0　引言 在蒙西電網(wǎng)現(xiàn)役機(jī)組中，機(jī)端變自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)和三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為絕大多數(shù)機(jī)組廣泛采取的兩種勵(lì)磁方式。海勃灣發(fā)電廠是一座一、二期裝機(jī)容量為600MW，三期正在擴(kuò)建的大型坑口電廠，一期投產(chǎn)的2＊100MW機(jī)組采用主勵(lì)、副勵(lì)、發(fā)電機(jī)三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，剛投產(chǎn)時(shí)采用北重廠配套生產(chǎn)的GLT-4A型模擬勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，后更換為清華大學(xué)研制的GEC-1型微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，采用NEC控制邏輯；二期新投產(chǎn)的2＊200MW機(jī)組采用東方電機(jī)廠生產(chǎn)的GES-3223型機(jī)端變自并勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用PID控制邏輯。本文通過對一、二期勵(lì)磁系統(tǒng)性能分析比較，針對現(xiàn)場勵(lì)磁系統(tǒng)存在的一些問題，提出了自己的看法和建議。 1　二種典型勵(lì)磁系統(tǒng)的性能特點(diǎn)分析與比較 1.1　勵(lì)磁系統(tǒng)的組成 自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁變壓器、可控硅功率整流裝置、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、發(fā)電機(jī)滅磁及過電壓保護(hù)裝置、起勵(lì)設(shè)備及勵(lì)磁操作設(shè)備等部分組成。 三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)、2套勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、3臺功率柜、1臺滅磁開關(guān)柜及1臺過電壓保護(hù)裝置等組成。 1.2　機(jī)組的投資及工程造價(jià) 與三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比，自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)由于取消了主、副勵(lì)磁機(jī)，大大縮短了機(jī)組長度（單機(jī)約6-8m）,不但減少了大軸聯(lián)接環(huán)節(jié)，縮短了軸系長度，提高了軸系穩(wěn)定性，而且對建設(shè)同等容量的機(jī)組，使主廠房長度大幅減小，既降低了廠房造價(jià)，又減小了機(jī)組投資。 1.3　勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行方式 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)采用雙通道冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，從信號采集、調(diào)整輸入、計(jì)算、信號輸出都為獨(dú)立的2套硬件回路，兩通道既有聯(lián)系，又可獨(dú)立工作。雙通道采用主、從方式并聯(lián)工作，互為熱備用，理論上不分主通道和備用通道，先上電者為主通道，后上電者為從通道，主通道輸出脈沖閉鎖從通道脈沖的輸出，通道之間靠軟件實(shí)現(xiàn)相互自診斷、相互跟蹤、相互通訊、相互切換。此外勵(lì)磁系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)在線修改參數(shù)、更換故障元件和進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，同時(shí)調(diào)節(jié)器采用串口方式接入DCS系統(tǒng)，除進(jìn)行就地操作外，還可通過DCS的操作界面進(jìn)行勵(lì)磁參數(shù)的調(diào)節(jié)，并將勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、裝置狀態(tài)等信息上傳至DCS系統(tǒng)。該勵(lì)磁系統(tǒng)具有恒電壓、恒電流2種運(yùn)行方式，恒電壓方式屬于自動(dòng)方式，恒電流方式屬于手動(dòng)方式，二者可進(jìn)行動(dòng)態(tài)相互切換，不會(huì)產(chǎn)生端電壓和無功負(fù)荷的波動(dòng)，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行于恒電壓方式。當(dāng)兩套勵(lì)磁調(diào)節(jié)自動(dòng)回路出現(xiàn)故障時(shí)，裝置將自動(dòng)由"自動(dòng)方式"（恒電壓方式）切換到"手動(dòng)方式"（恒電流方式）運(yùn)行。 海電三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)經(jīng)改造后，采用A、B兩套非線形勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并列運(yùn)行，從信號的采集、處理、計(jì)算、輸出和整流裝置的輸出都為獨(dú)立的2套硬件回路，裝置不分主、從之分，當(dāng)一套調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，另外一套裝置可滿足系統(tǒng)各種要求。該勵(lì)磁系統(tǒng)兩套調(diào)節(jié)裝置正常運(yùn)行于恒電壓方式，只有當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，才答應(yīng)切換到手動(dòng)方式。 1.4　勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性 對直流勵(lì)磁機(jī)和三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)來說，旋轉(zhuǎn)部分發(fā)生的事故在以往勵(lì)磁系統(tǒng)事故中占相當(dāng)大的比例，如直流勵(lì)磁機(jī)產(chǎn)生火花、交流勵(lì)磁機(jī)線圈松動(dòng)和振動(dòng)等，而且旋轉(zhuǎn)部分的運(yùn)行和維護(hù)工作量很大。而自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)由于取消了旋轉(zhuǎn)部件，沒有了換向器、軸承、轉(zhuǎn)子等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和接線大大簡化，在大幅減小運(yùn)行和維護(hù)工作量的同時(shí)，也大大減少了事故隱患，可靠性明顯優(yōu)于直流和交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，而且自并激系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用冗余結(jié)構(gòu)，故障元件可在線進(jìn)行更換，有效地減少停機(jī)概率，對運(yùn)行維護(hù)要求相對較低。 1.5　機(jī)組的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)水平 由于自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)采用了可控硅電子技術(shù)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度得到了進(jìn)一步的提高。在小干擾時(shí)，自并激方式能夠保持發(fā)電機(jī)端電壓不變，對單機(jī)無窮大系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限功率為： �max=VgVs/Xs——————（1） 式中：Vg為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓； Vs為系統(tǒng)電壓； Xs為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的等值電抗。 而三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在故障過程中只保持發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電勢或暫態(tài)電勢Eg‘不變，其極限功率為: P‘max=Eq‘Vs/（Xs Xd‘）——-（2） 式中：Eq‘為發(fā)電機(jī)Q軸暫態(tài)電勢； Xd‘為發(fā)電機(jī)直軸暫態(tài)電抗。 根據(jù)式（1）和（2）計(jì)算得出Pmax大于P′max，即自并激靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限較三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)高。在自并激系統(tǒng)最不利的發(fā)電機(jī)出口三相短路工況下，由于機(jī)端電壓即整流電源嚴(yán)重下降，即使在故障迅速切除后機(jī)端電壓的恢復(fù)仍需一定的時(shí)間，自并激系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力必然有所下降。為此在設(shè)計(jì)整流電源電壓時(shí)按發(fā)電機(jī)額定電壓的80計(jì)算,加上大中型機(jī)組發(fā)電機(jī)出口均采用了封閉母線，機(jī)端三相短路可能性基本消除。因此，自并激系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)高，電壓響應(yīng)速度快，以及先進(jìn)的控制模型，能夠有效地提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。以高壓出口三相短路為例，強(qiáng)勵(lì)按2倍計(jì)算，自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平與實(shí)際時(shí)間常數(shù)Te=0.35s�的常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本相同。假如一個(gè)電網(wǎng)全部采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)，則暫態(tài)穩(wěn)定水平比常規(guī)勵(lì)磁更好：當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，除離故障點(diǎn)近的自并激機(jī)組受電壓降落影響外，其余機(jī)組端電壓數(shù)值較高，這些快速調(diào)節(jié)性能提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 2建議 2.1　勵(lì)磁系統(tǒng)過壓問題 對于大功率、高電壓可控硅整流橋而言，在可控硅元件通斷換相過程中，不可避免地將產(chǎn)生換相過電壓。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料介紹，這種換相過電壓有時(shí)可能高達(dá)4500V，對可控硅元件、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈等都將產(chǎn)生很大的影響，尤其對轉(zhuǎn)子線圈而言，這種過電壓不僅表現(xiàn)在對地絕緣的影響，而且表現(xiàn)在對線圈匝間絕緣的影響上，因?yàn)閷€圈而言，它是一種行波。同時(shí)由于勵(lì)磁變繞組間存在寄生電容，機(jī)組勵(lì)磁變電源的投入或切除以及大氣過電壓均會(huì)在變壓器中產(chǎn)生過電壓，因此采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)一方面必須非凡注重轉(zhuǎn)子對地絕緣和匝間絕緣強(qiáng)度的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，提高絕緣水平和試驗(yàn)電壓，對地耐壓至少應(yīng)在4500V及以上；另一方面必須采取相應(yīng)的措施來限制過電壓。采用簡單的熔斷器、非線性電阻和SCR（可控硅）組合的方法并不會(huì)對發(fā)電機(jī)繞組實(shí)現(xiàn)可靠的保護(hù)。故針對我廠2＊200MW機(jī)組建議對機(jī)組勵(lì)磁回路采取以下措施：a.在一、二次繞組間加隔離屏蔽層。b.在二次繞組接入對地電容。c.由于一次側(cè)有避雷器，建議在低壓側(cè)安裝可靠的過電壓吸收裝置。 2.2　系統(tǒng)穩(wěn)定問題 海電位于蒙西電網(wǎng)的末端，地處內(nèi)蒙烏海市，近幾年隨著烏海經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，據(jù)有關(guān)資料核算，由于電源建設(shè)的相對滯后、加之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)呈樹狀供電結(jié)構(gòu)等原因，海電4臺機(jī)組所處系統(tǒng)極易發(fā)生低頻震蕩，出于對電網(wǎng)安全運(yùn)行考慮，蒙西電網(wǎng)對PSS功能需求日漸緊迫?，F(xiàn)海電一期二臺100MW機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)分別于1995年3月、1996年5月大修期間更換為清華大學(xué)研制的GEC-1型微機(jī)非線性最優(yōu)勵(lì)磁控制器，投產(chǎn)以來采用NEC控制方式（非線性控制NonlinearExcitationControl）；二期新投產(chǎn)2＊200MW機(jī)組采用東方電機(jī)廠生產(chǎn)的GES-3223型機(jī)端變自并激勵(lì)磁系統(tǒng)，投產(chǎn)以來采用PID控制方式（比例、積分、微ProportionalIntegralDifferential）， 4臺機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器出廠時(shí)都配置有PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PowerSystemStabilizer）附加功能，且通過軟件的修改PSS的功能極易實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)階段，據(jù)資料分析對單機(jī)無窮大系統(tǒng)而言，采用PID PSS勵(lì)磁控制方式較采用NEC PSS勵(lì)磁控制方式適應(yīng)性更好，維持發(fā)電機(jī)出口電壓能力更強(qiáng)，故建議對一、二期4臺機(jī)組皆采用PID PSS控制方案，這樣在系統(tǒng)發(fā)生低頻震蕩時(shí)，通過PSS裝置中的雙超前滯后功能來增加系統(tǒng)正阻尼，解決系統(tǒng)震蕩問題，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。 2.3　整流裝置冷卻風(fēng)機(jī)問題 一期2＊100MW機(jī)組3臺GZL-4A型整流柜風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為雙電源供電，雙路電源皆間接取自380/220V一段母線，正常時(shí)一路工作一路備用，若雙電源皆失，交流側(cè)開關(guān)15秒后自動(dòng)跳閘，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁，投運(yùn)以來類似現(xiàn)象已發(fā)生幾起，為防止類似現(xiàn)象的發(fā)生，建議采取下列方法：a.將2路風(fēng)機(jī)電源取自獨(dú)立的2段母線；b.雙電源失電后3臺整流柜交流側(cè)電源開關(guān)不延時(shí)跳閘，采用向集控發(fā)信號的方式，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，適當(dāng)降低有、無功出力，聯(lián)系有關(guān)人員及時(shí)處理，如在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得不到處理，建議采取手動(dòng)將機(jī)組解列的方式。