某电厂励磁调节系统分析及改造方案

武海德

摘要：同步发电机励磁系统的自动控制调整装置，其功能是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题，同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率，进而维持机端电压为额定水平。

关键词：励磁系统;无功;恒功率因数闭环运行

一、励磁调节概述

某电厂2台机组采用静止自并激励磁方式，每台发电机各配置两套南京励磁系统工程有限公司生产的WKKL-2001型微机励磁控制器。双微机、双自动通道，异常时可无波动切换，确保励磁系统的稳定运行。

1、电力系统中的无功功率

发、供电的质量指标主要表现为电压和频率。频率是由电力系统发电有功功率和有功负荷消耗的总电量来决定的; 电压则是靠电力系统中无功功率平衡来维持的。如果电力系统中的无功功率严重短缺，则系统中的电压水平过低，使某个系统的母线电压运行在临界值以下时，母线电压有一微小的下降就会发生负荷消耗的无功功率增量大于系统向该点提供的无功功率增量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降，这种恶性循环将造成系统“电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。

2、同步发电机励磁控制系统的应用

同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置，但是一些老机组和小机组因种种原因将自动控制系统退出运行，改为手动调整。手动调整励磁有很多缺点，如调整时间不能及时把握; 调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是如果调整不及時会造成发电机失磁运行，或者在事故情况下造成系统“电压崩溃”。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统，就是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题，同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率，进而维持机端电压为额定水平。随着微机控制的发展和应用，发电机的励磁自动控制系统不断地更新，自动化程度在不断地提高，性能也在不断地完善，这对我们能够及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要，并且能够彻底解决发电机的无功摆动问题。

3、发电机的励磁调节器的基本调节方式

1）恒机端电压（自动）运行方式

该方式为发电机励磁系统闭环自动调节方式。在该种运行方式下，数字式励磁调节器的旨要任务是维持发电机端电压恒定，—般是把机端电压，作为反馈量，实现pid调节;同时，为了提高电力系统运行的稳定件，数字式励磁调节器还可以实现更为复杂的控制规律，如电力系统稳定器（pss）附加控制、线性最优励磁控制（loec）非线性励磁控制（nec）等。恒机端电压（自功）运行方式是数字式励磁调节器的主要运行方式。

2）恒励磁电流（手动）运行方式

一般而言，励磁调节器都有“自动”和“手动”两种运行方式，数字式励磁调节器也不例外。在恒励磁电流（手动）运行方式下，数字式励磁调节器采入信号，与给定值比较，经比例（积分）控制规律的运算后送出控制信号到移相触发单元。由于自动运行方式的电压整定范围有限，在机组安装、检修或事故跳闸后进行发电机升压试验时，通常用手动方式来调整发电机的励磁从而调节机端电压或发电机的无功，这样调情较为平稳，调整范围可以很宽。

二、发电机供电电网现状

1、电厂两台发电机组投运之初，并网于汇集站35kV母线。汇集站35kV母线仅接带本站两台站用变与电厂两台发电机，通过主变压器升压至110kV供电于电网，电网平稳无波动，发电机励磁系统采用自动恒电压调节方式完全可满足系统运行要求。

1）无功功率平衡与电压水平的关系

因此要控制系统在额定电压下运行，就要控制系统中的无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所消耗的无功功率。如果这个“等式”关系不能满足，则电力系统就会偏离额定电压运行。当无功电源发出的无功功率偏离负荷在额定电压下所需消耗的无功功率过多时，作为无功电源的发电机就会出现无功功率摆动，电力系统电压就会过多地偏离额定电压。可见，维持电力系统电压在允许范围内是靠控制系统无功电源的出力来实现的。

2）无功功率与发电机励磁电流的关系

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间的无功功率分配。无功功率是通过调整励磁电流来实现对系统电压的平衡。

2、根据电网需求调节，电厂两台机组并网于四总降变35kV母线，四总降35kV母线接带炼钢3台21000kVA精炼炉造成的后果如下：

（1）精炼炉因生产工艺特点为冲击性负荷，在启停时电网电压大幅度波动;

（2）在精炼炉启动时类似接三相短路负载，母线电压有短时下降，反应到发电机端电压也下降（在并网条件下无功下降），为了维持恒电压运行此时发电机励磁强励增磁（在并网条件下无功增加），如此导致发电机无功大幅波动，严重情况下会产生欠励或过伏赫动作。

（3）无功功率瞬时波动达36000kVar，但现场精炼炉配置的三台静态滤波补偿装置补偿无功在16500～18000kVar之间，不能能满足无功正常调节。

三、某电厂励磁调节系统现状

1、在电网无功功率大幅波动下，现励磁调节系统调节能力无法满足外网的扰动，尤其在两台发电机满负荷运行时，励磁系统响应、跟踪速度满足不了无功功率负荷的变化。

2、目前采用的调节方式为：

（1）通过手动增、减磁调节无功功率，最大限度抑制无功功率的波动;

（2）为防止发电机在无功功率大幅波动下，人为调节跟不上变化而造成发电机跳闸解列，机组减负荷运行。

四、励磁系统升级改造措施

1、在现有设备情况下变更运行方式：投入恒无功运行或恒功率因数运行，该运行方式为恒电压运行加功率因数补偿;将装置调差系数设置7-8%正调差，可以适当改善无功大幅度波动。

2、设备升级：更换控制单元CUP板。并网后运行方式投入恒功率因数闭环运行或恒无功闭环运行，其特点是根据有功、无功比例设定调节，以电网稳定为出发点，能有效解决外网电压波动大造成机组无功大幅波动问题。

五、结论

鉴于以上说明及分析，2台煤气发电机励磁调节系统进行改造是可行的，通过升级更换励磁系统CPU主板，并采用恒功率因数的运行方式，确保电机励磁调节系统能快速响应电网波动。