的直流勵(lì)磁機(jī)還要低，但其調(diào)節(jié)范圍、控制速度、抑制甩負(fù)荷時(shí)過電壓的能力等等性能則是老式勵(lì)磁無可比擬的。新建的中小型電站，也大多采用自并勵(lì)方式，取消了常規(guī)的直流勵(lì)磁機(jī)，以簡化發(fā)電機(jī)的軸系統(tǒng)，減低廠房高度，減少工程造價(jià)，減少噪音，同時(shí)提高自動(dòng)化水平。改造時(shí)，由于自并勵(lì)最為簡單經(jīng)濟(jì)，通常被優(yōu)先考慮。

    對(duì)于在發(fā)電機(jī)出口或近端短路時(shí)自并勵(lì)的可靠性問題，大型機(jī)組已由封閉式母線和快速繼電器給予了保證，中小型電站可配以帶電流記憶的低電壓過電流后備保護(hù)來解決。近二十年來，美國、加拿大對(duì)新建電站幾乎一律采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，加拿大還擬將火電廠原交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。

    二、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

    發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁裝置的控制核心，它的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)電型、電磁型、晶體管分立元件型、模擬運(yùn)算放大器型以及微機(jī)型幾個(gè)階段。

目前，我國中小型水電站的勵(lì)磁大都采用微機(jī)調(diào)節(jié)器，少量采用模擬運(yùn)算放大器為核心的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，老式的分立元件電路已逐步被淘汰。近年來，微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已成為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主流。

模擬運(yùn)算放大器式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，有著調(diào)壓精度高（ 0.5% - 1%）、調(diào)壓范圍寬（10%-120%）、直觀容易熟悉等特點(diǎn)，對(duì)于中小型電站來說，在今后的一段時(shí)期內(nèi)仍然具有吸引力。

    模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也有一些缺點(diǎn)和不足：功能少；調(diào)試麻煩，各主要參數(shù)需定期校正，維護(hù)工作量大；因元件的分散性影響了脈沖的對(duì)稱性；因電路的積累誤差影響到各工況的線性對(duì)稱等等。

    隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量和電網(wǎng)規(guī)模的增大，發(fā)電機(jī)組及電力系統(tǒng)對(duì)勵(lì)磁控制在快速性、可靠性、多功能性等方面提出了愈來愈高的要求，致使常規(guī)模擬式勵(lì)磁變得過份復(fù)雜甚至力不從心。相應(yīng)地，勵(lì)磁控制在理論和實(shí)踐上也在不斷更新、發(fā)展和完善，我國從80年代初開始研制微機(jī)式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，經(jīng)過10多年的努力，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)行方面已積系了豐富的經(jīng)驗(yàn)，微機(jī)式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在生產(chǎn)運(yùn)行中都顯示了優(yōu)良的性能。九十年代以來，微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在中小型機(jī)組也得到了廣泛應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

    與模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相比較，微機(jī)式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)是：

   （1）可以實(shí)現(xiàn)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器難以實(shí)現(xiàn)的與動(dòng)態(tài)響應(yīng)相結(jié)合的PID控制規(guī)律、PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、非線性控制、自適應(yīng)控制及模糊控制等控制規(guī)       律；

   （2）調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、精度高，在線改變參數(shù)方便；

   （3）可靠性高，無故障工作時(shí)間長；

   （4）系統(tǒng)功能組態(tài)靈活、操作簡單、維修和試驗(yàn)智能化，實(shí)現(xiàn)電站綜合自動(dòng)化智能化，實(shí)現(xiàn)“無人值班少人值守”；

   （5）通信方便，便于遠(yuǎn)方控制和實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的計(jì)算機(jī)綜合協(xié)調(diào)控制。

    交流采樣技術(shù)是九十年代微機(jī)勵(lì)磁取得的重大技術(shù)突破之一，它利用微機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)交流電量進(jìn)行直接采樣，完成電量測量功能，電量測量是勵(lì)磁快速性、可靠性、多功能性的重要基礎(chǔ)組成部分：一方面，交流采樣測量的電量齊全、快速，勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)這方面要求猶為重要，測量電量的反映速度是勵(lì)磁動(dòng)態(tài)指標(biāo)的基礎(chǔ)，只有測量反映速度快，勵(lì)磁才能及時(shí)強(qiáng)勵(lì)或強(qiáng)減；測量電量齊全是軟件調(diào)差、勵(lì)磁欠勵(lì)限制、過勵(lì)限制、PSS控制規(guī)律、恒無功功率控制、恒功率因素控制的等功能的基礎(chǔ)；另一方面，交流采樣技術(shù)的測量硬件極為簡單（僅電量隔離），運(yùn)行可靠，由于無需對(duì)波形進(jìn)行變換，這樣，徹底取消了常規(guī)的非交流采樣技術(shù)的整流濾波、功率變換等波形變換的復(fù)雜電路，以往這些環(huán)節(jié)正是影響可靠性、調(diào)試維護(hù)的重點(diǎn)難點(diǎn)所在。

    影響勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可靠性、調(diào)試維護(hù)的重點(diǎn)難點(diǎn)之一還有脈沖移相電路，微機(jī)式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用微機(jī)軟件移相技術(shù)，利用軟件中斷方法進(jìn)行控制角延時(shí)和分相觸發(fā)方式，軟件中斷分相、測頻，根據(jù)頻率變化，軟件調(diào)整延時(shí)計(jì)數(shù)值，可達(dá)到與發(fā)電機(jī)嚴(yán)格同步，這種微機(jī)脈沖移相技術(shù)，有著其他移相脈沖電路無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：移相的精度、穩(wěn)定性、對(duì)稱性有極高精度和穩(wěn)定性的石英晶體作保證，觸發(fā)脈沖對(duì)稱度好，晶閘管輸出電壓流形非常整齊；移相由微機(jī)內(nèi)部軟件完成，有極高的抗干擾能力；硬件僅有同步變換和脈沖放大環(huán)節(jié)，無電位器，無需調(diào)整，大大簡化了電路結(jié)構(gòu)。

智能故障診斷是微機(jī)勵(lì)磁的另一大特點(diǎn)。優(yōu)秀的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器其智能故障診斷功能可以完成數(shù)十個(gè)故障詳細(xì)的識(shí)辨和避錯(cuò)，如它可以PT斷線是那一相，     脈沖丟失是那一橋的那一臂，那一連接器沒連好等等。故障信號(hào)以多種方式告知：以指示燈、故障碼方式、語音在現(xiàn)地顯示；以串行口方式與監(jiān)控系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)漢字和語音方式告知；重要信號(hào)以繼電器方式直接作用與相關(guān)回路。

    多功能是微機(jī)勵(lì)磁的一大優(yōu)勢(shì)，除智能故障診斷外，微機(jī)勵(lì)磁可以實(shí)現(xiàn)多種控制規(guī)律的運(yùn)行方式、可以通過串行口，與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作和監(jiān)視，通過串行口，與外接便攜式微機(jī)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)智能化、故障追憶濾波等功能（為不至于使硬件復(fù)雜，有利于維護(hù)檢修，提高可靠性，不宜裝置內(nèi)置僅很少使用的一體化工控機(jī)）。 

                                       石家莊發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)效果圖

    三、勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)和滅磁

    勵(lì)磁系統(tǒng)的起勵(lì)和滅磁性能如何是發(fā)電機(jī)能否正常開機(jī)建壓和滅磁停機(jī)的關(guān)鍵。

    當(dāng)發(fā)電機(jī)被拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯剩磁可能使發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓的1％一2％，對(duì)于勵(lì)磁變接于機(jī)端的方式，并接在發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵(lì)磁變壓器的殘壓太低，或者勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由于同步電壓太低，無法形成觸發(fā)脈沖，勵(lì)磁回路無法導(dǎo)通，這就需要采取措施，其中最常見的辦法就是外加起勵(lì)電源，供給初始勵(lì)磁，待發(fā)電機(jī)電壓升到一定值時(shí)自動(dòng)退出。

    在選擇起勵(lì)方式時(shí)，可以把它勵(lì)方式和殘壓起勵(lì)方式結(jié)合起來，既可以保證起勵(lì)的可靠性，又可以降低外加起勵(lì)電源的容量，這樣所需它勵(lì)電流很小，僅為幾安培，對(duì)廠用直流系統(tǒng)沒有沖擊。 

    發(fā)電機(jī)組滅磁，多采用帶三相全控橋逆變滅磁，三相全控橋的優(yōu)點(diǎn)則是可以實(shí)現(xiàn)逆變快速滅磁，即由控制信號(hào)使全控橋的控制角由小于90度的整流狀態(tài)突然退到大于90度的最小逆變角，進(jìn)入逆變狀態(tài)，迅速滅磁。它具有簡單、快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。故障時(shí)，可聯(lián)動(dòng)跳滅磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)快速滅磁。實(shí)際上不必每次都跳滅磁開關(guān)。這樣，減輕了滅磁開關(guān)的負(fù)擔(dān)，延長了使用壽命。滅磁電阻通常用線性電阻滅磁，對(duì)于機(jī)組容量大于20MW發(fā)電機(jī)組，采用ZHO非線性電阻，在機(jī)組故障時(shí)實(shí)現(xiàn)快速滅磁。

    隨著中小型水電站自動(dòng)化程度的不斷提高，微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已成為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主流。目前，對(duì)500千瓦及以上的中小型機(jī)組，不論是新建設(shè)計(jì)還是技術(shù)改造，對(duì)于勵(lì)磁甚至到了“言必稱微機(jī)”的程度。然而，微機(jī)勵(lì)磁在我國只有十多年工業(yè)運(yùn)行的歷史，近年來試制微機(jī)勵(lì)磁裝置的單位日益增多，有少數(shù)產(chǎn)品（PLC的、微機(jī)的）設(shè)計(jì)技術(shù)簡單，沒有采用交流采樣、軟件化脈沖移相技術(shù)，沒有發(fā)揮微機(jī)自身的優(yōu)勢(shì)，硬件復(fù)雜、功能少；有的單位把高檔的PLC、含觸摸屏的工控機(jī)、加上普通整流、電量變送器、波形比較式脈沖移相等極為普通技術(shù)的，形成表面高檔實(shí)質(zhì)低檔的產(chǎn)品，難免出現(xiàn)諸多問題，因此，在選用勵(lì)磁裝置時(shí)，應(yīng)慎重考察，比較勵(lì)磁裝置在快速性、可靠性、多功能性等方面采用的技術(shù)措施及技術(shù)的成熟性、運(yùn)行業(yè)績和生產(chǎn)規(guī)模，優(yōu)先考慮通過國家技術(shù)部門鑒定的產(chǎn)品。 

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