水电站发电机励磁系统的运行分析

.-.-.可修编.可修编.水电站发电机励磁系统的运行分析摘要励磁系统对水电站电力系统的安全和稳定运行具有十分重要的作用，它的主要任务是满足了设计要求。关键字水电站 励磁系统 微机励磁控制器 运行分析在国家大力开展水利电力的建设的同时，为提高水利电力系统的稳定性，水电站发电机励磁系统一直被视为重中之重。在诸多改善发电机稳定性的措施中，提高励磁系统的控制性能，被公认为是最有效和最经济的措施之一。水电站电力系统的励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它的特性场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分(或称为功率单元)。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流的大小，以满足运行需要，一般称为励磁控制部分(或称控制单元，或统称为励磁调节器)。一、同步发电机励磁系统的主要任务同步发电机励磁系统作为同步发电机组的一个重要组成部分，它通常由励统在正常和事故情况下的调节需要，其主要任务为：电机输出的无功功率。暂态稳定性。同步发电机的励磁电流。提高继电保护装置动作的准确性。当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大。若系统此时发生短路故障，短路电流较小，且随时间衰减，以致大短路电流，使继电保护正确动作。二．同步发电机对励磁系统的性能要求当同步发电机的磁场电流和电压不超过其颊定负载磁场电流和电压的 1.1时,励磁系统保证连续运行。励磁系统标称顶值电压倍数一般规定为1.5~2。3.励磁系统允许强励时间应不小于10秒。当磁场电流小千1.1倍额定值时,磁场绕组两端的整流电压最大瞬时值不应大于规定的磁场绕组试验电压幅值的30%。励磁系统电压反应比:—宜流励磁机励磁系统—不低子1.5单位/秒,—交流励磁机—二管极整流器励磁系统—不低于1.0单位/秒。—其他励磁系统—不低于2.0单位/秒。6.当发电厂厂用直流和交流电电压偏差不超过+10%~ 一15%,频率偏差超过+2~一3赫兹时,励磁系统应保证同步发电机在额定工况下连续运行。7.励磁系统保证在任何可能的运行情况下,磁场绕组两端过电压的瞬时值不得超过磁场绕组试验电压幅值的70%。三．自并励励磁系统简介及基本构成无论何种励磁方式的励磁系统，都包括两个部分：励磁系统主回路和自动励磁调节器，也就是功率单元和控制单元。此外，还有辅助单元，如：限制器、补偿器、稳定器以及起励单元等。主回路是由励磁电源，主整流器、灭磁电路以及过流过电压保护电路组成。自动励磁调节器包括：测量比较、综合放大、移相触发等三个部分。励能力不足。流源构成复合电源，则该励磁系统称为自复励方式。励磁电源取自发电机定子母线，经由励磁变压器T，送至可控硅整流桥AVR(autovoltageregulatorPID和TV的目的。四．尼尔基水电站励磁系统的运行分析（一）尼尔基水电站概况尼尔基发电厂装有4台62.5MW水轮发电机组，每台水轮发电机组配有相同2当功率处于运行状态时自动启动风机；当功率柜处于停机状态时，风机自动停转，励磁变压器采用三相环氧树脂浇注的干式变压器。（二）励磁系统各部分特点及功能励磁调节器主要由ABC三个调节通道模拟量总线板开关、量总线板、人/微机/模拟三通道双模PID+PSS调节规律，可以有CPUPID+PSS控制规律，其中电压调节部分采用两级超前滞后环节PSS部分包括一级滤波，两级超前滞后环节，一级隔直环节和放大单元，PSS是励磁调节器的一个标准软件功能，其输入信号为电功率PSS的目的是通过引入一个附加的反馈信号，以抑制同步发电机的低频振荡，它有助于提高电网的稳定性，当发电机正常运行时，PSS不起作用，但当机组或电力系统出现有功功率低频振荡时，PSSAVR)模式正常情况下,励磁系统自动运行在AVR模式下,励磁系统的2套励磁调节器是全冗余的,因此其AVR模块也是完全冗余的,当主用通道的调节模块故障时,系统将自动切换至另一套调节器运行;给定值包括发电机电压给定值和其他可能的附加给定值。无功功率调节模式.-.-.可修编.可修编.当励磁调节器选择在自动状态,并且发电机已并网,无功功率调节器可以从监控系统启动。在无功功率控制方式下,对于无功功率给定值和实际值之间的偏差,在达到无功功率上、下限值之前,发电机电压可以在90%～110%的最大围变化。控制操作是通过向发电机电压给定值发送增、减磁命令来实现的。3.ECR模式正常情况下,励磁系统工作在AVR模式下,而不是ECR模式ECR模式只是在励磁系统调试及紧急情况下设计的 ,这也是远方计算机监控系统不能选择ECR模式的原因。（三）机组励磁系统限制器功能励磁系统限制器的主要作用是:当机组运行在一些不稳定的区域(深度进相见下图。励磁系统设计有下列限制器:过励限制器、强励限制器、低(欠)励限制器、定子电流限制器、V/f限制器。.过励限制器当有倒闸操作或者系统发生短路故障 ,以及系统电压降低要求机组增加无功功率时,励磁调节器将增加励磁电流以维持机端电压的恒定;若线电压大幅度降低,如果电压设定值没有及时减小,或者主变的变比(分接头)没有调整到合适的位置时,将导致转子过载。过励限制器的作用就是在上述情况下,自动限制发常允许电流值与强励电流值之间)设定围能正常运行,以保证机组在电力系统出If110%IfN时,过励调节器启动;经过设定的延时之后,励磁电流限制在正常围以,过励限制器即退出。过励限制器的动作曲线是一个反时限的动作过程,其中,最大限制电流(强励电流)的设定值为2.085IfN,ALSTOM机组的允许运行时间为10sVGS机组为20s110%IfN,限制线也可以设定得更小些,过励限制曲线见下图。.强励限制器励磁电流由分流器R110进行测量,通过变送器U105/U106变换后将实际值送入通道12A100/通道22A200的输入模块中。强励电流的限值在正常工作及1个整流功率柜退出运行时为2.085IfN,当2个整流功率柜退出运行时为15IfN1.1If0。3.低励限制器低励限制器的任务是限制无功功率 ,使机组在进相运行时不超过如图 4所示的限制曲线ABC因为当机组超出了允许的运行围时,失磁保护将动作停机.-.-.可修编.可修编.为了保证机组的稳定运行 ,低励限制器必须在机组超过限制区之前将定子电压升高,以使机组运行点回到允许围。低励限制特性曲线是可以调整的,励磁调节器允许以此曲线为模板进行平移调整 ,这种调整必须与机组保护相配合才能最终起作用,即保护优先。机组的进相深度根本达不到设计的最大进相点。从调及运行的情况看,在发电机机端电压为20kV的情况下,最大进相深度很难到-150Mvar;在发电机机端电压为94%UN的情况下,最大进相深度为-130Mvar～-140Mvar。限制特性的设置保存在软件特性模型中,该模型将无功电流线时,放大后的差动信号导致励磁电流增加。为了调试方便,特性曲线按电感负载提供一个镜像,这样允许控制信号在2个方向动作,并闭锁发电机的设定值被改变。.定子电流限制器励磁系统中的发电机定子电流限制器在工作时,为了电网稳定的需要,允许的无功分量,对有功分量则无能为力。当发电机电流超过了限制区,如果此时机组在进相运行,则限制器动作,增加励磁电流;如果此时机组在迟相运行,则限制器动作,减少励磁电流。不管怎样,其结果都是调节发电机电流的无功分量,从而使发电机电流回到限制区以运行。在功率因数cosφ=1附近(±10%)为调节死区,当发电机电流在这个区域超过了限制区时,限制器将不参与调节。.V/f限制器V/f限制器的目的是为了保护机组及与机组相连的变压器。当机组频率降低时,为了使机组的机端电压保持恒定,励磁系统将会增加励磁电流,此时,如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值,那么对机组及所有与机组相连的变压器(尤其是主变压器)而言,将有可能出现过磁通现象,从而对机组及变压器造成损坏。（四）尼尔基发电厂励磁系统可控硅简述全控整流桥，每套励磁装置有两个功率柜，两柜并联输出，单柜额定输出电流2000A,强励电流4000A可持续30s，整流桥退出1整流桥直臂的快速熔断器是它的过流保护元件，此外当晶闸管元件承受超过反须针对不同过电压的类型采取适当有效的保护措施。（五）尼尔基机组电子型磁场断路器电子型磁场断路器（简称电子断路器或DDL）器件构成的新型无弧固态直流快速断路装置它利用目前电力电子器件中应用最广泛参数水平最高、制造工艺成熟、性能稳定可靠的大功率半导体元件可控硅为核心器件，采用热管散热器高效换热技术，人工过零关断技术，PLC电子断路器在设计上还可与机械磁场断路器（简称机械断路器或JDL）DDLJDLJDL视为DDL的完全热备用在JDL不需动作这样使得发电机保护的可靠性和免维护性能大大提高。EXC9000励磁调节器上电后处于等待状态，当接收到开机令和检测到 95%转速的频率信号，则起励装置开始起动先采用残压起励，采用快速脉冲连续地触发可控硅整流器，是整流桥的出入电压达到励磁装置的正常工作电压，如果在5秒残压起励失败，则起动辅助起励回路，将外接的辅助起励电源投入，在机端电压达到发电机电压的10%时，辅助起动回路自动退出，立即开始软启动过程，并建压到预定的电压水平，采用辅助起励电源时的起励电流约为20A，所需要的辅助起励电源功率在515秒建压不成功，则发起励失败信号，由运行人员检查起励回路及可控硅整流器电源是否存在故障。再次起励前需按“逆变”按钮清除起励失败标志，在按起励按钮进行起励操作，发电机空载运行时，用机端电压方式PTPT断线故障恢复后在自动转换为断线前运行方式，防止PT断线引起误强励。尼尔基发电厂四台机组所带无功按东北电网无功曲线运行，每台机组的励磁系统故障情况较少，目前看来尼尔基发电厂励磁系统的性能良好，尼尔基发电厂发电机组运行四年以来，励磁系统安全，可靠运行，高科技的智能化体系，减少了运行人员操作上随着尼尔基水电站励磁系统运行,各项技术改造措施也将不断完善 ,这将一步确保机组的安全稳定运行 ,也为今后各水电机组的投产发电积累宝贵的经验。参考文献[1]DL489-92[2（精）[Z].[M1998,1994.,2002.邹科.SILCO5静止励磁系统灭磁回路的计算和分析.水电自动化与大坝监测 ,2002(2):17218.湘匀,肖爱武.交流灭磁技术.水电自动化与大坝监测,2004,28(5):15217.,2002(4):31235.19F机组励磁系统状态监测与诊断.水电自动化与大坝监测,2005,29(2):23227.控制.水电自动化与大坝监测,2006,30(4):10213.功率单元故障诊断中的应用.水电自动化与大坝监测,2006,30(3):18222.UNITROL5000AB