励磁系统可靠性的探讨蒋波

励磁系统可靠性的探讨蒋波

蒋波

（贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司贵州遵义564611）

摘要：目前，大型火力发电机机组都有一套完整的励磁系统。励磁系统的安全稳定运行对发电机来说有着至关重要的作用。本文主要介绍贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司2×660MW超临界机组励磁全套UNTROL6800型的原理、功能、运行方式分析。

关键词：励磁系统；原理；可靠性

习水二郎电厂发电机励磁系统采用ABB公司的机端静止自并励可控硅整流励磁系统，全套UNTROL6800型励磁调节器。由励磁变压器、可控硅整流柜单元、励磁调节器、灭磁电阻柜和灭磁单元五部分组成。励磁变型号为ZDCB9，额定容量3×2400kVA，电压变比为22/0.9kV，户内环氧树脂浇注分相干式变压

1、发电机励磁系统基本原理和作用

习水二郎电厂发电机励磁系统采用ABB公司的机端静止自并励可控硅整流励磁系统，全套UNTROL6800型励磁调节器。供给发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统。它分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。

1.1励磁系统的作用

励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有：根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。控制并列运行各发电机间无功功率分配。

提高发电机并列运行的静态稳定性。提高发电机并列运行的暂态稳定性。在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

1.2励磁系统的分类

UNTROL6800励磁系统

我厂发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士ABB公司原装产品，全套UNTROL6800）。

发电机静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步发电机电压和无功功率的目的。其主要分为四个部分：励磁变压器；励磁调节器（AVR）；可控硅整流器；起励和灭磁单元。

1.3励磁变压器

励磁变将发电机出口电压22kv等级通过一二次绕组变比降压后变成900V电压等级。高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护（过流、过负荷、差动），一组用于测量（电压、电流）。低压侧每相也提供三组CT，两组用于保护，一组用于测量、可控硅整流器。采用三相全波桥式整流，由六个臂组成。共有五个功率柜组成；可控硅整流桥通过一个门极驱动板（GDI）去驱动可控硅，进行整流。

整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障，并发出信号。当一个功率柜退出运行时能满足发电机强励和1.1倍额定电流运行的要求。当两个功率柜退出运行时，能提供发电机额定工况所需的励磁容量，不能进行强励。如果三台功率柜故障则自动切断励磁。标准整流器（n=5）具有五个并联的可控硅整流桥，其中至少有一个冗余的（n-1）配置。（n-1）的含义是当一个可控硅故障时，系统仍能满足最大励磁功率。

2励磁系统运行方式

正常情况下，发电机的残压用于起励是足够的。发电机转子有剩磁存在，一般情况下UNTROL6800可以实现残压起励。当励磁投入后，可控硅桥立即被触发，只要可控硅输入端有10-20V的电源电压，门极控制单元就能有效地控制可控硅桥。备用起励回路（-R03，-V03，-Q03），用它励方式建立这一电压。备用起励电源取自220V直流系统。如果残压低于10V不足以建立发电机电压时，经过一定时间的延迟，起励装置就会投入：起励开关自动闭合，向磁场绕组通流，定子建压开始。当电压达到额定值的10%时，可控硅桥已经能正常工作，起励开关自动断开。软起励过程开始将发电机电压升到额定电压22KV，整个起励过程的控制和监测都是由AVR软件实现的。在整流桥的输出电压高于直流系统电压时，起励回路中的二极管会阻止反向电流流入直流系统。

2.1励磁系统运行中电压自动调节

励磁调节器（AVR）采用数字微机型，AVR中装设无功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电压毛刺吸收装置等。采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行，两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。

测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差；电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用；移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。

2.2励磁系统通道切换

励磁系统具有两个完全独立的调节器和控制通道（通道1及通道2）。两个通道完全相同，因此可以自由地选择通道1或通道2作为工作通道。备用的通道（不工作的通道）总是自动地跟踪工作通道。基本上，除了下述情况以外，通道的切换可以在任何时间进行：如果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。而后，直到故障修复才可能再切回到故障通道。如果不工作的通道故障，从工作通道到不工作通道的手动切换是不可能的。若一个通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。然而，立即自动切换到不工作的通道，此不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止这种情况的发生，不工作的通道相对缓慢地跟随发电机电压，并具有一段延时。应当考虑到从工作通道向不工作通道的手动切换时相应的迟缓特性。直接跟随发电机的电压变化，则切换具有一个短的延时。这种方法在每一种场合都能达到无扰动切换

3.励磁系统灭磁方式

当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电机，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放。灭磁功能由灭磁开关，跨接器和灭磁电阻实现。灭磁开关设计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确的电气隔离。灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一般是对采用旋转二极管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统，通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右）和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励磁）。发电机的受控灭磁回路是双冗余的，与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。设有一个电压监测回路，在励磁电压超过设定值3800V时它会自动触发可控硅。因此跨接器作为独立的过电压保护装置，可保护可控硅和磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。

4结束语

综上所述，励磁系统无论从运行可靠性、安全性都能满足发电机各方面运行要求。日常检修工作时，做好励磁系统维护和保养工作。运行人员加强对励磁系统的学习，通过学习掌握操作流程，以应对异常发生时能及时处理。日常监盘和巡回检查励磁系统时多细心发现问题，做到防微杜渐。

参考文献：

[1]《习水二郎电厂集控主机运行规程》2016

[2]熊信银，《发电厂电气部分》[M]北京：中国电力出版社，2009