[摘  要]本文主要针对发电机组直流励磁机励磁系统在运行中所存在的问题，提出了用静态励磁系统代替直流励磁机励磁系统的切实可行的改造方案,并根据自并励励磁方式的特点, 解决了在改造过程中遇到的实际问题，经改造实现了发电机组励磁系统的安全、稳定运行。

[关键词]发电机自并励 抗干扰能力 后备保护 灭磁电阻 强励

 1简介
    1.1 金陵分公司热电厂建于1987年，规模为6炉三机，＃1、＃2机的装机容量为2×6万千瓦，＃3机组为10万千瓦。皆采用发－变组单元接线。
1.2 ＃1、＃2机励磁系统原皆为直流励磁机励磁。直流励磁机的励磁采用KKL-4自动励磁调节装置和磁场变组器励磁。自动励磁装置具有自动和手动功能。正常运行时，采用自动，当其在运行中发生故障时，装置自动从“自动”切换“手动”运行，当KKL－4装置发生故障和开机时发电机绝缘较低或做开机试验需要零起升压时，则采用磁场变组器运行。
    2 改造原因
    2.1直流励磁机振动一直是影响发电机正常运行的安全隐患，严重危胁机组的安全运行。因振动导致运行中碳刷磨损严重，刷辫断，整流子因精车，直径变小，弹簧压力变小，导致发热严重，曾发生数次刷辫烧断，刷屋烧坏。日常维护工作量大，年维护费用约十多万元。
    2.2直流励磁机励磁采用KKL-4自动励磁调节装置，该装置为南京电力自动化设备厂80年代生产的集成电路型自动调节装置，该装置经十多年运行，电子元器件已开始老化导致定值偏移，调节、跟踪精度差。且因厂家不再生产该型号的产品，备品备件严重缺乏。调节装置一旦发生问题，将严重影响设备的安全稳定运行。
    2.3磁场变阻器铜触头经一段时间后，表面氧化，产生接触电阻，曾发生从KKL-4装置切至磁场变阻器运行时发生失磁，因而不能满足在励磁调节装置发生故障时起到备用的作用。
    上述问题的存在，严重影响发电机的安全稳定运行，为此，需对励磁系统进行全面改造，以消除隐患，确保安全供电、供汽。

    3 励磁系统的改造及励磁方式的选择
    3.1为解决直流励磁机振动及日常维护工作量大等问题，考虑改变励磁方式，不再采用直流励磁机励磁，而改用简单而高效的自并励励磁方式。取消直流励磁机，可缩短主机长度，减小机组振动，且由于设备减少，日常维护工作也随之大大减轻。
    3.2自并励励磁系统存在的问题是: 由于励磁功率电源取自发电机出口，当电力系统在近处发生三相短路故障时，机端电压将大幅降低，励磁功率电源的电压也随之降低,对电力系统暂态稳定不利。对金陵热电厂来说，当近处系统故障时，联络线保护动作，电厂与系统解列, 带炼油、化肥独立运行时，对小系统电压的恢复不利，为此考虑仅＃1机组改为自并励，而＃2机组仍采用直流励磁机励磁方式。当遇到上述故障情况时，靠＃2机组恢复电压，以保持小系统的稳定。

    4 改造内容
    4.1将直流励磁机励磁方式改为机端自并励静止励磁系统，取消直流励磁机。将原晶体管励磁装置改为SAVR-2000励磁调节器，其具有独立的双微机型励磁调节器和双桥三相全控整流装置，因采用双微机励磁系统互为备用，因而取消磁场变阻器励磁方式。
    4.2自并励励磁系统改造包括励磁变压器一台、可控硅整流柜二套、非线性灭磁部分（包括起励装置）、过电压保护等设备、发电机励磁调节器二套。
    4.3 发电机转子滑环和发电机水系统改造。
    4.4增加励磁功率电源变微机保护装置一台，发电机后备保护定值作相应变更。

    5 励磁系统抗干扰能力
    5.1 设备布置
    励磁调节器采用计算机进行控制，为确保其安全运行，需提供良好的环境。新建电厂一般在设计时考虑将励磁调节器和功率柜统一规划，集中布置。但由于此为改造项目，原发电机小室已不能提供新增设备的安装位置，现场又无法满足要求，为此，将其布置于#1机电子设备间，功率柜、灭磁柜置于#1发电机小室。
    5.2 存在问题
    从1#机电子设备间到发电机小室约有100多米的电缆路径，为此，对励磁调节柜输出的可控硅触发脉冲的抗干扰能力提出了很高的要求。据了解，有些单位在进行励磁系统改造时，将励磁调节器和可控硅分开布置，导致经常发生因脉冲消失而失磁，致使发电机无法正常运行，最后被迫将功率柜与控制柜移至同一处，严重影响了发电机组的安全稳定运行。
    5.3 解决方法: 为避免上述情况的发生，为此，我们特别关注SAVR-2000励磁调节器的抗干扰能力。经了解，该装置在接地、滤波、屏蔽、电路设计、软件抗干扰等方面做了大量的工作，该装置能抵御±2500传导瞬变干扰、±8000V静电放电干扰及10V/M的空间电磁辐射。并经调研，将SAVR-2000励磁调节装置与功率柜分开布置已在实际运行中使用，其励磁调节装置与功率柜分开布置距离约有200多米，且脉冲传输电缆与控制电缆同桥架敷设。为此，我们也采取与此相同的电缆敷设方式，脉冲传输电缆使用双层屏蔽的计算机电缆。从设备改造投运至今，励磁系统运行正常。

    6 灭磁方式的选择
    6.1线性电阻灭磁
    目前，同步发电机的灭磁方式主要分非线性灭磁系统和线性灭磁系统，下面先对非线性灭磁系统的性能进行分析。
    由发电机励磁绕组回路，简化接线如图6-1所示。

    图6-1
    a) 可列出电压方程为:
    (6-1)

    式中Unr＝Cif O——非线性电阻电压降。对国产氧化锌阀片　　C=314 α＝0.136
    由上式可解得:　　　　　　　　 　　　　 (6-2)

    式中 If0——灭磁前初始励磁电流值，
    If=

    Unr0——灭磁时非线性电阻两端初始电压值。
    当电流 if=0时，可求得灭磁时间为:

    (6-3)
    以国产氧化锌阀片参数为例，计算用氧化锌非线性电阻时的灭磁时间。
    非线性电阻的动作电压为额定励磁电压的3倍。则：

    6.2 线性电阻灭磁
    线性灭磁回路其基本接线如图6-2所示，

    图6-2
    由此，可列出发电机转子励磁电流的表达式:

    (6-4)
    式中 Uf0——初始励磁电压。
    由式可看出，为增加灭磁速度，必须增大灭磁电阻R的数值，但其数值过大将使励磁绕组承受的电压过高。如果令

    则相应的灭磁时间常数为:
    (6-5)

    将式(6-5)代入式(6-4)，整理可得:
    (6-6)
    如认为i= If0时，灭磁过程已经结束，则相应的灭磁时间为:

    如果取K=100，则: tm=4.6
    如果取K=5代入上式可得:
    tm=4.6 =0.76τ
    6.3 线性与非线性灭磁电阻的比较
    从理论上讲，具有较慢的灭磁速度是线性电阻灭磁系统从理论上讲，具有较慢的灭磁速度是线性电阻灭磁系统的主要缺点。和氧化锌非线性系统比较0.76/0.258=2.94倍。但是，如果从实际效果来衡量，非线性电阻在使用中仍存一些问题: ①因氧化锌灭磁电阻正常情况下几乎处于断开状态，目前现场尚无有效的手段对其进行测量，以确认其性能良好，若氧化锌在使用过程中发生永久性短路或开路状态，将可能造成发电机转子绕组或灭磁开关损坏事故。②非线性电阻灭磁系统存在运行方式的适应问题，在强励状态下，强励电压越高，灭磁时加在与绕组并联连接的非线性电阻端的电压越低，有可能使非线性电阻不能导通，而使换流失败。同理，在逆变状态下灭磁，逆变电压越负，加在非线性电阻两端的电压超高，导致过分地加重了非线性电阻的负载。而线系统灭磁电阻使用安全可靠，在设备检修时，可对线性灭磁回路中的灭磁开关的辅助接点和线性灭磁电阻的阻值进行检查，以确保其回路完好，且具有接线简单、价格便宜等的优点，从综合性能来衡量，不失为是一种较好的灭磁方式，为此，在改造时，我们仍选用线性灭磁系统。

    7 自并励系统的特点和对发变组后备保护的影响
    7.1. 自并励系统的特点
    自并励方式因其取消了励磁机，发电机的励磁电流直接由并联接在发电机端的励磁变压器经静止可控硅整流后供给。由于发电机起动并网前剩磁产生的电压很低，一般仅为1%-2%UN，不满足起励要求，因此必须先接入启励电源。此外，可控硅整流器设在发电机励磁回路内，所以励磁调节的反应速度很快，并可实现逆变快速灭磁。这种励磁方式的缺点是，励磁功率电源取自发电机机端，这样励磁功率电源将随着发电机出口电压的变化而变化，若在发电机近端短路时，自励系统的强励能力将明显降低，影响暂态过程中的强励能力，严重时，可能机组失磁。国内外的分析和试验表明: 在其它条件相同的情况下，自励方式暂态稳定极限比他励方式约下降2%-5%，为使自并励系统和他励可控硅励磁系统对电力系统暂态稳定有相同效果，为此，我们将强励倍数提高30%，即强励倍数由原来他励的2倍提高到2.5倍。
    7.2. 自并励系统对发变组后备保护的影响
    一般认为，在发电机发生短路故障时，由于励磁绕组具有较大的时间常数，在短路刚开始的0.5"内，励磁电流将不会很快衰减，因而对瞬时动作的主保护来说不会有影响，但对后备保护来说，随着短路电流的衰减，将导致发电机后备保护不能正常动作。为此，根据自并励的这一特点，请发变组保护制造厂家将原发电机低压过流保护，改为带电流记忆的发电机低压过流保护。即保护装置记忆短路电流的起始值，其记忆时间大于保护动作时间Δt，Δt设置为0.5”，以确保后备保护正常动作。

    8 结论
    8.1.励磁调节器与功率柜可分开布置，但需选用抗干扰能力较强的励磁调节装置，脉冲传输电缆使用双层屏蔽的计算机电缆。
    8.2.自并励系统因其功率电源取自发电机出口，当在发电机出口附近发生短路时，将导致强励电压降低，为此，将装置的强励倍数提高到2.5倍。
    8.3.因强励能力减弱时短路电流将迅速衰减，发电机后备保护将会拒动，为此，发电机后备保护需增设电流记忆功能。
    8.4.非线性电阻(氧化锌)灭磁较线性电阻灭磁具有灭磁速度快，过电压倍数低等优点，但由于非线性灭磁电阻在局部支路故障情况下，氧化锌阀片将形成短路，危及发电机转子励磁绕组的安全。为此，就二种灭磁方式比较而言，在中小型机组采用线性灭磁仍不失为一种较好的选择。