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1、撑2 汽轮发电机自并励励磁系统改造 宋伟徐洪京焦朋玉江志春 ( 山东黄岛发电厂) 本厂规汽轮发电机自7 8 年投运以来，其励磁系统的励磁方式是采用直流发电机供给发电机 的励磁，所采用的励磁调节器是K F I ) 3 型，由于电网的不断发展和完善，此种励磁方式已不满 足发电机安全、稳定、发电的要求，因此本厂决定在# 2 机组的大修中将发电机的励磁系统进行 改造。 在发电机的各种励磁方式中，自并励方式以其接线简单，高可靠性，造价低，电压相应速度快，灭 磁效果好的特点而得到了广泛应用随着电力电子技术的发展，大容量可控硅制造水平的逐步成 熟，大型汽轮发电机采用自并励励磁方式已成为一种趋势。近2 0 年
2、来，美国、加拿大对新建电 站几乎一律采用自并励励磁系统。虽然国产大中型机组大都采用三机励磁方式，但近年来进口的 大中型机组大都装备的是自并励励磁系统。从国内外运行情况表明，采用自并励励磁和附和励磁 控制，已成为改善电力系统稳定性的有效措旌。基于上述原因，根据本厂的实际情况结合省内外 各发电厂改机端励磁的经验，决定对本厂抛发电机励磁系统改机端自并励励磁方式。 1 自并励接线方式 1 1 接于发电机出口母线 这是自并励的典型接线方式，励磁电源取自发电机机端并联变压器。接线方式比较简单，可 靠性高，当外部短路切除后。强励能力便迅速发挥出来。主要缺点是励磁电源受机端电压影响 在线路苕端发生三相短路故障
3、时由于机端电压下降，会使强励作用有所减弱。现代大型机组大 都采用单元接线方式，发电机出口三相短路的可能性很小，其产生的不利影响可按升压变压器高 压侧故障考虑。对于近端不对称短路故障，特别是单相短路故障( 占短路故障总数的8 0 左右) ， 机端电压可达0 。如I t 以上，仍可有效进行强励，而且对于这种接线方式。机端短路后应切除发电 机，自并励的缺点并不影响发电机。对于发电厂高压母线出口近端三相短路，虽然母线电压大幅 度下降会影响强励倍数，但现代发电机组配有快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短 路故障迅捷切除，短路故障一旦切除，发电机电压迅速恢复，强励能力也就跟着恢复。可以说采 用现代
4、技术的继电保护及快速短路器，不但碉补了自并励励磁系统在这方面的缺点，而且对保持 暂态稳定来说，快速切除故障比提高励磁系统性能更为重要。如果不能迅速地将近端三相短路故 障切除，即使采用其它励磁方式，也不能维持发电机的暂态稳定。 由于采用机端励磁电源靠发电机剩磁无法建立电压，需要外加起励电源，另外，在机纽诵 试阶段，以及机组大修后进行发电机特性试验时，还需要一太容量的试验电源。 1 2 接于厂用母线 这种接线方式不需要起励及试验电源装置。但当外部短路切除后，厂用电动机在转速恢复过 程中吸收大量无功电流，在厂用变压器上造成较大的电压降落，影响厂用母线电压及时恢复正常， 1 7 6 从而影响励磁装置的
5、强励能力。另外励磁变压器通过厂用变压器这个中间环节供电，不但增加了 厂用变压器的容量，而且受厂用电运行情况的影响，供电可靠性差，因此，这种接线方式要求所 在厂用母线具有相对独立性，并有可靠自投的备用电源，而且最好投入之后母线电压能保证额定 值的8 5 以上。 1 3 接于系统侧 励磁电源直接取自发电厂升压站高压母线。由于从系统受电，可以解决起励电源及试验电源 问题。但是当系统发生事故发电机跳闸后，这时系统电压低，励磁装置不能主动地恢复正常；在 系统电压低的情况下，往往可能失去励磁。从投资经济角度上来说，励磁变压器接于升压站母线， 升压站就需增加一间隔，加装断路器、隔离开关、接地刀闸等一次设备，
6、增加了设备投资及设备 维护量，并且这种接线方式受运行方式影响较大，可靠性不是很好。 比较以上3 种接线方式，接于发电机出口母线是一种简单、优先的方案。本厂在# 2 发电机 组的大修中已决定将发电机变压器以及厂用电的保护更换为快速的、精度高的、先进的微机保护 装置。由于# 2 发电机组已配有快速动作的继电保护装置，能够将短路故障迅捷切除，短路故障 一旦切除，发电机电压迅速恢复，强励能力也就跟着恢复。最后决定采用这种接线方式。下面就 这种接线方式的讨论如下。 2 励磁变压器的选择 2 1 选择原则 励磁变压器绕组的联接一般采用“Y ，d ”或“D ，y ”接线。由于可控硅整流装置换流时产生 高次谐
7、波，励磁变压器的选择首先充分考虑整流负载电流分量中高次谐波所产生的热量，并且高 压绕组与低压绕组之间设有静电屏蔽，同时励磁变压器应能满足汽轮发电机空载试验时1 3 0 额 定机端电压的要求。另外考虑到励磁变压器必须可靠，强励时要有一定的过载能力，因此宜选用 维护简单、过载能力强的干式变压器。 2 2 选择 2 2 1般发电机的有关参数 发电机额定励磁电流I f n = 1 6 3 5 A ，发电机额定励磁电压U f n = 2 6 5v ，强励倍数K c = 1 5 ，可控硅最 小控制角qm i n = 3 0 。 2 2 2 励磁变压器副边电压 按照可控硅全控桥整流计算方法由下式计算励磁变压
8、器低压侧电压U s ： 1 3 5 U $ C O Bam i n = K e U f n + 3 H k e l f n X k + AU 由于在初设时x k 无法确认，AU 也为估计值，因此可以把回路中总的电压损失估计为 1 0 ，又由于c o s Qr a i n - - 0 8 6 6 则由上式确定u s 的计算值为U s = K e U f n ( 9 0 X 1 3 5 0 8 6 6 ) = 3 7 7 8 v 实际取值为U s = 5 2 5 V 2 2 3 励磁变压器副边电流 按直流侧电流折算，取裕度系数为1 1 ，则副边电流计算值为 I s = 1 1 0 8 1 6 I
9、f n = 1 I 0 8 1 6 1 6 3 5 = 1 4 6 7 6 A 实际取值为I s = 1 5 4 0 A 2 2 4 励磁变压器容量和变比 由I s U s 的计算值确定励磁变压器容量S ；43 1 s U s = 3 X 1 5 4 0 X 5 2 5 = 1 4 0 0 K V A ，实际取值为 S = 1 4 0 0 K V A 。留有一定的裕度 发电机出口电压为1 3 8 0 0 V , 励磁变电压副边电压实际取值为5 2 5 v ：所以其变比为1 3 8 0 0 5 2 5 1 7 7 2 2 5 励磁变压器的选用厂家 根据国内生产干式变压器的厂家情况，协同国电南瑞公
10、司，最后确定选用顺德特种变压器厂 生产的Z S C B 9 1 4 0 0 1 3 8 变压器。该变压器的规范如下： 型号：Z S C B 1 4 0 0 1 3 8保护等级：口2 0 额定容量：1 4 0 0 k V A相数：3 额定电压：1 3 8 0 0 ，5 2 5 V额定频率：5 0 H z 额定电流：5 8 6 1 5 4 0 A联结组标号：Y d l l 冷却方式：A N绝缘等级：F 3 自并励方式的起励 当发电机被汽轮机拖动至额定转速时，发电机转子铁心剩磁可能使发电机电压升至几十伏或 数百伏( 约为额定电压的1 - 2 ) ，对于励磁变压器接于机端的方式，由于同步电压太低，励磁
11、 调节器无法形成触发脉冲，励磁回路无法导通，这就需要采取措施，其中最常见的办法就近外加 起励电源，供给初始励磁，待发电机电压升到一定值时自动退出，由调节器自动升压到额定值。 本厂的起励电源选择如下； 查发电机出厂试验特性曲线，发电机空载额定电压时励磁电压为U f 0 = 9 1V 励磁电流为 I f 0 = 6 3 0 A 励磁系统在作小电流试验时，调节器在同步电压大于6 额定电压时就能可靠工作，此 时对应的转子电流为：6 3 0 6 = 3 8 A 。实际选用起励电流为： 发电机转子回路的限流电阻定为5 5 0 ，选用的起励电源是直流2 2 0 V ，在不考虑转子电阻的 影响，发电机的起励电
12、流为2 2 0 5 5 - - 4 0 A ，起励时间为1 0 秒。已满足起励要求，且在# 2 发电开 机起励时上述所选满足起励要求。 4 群2 发电机励磁系统改造试验的问题 在机组调试阶段，以及机组大修后进行发电机特性试验时，自并励发电机需要一大容量的试 验电源来满足其空载、短路试验时对动力的要求。对于本厂也存在同样的问题，但是由于本厂I 期发电机的励磁系统就具有备用励磁系统，且在# 2 发电机励磁系统改造时充分的考虑了这一点， 专在工作励磁回路上设有工备励切换柜F L Q ，这就为# 2 发电机励磁系统改造后的试验提供了很 大的方便，也为# 2 发电机可靠运行提供了有利的保证。励磁系统改造
13、具体实施是：当发电机进 行特性试验时，将工备励切换柜F L Q 内的切换刀闸切在备用励磁系统上，就可利用备用励磁系 统带抛发电机作空载特性试验和作短路特性试验。经过这样的改造从根本上克服了发电机改自 并励系统后试验电源的问题。 5 群2 发电机励磁系统改机端励磁的构成 本厂彪发电机励磁系统改机端励磁由国电南瑞控制公司提供全套励磁设各。具体设备有：1 、 两个可控硅功率柜F L Z ( 单柜电流为2 0 0 0 A ) ，2 、一个灭磁开关柜F L K ( D M 4 2 5 0 0 ) ，3 、一个 主备励切换柜F L Q ，4 、一个非线性灭磁电阻柜F L R ，5 、一台1 4 0 0 K
14、 V A 干式环氧变压器，6 、一 个自动励磁调节器柜S A V R 2 0 0 0 。经过这样的改造使本厂蛇发电机励磁系统由电磁式励磁调节器 装置改造为微机式励磁调节器。 结束语：通过把发电机励磁系统的改造，自并励汽轮发电机的励磁电源接于发电机出口母线。 励磁变压器选用联接组别“Y 、d 接线的干式变压器。励磁变压器的选用充分考虑了整流负载电 1 7 8 流中高次谐波所产生的热量，并且高压绕组与低压绕组之间设有静电屏蔽，并能满足汽轮发电机 各种运行工况的要求。起励电源取自厂用直流系统，满足了发电机建压大于6 额定电压要求。 起励成功后或失败时，起励回路均应能自动退出。发电机的特性试验电源由备
15、用励磁系统进行。 发电机的励磁调节器A V R 采用数字型，性能可靠S A V R 2 0 0 0 微机励磁调节器，并具有微调节及 提高发电机暂态稳定的特性，有关重要参数及各功能单元的输出均能显示。同时还设有过励磁限 制、低励限制、P T 断线保护、电力系统稳定器等附加单元，A V R 中的恒电压、恒励磁电流、恒 无功功率、恒功率因数的调节功能，可选其中任一调节方式调节。同时还具备两路完全相同且独 立的自动通道互为热备用，当一路调节器出现问题时，其自动退出运行。并发出报警信号，另一 通道自动投入运行，保证了A V R 的可靠工作。满足了发电机安全、稳定、可靠发电的要求，提 高了本厂# 2 发电机组的科技含量，为本厂减人增效提供有力的保证。 1 7 9
