发电机自动电压运行时励磁调节器调差系数的整定与试验

姚晋瀚

摘 要：本文以发电机自动励磁调节装置为研究对象，基于发电机自动励磁调节器作业原理，分析其装置用途、工作特性、调节特性、调差原理，继而探讨发动机励磁调节器调差系数的整定与试验。

关键词：发电机；自动励磁调节装置；调节；整定

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0083-02

1 发电机自动调节装置用途

自动励磁调节装置作为自动励磁控制系统中最为重要的部分，主要用于对发电机电压电流的运行监测，根据预先设定的调节指令，向电源发出调节控制信号，继而完成控制操作。励磁控制装置原理图如图1所示。

自动励磁调节装置可对发电机机端电压进行调节，发电机出口电压是励磁调节器输入量之一，从TV中机端电压可获取二次电压量，将其与给定值做出对比，获取偏移值△U，由此输出控制信号，从而改变晶闸管整流器触发角，对机组励磁电流进行相关的调整，使发电机端电压为预先规定值。利用反馈系统，使励磁控制达到电压恒定值。

2 发电机励磁调节器工作要求

励磁能源可维持发电机运行，满足故障工况下的运行需求；确保发电机端电压保持稳定，维持电压精度，使得并联机组分担功率的可靠性与稳定性；强励容量恒定，2倍强励倍数下，确保响应比为3.5倍/秒；欠励区域内发电机应保持稳定运行；保护机组过电压；以正阻尼规范机组振荡，确保机组动态平衡；较小时间常数下，对输入量变化做出快速响应；调节度精准无误，确保存在极小或不存在失灵区；确保发电机运行的稳定性，在系统调节上简便灵敏、稳定可靠。

3 发电机励磁调节器工作原理

3.1 励磁调节器组成

发电机励磁调节器有很多不同类型，但其框架类似。以135MW发电机励磁调节器为例，其框架图如图2所示，由调差、比较单元、放大单元、触发单元等组成。

3.2 发电机励磁调节器调差系数的整定与试验

发电机励磁调节器在自动电压调节方式（AVR）运行时，为使多台并联运行的发动机之间的无功功率合理分配或为补偿在发变组单元中主变压器的电压降，励磁调节器须要设置附加无功调差功能，来改变发电机电压调节特性。

按照整定的调差系数和调差极性进行调差计算：

Uref-tiaocha=Ugn×K×Q/Qn=Kt×Q

其中，Uref-tiaocha为附加调差给定值，Ugn为发电机额定电压，K、Kt为调差系数，Q为无功量，Qn为额定无功功率，Uref为电压给定值。

将附加调差给定值加（减）到电压给定值，其调节公式为：

Uref=Uref+Uref-tiaocha=Uref+Kt×Q（负调差）

Uref=Uref-Uref-tiaocha=Uref-Kt×Q（正调差）

按照给定的控制规律和运行参数进行控制量计算，实现发电机电压调差。使得

Ug=Ug+Kt×Q或Ug=Ug-Kt×Q

Ug为发电机机端电压。

励磁调节器的调节公式为：

Uf=Kf（Uref-Ug）

Uf为励磁电压Uf，即励磁电压Uf与电压给定值Uref和发电机机端电压Ug的差值成正比。正调差就是，当发电机无功功率增加时，励磁系统调节装置检测到的发电机机端电压“升高”，励磁系统按给定的正调差控制规律使得励磁输出减小，即相当于Ug=Ug-Kt×Q减小，从而使无功输出减小些。当发电机无功功率减小时，励磁系统调节装置检测到的发电机机端电压“降低”，励磁系统根据给定的正调差控制规律使得励磁输出增大，即相当于Ug=Ug-Kt×Q增大，从而使无功输出增大些。其中Kt决定了无功反馈的大小。

在同一母线上共用一台主变压器并联运行的多台发电机组，采用合理的正调差，可以调节各台发电机组的并列运行，正调差是使其按容量向系统提供无功功率，保证并联的多台发电机组之间无功功率的稳定合理的分配，可以防止发电机出口直接并联的多台发电机组出现随机不稳定地抢无功功率。

例如，东南沿海某小型供热发电厂，三台发电机组出口断路器就同时并联在同一10kV母线上，励磁系统调节装置就采用正调差。励磁调节器的调差系数的值在-15%和+15%之间。励磁系统的正调差、负调差系数，一般是由电网调度部门下达的。正调差系数，一般为2-3%。负调差是补偿变压器的电压降。负调差就是，在通过升压变压器在高压母线上并列运行的发电机变压器组单元，由于無功电流在主变压器漏阻抗上产生电压降，为保证在高压母线上多台并列运行的发变组单元之间仍能合理稳定的分配无功功率，要求发电机具有负调差励磁系统，使得在无功增大时，励磁系统引入的无功反馈按照给定的负调差控制规律使得输出的励磁电流增大些，以使发电机机端电压增大些，即Ug=Ug+Kt×Q增加些，以补偿无功电流在变压器的电压降（或者说变压器的无功损耗），抵消一部分主变压器电抗，使得发变组单元总调差减小，以使调节的发电机电压（无功）尽可能对应电网（主变高压侧）的值。发电机调差系数近似于等效为发电机内部电抗，设定调差为负调差，则发电机内部电抗等效为负值，调差系数的整定与变压器漏电抗压降有关，发电机变压器组单元采用负调差可以部分补偿无功电流在变压器漏电抗中产生的电压降，所以励磁负调差又叫做电流补偿环节。负调差一般为3-5%，但不得大于主变阻抗，即须保持一个发变组单元的总调差为正调差，从主变高压侧来看是正调差。从而实现在同一高压母线上并列运行的多个发变组单元之间无功功率的合理稳定分配。

3.3 调差系数的校核试验

3.3.1 调差方向校核

先将励磁调节器调差率退出，发电机并网带20%负荷，将调差率从零投入整定值（-3%），观察调节器输出应该增加。

3.3.2 调差定值校核

发电机带85%Pn负荷，励磁调节器在自动运行方式下，将调差率单元投入，调节发电机电压给定，使之与并网前空载时给定值一致，记录调整后发电机机端电压和无功功率，应基本不变。

3.4 发电机励磁限制与保护

3.4.1 空载励磁限制

空载励磁限制在并联发电机组前，将其励磁电流设定于额定转速周边的空载励磁电流旁，譬如，在1.1倍空载额定电压状态下限定其需要的励磁电流，假若励磁调节器测量单元的整定电位器处于USET（整定电压）>1.1UN时，在空载励磁限制下，电压限于1.1UN。手动电位器在USET<1.1UN时，调节器测量单元才能对发电机电压进行有效控制，USET处于稳定值。从而防止发电机组在升压时出现过励超调问题。

3.4.2 励磁过负荷延时限制

励磁过负荷延时限制可防止强励作用下导致转子绕组损害，起到保护作用。譬如，系统电压降低，励磁调节器可及时增大励磁值，通过强励，确保发电机并联稳定性。由于强励时间不足，没有使转子温度升高，对转子绕组绝缘性能没有威胁。但是，倘若强励时间足够，而强励电压没有降低，那么将出现励磁过载延时状况，从而显著励磁动作，强励强制性退出，励磁电流限制状况下，发电机转子温度升高至允许电流值范围内，即延时励磁限制。

3.4.3 最大励磁限制

有些励磁系统为得到高起始响应，会通过提升转子励磁电压对励磁电流容许值进行限制，此时就需要利用最大励磁限制，对强励电流值进行限制。

3.4.4 最小励磁限制

最小励磁限制指发电机在进相运行状态下，最小励磁电流在发电机临界失步稳定范围内进行限制，此时电流值不小于发电机进相运行时导致发电机允许铁芯部件发热范围内与发热定子端绕组发热范围内。

4 结语

上述主要探讨发电机励磁调节器工作要求、工作特点及调节器调差系数的整定与试验。对于上述励磁调节器工作原理及调差系数，是电气工作人员的必须掌握的内容，基于此，电气工作人员才能在实际工作中预防避免发生安全事故。

参考文献

[1]杨向前.一起励磁调节器故障引起发电机失磁解列的原因分析与解决方法[J].中国电业（技术版），2013，02：39-42.

[2]張珺.发电机励磁调节器的动态试验研究[J].河南科技，2013，08：79-82.