【正文】 9 年 7 月日本東芝公司在日本投入了雙微機系統(tǒng)的數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器；加拿大通用電氣公司（ CGE）于 1990 年也開發(fā)出微機勵磁調(diào)節(jié)器；瑞士 ABB 公司開發(fā)了 UNITROLD 型微機勵磁調(diào)節(jié)器。這些大公司均有很強的科研開發(fā)能力。這些微機勵磁控制器大多采用 PID+PSS 控制，各種控制限制功能較完善，裝置整體制造水平高。 13 第 2章 勵磁系統(tǒng)的過勵限制 過勵限制的主要特性 勵磁系統(tǒng)和有刷交流勵磁機勵磁系統(tǒng)采用發(fā)電機磁場電流作為過勵限制的控制量 ,無刷交流勵磁機勵磁系統(tǒng)采用勵磁機勵磁電流作為過勵限制 的控制量。因勵磁機飽和難以與發(fā)電機磁場過電流特性匹配時宜采用非函數(shù)形式的多點表述反時限特性。t 為許可的過電流持續(xù)時間。 勵磁系統(tǒng)功率單元 (勵磁變壓器、整流橋、勵磁機等 )的過電流能力應(yīng)保證實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流能力 ,但是某些交流勵磁機勵磁系統(tǒng)的頂值電流可能小于發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流能力 ,當(dāng)兩者不相同時按小者確定。過勵反時限特性與發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護特性之間留有級差 ,確保在保護動作之前限制動作。啟動值不影響反時限特性 ,并當(dāng)磁場電流大于啟動值后進入反時限計算。限制環(huán)節(jié)可以有不大于 s 時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié) ,以減少有功功率波動和無功功 率超調(diào)。 過勵反時限限制動作轉(zhuǎn)為定磁場電流控制 ,磁場電流給定值 (即限制值 ) 14 瞬間給出 ,或者經(jīng)過一階慣性給出 ,有不同的響應(yīng) ,見表 1。緩限方式可以減少有功波動 ,而緩限過程增加的熱量不大。過勵反時限與發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護之間的級差需要考慮以下原則： ； 、電流回到長期值以下的過程中過熱的積累不導(dǎo)致保護動作； ,即過勵反時限限制設(shè)置較大的過熱 量有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。 考慮測量偏差和限制過程熱量。設(shè)定級差為 2 s。 上述條件下可以選擇頂值電流下過勵限制比保護提前 2 s 動作 。 15 確定頂值電流瞬時限制值時需要考慮勵磁機的飽和。 確定過勵反時限限制的最大過熱量時 ,可以不計發(fā)電機磁場回路時間常數(shù)。 2)按照勵磁 機的最大磁場電流、勵磁機連續(xù)運行最大磁場電流和發(fā)電機頂值電流持續(xù)時間計算勵磁機磁場繞組過電流引起的最大過熱量 Ce： 2m a x 1efepefICtI ??????????????? （ 22） 式中 :Iefmax 為勵磁機的最大磁場電流 。tP 為發(fā)電機的頂值電流持續(xù)時間。 4)按照 Ce 整定發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護。 無發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護的處理 當(dāng)不采用發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護時 ,過勵限制仍按照上述方法確定 ,即過勵限制與發(fā)電機過電流特性留有級差。再次過熱的能力等于設(shè)定的最大過熱量 C 減去剩余的過熱量。 16 過勵保護 GB/T — 2021 中的過勵保護包含調(diào)節(jié)器的頂值電流保護和過勵反時限保護 2 種。仿真 600 MW 汽輪發(fā)電機自并勵系統(tǒng)誤強勵過程 ,120%Un(Un 為額定電壓 )延時 s 保護動作的誤強勵時間是 s。由于完善的監(jiān)測可以提前發(fā)現(xiàn)和處理過勵問題 ,過勵保護實際起后備保護作用。 實現(xiàn)運行通道和非運行通道同時進行檢測 ,以提高檢測的可靠性。備用通道 可以是自動通道 ,也可以是獨立的手動通道。仿真無刷交流勵磁機勵磁系統(tǒng)在超過頂值電流 10%Ifn、延時 s 完成通道切換時 ,磁場電流達到 235%Ifn,轉(zhuǎn)子繞組附加發(fā)熱量約 %。高頂值勵磁系統(tǒng)具有勵磁系統(tǒng)內(nèi)部或者外部的過電流切除調(diào)節(jié)器停機功能。現(xiàn)在有的調(diào)節(jié)器采用延時 2 s 觀察電流是否回到 110%額定值以內(nèi) ,因其判斷時間長 ,勢必降低過勵反時限過熱量設(shè)定值 ,這樣 ,發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流能力被削弱 ,對電力系統(tǒng)穩(wěn)定不利。 17 第 3章 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)實驗裝置操作及維護 實驗裝置操作說明 實驗開啟及關(guān)閉交流或直流電源都在控制屏上操作?？刂破磷髠?cè)安裝的自耦調(diào)壓器必須調(diào)在零位，即必須將調(diào)節(jié)手柄沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底。此時在電源輸出端進行實驗電路接線操作是安全的。當(dāng)屏上的“電壓指 示切換”開關(guān)撥向“三相電網(wǎng)輸入電壓”時，三只電壓表指示三相電網(wǎng)進線的線電壓值；當(dāng)“指示切換”開關(guān)撥向“三相調(diào)壓輸出電壓”時，表計指示三相調(diào)壓輸出之值。實驗完畢，須將自耦調(diào)壓器調(diào)回到零位，斷總開關(guān)。 2)打開“電源總開關(guān)”，按下“啟動”按鈕，并將“單相自耦調(diào)壓器” 開關(guān)撥到“開”位置，通過手動調(diào)節(jié)，在輸 出口 a、 x 兩端，可獲得所需的單相交流電壓。實驗完畢，將調(diào)壓器調(diào)回到零位，最后，關(guān)斷“電源總開關(guān)”。接通“可調(diào)直流電壓輸出”開關(guān)，可獲得 40～ 220V（額定電流為 3A）可調(diào)節(jié)的直流電壓輸出。當(dāng)將該表下方的“電壓指示切換”開關(guān)撥向“可調(diào)電壓”時，指 示可調(diào)電源電壓的輸出值，當(dāng)將它撥向“固定電壓”時，則指示輸出固定的電源電壓值。所以本電源在開機時，約需有 3～ 4 秒鐘的延時后，進入正常的輸出。當(dāng)輸出電壓調(diào)得過高時（超過 240V），會自動切斷電路，使輸出為零，并告警指示。當(dāng)負載電流過大（即負載 電阻過?。?，超過 3A 時，也會自動切斷電路，并告警指示，此時若要恢復(fù)輸出，只要調(diào)小負載電流（即調(diào)大負載電阻）即可。若在空載下開機，發(fā)生過流告警，這是由于氣溫或濕度明顯變化，造成光電耦合器 TIL117 漏電使過流保護起控點改變所致，一般經(jīng)過空載開機 (即開啟交流電源后，再開啟“可調(diào)直流電源”開關(guān) )預(yù)熱幾十分鐘，即可停止告警，恢復(fù)正常。通過實驗使學(xué)生能夠 根據(jù)實驗?zāi)康?，實驗?nèi)容及實驗設(shè)備擬定實驗線路，選擇所需儀表，確定實驗步驟，讀取實驗所需數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行分析研究，得出必要的結(jié)論，從而完成實驗報告?，F(xiàn)按實驗過程提出下列基本要求。 實驗前應(yīng)寫好預(yù)習(xí)報告，經(jīng)教師檢查認為確實做好了實驗前的準備，方可開 始實驗。 1)建立小組，合理分工 每次實驗都以小組為單位進行，每組由 2～ 3 人組成。 2)選擇組件和儀表 實驗前先熟悉本次實驗所用的組件，記錄繼電器銘牌數(shù)據(jù)和選擇合適的儀表量程，然后依次排列組件和儀表，便于讀取數(shù)據(jù)。接線原則應(yīng)是先接串聯(lián)主回路，再接并聯(lián)支路。 4)試運行在正式實驗開始之前，先熟悉儀表，然后按有關(guān)規(guī)定起動繼電保護電路，觀察所有儀表是否正常。 5)讀取數(shù)據(jù) 預(yù)習(xí)時對繼電器及其保護裝置的試驗方法及所測數(shù)據(jù)的大小作到心中有數(shù)。 6)認真負責(zé)，實驗有始有終 實驗完畢，須 將實驗結(jié)果交指導(dǎo)老師審查。 可控勵磁自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入運行的操作步驟 1．將控制方式切換開關(guān)置于“自動”位置，將勵磁整定電位器旋至最低勵磁輸出端。 3．向勵磁電流增加方向緩慢旋動勵磁整定電位器，使 UF 上升至額定值 UFe；觀察控制電壓表、勵磁電壓表、勵磁電流表及發(fā)電機電壓表、勵磁電流表，各參數(shù)應(yīng)平滑均勻上升，無跳躍突 變現(xiàn)象。 5．按并列操作要求和步驟，將發(fā)電機并入電網(wǎng)。 此外，系統(tǒng)也允許按類似步驟用手控方式起勵及運行。②迅速松開 UK 校準按鈕 SB，將控制電壓表投至待用控制檔，立即調(diào)整待用控制電壓，使之等于運行控制電壓。④迅速將控制方式切換開關(guān)切換至待用控制方式。②有的調(diào)節(jié)器手控電路中未引入負反饋環(huán)節(jié)，手控時調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行于開環(huán)狀態(tài)，無自動穩(wěn)定作用；這時手控只能作自控的事故或緊急備用控制，正常運行中不得隨意切換，否則容易使整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定。因為即使是具有負反饋閉環(huán)運行的手控電路，其自動調(diào)節(jié)能力也遠不如自控方式強，當(dāng)發(fā)電機突然大量減少負載時，很容易產(chǎn)生過電壓。④正常運行中的切換，宜在負載穩(wěn)定、運行情況良好時進行，一般不宜在輕載時。 3．自動控制失控時的切換操作。注意，這時決不可在按上述正常運行中的切換步驟，校準兩種控制電壓后才作切換。 可控勵磁自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運行要點 1．正常重載運行下的可控勵磁自動調(diào)節(jié)裝置，特別當(dāng)電網(wǎng)電壓偏低，在低功率因數(shù)下運行時，應(yīng)注意裝置的輸出電流不得超過額定值，以免主電路各元件（特別是可控整流元件）過載，影 響使用壽命。 2．當(dāng)電網(wǎng)電壓較高，調(diào)節(jié)裝置長期在高功率因數(shù)下輕載運行時，應(yīng)注意勵磁裝置的輸出電流不得低于最小允許值，以免發(fā)電機進相，影響運行穩(wěn)定性。若無低勵限制電路，則應(yīng)注意防止發(fā)電機進相運行。在強勵電流倍數(shù)及強勵動作時間允許范圍（一般為 50秒）內(nèi)，運行人員不得干涉強勵裝置的正常工作。當(dāng)需要改變機組 間的無功分配比例關(guān)系時，應(yīng)改變調(diào)差電阻。當(dāng)缺乏資料時，下列數(shù)據(jù)可供參考： 硅整流元件：正常運行時，結(jié)溫一般不應(yīng)超過 90176。為宜。 勵磁電源變壓器：若為油浸式，上層油溫最高不應(yīng)超過 95176。C ，以防變壓器油加速老化；若為干式，則線圈溫度不得經(jīng)常高于 95176。 6．正常運行中，注意監(jiān)視勵磁繞組的接地檢查裝置運行情況，防止因接地而引起整流裝置輸出端短路，燒壞整流元件。 8．正常運行中，不允許隨意斷開處于運行狀態(tài)的組件，以免引起可控橋失 控；亦不允許隨意更改各自動裝置的整定值。 勵磁調(diào)節(jié)裝置的退出及停機操作要點 當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)裝置需要退出運行時，其操作步驟隨機組的運行方式（單機還是并網(wǎng)）、起勵方式（剩磁自激，還是外接直流電源助磁或它激起勵）以及勵磁主電路接線方式的不同而有所差別，分述如下： 單機運行時采用自激起勵的機組，在勵磁調(diào)節(jié)裝置退出運行操作中，應(yīng)注意防止剩磁過低甚至消失。（ B）對于斷開 QF 后不能立刻聯(lián)跳 QFG 的裝置，在斷 QFG 以前，即使發(fā)電機短時空載運行，亦應(yīng)注意維持 f、 UF 額定值不變，防止發(fā)電機過壓。（ D）將勵磁整定電位器退至最低位置。注意：斷開 QFG 前， f 不能過低，否則調(diào)節(jié)器將在低 22 頻下強勵，可能產(chǎn)生過流或過壓；對于自激起勵的發(fā)電機，在跳開 QFG前，不能過分降低 UF，否則剩磁過低或消失，將給下次起勵帶來困難。步驟是：（ A）適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，使機組短期在 45～ 47Hz 低頻下運行，以防甩負載飛車。（ C）斷開勵磁電源開關(guān)。 QFG 但可逐漸卸載的發(fā)電機：先按（ A）項操作，逐漸卸去負載，再按（ B）項及以后步驟操作。由于采用了外接起勵電源，發(fā)電機有無剩磁，對起勵關(guān)系不大。 并網(wǎng)運行時 1．通過原動機調(diào)速器，將有功負載逐漸轉(zhuǎn)移到其他機組。其余步驟同單機運行方式。內(nèi)容如下：①各運行表針是否指示正常；②發(fā)電機、勵磁電源變壓器、可控 橋主回路冷卻風(fēng)機等到聲音是否均勻正常；③各運行指示燈及其他信號裝置是否指示正常；④勵磁系統(tǒng)各帶電部位，特別是聯(lián)接頭、線圈、觸頭等，有無變色、發(fā)紅、跳火、冒煙等現(xiàn)象；⑤有無焦臭或其他不正常氣味出現(xiàn)；⑥油浸式勵磁變壓器及電壓互感器的絕緣油顏色和油位是否正常；⑦檢查發(fā)電機、勵磁變壓器、整流器件及冷卻風(fēng)機等元器件外殼，了解其溫度是否正常。 以上各項，在實際工作中，有的應(yīng)時刻注意監(jiān)視，有的應(yīng)定期巡回檢查。對于長期使用的電解電容器，可能逐漸變質(zhì)，當(dāng)電容量減小到 80%以下時，應(yīng)更換；⑩當(dāng)需要拆卸元器件時，應(yīng)在事先作好記號（其中應(yīng)特別注意沒有端子標(biāo)號的聯(lián)線）。檢修安裝時，應(yīng)對號入座，防止混亂；⑾大修后的可控勵磁自動調(diào)節(jié)裝置，應(yīng)作開環(huán)試驗，方法步驟同實驗十二，結(jié)果應(yīng)與過去的實驗資料對比。在此過程中，可配合示波器及電壓表，分別檢查各部分電壓波形及數(shù)值是否符合要求，有無異?，F(xiàn)象。如果半導(dǎo)體元器件必須更換時，則應(yīng)嚴格篩選，并經(jīng)過熱老化及電老化處理后投入使用?？赡苁牵孩俸祥l電源消失，應(yīng)首先檢查熔斷器是否熔斷，然后檢查電路是否故障；②傳動機構(gòu)調(diào)整不當(dāng)；③合閘或分閘電路故障。 原因：①操作機構(gòu)故障或調(diào)整不當(dāng)，致使線圈通電時間過長；②連續(xù)頻繁操作次數(shù)過多；③線圈嚴重受潮、腐蝕或機械損傷，造成匝間或?qū)娱g短路。 調(diào)試中常見故障及處理方法 1．無三相觸發(fā)脈沖及控制信號：①測量 回路未接入調(diào)試電源；②檢測放大電路故障，無控制信號輸出；③穩(wěn)壓電路故障無輸出。 原因：①可控橋交流側(cè)開路，可能是交流側(cè)電源開關(guān)未合上；②熔斷 24 器熔斷；③可控橋輸入或輸出短路。應(yīng)分別斷開 QFG 或電源變壓器，然后更換熔絲排除故障。原因是檢測放大電路故障。 4．三相觸發(fā)脈沖及控制信號 UK 均正常，但當(dāng) UK 從某值開始逐漸增大時，可控橋輸出電壓不是平滑上升，而是忽大忽小，用示波器觀察波形雜亂。 處理：①檢查可控橋電源與觸 發(fā)插件的相序是否一致；②檢查勵磁電源變壓器及同步變壓器的接線組別及輸入、輸出相序是否符合要求；③若同步變壓器通過電壓互感器接入，則應(yīng)檢查互感器的接線組別及相序。 原因：①放大器或控制方式切換電路輸出端并聯(lián)的平滑電容損壞開路，致使自控電壓含有大量交流成份；②放大電路中的負反饋回路故障，如電容變質(zhì)或開路等引起自激振蕩?？赡苁侨嘤|發(fā)脈沖不對稱，或者某相或某兩相觸發(fā)電路故障無輸出。 7．自動 —手動切換過程中，控制電壓及可控橋輸出電壓突變。因?qū)嶋H負載為大感性的勵磁繞組，有自動延緩 UK 突變作用，如電容容量不足，可結(jié)合實際負載調(diào)整更換；③控制電壓表內(nèi)阻太低，切換中相當(dāng)于負載電阻突變，應(yīng)更換高阻表；④有的調(diào)節(jié)器不宜或不允許運行中改變控制方式。 原因：可能是機組轉(zhuǎn)速太低，起勵電流太大，將熔斷器熔斷。 25 2．按起勵按鈕，勵磁電流表反擺。只要將勵磁繞組兩引出線對換即可。 原因甚多，應(yīng)分別處理。 4．按起勵按鈕后，起勵接觸器工作正常，但機組