1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用,隨著大電網(wǎng)的互聯(lián),電力系統(tǒng)容量倍增,以及快速勵(lì)磁裝置的廣泛應(yīng)用,電力系統(tǒng)出現(xiàn)了許多新的問題。比如由于系統(tǒng)阻尼不足出現(xiàn)的低頻振蕩,遠(yuǎn)距離輸電線路的串聯(lián)補(bǔ)償電容引起的次同步振蕩及軸系扭振,系統(tǒng)無(wú)功不足、無(wú)功功率平衡破壞導(dǎo)致的電壓崩潰,這些都威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在探索解決這些問題的方法中,有效改善勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能及性能是解決這些問題的重要手段。因此,勵(lì)磁控制與電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行之間有著密切的聯(lián)系。所以現(xiàn)代勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也演變?yōu)槎喙δ堋⒍嘧兞康膭?lì)磁控制器。大唐神頭期捷制500M W 發(fā)電機(jī)組,勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)為交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)。交流勵(lì)磁機(jī)采用自

2、勵(lì)恒壓方式,維持電壓為750V 。見圖1。發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁裝置由捷克zat 公司制造。配有雙套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流單元裝置。兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅功率單元分別對(duì)應(yīng),固定搭配,調(diào)節(jié)器互相跟蹤,可無(wú)擾切換。正常運(yùn)行為主調(diào)節(jié)器和可控硅功率單元運(yùn)行。當(dāng)調(diào)節(jié)器發(fā)生故障時(shí),兩套調(diào)節(jié)器按故障嚴(yán)重等級(jí),自動(dòng)切至故障較輕的調(diào)節(jié)器運(yùn)行。發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)滅磁方式為逆變滅磁。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)有雙重過電壓保護(hù)回路。以下就以大唐神頭期勵(lì)磁系統(tǒng)為對(duì)象,對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)及限制保護(hù)方面作分析研究。1發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)該廠期勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見表1。電力系統(tǒng)在遭受嚴(yán)重暫態(tài)擾動(dòng),比如系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),系

3、統(tǒng)電壓下降,并列發(fā)電機(jī)端電壓及轉(zhuǎn)速也下降,發(fā)出有功功率減少,發(fā)電機(jī)功角加大,如果功角加速面積大于減速面積,發(fā)電機(jī)將發(fā)生失步。此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)強(qiáng)行勵(lì)磁,增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,提高發(fā)電機(jī)輸出電壓,增加有功功率的輸出,減少功角增加量,防止發(fā)生第一擺時(shí)失去穩(wěn)定。所以發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)是提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的重要手段。而且強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)越高、強(qiáng)勵(lì)上升速度越快,越有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電網(wǎng)的擴(kuò)大,輸電距離的增加,特別是快速、高精度的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的廣泛應(yīng)用,使電力系統(tǒng)的正阻尼減小,電網(wǎng)的小干擾穩(wěn)定性減弱,出現(xiàn)0.2Hz 2Hz 的低頻振蕩,電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性降低。使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(簡(jiǎn)稱PSS 可以提高電力系統(tǒng)阻尼,

4、抑制系統(tǒng)低頻功率振蕩,是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的最經(jīng)濟(jì)和最有效的重要措施。PSS 在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)新投運(yùn)的大中型發(fā)電機(jī)組都要求安裝PSS 。低頻振蕩是一種機(jī)電振蕩。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS 是勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)附加功能,它使用與低頻振蕩有關(guān)的輸入信號(hào),如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率信號(hào),加以計(jì)算處理,產(chǎn)生的附加信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中,使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。即在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端引入附加大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)淺析與探討楊向東(國(guó)網(wǎng)能源公司神頭第二發(fā)電廠,山西朔州036011摘要:文章介紹了勵(lì)磁系統(tǒng)的功能及其在電力系統(tǒng)中的重要作用,并通過對(duì)大唐神頭期zat 公司勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)限制機(jī)理、參數(shù)

5、設(shè)置、動(dòng)作邏輯等的闡述與分析。全面深刻認(rèn)識(shí)和理解勵(lì)磁系統(tǒng)功能作用,對(duì)機(jī)組、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。關(guān)鍵詞:勵(lì)磁系統(tǒng);限制;保護(hù);功能中圖分類號(hào):TM315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-8136(200902-0009- 03圖1勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置參數(shù)額定輸入電壓3750V50Hz額定直流電壓500V 最大直流電壓900V(20s一組完整整流橋運(yùn)行額定直流電流4000A 一組完整整流橋運(yùn)行最大直流電流6500A(20s勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁裝置參數(shù)額定輸出電壓210V 額定輸出電流237A 最大輸出電壓278V(20s最大輸出電流318A(20s表1期勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)科學(xué)之友Frie

6、nd of Science Amateurs 2009年01月(02B9-反饋Pe(f 或,以提高發(fā)電機(jī)對(duì)功率(或轉(zhuǎn)速中的低頻振蕩分量的阻尼力矩,迅速抑制低頻振蕩。PSS 控制方框圖見圖2。對(duì)于PSS 的性能指標(biāo)要求包括:信號(hào)測(cè)量時(shí)間常數(shù)小于40ms ;輸出噪聲小于0.5%;參數(shù)可在線調(diào)整保存;PSS 輸出限幅且可調(diào);有手動(dòng)和自動(dòng)投切功能等。PSS 的整定效果檢驗(yàn)一般可通過發(fā)電機(jī)的負(fù)載階躍響應(yīng)試驗(yàn)來檢驗(yàn),即在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入端加入一個(gè)電壓階躍量(1%4%,然后觀察其輸出有功功率(或電壓的波形,分析PSS 各個(gè)參數(shù)是否合適。該廠期勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)PSS 輸入變量為發(fā)電機(jī)頻率fE 、有功功率P 和發(fā)電機(jī)

7、勵(lì)磁電流If 三個(gè)參數(shù)。其結(jié)構(gòu)見圖3。負(fù)載階躍擾動(dòng)試驗(yàn),在PSS 未投時(shí),經(jīng)實(shí)測(cè)計(jì)算,系統(tǒng)的阻尼比約為0.15。采用優(yōu)化的PSS 參數(shù),投入PSS ,做同樣試驗(yàn),計(jì)算本機(jī)振蕩的阻尼比大于0.4。PSS 對(duì)本機(jī)振蕩有很好的抑制作用。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PSS 按鈕按要求應(yīng)處于投入狀態(tài),但是只有負(fù)荷大于150M W (30%Pn 時(shí),PSS 功能才有效。低負(fù)荷時(shí)PSS 功能自動(dòng)退出,防止系統(tǒng)甩負(fù)荷時(shí)由于PSS 的作用使發(fā)電機(jī)過電壓。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器不僅要維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定,還應(yīng)該設(shè)計(jì)有電壓調(diào)差單元,使系統(tǒng)并列的發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率按規(guī)定合理地分配。由于與電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定有關(guān),調(diào)差率整定值應(yīng)由中調(diào)給出,然后通過發(fā)變組

8、調(diào)差特性試驗(yàn)最后確定。一般發(fā)電機(jī)變壓器單元機(jī)組調(diào)差率為8%左右,且并列于同一高壓系統(tǒng)相同容量的發(fā)電機(jī)組一般應(yīng)有相同的調(diào)差率。該廠期兩臺(tái)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置同樣設(shè)計(jì)有電壓調(diào)差單元,通過更改相關(guān)參數(shù)定值,來改變發(fā)電機(jī)調(diào)差率。根據(jù)現(xiàn)在調(diào)差參數(shù)的設(shè)置,通過試驗(yàn),計(jì)算出發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率為-6.6%。該廠主變經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得壓降為11.5,所以從高壓側(cè)看,發(fā)變組電壓調(diào)差率為11.5%-6.6%=4.9%。機(jī)組正常運(yùn)行,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇“終端電壓調(diào)節(jié)”方式,在傳感器單元(A01.002和A01.102,采集測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓、電流、有功、無(wú)功、功角等模擬量數(shù)據(jù)的單元發(fā)生故障時(shí),切換至“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)”方式,此時(shí)勵(lì)磁限制保護(hù)功能

9、仍有效,保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行在工作區(qū)內(nèi)。“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)”方式只作為備用方式及發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)使用,機(jī)組正常運(yùn)行不宜選擇該調(diào)節(jié)方式,因?yàn)榇朔绞綍?huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的限制和保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)配有完備的限制及保護(hù)功能,發(fā)電機(jī)在各種極限工況運(yùn)行時(shí),能保證發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全。限制和保護(hù)整定按設(shè)備的極限和電力系統(tǒng)的運(yùn)行極限設(shè)定,充分發(fā)揮設(shè)備效能,提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的材料利用率很高,其熱容量與銅損的比值較小,因而熱時(shí)間常數(shù)也較小,轉(zhuǎn)子和定子的過負(fù)荷能力有限,為了防止電流過大導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(定子繞組過熱,保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全,勵(lì)磁調(diào)節(jié)回路設(shè)置電流限制和保護(hù)功能,其具有反時(shí)限

10、特征。該廠期勵(lì)磁調(diào)節(jié)回路轉(zhuǎn)子電流限制配置如下:依據(jù)算式:t =39(I f fn2-1式中:t :發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流允許時(shí)間,s ;I f :發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流;I fn :發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定電流;發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子最大連續(xù)運(yùn)行電流:1.032Ifn ;發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子最大無(wú)延時(shí)電流:1.77Ifn 。轉(zhuǎn)子電流限制動(dòng)作特性曲線見圖4。轉(zhuǎn)子電流限制動(dòng)作后,自動(dòng)瞬時(shí)將轉(zhuǎn)子電流降至1.032I fn ,并發(fā)電機(jī)定子電流限制配置方式與轉(zhuǎn)子電流限制基本類似,不再多述。期勵(lì)磁系統(tǒng)定子電流限制特性計(jì)算公式:t =39(I t n2-1式中:t :發(fā)電機(jī)定子過電流允許時(shí)間s ;I t :發(fā)電機(jī)定子電流;I n :發(fā)電機(jī)定子額定電流;

11、發(fā)電機(jī)定子最大連續(xù)運(yùn)行電流1.053In ;發(fā)電機(jī)定子最大無(wú)延時(shí)電流3In ;定子電流限制動(dòng)作特性曲線見圖5。定子電流限制動(dòng)作后,發(fā)電機(jī)無(wú)功功率自動(dòng)向Q =0方向動(dòng)作,以使定子電流限定到設(shè)定值。 此時(shí)使定子電流增加的操作無(wú)圖2PSS 控制方框圖圖3PSS 控制結(jié)構(gòu)圖圖4轉(zhuǎn)子電流限制動(dòng)作特性曲線應(yīng)用技術(shù)楊向東:大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)淺析與探討10-效。定子電流限制應(yīng)與發(fā)電機(jī)過負(fù)荷、過流保護(hù)相匹配。發(fā)電機(jī)過負(fù)荷動(dòng)作于信號(hào),具有反時(shí)限特性,定值較低,它和定子電流限制曲線比較見圖5。過流保護(hù)定值為3.5In ,延時(shí)1s ,動(dòng)作于停機(jī)。在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí),為了防止勵(lì)磁電流過低使發(fā)電機(jī)失去靜態(tài)穩(wěn)定,或使發(fā)電機(jī)

12、端部磁密過高引起端部過熱,勵(lì)磁系統(tǒng)配置低勵(lì)限制功能。其動(dòng)作曲線是按發(fā)電機(jī)靜態(tài)極限及發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱限制條件確定。但不能超過發(fā)電機(jī)制造廠提供的PQ 運(yùn)行曲線范圍。該廠期勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制曲線范圍見圖6。在勵(lì)磁電流過小或失磁時(shí),低勵(lì)限制首先動(dòng)作;如果由于調(diào)節(jié)器異常或轉(zhuǎn)子回路故障導(dǎo)致勵(lì)磁電流繼續(xù)下降,則由失磁保護(hù)判斷后動(dòng)作停機(jī)。為了防止發(fā)電機(jī)、主變因磁密過高、勵(lì)磁電流過大引起鐵芯和繞組發(fā)熱,勵(lì)磁系統(tǒng)配置U/f 限制功能,其具有反時(shí)限特征。該廠期勵(lì)磁調(diào)節(jié)回路U/f 限制配置如下:計(jì)算公式:t =1U/f n-1式中:t :過激磁允許持續(xù)時(shí)間s ;U /f :實(shí)際運(yùn)行時(shí)U/f 值;(U /f n :額定U/

13、f 值;允許最大連續(xù)運(yùn)行U/f 值為1.051(U/fn 。其定值比發(fā)電機(jī)電壓限制設(shè)定略高(發(fā)電機(jī)電壓限制定值為1.05U n。U/f 限制動(dòng)作特性曲線如圖7。U/f 限制動(dòng)作,自動(dòng)減小勵(lì)磁電流,使其工作在設(shè)定范圍。U/f 限制特性要與發(fā)變組過激磁保護(hù)匹配,且早于發(fā)變組過激磁保護(hù)動(dòng)作。發(fā)變組過激磁保護(hù)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)解列。其動(dòng)作特性曲線也具有反時(shí)限特性,U/f 限制特性曲線與發(fā)變組過激磁保護(hù)特性曲線比較見圖7。U/f 限制在發(fā)電機(jī)空載和負(fù)載時(shí)均應(yīng)投入運(yùn)行。4總述以上是以大唐神頭期500M W 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例,對(duì)大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行了初步的分析與研究。隨著控制理論的發(fā)展,新的設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)

14、用,勵(lì)磁系統(tǒng)功能將更加完善,穩(wěn)定性和可靠性也會(huì)大大提高,在龐大復(fù)雜的電網(wǎng)中將發(fā)揮更大作用。定子電流限制曲線及過負(fù)荷保護(hù)曲線定子電流限制特性曲線過負(fù)荷保護(hù)曲線400300200100001時(shí)間定子電流倍數(shù)圖5 定子電流限制動(dòng)作特性曲線及過負(fù)荷保護(hù)曲線圖6低勵(lì)限制曲線范圍圖7U/f 限制動(dòng)作特性曲線及發(fā)變組過激磁保護(hù)特性曲線U/f 限制特性曲線及發(fā)變組過激磁保護(hù)曲線U/f 限制特性曲線發(fā)變組過激磁特性曲線過激磁倍數(shù)Analysis on Excitation System of Large GeneratorYang XiangdongAbstract:This paper introduces

15、the function of excitation system and its important role in power system.Through analysis on protec-tion restrictions mechanism,parameter settings and moving logic of excitation system in zat company of ShentouII in Datang,function of excitation system is fully understood,which is of great significa

16、nce for safe and stable operation of power systems.Key words:excitation system;restrictions;protection;functionStructural Design and Analysis on 40m Chimney TowerZhang Shuming,Du Chengyun,Li Haiwang,Du LeimingAbstract:With actual project of 40m high chimney tower as the research object,ANSYS finite element analysis software coupled is used to simulate the interaction between tower and pipelines.Comparing overall pipe model under wind loads and seismic design with chimney tower model designed by 3D3S