同步发电机励磁系统可靠性探讨与分析

摘要：保证发电机励磁系统稳定是提高发电机组可靠性的重要保障。本文阐述了励磁系统的作用，并从励磁系统的操作以及维护保养方面提出了建议，通过提高励磁系统的运行可靠性，保证电力系统的安全稳定运行。

关键词：发电机；励磁系统；可靠性

发电机的励磁系统是为发电机提供可调节励磁电流的装置的全部组合。励磁系统的作用主要是供给同步发电机励磁绕组的直流电源，同步发电机的运行特性与它的空载电动势值E的大小有关，而E值是发电机励磁电流的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此，对同步发电机的励磁的运行实行控制是保证发电机正常运行的重要内容之一。

1 励磁系统作用

1.1 电压控制

电力系统在正常运行时，随着负荷波动，需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平。励磁控制系统完成了维持电压水平的任务。发电机感应电动势Eq与端电压UG的数值关系近似为

Eq≈UG+IqXd （1）

由式（1）可以看出同步发电机的外特性必然是下降的。当励磁电流一定时，发电机端电压随无功负荷增大而下降。当无功电流增大，如果励磁电流不增加，则端电压降低，可能不能满足运行的要求，必须将励磁电流增大才能维持端电压为额定值。无功电流减少时，端电压上升，必须减小励磁电流。励磁自动控制系统就是通过不断的调节励磁电流来维持同步发电机的机端电压为给定值。

1.2 无功功率分配

设同步发电机与无限大母线并联运行，由于发电机发出的有功功率只受调速器的控制，与励磁电流无关，所以发电机的有功功率是常数，即

PG=UGIGCosΦ=常数 （2）

当不考虑定子电阻和凸极效应，发电机功率可以表示为

（3）

以上两式说明励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功角的大小。由此可见，与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。在实际运行中，与发电机并联运行的母线不是无限大母线，母线的电压将随着负荷波动而改变。改变电厂其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。

1.3 提高发电机运行稳定性

静态稳定极限为 ，静态稳定极限功率与发电机空载电动势Eq成正比，而Eq值与励磁电流有关，所以励磁调节装置可以有效提高系统静态稳定的功率极限。而提高励磁系统的强励能力，是提高电力系统暂态稳定性最经济、最有效的手段之一。在故障期间和故障切除后，励磁系统的作用是促使Eq增加从而增加电功率的输出，使Pm增加，既减小了加速面积，又同时增加了减速面积。

1.4 改善电力系统运行条件

当电力系统出现短时低电压时，励磁系统可以发挥调节作用。改善异步电动机的自启动条件、为发电机的异步运行创造条件和提高继电保护装置工作的正确性等。

2 提高励磁系统可靠性措施

2.1 励磁装置性能

同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分构成。励磁功率单元向同步发电机的转子提供直流电源，即励磁电流；励磁调节器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。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。

励磁调节器的最基本的功能是调节发电机的端电压，由于电力系统运行的需要及自动装置元件与计算技术的进展，励磁调节器也随之发展，励磁调节器的任务也从单一的调节电压功能发展为目前的具有多种综合控制功能。从装置的物理结构上可分成机电型、电磁型、半导体型与数字型。从装置的调节原理划分，有比例式、比例一积分一微分式、最优调节器、自适应式调节器等。

計算机技术和自动控制理论的发展为研究新型励磁调节器和励磁系统提供了良好的技术基础。目前数字式励磁调节器的主导产品是以微型计算机为核心构成的。它具有以下优点：

1）可靠性高。由于大规模数字集成电路制造质量的提高和硬件技术的成熟，也由于可以用软件对电源故障、硬件及软件故障实行自动检测，对一般软件故障的自动恢复，使微机励磁调节器具有很高的可靠性。

2）性能好。微机励磁不仅可以实现模拟式励磁的全部功能，而且实现了许多模拟式励磁调节器难以实现的功能，如各种励磁电流限制及保护功能等。微机励磁调节器可以很方便的在机组运行过程中根据机组和电力系统的运行状态实时地在线修改励磁控制系统的控制结构和参数，以提高励磁控制系统的性能。

3）维护方便。微机励磁调节器的发展方向式使硬件尽量简化，而调节功能尽量由软件实现。如电压给定、控制参数整定等用数字式代替了模拟式励磁调节器中的电位器，使维护量大大减少。

2.2 励磁系统的操作

2.2.1 做好励磁装置的验收工作

励磁装置调试完毕，严格自检，专业验收，然后提交验收单，组织检修、运行、设备部三个部门一起对励磁装置的各项试验进行检查验收。进行各种试验合格并确认拆动的接线、元件、标志、压板均恢复正常，现场卫生清洁合格之后，在验收单上进行签字。验收调试这个环节非常重要，调试的同时可以了解励磁装置的性能、特点，收集第一手资料，对设备也是一个熟悉学习的过程，这对操作、维护设备、试验都有重要意义。

2.2.2 加强对励磁装置的巡检

巡视检查设备是及时发现隐患，避免事故的重要途径。励磁装置检查的主要内容有：开关位置正常，各种表计指示正确，指示灯、运行监视灯指示正常，各回路接线正常，无松脱、发热现象及焦味存在，熔断器接触良好，继电器接点完好，带电触点无大的抖动及烧损，线圈及附加电阻无过热情况，检查液晶屏上是否有报警或故障信息。如发现有任何异常情况，要及时通知继电保护人员处理。

2.2.3 准确进行励磁装置的运行操作

运行人员要熟悉现场的回路、继电器、信号。在操作过程中，要严格执行“两票”制度，按照运行规程进行操作，每次的投入、退出、切换，均须征得值长同意。避免运行操作出差错。当有报警或异常情况发生时，除加强监视外，应及时通知继电保护人员处理。

2.3 励磁系统的维护保养

2.3.1 了解原理，加强巡检

检修人员要了解励磁装置的原理，反复熟悉二次图纸，对现场的回路、表计、各种故障信号深入了解。平时要加强巡检，对于励磁装置的运行状况，要做到心中有数。

2.3.2 异常情况的处理

当励磁系统出现异常情况，需要进行处理时，要胆大心细，根据装置运行的状态及异常信号进行综合判断，而后进行处理。出现的任何故障须妥善消除，所有设置均需检查并试验。对于所发生的异常情况，要及时组织现场检查和分析处理，找出原因并做好记录，对异常情况的发生过程、处理经过以及经验教训都要进行分析，提出相应的防范措施，避免重复性事件的发生。

2.3.3 检查保养

励磁装置投运后，需对励磁装置进行定期的检查保养。根据不同的设备要求，需要按电厂运行规程或根据厂家推荐的设备维护要求进行定期检查保养。

2.3.4 环境因素

励磁装置对环境温度也有一定要求，环境温度不能超过设备要求温度过高。特别对于半导体及数字式电压调节器，其元器件对温度的要求较高，必要的情况下，需增加专用空调进行降温，以保证装置能够正常运行。

3 结 论

励磁系统的运行可靠性对改善电力系统运行与稳定性有着重要的意义。通过提高励磁装置本身的技术水平、人员操作水平以及对励磁系统的维护保养，可以很大程度上提高励磁系统的运行可靠性，从而保证了电力系统的安全稳定运行。

作者简介：

孙广义，（1974— ），男，助理工程师，从事发电厂电气运行工作。endprint