全数码微机励磁装置在火电厂的应用

郭秀娟

（峰峰集团电业分公司，河北 邯郸 056200）

全数码微机励磁装置在火电厂的应用

郭秀娟

（峰峰集团电业分公司，河北 邯郸 056200）

励磁系统运行性能直接影响发电机的运行工况及电力系统的稳定性，全数码微机励磁装置采用计算机控制技术、数字信号处理器（DSP）技术和先进的网络与通讯技术，实现对发电机运行的最佳控制，在很大程度上提高了发电机运行的可靠性。本文通过改造实例介绍了全数码微机励磁装置的工作原理、特性及效益，证明全数码微机励磁装置具有一定的推广应用价值。

励磁装置；全数码；火电厂

1 工程概况

我厂3#发电机型号为QF-6-2，额定功率6000KW，额定电压6.3KV，励磁装置采用河北工业大学电工厂生产的可控硅励磁装置，型号为BLZ-2A-2，于2003年投入运行，近年来该励磁系统经常出现故障：发电机机旁操作起励，电压升不起来；发电机低负荷时能够正常运行，当高负荷运行时，无功功率变得很不稳定；多次出现整流柜整流桥可控硅温度升高。此外，自2010年开始，3#发电机频繁出现失磁现象，有时可听见励磁柜内部有噪音、励磁调节不灵活等，影响机组安全运行。

为解决3#发电机励磁不稳定、频繁失磁的安全隐患，提高3#发电机运行的稳定性，满足电力系统的需要，决定对3#机励磁系统进行技术改造。经过多方调研及与厂家沟通，发现全数码微机励磁装置具有结构紧凑、控制精度高、现场调试方便快捷、运行可靠稳定、便于人机对话等优势，是目前比较先进的励磁方式，适用于电厂小机组自并励静止励磁系统。

2 采用全数码微机励磁装置的可行性

全数码微机励磁装置采用模块化结构，安装、更换方便，可以不停机、不减载在线更换控制单元及风机单元，采用双通道互为备用的工作方式，可实现无扰动自动切换，具有数码显示、故障报警、软硬件保护和运行状态实时显示等多种功能，能够完成发电机快速起励建压，根据负载变化自动调节励磁电流和机端电压，具有“恒流励磁”、“恒压励磁”、“恒功率因数调节”、“手动”四种励磁工作方式，不存在并列机组间抢无功现象，所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软件电位器，起动和运行过程中的各种参数可根据控制对象灵活设置，实现在线整定，以达到最佳控制效果，且可远程维护及与其它设备或网络联接，为实现设备控制、管理的自动化、信息化奠定基础，具有一定的可行性。

3 实施方案

3.1 励磁调节器工作原理

全数码微机励磁装置基于同步发电机的现代励磁控制理论，充分应用最新的计算机控制技术、数字信号处理器（DSP）技术和先进的网络与通讯技术，运用目前国际上较流行的全数码控制技术及半导体可控整流技术，在计算速度、抗电磁干扰，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。

励磁装置调节器分基本控制和辅助控制两部分。基本控制由测量比较、综合放大和移相触发三个主要单元构成，辅助控制包括励磁系统稳定器，电力系统稳定器及励磁限制、保护器等，用于改善发电机不同工况下电力系统稳定性、励磁系统动态性能等。

励磁装置主控单元所需的电气信号有发电机量测PT电压、仪表PT电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号，共9个交流信号。所需的直流信号有发电机转子电流及励磁装置输出电流。这些信号经过处理及电路变换，再滤波、隔离放大，转换成合适的A/D采样信号，送入主机板（DSP）。通过采样计算得到的发电机平均电压与参考电压之差，经综合调差信号后进行PID运算得到一个控制量，去改变晶闸管的导通角，进而改变调节器的输出电流，以控制发电机的转子电流，使发电机机端电压维持在一定水平，实现发电机电压的闭环调节。

以上采集到的数据，经过软件计算能够得到励磁系统参数、励磁装置输出参数及发电机的运行工况等信息，如发电机三相电压平均值、三相电流平均值、励磁电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、硅控制角等，供励磁装置各软件功能模块使用。

3.2 改造内容

（1）保留原有励磁装置的励磁变压器；

（2）保留原有的电压互感器，参数6000V/100V；

（3）保留原有的电流互感器，参数1000A/5A；

（4）拆除原有励磁调节柜及功率柜，在原励磁调节器柜及励磁功率柜位置上安装新的励磁柜和功率柜；

（5）励磁调节柜与功率柜之间的连线；

（6）励磁装置的调试。

3.3 微机励磁的实现

励磁电源由安装于发电机小间的励磁变压器降压后得到合适的交流电压，再经智能整流模块整流，供给发电机励磁绕组励磁，由微控制器的人机接口对发电机的机端电压进行设定，通过微控制器采样接口对机端电压进行全数字采样，在程序的控制下对机端电压进行全数码闭环自动调节，使机端电压维持在给定值，实现发电机的起励、建压、自动准同期、无功和功率因数的自动调节及停机、灭磁等一系列操作。装置为双通道运行，当主通道退出运行时，备用通道无扰自动投入运行。

在智能化整流模块交流侧、直流侧及发电机转子侧均装设过电压保护装置，用以保护可控硅及发电机转子，在智能化整流模块交流侧及直流侧设刀闸，经过熔断器及隔离开关接发电机出口母线，确保交直流侧及变压器的安全投切；

微机励磁调节装置需要的模拟量信号：两组发电机机端电压信号（三相），分别由励磁PT和仪用PT提供，发电机电流信号（三相）由电流互感器提供；

微机励磁调节装置需要的开关量输入信号：增/减磁，起励，逆变，灭磁开关合/分，通道切换命令及发电机主开关辅助接点（常闭）、发电机保护出口继电器无源干接点（常开）。

4 效益

（1）装置采用双通道互相跟踪热备用工作方式，当一个通道故障退出运行时，备用通道能够无扰自动投入，且控制规律由软件实现，不涉及硬件环节，大大减少了因硬件电路故障造成的停机事故及停机时间，不存在温漂现象，提高了机组运行的稳定性。

（2）标准的人机接口实时显示机组运行状态和运行参数，运行人员能够直观的看到励磁系统的运行状况，且可在线设定、修改运行参数，实现了机组的最优控制，提高发电机组的经济运行。

（3）全数码微机励磁装置保护功能齐全，除具有普通保护，如短路保护、缺相保护、过电压保护外，还具有可控硅故障保护、均流越限、失脉冲及系统自检功能，如电源检测、可控硅故障等，当有故障发生时，发故障信号，并能够通过控制器查询每个事件的发生时间，使故障判断及时准确，大大方便了岗位的维护操作。

5 结论

本次改造项目采用全数码微机励磁方式，不仅能够实时在线修改整定运行参数，实现机组最优控制，减少机组因励磁不稳定引起的跳闸事故，提高发电机组运行的经济性、可靠性，而且装置操作调试方便灵活，具有完善的保护、事故记录、故障报警及方便直观的人机接口，便于故障分析及事故处理，具有很好的经济效益及应用价值。