摘要：励磁调节器是发电机重要的辅助设备，励磁调节器在调节发电机机端电压在给定水平、控制并联运行机组无功功率合理分配、提高电力系统稳定性这三个方面有着很大的意义。本文分析了一起由于励磁调节器二次回路接线错误和参数设置不当共同引起的发电机并网后电压升高系统振荡的异常事件，根据分析结果，提出控制电压升高的措施，并结合现场的实验进行验证，给出解决方案，对于同类型励磁调节器的改造和参数设置有着重要的实践意义。
关键词：励磁调节器；发电机电压；电压升高；系统振荡；解决方案
0引言
发电机并网瞬间对电网不产生冲击，使电网能够保持在安全稳定运行的状态，对发电厂来说是最基本的要求。发电机励磁控制系统对电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定都有显著的影响，利用励磁控制系统调节发电机机端电压在给定水平，能够满足上述要求。但实际并网过程中，会出现并网后电压升高系统振荡的现象，以安阳发电有限公司9号机组为例，分析并网后电压升高系统振荡的原因，并提出控制电压升高、避免系统振荡的措施。
大型常规火电厂发电机的励磁方式主要有自并励静止励磁和三机励磁两大类，大唐安阳发电有限公司9号发电机采用三机交流励磁机励磁系统：永磁机（副励磁机）—交流主励磁机—发电机。励磁调节器为南瑞电控公司生产的NES-5100型微机励磁调节器，该调节器采用完全双通道设计，两套调节器之间通过通讯进行互检和跟踪，正常时两套同时运行，但其中一套触发脉冲被封锁。当触发控制可控硅的调节器发生故障时，控制器将自动切换到另一套调节器运行。每套调节器配有两种控制方式，一种是机端电压控制方式，也称自动模式；另一种是励磁电流控制方式，也称手动模式。两种控制方式相互跟踪并可相互切换。NES-5100型励磁调节器中转子电流基准采用主励磁机输出的A、B、C三相电流，以主励磁机电流大小作为励磁调节器调节的依据。
1问题的提出
大唐安阳发电有限公司9号发电机自2009年改造以来一直存在机组并网时电压偏高的问题，最高时机端电压可达到21KV。期间通过修改机组同期并网定值、励磁调节器参数设置等手段，也未能解决该问题。
2016年7月由于励磁调节器达不到强励要求对励磁调节器软件进行升级改造，把最小励磁电流限制定值由0改为25%（以主励磁机额定电流为计算依据）。2016年7月31日09:30，在进行9号机组并网的时候，出现机组电压摆动、无功振荡的情况，调节器自动录波的波形图如下图1：
图1 9号机组并网时励磁调节器所录波形图
从图1可以看出：机端电压并网后升至21KV、触发角从135度降至90度、发电机无功从290MVAR降至50MVAR、转子电流从70A降到10A，然后转子电流再由10A缓慢上升，机端电压继续上涨，无功功率继续增加。
根据图1可判断出：“V/F限制（浅蓝色矩形线）”和“最小负载励磁电流限制（滤波中无此量）”两个限制交替出现的情况，这种情况持续20S后，运行人员手动打闸停机。因为电压继续上升至V/F限制定值(1.06Pu)时，限制器动作。
2现场情况调查分析
2.1励磁调节器工作原理及作用
2.1.1励磁调节器工作原理
大唐安阳发电有限公司9号机组励磁调节器采用三机励磁，其工作原理如下图2：
图2 安阳发电有限公司9号机组励磁调节器工作原理图
三机励磁是指永磁机（副励磁机）、主励磁机、发电机三机同轴，具体的调节过程为：永磁机（副励磁机）的输出经可控硅整流器整流后供给主励磁机励磁，主励磁机的交流输出电压经硅二极管整流器整流后供给汽轮发电机励磁。自动励磁调节器根据发电机机端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器的导通角，从而实现机组励磁的自动调节。
永磁机（副励磁机）主要参数为：型号TFY-75-400、额定容量75KVA、额定频率400HZ、额定电压180.4V、额定电流240A。
交流主励磁机主要参数为：型号TFL-1850-4、额定容量1850KVA、额定频率400HZ、额定电压450V、额定电流2143A、额定励磁电压74.5V、额定励磁电流169A。
发电机主要参数：型号QFSN-320-2-20B、额定功率320MW、额定容量376MVA、额定电压20KV、额定电流10868A、额定励磁电压498V、额定励磁电流2308A；主励磁机转子分流器变比为250A/75mV、发电机转子分流器变比为3000A/75mV。
2.1.2励磁调节器作用
2.1.2.1调节机端电压发电机并网前，调节发电机输出的端电压。
2.1.2.2分配无功功率发电机并网后，调节发电机承担的无功功率。
2.1.2.3提高动、静态稳定性提高同步发电机并列运行的静、动态稳定。
静态稳定：采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；
动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）。
2.1.2.4逆变灭磁发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。
2.2主要现象
在并网瞬间，发电机转子电流采样值较小，为15A左右，而主励磁机额定励磁电流为169A，“负载最小励磁电流限制”设定值为25%（即0.25X169=42.25A）。当负载励磁电流达到定值42.25A时会报“负载最小励磁电流限制”，并强制把发电机转子电流往上拉，则机端电压和无功功率随之上升。当机端电压（图1中红色曲线）大于106%额定值时则报V/F限制（图1浅蓝色矩形线），励磁调节器会将机端电压往下拉，机端电压减小，V/F限制报警消失，无功功率降低，励磁电流也随之减小，而当励磁电流减小至25%时又会报“负载最小励磁电流限制”，则又会强制将转子电流往上拉，机端电压和无功功率随之上升，又会报V/F限制，这种现象往复出现，最终导致系统振荡的发生。
2.3原因分析
2.3.1定值设置不合适
“负载最小励磁电流限制”定值设置偏高，由于2016年7月励磁调节器达不到强励要求对励磁调节器软件进行升级，把最小励磁电流限制定值由0改为25%。之前“负载最小励磁电流限制”定值为0，从而屏蔽掉了最小励磁电流限制这个调节功能，只是在并网瞬间无功过高，励磁调节器慢慢把无功调下来，但不会出现把电流调上去的过程，因此之前并网时没有出现系统振荡的现象。
2.3.2采样装置精确度低，采样值不准确
发电机转子电流采样值低于实际值，当转子电流采样值减小至25%报“负载最小励磁电流限制”时，而转子电流实际值并没有低于25%，此时不应该将转子电流往上拉，机端电压和无功功率也就不应该随之上升，就不会报V/F限制。
当以上两个原因同时存在时，就会导致上述振荡现象的出现。
3问题解决
3.1根据实际情况设置合适的“负载最小励磁电流限制”定值
经过反复试验，将“负载最小励磁电流限制”定值从25%（0.25X169=42.25A）改为10%（0.1X169=16.9A），这样在并网瞬间，转子电流足够大而不会出现“负载最小励磁电流限制”报警，从而不会强制提升励磁电流。
3.2检查采样装置精确度和采样回路的完整性
检查发现转子电流B相采样值缺失，导致采样值比实际值偏小，从而增大了“负载最小励磁电流限制”报警的概率。经过修改采样回路的接线并验证转子电流精确度符合要求后，在并网瞬间，转子电流采样值约为40A，远远大于10%（16.9A）定值，不可能出现“负载最小励磁电流限制”报警，因此也不会出现振荡的情况。
4结论
NES-5100励磁调节器通过比较测量反馈值和参考值（有别于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还需经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈换算出可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲，达到调节机端电压的目的。
为了实现这个目的，磁场电压必须快速地对运行条件的变化作出反应，即响应时间不超过几毫秒。为此需要一个快速的控制器，它应当不断地将给定值与反馈值进行比较，在尽可能短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度，达到精确地控制和调节同步发电机的机端电压和无功功率，从而有利于电力系统的静态稳定、动态稳定和暂态稳定的控制。
参考文献
[1]NES5100用户指南
论文作者:方宁
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/16
标签：励磁论文; 电流论文; 调节器论文; 端电压论文; 发电机论文; 转子论文; 电压论文; 《电力设备》2019年第17期论文;