摘要：励磁系统为发电机提供励磁电流，建立发电机电压，使发电机正常工作，同时为电力系统提供所需的无功功率。小型发电机一般采用无刷旋转交流励磁系统，无论是在正常运行还是在事故状态下，励磁系统和机组的稳定性都有很大关系，所以，电厂的技术人员要对励磁系统相关参数进行设定，对励磁系统的运行操作要进行必要的规范，以保证机组正常运行。
关键词：小型发电机；励磁系统；稳定性
励磁系统稳定性，和励磁系统的形式、励磁系统参数的设置以及系统的运行方式都有很大关系，相关技术人员要对励磁系统进行详细了解，并能结合运行情况调整相关参数，并进一步调整运行指标。本文主要针对小型发电机的无刷励磁系统及其稳定性进行分析。
一、发电机励磁系统概述
1、我厂发电机励磁系统简介
我厂设一台QF-6-2同步的发电机，额定容量6MW，额定电压10.5KV，配无刷旋转交流励磁系统，励磁机型号：JL-50；发电机空载时，励磁机所需励磁功率1.17A*12.5V；发电额定负载时，励磁机所需励磁功率3.33A*49.7V；发电额定强励时，强励时间不大于15S，励磁机所需最大励磁功率5.8A*87V。
发电机励磁调节器采用KWLZ型励磁调节器，系统框图如下（图一）：
2、励磁调节器简介
1）有AVR和AER两种调节方式，互相独立，AVR以机端电压为对象的调节方式，AER则是以励磁电流为调节对象。
2）直流复励部分，当发电机与系统并列带负荷后，复励桥有电压输出，供给附加励磁，由调节器进行电压校正，在机端发生三相短路时，复励电流可满足强励要求，复励电源取自功率CT。
3）两个通道另有蓄电池供电电源，可保证灭磁、低机端电压或者静止时的可靠监视。
二、我厂励磁系统设定及稳定性分析
1、过励和低励限制分析
励磁调节器原理框图如下（图二）：
当过励和低励时，限制器动作，将励磁限制在设定范围内，若限制器动作，则依相应性原则，限制器偏差信号自动取得优先权，取代AVR调节，为保证限制器动作时的稳定运行，每一个限制偏差信号的增益相应匹配优先值K。
1）最大励磁电流限制，本厂顶峰瞬时值设定为Iemax=1.8Ig=5.8A，此保护动作需8ms延时。
2）热值反时限设定，我厂设定励磁电流热值Ieth=1.1Iem=3.5A，以及最大累计热容Emax，当过励运行时，累计热容E超过Emax，励磁电流限制器动作，将励磁电流限制在3.5A。
3）最小励磁电流限制，我厂设定为Iemin=20%Iem=0.67A，当励磁电流校园此值时，限制器动作。
4）感性定子电流限制，当电躯热能E大于Emax时，限制器将定子电流拉回Ig=1.05Ign=433A，此时增磁无效，减磁限制器退出。
5）容性无功电流限制，进相运行时，定子电流大于Ieth时，限制器动作将电流拉回433A，此时只能增磁。另外，此调节器还有V/F限制，P/Q限制，优先级指定等功能。
6）我们对励磁系统建立相关的数据模型，并对模型进行分析，可以检查励磁系统是否处于正常的工作状态。该数据模型的理论基础是单片微控制器无穷大，将发电机以及控制系统的相关参数用符号表达出来，然后组成正确的线性关系[2]。模型建立的前提是计及发电机凸极效应和励磁回路动态相结合。建立模型后，就要对其进行稳定状态分析，主要分析相关参数质的变化，包括转速偏差、q轴暂态电动势偏差，转子角偏差以及发电机励磁压偏差，分别用符号∆w、∆E’q、∆δ、∆Efd来表示。通过分析，可以发现它们之间存在着线性关系，可以用相关的方程来表示。
∆Me=K1∆δ+K2∆E’q
∆Ut=K5∆δ+K6∆E’q
Tjp∆w=∆Mm-∆Me-D∆w
P∆=2f0∆w
∆E’q=K3∆efd/(1+K3PT’d0)-K3K4∆efd/(1+K3PT’d0)
P代表微分算子，K1~K6代表相关的计算系数，其他符号在电力系统中很常见。
模型中显示了发电机的励磁系统和发电机各个部分的位置，由此我们可以看到它们之间的关系，还可以对它们相互接触的位置进行分析。
在发电机发生负荷变化时，调节器会对励磁电流进行调节，使其能满足发电机的运行要求，使机端电压能在发生变化的第一时间就重新恢复到原来的数值。图中所示的K、T代表的一些列符号是控制参数，SE是励磁机的饱和系数。发电机的无功出力是输入端，将电压参数值的偏差作为输出端，励磁系统对电机机端的恒定电压值进行监控时，所判定的标准就是电压偏差，主要恒定电压和电压偏差值不一致时，励磁系统就要发挥调节作用，使机端的电压值重新处于稳定状态[3]。解释了励磁系统对相关参数的控制，并且可以得到励磁系统总的控制框图，如下所示。
时间常数用TR表示，附加控制放大倍数用KQ表示，附加控制时间常数用TQ表示。通过相关的公式，计算出相关的参数值，相关参数值发生变化时，励磁系统是处于可能失稳状态的。
2、事故时灭磁分析
本系统灭磁开关为B45-220VDC，故障时通过灭磁开关QLM切断短路电流，除主触点外，QLM还有一副辅助触点，为保证磁场电流的连续性，QLM灭磁触点在主触点即将断开时闭合（见图一）。过程如下，QLM断开之前，晶闸管静止整流器作为逆变器使用，将磁场电压反转，将部分能量反馈回电网；然后灭磁出图闭合，主触头断开，磁场电流幻象至灭磁触头，灭磁电阻形成回路释放。
3、通道间备用方式
双通道中，每一个通道都有独立的切换逻辑，主通道（AVR）故障，主PLC会自动切换到备用通道（AER），备用通道故障，PLC发QLM跳闸命令。
经过以上参数设定和设计，我厂励磁系统未出现影响发电机运行的故障。
三、励磁系统的其他维稳措施
发电厂运行规程对励磁系统各种故障应有相应的处理措施，负责发电机的操作人员在操作前，就要对励磁系统的运行方式进行了解，还要对有可能影响系统运行状态的因数进行掌握，如此才能在发生故障的第一时刻就采取有效的应急措施。在发电机运行过程中，要定时对相关参数进行检查，即使是一个参数值发生变化，也要进行仔细分析研究，找出问题所在，重新调整参数值，使励磁系统处于健康状态。
结语
当前，环保发电厂正蓬勃发展，小型发电机是环保电厂的主要设备，励磁系统稳定是保证发电机运行的最主要条件之一；目前，小型发电机的无刷旋转交流励磁系统是一套比较成熟稳定的设备，但一些影响其稳定运行的因素也要引起技术人员的高度重视，并采取相应控制措施。
参考文献
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[2]宋永晶.自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究[J].江西煤炭科技,2015,(02):169-171.
[3]李兆伟,周旭,刘昱辰,张林,李威,罗剑波,赵长军.自备电厂发电机励磁系统稳定性分析及控制研究[J].电力系统保护与控制,2014,(10):8-14.
[4]丁志东,刘国海.同步发电机励磁对稳定性影响的研究[J].大电机技术,2007,(04):60-64.
论文作者:翁文翔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
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