|
技術(shù)與安全知識 |
發(fā)電機勵磁系統的作用、特性和故障檢查 |
摘要：勵磁系統是供給同步發(fā)電機勵磁電流的電源及其附屬設備的統稱(chēng)，它直接影響發(fā)電機的運行特性。勵磁系統作用是維持電壓水平、提供無(wú)功功率，并可以保證發(fā)電機的正常運行，并且對于電力系統的穩定性和可靠性也有著(zhù)重要的影響?？得魉构驹诒疚闹兄?zhù)重介紹了勵磁系統的作用和其工作原理及常見(jiàn)故障的處理，希望能夠對讀者有所幫助。
一、發(fā)電機勵磁系統的主要作用
同步發(fā)電機勵磁電源一般采用直流電，勵磁系統的作用主要就是供給發(fā)電機轉子繞組的直流電源。同步發(fā)電機勵磁系統一般由勵磁功率單元和勵磁調節器兩部分組成。勵磁功率單元包括整流裝置及其交流電源，它向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁功率；勵磁調節器，感受發(fā)電機電壓及運行工況的變化，自動(dòng)地調節勵磁功率單元輸出勵磁電流的大小，以滿(mǎn)足系統運行要求。整個(gè)勵磁自動(dòng)控制系統是由勵磁調節器、勵磁功率單元和發(fā)電機構成的一個(gè)反饋控制系統。執行主要任務(wù)如下：
1、維持發(fā)電機端電壓在給定值
當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)調節磁場(chǎng)的強弱來(lái)恒定機端電壓。維持電壓水平是勵磁控制系統的最主要的任務(wù)，有以下3個(gè)主要原因：
（1）保證電力系統運行設備的安全。
電力系統中的運行設備都有其額定運行電壓和最高運行電壓。保持發(fā)電機端電壓在容許水平上，是保證發(fā)電機及電力系統設備安全運行的基本條件之一，這就要求發(fā)電機勵磁系統不但能夠在靜態(tài)下，而且能在大擾動(dòng)后的穩態(tài)下保證發(fā)電機電壓在給定的容許水平上。 發(fā)電機運行規程規定，大型同步發(fā)電機運行電壓不得高于額定值的110％。
（2）保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。
發(fā)電機在額定值附近運行是最經(jīng)濟的。如果發(fā)電機電壓下降,則輸出相同的功率所需的定子電流將增加,從而使損耗增加。規程規定大型發(fā)電機運行電壓不得低于額定值的90％；當發(fā)電機電壓低于95％時(shí)，發(fā)電機應限負荷運行。其他電力設備也有此問(wèn)題。
（3）提高電壓能力和穩定要求
勵磁控制系統對靜態(tài)穩定、動(dòng)態(tài)穩定和暫態(tài)穩定的改善，都有顯著(zhù)的作用，而且是最為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟而有效的措施。
2、滿(mǎn)足負載需求
發(fā)電機勵磁系統還需要根據實(shí)際負載需求來(lái)調節發(fā)電機輸出電壓，以確保滿(mǎn)足當前負載要求。這樣既能保證負載設備正常運行，也能確保電力系統的安全運行。
3、提高發(fā)電效率
發(fā)電機勵磁系統可以通過(guò)調節發(fā)電機的勵磁電流，優(yōu)化發(fā)電機輸出的電壓和電流波形，從而提高發(fā)電效率。這不僅有助于降低能源消耗，還能減少發(fā)電機的損耗和維護成本。
4、保障電力系統穩定運行
發(fā)電機勵磁系統不僅可以保證發(fā)電機的穩定輸出電壓，還能增強電力系統的穩定性。這是因為，發(fā)電機勵磁系統可以幫助控制電力系統的電壓和頻率，并抵消負載波動(dòng)對電力系統穩定性的影響。
|
圖1 高壓無(wú)刷勵磁發(fā)電機外形圖 |
圖2 低壓無(wú)刷勵磁發(fā)電機外形圖 |
二、發(fā)電機勵磁系統原理與特性
1、工作原理
勵磁是指在電力系統中對發(fā)電機進(jìn)行電磁激勵以使其產(chǎn)生電能的過(guò)程。勵磁系統的工作原理如下：
（1）動(dòng)態(tài)勵磁：
如圖3所示，在勵磁機上通過(guò)電源施加直流電流，這些電流通過(guò)勵磁機的線(xiàn)圈，在勵磁機中產(chǎn)生磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通量通過(guò)氣隙和轉子，進(jìn)入發(fā)電機的定子線(xiàn)圈。定子線(xiàn)圈中的磁通量和轉子上的感應電動(dòng)勢相互作用，產(chǎn)生電流。這個(gè)電流在電力系統中循環(huán)，推動(dòng)電機發(fā)電。
（2）靜態(tài)勵磁：
如圖4所示，使用靜止的勵磁變壓器和整流器來(lái)完成勵磁。交流電源輸入勵磁變壓器，變壓器將高電壓降低并提供給整流器，整流器將交流電轉換為直流電。直流電流通過(guò)勵磁變壓器的次級線(xiàn)圈和發(fā)電機的勵磁線(xiàn)圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵磁線(xiàn)圈中的磁通量和轉子上的感應電動(dòng)勢相互作用，使發(fā)電機產(chǎn)生電流。
通過(guò)控制勵磁電流的大小和方向，可以調節發(fā)電機產(chǎn)生的電能的性質(zhì)，例如電壓和頻率等。這樣就能滿(mǎn)足電力系統中對電能的不同需求。
|
圖3 發(fā)電機勵磁系統動(dòng)態(tài)勵磁原理 |
圖4 發(fā)電機勵磁系統靜態(tài)勵磁原理 |
2、勵磁系統特性
（1）電壓的調節
自動(dòng)調節勵磁系統可以看成為一個(gè)以電壓為被調量的負反饋控制系統，如圖5所示。無(wú)功負荷電流是造成發(fā)電機端電壓下降的主要原因，當勵磁電流不變時(shí)，發(fā)電機的端電壓將隨無(wú)功電流的增大而降低。但是為了滿(mǎn)足用戶(hù)對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實(shí)現這一要求的辦法是隨無(wú)功電流的變化調節發(fā)電機的勵磁電流。
（2）無(wú)功功率
發(fā)電機與系統并聯(lián)運行時(shí)，可以認為是與無(wú)限大容量電源的母線(xiàn)運行，要改變發(fā)電機勵磁電流，感應電勢和定子電流也跟著(zhù)變化，此時(shí)發(fā)電機的無(wú)功電流也跟著(zhù)變化。當發(fā)電機與無(wú)限大容量系統并聯(lián)運行時(shí)，為了改變發(fā)電機的無(wú)功功率，必須調節發(fā)電機的勵磁電流。此時(shí)改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說(shuō)的“調壓”，而是只是改變了送入系統的無(wú)功功率。
并聯(lián)運行發(fā)電機組無(wú)功功率合理分配與發(fā)電機端電壓的調差率有關(guān)。發(fā)電機端電壓的調差率有三種調差特性：無(wú)調差、負調差和正調差，如圖6所示。兩臺或多臺有差調節的發(fā)電機并聯(lián)運行時(shí)，按調差率大小分配無(wú)功功率。調差率小的分配的無(wú)功多，調差率大的分配到的無(wú)功少。
如果發(fā)電機變壓器單元在高壓側并聯(lián)，因為變壓器有較大的電抗，如果采用無(wú)差特性，經(jīng)變壓器到高壓側后，該單元就成了有差調節了。若變壓器電抗較大，為使高壓母線(xiàn)電壓穩定，就要使高壓母線(xiàn)上的調差率不至太大，這時(shí)發(fā)電機可采用負調差特性，其作用是部分補償無(wú)功電流在主變壓器上形成的電壓降落，這也稱(chēng)為負荷補償。 調差特性由自動(dòng)電壓調節器中附加的調差環(huán)節整定。與大系統聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電機組，調差率Ku在土(3%～10%)之間調整。
（3）無(wú)功負荷
并聯(lián)運行的發(fā)電機根據各自的額定容量，按比例進(jìn)行無(wú)功電流的分配。大容量發(fā)電機應負擔較多無(wú)功負荷，而容量較小的負則提供較少的無(wú)功負荷。為了實(shí)現無(wú)功負荷能自動(dòng)分配，可以通過(guò)自動(dòng)高壓調節的勵磁裝置，改變發(fā)電機勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機電壓調節特性的傾斜度進(jìn)行調整，以實(shí)現并聯(lián)運行發(fā)電機無(wú)功負荷的合理分配。
|
圖5 發(fā)電機勵磁系統電壓調節示意圖 |
圖6 發(fā)電機無(wú)功功率分配曲線(xiàn) |
二、勵磁系統故障檢查和分析
1、勵磁系統的檢查
基于探測線(xiàn)圈的檢測方法是通過(guò)監測定、轉子之間氣隙磁場(chǎng)的變化情況來(lái)估測運行狀態(tài)或判斷故障，已經(jīng)應用于三相無(wú)刷勵磁機中。圖7所示為在傳統的內轉子型三相無(wú)刷勵磁機上安裝的q軸探測線(xiàn)圈，通常將工字形結構的線(xiàn)圈支架安裝在定子相鄰的磁極之間，支架上有兩根沿勵磁機軸向分布的平行細柱。在這兩根細柱之間繞制的多匝線(xiàn)圈就是q軸探測線(xiàn)圈。勵磁機電樞繞組產(chǎn)生的（非同步）空間諧波磁場(chǎng)會(huì )在靜止的q軸探測線(xiàn)圈中感應出電動(dòng)勢，通過(guò)測量q軸探測線(xiàn)圈電壓可估測主發(fā)電機的勵磁電流，解決勵磁機旋轉整流器輸出電流（即提供給主發(fā)電機的勵磁電流）無(wú)法直接測量的問(wèn)題；還可以用q軸探測線(xiàn)圈感應電動(dòng)勢的幅頻特性作為故障特征量，對旋轉整流器的各類(lèi)故障進(jìn)行檢測與識別。
（1）開(kāi)關(guān)量的檢查
勵磁系統電路如圖8所示。模擬調節器開(kāi)關(guān)量輸出，檢查信號是否正確。給調節器發(fā)“開(kāi)機”信號時(shí)，PT電壓在8S內未達到30%時(shí)，發(fā)“起勵失敗”信號；當手動(dòng)、PT斷線(xiàn)、過(guò)勵限制、強勵限制、低頻保護、低勵限制等信號出現時(shí)，均有異常信號發(fā)出，并在面板上有相應的指示燈亮調節器功能模擬試驗。
（2）模擬量的檢測
● 發(fā)電機PT電壓測量校正
在端子排上短接勵磁PT（LPT）和儀表PT（YPT）（分相端接）以及系統PT（XPT）（有些裝置上沒(méi)有采用）。加入三相正相序的0~120V電壓，以額定機組電壓為基準值，每隔10V記錄測量顯示值。修改參數或調整測量回路的電位器，使顯示值與實(shí)際值（PT二次電壓）折算到側的電壓值一致。
● 發(fā)電機CT電流測量校正
在端子排上加入三相正相序的0~5A（或0~1A）電流，以額定的定子電流為基準，記錄測量顯示值。修改參數或者調整測量回路的電位器，使顯示值與實(shí)際值（CT二次電流）折算到側的電流值一致。
● 勵磁電流（IL）或勵磁電壓（UL）測量校正
按照電流傳感器的輸出電壓值或電流值，在端子排上加入的0~20mA（4~20mA）的電流或0~5V的電壓信號。按照電流傳感器的變比折算到勵磁電流的實(shí)際值。修改參數或調整測量回路的電位器，使顯示值與所加電壓或電流折算的實(shí)際值（按照電流傳感器的變比折算到勵磁電流的值）折算到側的電壓值一致。
2、分析及處理案例
（1）勵磁機整流輸出故障及處理。
斯坦福發(fā)電機勵磁方式為無(wú)刷勵磁式（系統接線(xiàn)方式如下），升壓時(shí)給起勵電流后，發(fā)電機電壓變化不大，多次實(shí)驗結果一樣，用三相調壓器直接加電壓至勵磁功率回路進(jìn)行整流，輸出至額定電流時(shí)發(fā)電機電壓仍只到30%.勵磁裝置輸出電流正常，達到額定電流后發(fā)電機電壓仍然升不起來(lái)基本可以排除勵磁故障。經(jīng)檢查發(fā)現勵磁機整流部分輸出不正常，經(jīng)檢查為整流二極管有故障，解決后升壓正常。
（2）勵磁PT電壓故障及處理。
國產(chǎn)發(fā)電機可控硅自并激勵磁系統，發(fā)電機到額定轉速后，運行人員在勵磁調節柜上操作“開(kāi)機”開(kāi)關(guān)，發(fā)電機開(kāi)機起勵后，發(fā)電機電壓表指針不動(dòng)，勵磁變副邊電壓表很快滿(mǎn)表，隨即保護動(dòng)作，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，檢查發(fā)現滅磁開(kāi)關(guān)兩個(gè)觸頭燒熔，滅磁開(kāi)關(guān)正上方的-C相可控硅散熱器被嚴重熏黑，繼續檢查發(fā)現勵磁變壓器高壓保險（10A）三相由于來(lái)不及熔斷，本體均被炸飛掉，高壓保險柜被驗證熏黑。
經(jīng)檢查造成事故的主要原因是PT電壓沒(méi)投入，就以“自動(dòng)”方式開(kāi)機升壓。由于自動(dòng)勵磁調節器是以PT電壓作為反饋量，沒(méi)有檢測到反饋電壓，控制角一直保持在角度。勵磁電流會(huì )一直上升，發(fā)電機電壓一直會(huì )上升到飽和點(diǎn)，此時(shí)勵磁電流繼續增加，由于電流的增加率很大，電壓會(huì )達到1.5倍以上，勵磁變壓器高壓保險的電流和電壓均超過(guò)額定值，高壓保險來(lái)不及熔斷，熔斷時(shí)的能量很大，超過(guò)了保險管內部吸收的極限，被炸飛掉。保險炸飛后三相之間相互拉弧造成發(fā)電機三相短路，發(fā)電機差動(dòng)保護動(dòng)作，跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)。
|
圖7 無(wú)刷勵磁發(fā)電機故障探測裝置 |
圖8 發(fā)電機勵磁接線(xiàn)圖 |
總結：
勵磁系統作為發(fā)電機的重要組成部分，通過(guò)維持勵磁電流、調節發(fā)電機的輸出電壓和提供短路電流等功能，保證了發(fā)電機的正常運行和電力系統的穩定性。其工作原理主要包括勵磁電路的搭建、勵磁調節和勵磁穩定等方面。通過(guò)深入了解勵磁系統的作用和工作原理，可以更好地理解電力系統的運行機制，并且對于電力系統的運行和維護有著(zhù)重要的指導意義。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://
