7 000kW小型自备发电机组励磁系统初探

吴修强 朱志晖 魏爱华

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457000)

7 000kW小型自备发电机组励磁系统初探

吴修强 朱志晖 魏爱华

(河南煤业化工集团中原大化公司,河南濮阳 457000)

介绍了我厂7 000kW小型自备发电机组励磁系统,并对励磁柜内励磁调节器、移相触发单元、过励限制单元、低励限制单元做进一步阐述。

可控硅;励磁;小型发电机组

0 引 言

根据我们厂实际情况,我厂装配有容量为7 000kW的小型发电机组,它在一定程度上缓解了我厂对大电网的依赖程度,同时对我们厂三台锅炉所生产的蒸汽充分利用。该机组采用可控硅励磁装置,这种励磁装置励磁功率直接取自发电机定子电压和电流,提供了必要的保护和限制器,成套性好,便于维护,利于系统稳定。

1 原 理

该装置励磁功率直接取自发电机机端电压和电流,机端电压经励磁变压器,由可控桥整流后提供给转子线圈,线路示意图如图1。

图1 线路示意图

由可控硅元件特性和整流桥特性我们可以知道,可控硅控制角越大,导通角越小,则输出电流就越小,控制角越小,导通角越大,可控桥输出电流越大,该装置中调节器就是控制可控桥控制角的元件,调节器包括检测放大、移相触发、过励限制等单元。机端电压信号经检测放大单元整定放大,输出依机端电压变化的信号Uk,Uk输入移相触发单元,产生移相触发脉冲,移相触发脉冲与可控硅的控制角有确定的相位关系,通过控制可控桥的控制角进而控制可控桥输出电流的大小。

1.1 续流问题

转子绕组LQ是大电感负载,存在保持电流连续的问题,续流示意图如图2。

如果开始时控制角很小,励磁电流很大,在1KZ和3Z导通时突然增大控制角,如果没有续流管4Z,由于电感负载电流连续特性,电流只能经1KZ和1Z流通,如图2中虚线所示,这样1KZ不能断,1KZ在下一个正电压到来时,不用触发脉冲就处于开通状态,使整流电流大大增加,可控桥失控。有了续流管4Z后,4Z的压降远远小于1KZ和1Z压降之和,电流绝大部分经4Z流通,1KZ关断,1KZ要在下一个触发脉冲到来时才会再次导通,这样就保持了正确的导通关系。

图2 续流示意图

图3 过压保护线路图

1.2 保护问题

可控硅关断时间很短,线路的电感和变压器漏感也会造成过电压,本装置采用阻容保护,阻容保护兼有降低电压上升率的作用,防止可控硅因电压上升率高而误导通。

直流侧过压保护为励磁装置所必备,在非正确同期、失步、系统故障等情况下均会在直流侧造成危害整流元件的过电压。过压保护线路如图3。

正常励磁电压下7RL的分压为UPQ低于1W YL稳定值,4KZ无触发电流不导通,阻容吸收不起作用,发生过电压时,UPQ电压大大增加,1W YL导通, 4KZ被触发导通,过电压被3RL和5RL消耗,被1CL吸收,过电压峰值过后1CL上的电压高于励磁电压, 4KZ被此差值负电压关断,3RL提供1CL放电。过压动作值由7RL活动端整定,8RL氧化锌压敏元件,作为后备过压保护元件。

2 信号的检测整定放大

本装置是依机端电压的偏差和无功的的大小来调节励磁电流的,可以达到稳定极端电压和无功合理分配的目的。检测机端电压和无功信号,经整定放大,输入移相触发单元,产生依信号变化的移相触发脉冲供可控硅元件,这一过程由调节器完成,检测放大原理图如图4。

图4 检测放大原理图

输入信号a2b2c2来自机端电压互感器,整流滤波后加到检测桥上。该输入信号与机端电压一一对应,利用监测桥的1W整定某机端电压值,我厂机端电压为6KV,那么系统应该稳定于这一点(假设为M点),检测桥输出信号经放大,在M点附近使输出Uk从0伏变为5伏,对应于移相脉冲将从最小控制角变为最大控制角,实际对应机端电压下的控制角是确定的,必须在最大与最小值之间。也即如果机端电压升高,对应Uk增加,控制角增加,励磁电流减小,使机端电压下降,如果机端电压降低,对应Uk减小,控制角减小,励磁电流增加,机端电压升高,最终稳定于M点。

为了机组稳定运行,我厂7 000kW小型发电机组功率因数一般在0.85-0.9之间,我们知道发电机输出有功功率只与原动机有关,所以改变励磁电流对有功功率影响不大,对无功功率影响显著,也就是说无功功率的变化可以反映出励磁电流的变化,该装置利用利用机端无功电流对励磁电流加以控制,无功电流分量增加,输入信号增加,由检测桥放大特性可知, Uk增加,励磁电流减小,机端电压降低,这种利用无功电流的变化来控制机端电压的特性即为调差特性。

3 移相触发脉冲的产生

触发脉冲的移相范围与可控硅的电压必须有确定的相位关系,触发脉冲的相位受Uk控制,Uk增加,触发脉冲后移,控制角增加,Uk减小,触发脉冲前移,控制角减小。触发脉冲保证在整个电压调节范围能触通可控硅元件。实际移相范围在前面和后面都有10°的限制,前面10°是为了防止脉冲的过分前移,控制角小于零,可控硅形成死区,后面10°是为了防止可控桥失控。

4 过励限制单元

当机组受系统影响机端电压降低时,由于调节器灵敏度高,励磁电流将超过额定值,这种状况不允许长时间持续,过励限制单元起了限制过励磁作用,过励限制原理图如图5。

过励限制单元是一个电流负反馈环节,可控桥电流增加,过励限制单元输出Ux增加,Uk为检测放大后的信号,当Ux高于Uk时,输入移相触发单元的控制电压Uk由Ux决定。励磁电流增加,Ux增加,Uk增加,励磁电流减小,最终可控桥电流被限制。

图5 过励限制原理图

5 低励限制单元

当发电机并网运行时,由于系统原因,发电机机端电压升高,迫使发电机励磁系统大变化量的调节励磁电流,引起发电机欠励,欠励到一定极限发电机将与系统失去同步,低励限制单元用于检测发电机有功负荷和无功负荷的大小,并根据负载情况对励磁电流最小值加以限制,保证发电机从而确保系统安全运行。低励限制单元的输出接至检测放大单元的输出端,当发电机欠励状态运行时,输入移相触发单元的Uk见减小,励磁电流增加,增大到正常励磁时,由放大器正常调节,最终稳定在正常励磁范围。

6 结 语

可控硅励磁系统励磁功率直接取自发电机出口,从根本上取消了励磁机故障,这种励磁方式操作灵活、维护简单,还提供了必要的保护和限制器,并且它可以机端电压和给定电压的偏差自动快速的进行调整,保持机端电压的稳定,在很大程度上提高了系统的稳定性。

TM 331

A

1003-6490(2010)02-0022-03

2010-05-06

吴修强,男,2005年毕业于华北水利水电学院电气工程及其自动化专业,现在河南煤业化工集团中原大化公司电气维修公司工作,电话:13461666098。