淺談勵磁系統在330MW機組中的應用

　　摘要：華能海口電廠#8、9機組勵磁系統新改造為南瑞RCS-9400系列勵磁系統，原勵磁系統為南瑞SAVR2000，本文主要介紹南瑞RCS-9400勵磁系統在�？陔姀S#8、9汽輪發電機啟、停機及運行中的應用。

　　關鍵詞：勵磁系統;勵磁技術;功能與應用

　　1背景

　　華能�？陔姀S四期共有2臺330MW國產北京北重汽輪電機有限責任公司生產的QFSN-330-2型汽輪發電機，單機容量為330MW。發電機原勵磁系統為南瑞SAVR2000系列，因系統老化，便改造為南瑞RCS-9400系列靜態勵磁系統。

　　2 勵磁系統的重要性

　　在發電廠，勵磁系統是為發電機提高可控的勵磁電流的系統，即給發電機提高可控的磁場，是發電機最為重要的輔助系統之一，勵磁系統是閉環的調節系統，可以保證在機組正常運行的情況下維持發電機極端電壓穩定運行，使機組能夠輸出一定的有功與無功，除此之外，還可以保證發電機轉子電流恒定輸出。當系統波動或者發生事故時，需勵磁系統維持發電機端電壓在給定值，合理分配發電機組之間的無功，對發電機定子及轉子側各電氣量的負荷進行限制和保護，保證電力系統的穩定性。因此勵磁系統對提高發電機電力系統的穩定性具有相當大的作用。

　　3 RCS-9400勵磁系統的構成

　　�？陔姀S#8、9機組勵磁系統主要有雙通道數字勵磁調節裝置柜(包含9410數字勵磁調節裝置、9415勵磁系統信息管理裝置、9412智能脈沖觸發裝置)、#1~3號RCS-9420可控硅整流柜、RCS-9431滅磁開關柜、RCS-9432滅磁電阻/轉子接地柜、勵磁變壓器及其其他輔助部分組成。

　　(1)該勵磁系統的核心設備是勵磁調節柜中的9410數字勵磁調節裝置，RCS-9410勵磁調節裝置是以高速DSP為計算機控制核心、以ARM為對外通訊系統的中心，同時最外層以32位單片機為人機接口層，提供內容最為豐富和靈活的人機操作平臺，配置了標準模型的PID + PSS調節軟件，配置了最完善的限制和保護功能軟件，不僅保證正常運行工況下的穩定性，而且在異常工況或事故情況下，一方面保護勵磁系統及發電機的安全，同時保證對系統的較大出力，對系統穩定作貢獻。

　　(2)RCS-9420可控硅整流裝置通過接受勵磁調節器的觸發脈沖信號，實現可控整流，為發電機或副勵磁機的勵磁繞組提供勵磁電流;該整流裝置可實現短時間的逆變功能，通過逆變實現發電機的快速滅磁。主要包含以下五部分：(1)三相可控硅整流橋;(2)過壓保護;(3)過流保護;(4)冷卻系統;(5)輔助控制回路。RCS-9430 滅磁裝置是由滅磁開關、滅磁電阻、轉子過電壓保護組成的，在正常停機或事故停機時對發電機轉子繞組進行快速滅磁，在運行中抑制轉子中過電壓的綜合設備。對于自并勵系統，還配置直流電源供電的或交流電源供電的初勵回路，保證發電機的可靠起勵。

　　(3)微機勵磁系統典型原理

　　大致的原理是取發電機端電壓、定子電流、轉子電流作為參考，通過勵磁調節裝置，輸出可控硅的觸發脈沖，即觸發角度，使得整流裝置輸出勵磁電流，給發電機提供特定的磁場，調節發電機無功，維持發電機端電壓的輸出。

　　4 南瑞RCS-9400勵磁系統在330MW發電機組的應用

　　4.1機組啟機過程

　　發電機組啟動過程中，主要是如何建立有效穩定的磁場，輸出穩定的機端電壓。

　　我廠#8/9發電組發電機勵磁方式采用機端靜態自并勵方式，發電機啟動時，先由輔助直流或交流啟勵電源給轉子提供勵磁電流，定子繞組切割磁場產生感應電勢，使得端電壓逐步上升，為了維持輸出機端電壓的穩定，勵磁調節裝置采用機端電壓閉環控制，以發電機端電壓作為調節變量，利用PID控制+PSS電力系統穩定器，維持機端電壓穩定輸出，采用自動定速升壓的方式進行升壓，當定子升壓到20%額定電壓后，自動切換可控硅向發電機轉子提供勵磁電流。

　　當初勵投入6秒后，發電機電壓仍未能大于20%額定電壓，則會強制退出。勵磁電源是通過勵磁變壓器取發電機出口電壓作為電源，經過可控硅整流后送至發電機轉子，通過微機勵磁控制自動調節可控硅導通角，使得發電機端電壓維持在給定值范圍內，同時可根據南方電網中調的要求進行利用增減磁通量來調節發電機無功。

　　其中電力系統穩定器(PSS)在自并勵勵磁系統中可有效的提高電力系統電壓水平，當電力系統大量采用該勵磁方式時，會降低電力系統的阻尼特性，導致低頻振蕩時電力系統運行不穩定，但投入PSS后會提高功率阻尼系數，振蕩時使轉子阻尼達到理想數值，從而提高電力系統運行的穩定性。

　　4.2機組運行時

　　發電機組運行時，主要是要維持機端電壓穩定輸出，無功能根據電網系統負載情況進行相關平衡調節。勵磁系統維持機端電壓閉環運行方式，保證機端電壓穩定輸出。同時勵磁系統帶有低勵磁限制、過勵磁限制、伏赫茲限制、硅柜過電流限制、TV斷線保護功能、空載過電壓保護、45Hz低周波保護等功能，所以勵磁調節器備有主從兩套通道，當裝置檢測到故障后，“通道選擇”在自動位時，調節器執行主從通道切換，閉鎖故障調節裝置通道輸出。若從通道在正常狀態，則會自動切換至從通道;若從通道有故障，在并網運行時則會維持主通道運行，并自動切換至恒轉子電流閉環方式或者是定角度開環運行;若發電機空載，則會逆變停機。

　　注：Cntl_mode值意義如下：

　　0、代表電壓閉環方式(AVR)

　　1、代表勵磁電流閉環方式(FCR)

　　2、代表開環控制方式

　　3、代表恒無功控制方式

　　4、代表恒功率因素控制方式

　　通過微機勵磁控制自動調節可控硅導通角，使發電機機端電壓維持在給定值范圍內，從而控制發電機無功功率和電壓，調節可控硅導通角也即改變勵磁電流大小。以�？陔姀S330WM機組為例，正常運行時三臺可控硅整流柜并列運行，負荷均衡分配。一臺整流柜退出，不影響勵磁系統出力。兩臺整流柜退出，則不允許強勵。

　　當發電機勵磁系統在額定工況或強勵工況下運行時，勵磁電流比較大，此時由于故障或人為意外因數導致勵磁回路斷開，此時電磁自動力矩突然消失，汽輪機在強大的機械力矩下飛速上升旋轉，若該機組主變高壓側開關未能及時跳開，導致發電機定子從電網中吸收大量無功來建立旋轉磁場，切割轉子繞組，從而產生巨大的電流，使轉子過熱燒毀，致使機組強烈振動危機設備人身安全。若在強勵磁電流運行時，突然斷開勵磁回路亦會產生強烈的拉弧現象，有可能燒毀氧化鋅滅磁電阻，而在勵磁系統保護中有滅磁開關聯跳發電機并網開關的邏輯保護功能，保證發電機運行全過程中安全穩定。

　　4.3停機過程中

　　發電機停機過程中，主要是如何將發電機無功、機端電壓、轉子電流(即勵磁電流)降至0，即如何快速清除磁場。在發電機停機過程中，要先將勵磁逐漸減至零，即將發電機的無功、勵磁電流均減至零，最直接的辦法就是將勵磁回路斷開，但是轉子繞組具有很大的電感，斷開勵磁回路不能使發電機電流突變，而于轉子磁場，因強迫電感性電流分斷，在轉子繞組兩端感應出較高的過電壓，施加在磁場開關上，阻止磁場開關切斷電流;另一方面，對于開關，強行分斷觸頭，產生斷口，但即使產生斷口，但轉子電流仍經開關斷口上的電弧而流通。

　　因為轉子磁場存儲了一定的能量，能量不能消失，只能轉移，如果沒有其他轉移能量的措施，轉子儲能全部轉化為開關斷口電弧熱能，不是專用開關，難以承受電弧能量，開關將被斷口電弧燒損，所以如何更加可靠安全有效對發電機滅磁非常重要，而勵磁系統設有自動滅磁裝置，配備專用的滅磁開關能夠維持電弧燃燒，消耗磁場能量，并控制電弧電壓在安全的范圍內，設置每次電阻吸收磁場能量。

　　當然，當發電機發生內部或機端短路故障時，即使繼電保護正確及時動作，將機組從電網上切除，但因發電機轉子磁場的存在，定子電壓的存在，故障電流仍然存在，磁場存在時間越長，故障點故障電流維持的時間也就越長，故障電流所造成的危害就越大。所以當發電機故障緊急停機時，勵磁系統的滅磁裝置也能滅磁迅速，減少短路電流造成的損害。其滅磁裝置具備以下幾個功能：

　　(1)滅磁時間短;

　　(2)滅磁時反向電壓不超過規定的倍數，即不超過轉子出廠耐壓試驗電壓的50%;

　　(3)滅磁開關應有足夠的分斷發電機轉子電流能力，不會因分斷而燒壞。

　　可見，滅磁裝置能夠保證發電機可靠快速滅磁，保證機組設備安全。所以，以�？陔姀S330MW #8、9汽輪發電機組配備的南瑞RCS-9400勵磁系統為例，正常停機前，先按“停機令”，降低發電機的勵磁電流，將發電機無功、有功減至零，最后斷開滅磁開關。

　　電力論文投稿期刊：《電力學報》(雙月刊)創刊于1986年，是經國家新聞出版署審批，山西省電力公司主管，由太原電力高等專科學校和山西省電機工程學會、山西省水利發電工程協會合辦、國內外公開發行的學術性期刊。

　　5 結束語

　　以�？陔姀S330MW #8、9汽輪發電機組配備的南瑞RCS-9400勵磁系統為例，自2018年改造勵磁系統為南瑞RCS-9400以來，均可按照以上功能及技術應用在330WM機組中能夠提供較為可靠的勵磁、滅磁功能，自動切除故障通道，維持發電機安全穩定運行，且能夠在整個過程中保證汽輪發電機安全穩定啟停機。這套勵磁裝置在海口電廠四期機組已運行兩年無故障，且安全可靠運行，顯而易見，南瑞RCS-9400勵磁系統在330MW機組中的應用比較可靠，同時也為其他電廠發電機機組的勵磁系統改造和新投運機組勵磁設備選型提供了一定的借鑒意義。

　　【參考文獻】

　　[1] RCS-9400微機勵磁系統現場用資料匯編.南瑞公司內部資料.

　　[2] 華能�？陔姀S.330MW機組集控運行規程.2019.

　　[3] 宋宇，任哲.提高同步發電機勵磁系統可靠性的措施[J].東北電力學院學報.2005，(02).

　　[4] 李家坤同步發電機勵磁控制方式發展綜述[J] .電力學報，2005，(01).

　　作者：黃恒

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