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1、247*作者简介:曲波,男,华电能源牡丹江第二发电厂,工程师。微机励磁调节器在发电机中的应用曲 波*(华电能源牡丹江第二发电厂,黑龙江 牡丹江 157015摘 要:SAVR -2000微机励磁调节器采用的是PI D +PSS 控制方式微处理机励磁调节器,它能智能地完成控制机端电压稳定并根据发电机定子及转子侧各电气量进行限制和保护处理,还能对自身进行不断的自检和自诊断,发现异常和故障及时报警并切换到备用通道。同时,它采用了双机通讯和良好的人机界面,可以适合运行和检修人员的操作和检修,减小了劳动强度,提高了工作效率,最主要是提高了系统的稳定性。关键词:励磁调节器;微机保护;强力限制一、电厂发电机保
2、护装置现状发电机的励磁调节器为SJ-800,其余发电机的励磁调节器为S AVR-2000微机励磁调节器,通过近几年的检修和实践经验来看SAVR -2000微机励磁调节器具有比普通继电器保护装SJ -800励磁调节器动作迅速、灵敏度高、可靠性好等优点,相对而言,旧时的SJ-800励磁调节器无论在响应的速度上还是在保证系统的稳定上都存在或多或少的不足,尤其是在系统联络线上发生低频震荡故障上,由于响应的问题,满足不了系统稳定性的要求。而且,还存在检修的劳动强度大,人为误差率高,信号不明确,动作后录波功能不完善等一系列的不足,给事故分析和判断故障点带来诸多不便,直接和间接地影响了电厂的安全生产和经济效
3、益。二、对比两种保护的优缺点1 两种调节器从测量、逻辑、执行元件的比较表(见表1表1 两种调节器从测量、逻辑、执行元件的比较表项目SAVR-2000微机励磁调节器特点SJ-800励磁调节器特点数据采集方式采集发电机交流电压、电流、有功功率、无功功率通过模拟信号板(ANA将大电压、模拟信号变成小电压、数字信号。一周波采样36点有良好的冗余度,可以互相监督,相互自检,确保相互的独立性和运行的安全性,采样精度达到16位,是完全数字式的可靠性高采集发电机交流电压、电流、有功功率、无功功率通过模拟信号板(ANA将大电压、模拟信号变成小电压、数字信号。一周波采样24点有一定的冗余度,能互相监督,相互自检,
4、确保相互的独立性和运行的安全性,采样精度达到16位,是数字式的可靠性较高逻辑执行元件采用了32位数字式信号处理机T M S3201C31具有40/32位的浮点计算,可以在单周期内内完成24位整数和32位浮点得计算,控制上采用向差分来逼近微分的P I D 数字算法能有效地防止了硬件回路中元件损坏造成的励磁装置误动作,其次采用向差分来逼近微分的PI D 数字算法,软件做到具有容错功能,提高了保护软件的安全性和可靠性采用了16位数字式信号处理机,具有40/32位的浮点计算,可以在单周期内内完成24位整数和32位浮点的计算,控制上采用向差分来逼近微分的P I D 数字算法由于发电机的保护多,继电器的实
5、现元件也多,其可靠性也会因此下降,特别是继电器这种机械式判别元件本身就具有一定误差执行出口元件正常运行时,由一组CP U 或一组通道完成所有逻辑功能,当自检出错或异常时,自动转到另组通道完成不会引起失磁这种独创的双CP U 并行处理方式,把装置防拒动和误动性能有机地结合在一起,并采用相互自检采用一个或两个出口继电器作为执行元件,直接通过硬压板去跳闸在这种方式下,没有防误动和拒动的措施,在有寄生回路时较易产生保护误动三、发电机励磁系统(见图1下面就励磁系统作一简短介绍:1 励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务电力系统在正常运行时,负荷总是经常波动的,同步发电机的功率就相应地变化。随着负荷的波
6、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;电力系统故障或大量负载同时启动时,可能发生由于无功不足使系统电压下降较多。又由于当系统电压下降时电动机吸收大量的无功电流,使系统电压进一步降低。若系统长期处于低电压状态不能恢复,中国电力教育2009年管理论丛与技术研究专刊图1 发电机励磁系统就有可能造成电压崩溃。此时要求受端的发电机励磁系统能够强行励磁,快速响应,瞬时增大无功输出,支持系统电压,加速电压恢复。以最简单的单机运行系统为例(见图2、图3:存在以下关系: VF +JIFXd=EqEq c os =VF+IwXd其中, 功率角,I w 发电机无功电流。一般 值小,近
7、似有Eq Vf+IwXd(1(1式说明负荷中的无功电流是造成Eq 和Vf幅值差的主要原因。当励磁电流一定时,发电机端电压V f随无功负荷增大而下降。励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电流来保持机端电压为给定水平的。对于单独运行的小机组,调压要求较为简单,主要是负荷变动时保持机端电压不变。启动大容量重载电动机时,因启动电流过大、启动时间过长,手动调压容易发生电压下降过大,不能启动的问题。手动调压时发电机能启动的最大电动机容量约为发电机容量的10% 15%,而采用自动励磁调节器快速自动调压时,能启动的最大电动机的容量可达发电机容量的50%以上。2 相对并网后的发电机而言发电机端电压不随负荷大小
8、而改变,是个恒定值。由于发电机发出的有功功率只受到调速器的控制,与励磁电流的大小无关,故发电机的有功功率PT均为常数,当不考虑定子电阻和凸极效应时,有:P T =VTITc os =常数(2PT=EqVTXdsi n =常数(3(2、(3式说明,当励磁电流改变时,I T cos =常数,E q si n =常数,发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率和功角 值的大小。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。而在实际运行中,与发电机并联运行的母线并不是无限大母线,即系统阻抗并不等于零,它的电压将随着负荷的波动而改变。改变其中一台发电机的励磁电流不
9、但影响它的电压和无功功率,也将影响与之并联运行机组的无功功率。因此,同步发电机的励磁自动调节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无功的经济分配。以两台并列运行的发电机为例,定子电流Ic,发电机变压器组的总电阻为r,则定子电流所产生的电阻损耗为:P!=I2c1+I2c2=I2p1r+I2p2r+I2q2r+I2q1r损耗量最小时无功电流分配的条件为:P!Iq1=P!Iq2此时无功分配为:I q1=I q2,即并联机组之间无功电流(标幺值相等时其损耗最小。(2恒力率运行及恒无功运行。电磁型励磁调节器由于时间常数较大,增益较低,发电机有功增大时要求无功相应增加,以保持电力系统稳
10、定:那时发电机不但不能进相运行,高力率运行也是不允许的。因此有些发电机采用恒力率运行,使发电机保持在一定力率下运行。近年来由于励磁调节器性能的提高,也由于电力系统要求发电机具有更广泛的调压功能,所以电力系统中的发电机已不再采用恒力率调节方式,而是采用有功及无功各自独立调节的方式。发电机的调差也采用纯无功调差,使有功调节不影响发电机的无功分配。 248对于电力系统所属发电机,应以电压调节为主;对于与系统并列运行的某些自备电厂的发电机,不担负系统调压的任务。为了补偿本厂的无功消耗,有时要求发电机采用恒无功调节方式,就是励磁调节器除采用发电机电压反馈外,用无功功率作为附加反馈,使发电机无功保持在给定
11、值的允许偏差范围之内,这时母线电压可能产生较大的偏离,因此属于电力系统的发电机,一般不采用恒无功调节方式。3 进相运行稳定性电力系统在小负荷时由于无功容量有较多剩余,系统电压过高,要求发电机进相以吸收一部分无功。发电机进相运行时静稳定性差,励磁调节器必须投入,并须有最低励磁电流限制,以防止励磁电流过分减少,造成失步。以下面的公式为例:发电机有功功率:P=EqVTXdsi n +VT2Xd-Xq2XdXqsin2 (4发电机无功功率:Q=E q V TX dcos +V T2X d(1+X d-X qX qsi n2 (5在dPd=0时可求得E q值或I F值,为该运行方式下允许的最小励磁电流。
12、对(5式进行偏微分,并使dPd=0,则:E q V T X d cos +V T2X d-X q2X d X qcos2 =0在发电机投入空载超高压线路时,相当于接入电容负载,发电机能吸收尽可能大的无功,对防止高压线路过电压是有利的。对于隐极式发电机,允许的最小励磁电流为0,此时Q=V T2X d;对于凸极式发电机,如果采用负励磁,并使其负励磁电流为发电机空载励磁电流(XdX q-1,则有Q=-V T2Xq。可见,对于凸极发电机,如果采用负励磁,并使其负励磁电流为发电机空载励磁电流的(XdXq-1,可使发电机空载时吸收最大无功的能力增加X dX q倍。四、在提高电力系统稳定性的要求上静态稳定是
13、指电力系统在正常运行状态下,经受微小扰动后回复到原来运行状态的能力。P f=EqVcX!si n ,其中X! 系统总阻抗, 功角。励磁电流电流不变时,静稳定极限为P m1=E q V cX!。系统发生扰动,发电机端电压下降,定子电流增加,根据磁链守恒定律,励磁电流增加,该增量If按照发电机负载时间常数衰减。如接入励磁调节器,在发电机电压下降时,励磁调节器将使励磁电流增加,其增加量和速度决定于励磁系统增益和时间常数。如果励磁电流增加分量与I f的衰减分量相抵消,则系统可以达到一个新的静稳定极限。参考文献:1华电能源牡丹江第二发电厂继电保护及自动装置试验规程S Q/108-121 5-2006型电气检修规程2黑龙江省220KV电力网继电保护装置运行管理规程S Q/GDW-24-113-2008249
