浅析沙畈电厂励磁系统的改造
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摘要： 根据金华市沙畈电厂的工作背景，发电初期系统的工作状况，并结合该厂发电以来对励磁系统较为典型的改造、改进，介绍了励磁系统改造的经验，改进的技术。
关键字： 沙畈电厂 励磁系统 励磁装置微机励磁调节装置
前言 金华市沙畈电厂，位于金华市婺城区境内白沙溪上，距金华市区50公里。电厂装机2X5000KW，年平均设计发电量为2200万度，电厂于1996年3月投产。随着随着用电量需求的不断加大，电网容量也逐步扩大，单机容量的提高，对电网运行的经济性、可靠性、安全性的要求越来越高。沙畈电厂在电网中属调峰电厂，在电网中起着及时调峰的作用，更是要求电厂设备能及时可靠地稳定运行。而在电厂设备中，发电机励磁系统对电网有着重大的影响，其主要环节自动励磁调节器[2]的性能不仅影响着发电机的安全稳定运行，而且对电网的稳定也起着重要作用。
1 励磁系统
1.1 励磁系统简介
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统是给发电机磁场提供励磁电流的，励磁机整流与保护没有矛盾，所有的电气设备都有保护装置以防设备出现故障时能快速隔离，避免影响其他设备的正常运行。励磁机整流作用是：发电机只能使用直流电流来建立磁场，励磁机发出的交流电流必须整流后才能得到直流。
1.2 励磁装置[3]及主要作用
励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。
根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。
励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。中小型水利发电设备已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。
励磁装置[4]主要分为电磁型和半导体型两大类。电磁型励磁装置主要用于以直流或交流励磁机为励磁电源的励磁系统中，半导体型励磁装置既可以与励磁机一起组成静止(或旋转)整流器励磁系统，也可以与励磁变压器组成静止励磁系统。
1.3 励磁系统的主要作用
（1）维持发电机端电压；
（2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；
（3）提高发电机并列运行的稳定性，包括提高系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定；
（4）提高继电保护动作的灵敏度；
（5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；
（6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
2 沙畈电厂励磁系统的改造
励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性起着相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。所以，励磁系统的改造对电厂的调峰作用有着深远的影响。由于励磁系统是交直流混合系统，一般保护比较简单，用过电流保护足够了，大型发电机还有接地保护和谐波保护等。
因投产已久，沙畈电厂原先使用的励磁装置是JL-12模拟励磁装置，因设备老化于2010年11月对励磁系统进行了更新改造，新的励磁系统采用的是新型励磁装置。改造完成投入运行时对励磁装置[5]进行了全面的静、动态性能验收试验，其性能指标全部达到或超过国家标准的要求。
当采用微机励磁调节器[6]构成发电机励磁系统时，发电机励磁系统满足如下技术指标：
励磁系统完全满足发电、调峰、调频、调相、同步并列、线路充电、进相运行和带线路零起升压要求。
励磁系统电压响应时间上升不大于0.08s，下降不大于0.10s。
励磁系统的延迟时间小于0.02s。
保证发电机电压静差率±0.5％。
发电机零起升压时，励磁调节器保证发电机电压最大值不大于额定值的110％，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s。
励磁控制系统电压给定阶跃响应满足：空载阶跃响应：超调量不大于阶跃量地30％，振荡次数不大于3次，上升时间不大于0.06s，调节时间不大于5s。
在发电机处于额定无功功率时发电机电压最大值不大于额定值的115％。
励磁电压调节器[7]在发电机空载额定电压的10％～110％范围内能进行稳定、平滑地调节。电压分辨率不大于额定电压值得0.2％。
手动控制能保证发电机励磁电压能在空载额定励磁电压的10％到额定励磁电压的110％进行稳定、平滑调节。
在发电机空载运行状态下，励磁调节器的给定电压调节速度不大于1％额定电压/s;不小于0.3％额定电压/s。
调节器对发电机电压的调差采用无功调差。调差范围不小于±0.25％。
由于我电站在金华地区属于调峰电站，这就要求励磁系统有更好的控制调节性能，改造后的励磁装置完全能满足要求，它灵活的控制、限制、报警等功能大大地改善了电力系统的动态品质。
相比以往使用的模拟励磁装置，改造后的励磁装置有以下几个显著的优点：安全可靠，调试、运行、维护简单，故障率小；较强的通用性和灵活性；以全数字电路为基础，提高同步移相的精确度，保证可控硅触发对称性；采用软件数字给定，具有数字滤波功能，能够经受一定宽度的峰值电压的干扰信号；能够灵活地和电站计算机监控系统接口；采用微处理机的励磁调节器后，许多功能均由软件完成，因而印刷电路板数量少、焊点少、接插件少，可靠性高。
有了上述优点，再加上在下述厂用电源电压及频率变差范围内，励磁调节器能够保证长期连续正常工作：交流380/220V系统，电压偏差范围为额定值的±15％，频率偏差范围为-3～±2％HZ，直流220V系统，电压偏差范围为额定值的-20％～+10％。交流工作电源短时间内波动范围55％～120％额定值时，励磁调节器能正常工作，并保证强行励磁和快速减磁工作。
3 改造成果
计算机技术的飞速发展带来了工业控制技术的不断更新，电力系统自动控制装置也不例外，就金华市沙畈电厂的微机励磁调节器而言，其发展趋势是相当可观的。微机励磁调节器的类型及特点随着计算机控制技术的不断发展和完善 ,微机励磁的应用也越来越普及。
励磁系统是发电机的重要组成部分，一个良好的励磁系统不仅是发电机组在电力系统中可靠运行和稳定运行的必备条件，而且可以有效地提高发电机与其相联的电力系统的技术经济指标。励磁控制器是同步发电机的重要组成部分，在维持发电机电压、调节并列运行发电机间的无功功率分配以及提高电力系统的稳定性方面有着非常重要的作用。
改造后的沙畈电厂的励磁系统可满足调峰电站的各项指标要求，它灵活的控制、限制、报警等功能大大地改善了电力系统的动态品质。此套高集成多功能微机励磁调节器技术上已非常成熟，完全能适应电站“无人值班，少人值守”的需要，能有效地改善电力系统运行条件，提高电力系统运行的稳定性，有效的保证了电网的运行质量。
4 结语
随着科学技术的不断发展,励磁系统的稳定性也在不断的提高。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并对联机组的稳定性具有很大的作用。目前的电力系统的发展导致机组的稳定性极限变得很低,这也将促使励磁技术在不断的发展。但是,励磁系统也会引起系统减量以及停车的发生,特别是在化工企业中,如果励磁系统发生故障,将导致发电机停止转动,使各发电厂停止生产,给企业的效益带来极其不利的影响。
长期保持电厂励磁系统的可靠性与合格的技术指标是机组安全稳定运行及提高电力系统暂态稳定的需要，沙畈电厂就是在对励磁系统的不断总结、改进后，结合本厂的实际情况和设备的具体特点，制定了较为规范、科学、完善、高效的励磁系统程序，确保了机组励磁系统的安全稳定运行。
参考文献
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