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摘要：文章对励磁系统控制性能与可靠性权衡问题、电网网架建设加强条件下的励磁装置、不同机组容量的微机励磁调节器的设计、励磁装置与电网自动化的关系、灭磁开关及自并励系统的残压启励以及行业管理等问题作了简要分析，并提出了建议。
关键词：励磁系统灭磁开关残压启励行业管理
1 前言
向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。发电机事故统计表明发电机事故中约1/3 为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。我国电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。
2 几种同步发电机励磁系统
2.1 直流励磁机励磁系统
直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
2.2 半导体励磁系统
半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后，作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。
3.网架加强后对励磁装置的影响
以往十分强调励磁装置对改善电力系统暂态稳定性的作用，有时甚至只作为近乎唯一的指标来强调。这在网架十分薄弱的时候是必要的，但现在就不一定合适了。
（1）十年来，各大区电网和各个省电网、电力输变电网架已得到根本性的加强。以浙江省电网为例，十年前的网架十分薄弱，层次不清，而现在已初步建成了500kV主网，到2000年，500kV网架还将得到进一步加强。目前电网在单一故障下（包括三相短路故障）已不存在暂态失稳问题。
（2）由于发电机结构所固有的励磁系统本身对改善电力系统暂态稳定的作用是有限的，因此笔者认为，花很多钱，甚至牺牲可靠性指标（设备硬软件的复杂性必然会影响可靠性）去追求二次控制装置对改善暂态稳定性的那一点效益，在多数情况下其工程意义是不大的，甚至可能是得不偿失的（个别情况除外）。
（3）笔者认为，就目前的技术和设备水平，励磁系统选用PID+PSS控制规律是合适的，能满足系统稳定的要求。对于极少数非配备复杂的调节控制性能不可（如非线性控制、模糊控制等）的工程应进行技术经济论证，同时要求设备可靠。
4.不断促进微机型励磁调节设备的应用
4.1由于微机型励磁调节设备已经成熟，所以有必要进行推广
电力系统的发展赋与同步发电机励磁系统以更多而重要的职能，其控制规律越来越丰富以致模拟式调节器有时已难以胜任。与此同时，微电子制造技术突飞猛进，计算机和控制理论也有了长足进步，计算机用于生产过程自动化控制积累了丰富的经验，取得了辉煌的成绩，大大推进了世界技术水平，也极大地推动了微机励磁装置的研制和应用。从直流采样到交流采样，从单通道到多通道，从一般的PID调节到复杂控制规律调节，经现场应用和不断改进，从整体水平看，微机励磁装置已完全成熟，可以广泛应用。微机硬件设备通用性好，标准化程度高，其控制装置硬件结构简单、清晰。装置的应用设计、安装、调试、维护、运行方便，特别容易与其他自动化设备接口组成高一级和大范围的自动控制系统。因此笔者建议新机配套应首选微机型调节器。
4.2对于微机励磁调节器产品设计的相关意见
4.2.1进行大型机组的微机励磁调节设备的设计时需要遵循一定的设计原则
随着机组容量的增加，励磁系统费用所占的比例减少。励磁系统中调节器所占的费用比例也迅速减小，所以和整台机组比，调节器所占的费用比例是微不足道的。机组容量增大，每次故障给电厂和整个社会造成的损失也增大，有时甚至是灾难性的。多年的统计表明，励磁调节器恰恰是发电机故障停机的主要因素。多花点钱用来加强调节器的可靠性，无论怎样算都是合理的。对于大型机组，应要求调节器永不故障（元器件可能故障，但系统功能不能瘫痪）。为此建议采用三机并联方案，如图1所示。
假设单机可靠性为R单，表决器可靠性为RV，则系统的可靠性为R3=R单2（3-2R单）RV假定R单=0.99，RV=1，则R3=0.999999。为提高RV，可以采用三重冗余表决器。若表决电路改为对移相脉冲进行甄别，去掉最前、最后而取中间，可靠性还可提高。实际上，图1是个可以修复系统，一旦某台机故障报警之后，维修人员即可在很短时间内把故障排除掉而重新投入运行。其稳定可用率A3相当高因为现在微机的可靠性已相当高，所以用以上三机静态冗余设计的系统可靠性是很高的。笔者认为，600MW以上的水火电机组适宜用本方案。三峡工程共有26台700MW机组，建议配上这种故障率趋近于零的方案。
4.2.2小型机组励磁调节设备的主要设计原则
小容量机组，励磁调节器费用所占比例大，机组故障停机对系统的影响比大机组小，没有必要配备很复杂的调节控制特性。一般来说这种调节器只要能起励、能调压、能稳定分配无功即可。这种机组配单微机自动调节通道再加手动跟踪通道即可。正常时，自动通道运行，一旦自动通道故障，则切手动通道运行。这种调节器适宜于100MW以下机组。当机组容量更小时，调节器还可以做得更简单，如用单片机，用调功模块。对于300MW以下100MW以上机组，可选用双机加手动方案。机组容量不同，在系统中的地位也不同，就应该配不同的调节器。大、中、小型机组的可靠性要求，尤其是调节功能，应有明确的层次。
5.电力系统自动化对于励磁装置的影响
5.1电力系统自动化的不断发展也为励磁装置提出了更高的要求
近几年，系统自动化有了很快的进展：从单纯的SCADA系统，普遍地发展到SCADA+AGC/EDC，甚至有的系统已发展到SCADA+AGC/EDC+A。作为电力系统中最重要的发电机组的重要辅机——同步发电机励磁控制系统必须为系统自动化提供相应的配合手段。因此，大型机组的励磁宜采用微计算机型，并提供可靠的丰富的接口，使远方的调度员能方便自如地进行开停机、升速升压、并网、调整功率（包括有功和无功）等操作所必须进行的励磁控制和监视手段。
5.2无人监控发电厂励磁调节器的主要特点
近年来，供电系统大力推广无人值班，取得了实实在在的效益，如深圳部分220 kV及全部110kV及以下变电所已实现了无人值班。水电站搞少人和无人值班起步很早，但受当时的技术水平和设备水平所限，未能推广。但是正如上面所述，现在技术基础已不一样了。可预计水电站无人值班一定会再次成为水电厂的一项重要工作，并有可能在三、五年内达到实用化阶段。所以应及早考虑此种情况下的励磁系统设计。无人值班条件下的励磁系统应具备的特点是：
（1）有更高的可靠性。
（2）应尽量做到免维修。
（3）一旦发生故障，判断、定位和排除故障，非励磁专业人员也能做到。
（4）与RTU、调速器、同期装置接口容易。
（5）水电站从开机、并网、调整功率及系统故障下励磁装置的动作行为均需考虑无人干预。水轮发电机开停机次数很多，励磁调节器应可靠工作。
6.结语
近年来励磁专业研究成果很多，电力系统稳定器已获得成功的应用，非线性控制和模糊控制的样机也在试运行。与此同时，电网网架得到根本性的加强，电网抗扰动的能力与十年前相比已上了一个台阶。由于经济改革，生产的安全性、经济性更显得重要，减人增效，电网的可控性和电网自动化水平提高了。在这个大环境下，励磁系统会受到什么影响，发电厂的同志应如何考虑选用励磁系统，本文对其中的一些问题进行了讨论。
参考文献：
[1] 杜文梅.浅谈同步发电机自动励磁调节作用[J].城市建设理论研究：电子版，2011
[2] 刘伟.浅谈励磁系统的作用及其要求[J].中国电力教育，2008
[3] 王桂霞，冯洁.浅谈同步发电机自动励磁调节作用[J].内蒙古水利，2008
论文作者:郭峰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/6
标签：励磁论文; 系统论文; 调节器论文; 机组论文; 发电机论文; 微机论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第14期论文;