自并励励磁在大型发电机组的应用

[摘要]简述自并励励磁方式与传统的交流励磁机励磁方式相比所具有的优点,指出自并励励磁在大型发电机组中具有理想的应用价值和前景,并对自并励励磁在应用中应注意的一些问题作简单的分析。

[关键词]自并励 励磁系统 应用

中图分类号:TM3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810028-01

一、前言

自并励励磁属静止励磁方式,励磁电源取自发电机机端,经静止的励磁变压器及静止的可控整流装置供给发电机转子绕组励磁,整个励磁装置没有旋转部件,结构简单,因而可靠性较高。采用自并励励磁方式比传统的交流励磁机励磁系统方式(三机励磁系统)大大缩短汽轮发电机的轴系长度,减小了轴系座,因而提高了轴系稳定性。这种励磁方式的励磁电压响应快速,调压性能好。

大型汽轮发电机机采用自并励励磁系统在国外已成为发展趋势,在国内大型水轮发电机上自并励励磁系统也已成为主要励磁方式,在100～600MW级汽轮发电机上也已积累了一定的运行经验,在新建或改造的汽轮发电机机励磁系统大部分都将采用自并励励磁方式。为了使自并励励磁系统在大型发电机组中能充分发挥其优点,以达到预期的提高系统稳定性的目的。本文就自并励励磁系统应用中注意的几个问题提出一些意见和看法,以供各位同行参考。

二、自并励励磁方式的特点

自并励励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、整流装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成,其原理图如图1所示。自并励励磁方式与交流励磁机励磁方式相比,具有以下几方面的优点。

(一)励磁运行可靠性高。自并励励磁系统为静态励磁,设备及接线简单,与交流励磁机励磁系统相比,没有旋转部件,减少了励磁系统故障,提高了运行可靠性。国外统计资料表明,自并励励磁系统的强迫停机率仅为交流励磁机励磁系统的1/3,平均修复时间仅为交流励磁机励磁系统的1/4。而且自并励励磁系统在设计中采用冗余结构,故障元件可在线进行更换,有效地减少停机率。该励磁系统对运行、维护的要求相对较低。

(二)改善发电机轴系稳定性。自并励励磁系统与三机励磁系统相比,取消了主、副励磁机。自并励励磁系统可缩短汽轮发电机组的轴系长度,减小了轴系座数量。300MW及以上容量的大型汽轮发电机组的轴系长度可减小大约3m,这样可提高轴系的稳定性,改善轴系振动,从而提高发电机组的安全运行水平。

(三)提高电力系统稳态水平。近年来由于继电保护的发展和完善,自并励励磁系统响应速度快,可提高电力系统稳定水平。在小干扰稳定方面,自并励励磁系统配置电力系统稳定器(PSS)后,小干扰稳定水平(即静态稳定极限)比交流励磁机励磁系统有明显提高。在大干扰稳定方面,自并励励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁系统相近或略有提高。

(四)经济性好,可降低投资。自并励励磁系统由于设备简单,降低了造价;又由于缩短汽轮发电机组的轴系长度,减少了厂房和基础造价,减少机组投资;加上调整容易,维护简单,故障后修复时间较短,可提高发电效益。

三、自并励励磁系统应用中应注意的问题

为了充分发挥大型发电机组自并励励磁系统响应快、稳定性高等优点,真正提高发电机组、电网稳定运行水平,自并励励磁系统在应用中需要注意以下几方面的问题。

(一)励磁变压器的保护配置。在自并励励磁系统中,励磁变压器是励磁功率单元的主要组成部分,励磁变压器故障即导致发电机失去励磁,自并励励磁方式发电机组在励磁变压器跳闸时会联跳发电机出口开关。为了保证励磁变压器的正常运行,即保证励磁功率单元的交流电源部分,需要考虑励磁变压器的过载能力,正确选择励磁变压器的保护配置,励磁变压器一般配置反时限或定时限过电流保护,另外,为了防止励磁变压器过热,起励后自动投入励磁变压器冷却风扇运行。

(二)发电机起励方式的选择。在发电机未建立起电压之前,因励磁变压器不能提供励磁电源,所以在自并励励磁系统中必须加装一个起励电源才可升压。先利用起励电源对发电机进行励磁,起励后待发电机建立起电压后,通过切换装置自动退出起励回路,励磁电源转由励磁变压器供。发电机起励方式通常有以下三种:1.零起升压方式:机组可在额定电压的5%至130%零起升压(其范围可自由设定);2.定值起励方式:在给出升压指令后,发电机电压直接升至额定;3.软起励方式:发电机自动升压至额定值,升压时间可任意设定。检修后的发电机升压通常采用零起升压方式,此方式升压过程平滑、稳定,在发电机绝缘水平低的情况下可防止电压超调击穿发电机绝缘;绝缘良好的备用机组需要急启动可采用定值起励方式,减少升压时间,加快机组并网速度。而有时采用软起励方式更加灵活可靠,经过不同的时间设置可实现前两种方式的功能。至于采用哪一种方式起励更加合适,可据机组实际情况选用。

(三)自动励磁调节器的选择。自动励磁调节器有模拟式和数字式两种,随着计算机技术的发展,励磁控制已向数字化方向发展。数字式励磁调节器与老式的模拟式调节器相比,在功能、可靠性等方面具有极大的优势。近几年来,数字式励磁调节器以其硬件结构简单、清晰、设备通用性好、标准化程度高、软件灵活、能够方便实现多种功能和满足各种控制规律的要求等优点,在许多电厂得到了广泛的应用,并已取得很好的效果和丰富的经验。自并励励磁系统调节器的选型,可考考虑采用双微机双自动通道励磁调节器,通道间互为备用,故障后自动切换,切换无扰动。两自动通道间自动跟踪一套,故障时能自动滤除错误信息,进入容错控制,保证切换无扰动。应具有自动到自动切换、自动到手动、手动到自动之间切换功能。而励磁控制规律方面应考虑从单变量向多变量、线性向非线性发展,使得励磁调节器能够在改善机组、电网稳定性方面起到更大的作用。

(四)自并励励磁系统与继电保护的配合。对于自并励励磁系统,长期以来人们关心的主要问题是,在发电机近端发生三相短路,而切除时间又较长的情况下,不能及时提供足够的强行励磁;,接于地方网络的发电机,由于短路电流的衰减迅速,继电保护的配合较为复杂。因此我们对继电保护的快速性、准确性、灵敏性、可靠性等方面要求也比较高,采用技术先进的微机保护,可解决许多传统保护所难以解决的问题,确保并励励磁系统在与继电保护的配合方面不影响继电保护的正确动作。保证近端短路故障快速切除,因为短路时间越短,短路后发电机

端电压恢复得越快。同时自并励系统应配置电力系统稳定器(PSS),以提高系统的静稳定、动稳定水平。

四、结束语

自并励励磁系统由于运行可靠性高、技术和经济性能优越的原因,已成为大型发电机组的主要励磁方式之一。对于自并励励磁系统在大型发电机组的引进、配套和使用,应尽可能地发挥其优点,以达到预期的提高系统稳定性的目的,有关的设计、调试、运行、检修人员应尽快熟悉、掌握励磁系统的技术,提高机组和电网稳定、安全运行水平。

参考文献:

[1]《电力系统自动装置》,水利电力出版社.

作者简介:

吴国建(1974-),男,广东茂名人,助理工程师,现从事发电厂电气运行工作。