0　引言 在蒙西電網現役機組中，機端變自并勵勵磁系統和三機勵磁系統為絕大多數機組廣泛采取的兩種勵磁方式。海勃灣發(fā)電廠是一座一、二期裝機容量為600MW，三期正在擴建的大型坑口電廠，一期投產的2＊100MW機組采用主勵、副勵、發(fā)電機三機勵磁系統，剛投產時采用北重廠配套生產的GLT-4A型模擬勵磁調節(jié)系統，后更換為清華大學研制的GEC-1型微機勵磁系統，采用NEC控制邏輯；二期新投產的2＊200MW機組采用東方電機廠生產的GES-3223型機端變自并勵勵磁調節(jié)系統，采用PID控制邏輯。本文通過對一、二期勵磁系統性能分析比較，針對現場勵磁系統存在的一些問題，提出了自己的看法和建議。 1　二種典型勵磁系統的性能特點分析與比較 1.1　勵磁系統的組成 自并激靜止勵磁系統由勵磁變壓器、可控硅功率整流裝置、自動勵磁調節(jié)裝置、發(fā)電機滅磁及過電壓保護裝置、起勵設備及勵磁操作設備等部分組成。 三機勵磁系統由主勵磁機、副勵磁機、2套勵磁調節(jié)裝置、3臺功率柜、1臺滅磁開關柜及1臺過電壓保護裝置等組成。 1.2　機組的投資及工程造價 與三機勵磁系統相比，自并激靜止勵磁系統由于取消了主、副勵磁機，大大縮短了機組長度（單機約6-8m）,不但減少了大軸聯接環(huán)節(jié)，縮短了軸系長度，提高了軸系穩(wěn)定性，而且對建設同等容量的機組，使主廠房長度大幅減小，既降低了廠房造價，又減小了機組投資。 1.3　勵磁系統的運行方式 自并勵勵磁系統采用雙通道冗余容錯結構，從信號采集、調整輸入、計算、信號輸出都為獨立的2套硬件回路，兩通道既有聯系，又可獨立工作。雙通道采用主、從方式并聯工作，互為熱備用，理論上不分主通道和備用通道，先上電者為主通道，后上電者為從通道，主通道輸出脈沖閉鎖從通道脈沖的輸出，通道之間靠軟件實現相互自診斷、相互跟蹤、相互通訊、相互切換。此外勵磁系統在運行過程中可實現在線修改參數、更換故障元件和進行實時通訊，同時調節(jié)器采用串口方式接入DCS系統，除進行就地操作外，還可通過DCS的操作界面進行勵磁參數的調節(jié)，并將勵磁系統的運行參數、裝置狀態(tài)等信息上傳至DCS系統。該勵磁系統具有恒電壓、恒電流2種運行方式，恒電壓方式屬于自動方式，恒電流方式屬于手動方式，二者可進行動態(tài)相互切換，不會產生端電壓和無功負荷的波動，發(fā)電機正常運行于恒電壓方式。當兩套勵磁調節(jié)自動回路出現故障時，裝置將自動由"自動方式"（恒電壓方式）切換到"手動方式"（恒電流方式）運行。 海電三機勵磁系統經改造后，采用A、B兩套非線形勵磁調節(jié)器并列運行，從信號的采集、處理、計算、輸出和整流裝置的輸出都為獨立的2套硬件回路，裝置不分主、從之分，當一套調節(jié)系統發(fā)生故障時，另外一套裝置可滿足系統各種要求。該勵磁系統兩套調節(jié)裝置正常運行于恒電壓方式，只有當勵磁系統進行調試時，才答應切換到手動方式。 1.4　勵磁系統的可靠性 對直流勵磁機和三機勵磁系統來說，旋轉部分發(fā)生的事故在以往勵磁系統事故中占相當大的比例，如直流勵磁機產生火花、交流勵磁機線圈松動和振動等，而且旋轉部分的運行和維護工作量很大。而自并激靜止勵磁系統由于取消了旋轉部件，沒有了換向器、軸承、轉子等，系統結構和接線大大簡化，在大幅減小運行和維護工作量的同時，也大大減少了事故隱患，可靠性明顯優(yōu)于直流和交流勵磁機勵磁系統，而且自并激系統在設計中采用冗余結構，故障元件可在線進行更換，有效地減少停機概率，對運行維護要求相對較低。 1.5　機組的暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)水平 由于自并激靜止勵磁系統采用了可控硅電子技術，系統調節(jié)響應速度得到了進一步的提高。在小干擾時，自并激方式能夠保持發(fā)電機端電壓不變，對單機無窮大系統，發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限功率為： �max=VgVs/Xs——————（1） 式中：Vg為發(fā)電機機端電壓； Vs為系統電壓； Xs為發(fā)電機與系統的等值電抗。 而三機勵磁系統在故障過程中只保持發(fā)電機次暫態(tài)電勢或暫態(tài)電勢Eg‘不變，其極限功率為: P‘max=Eq‘Vs/（Xs Xd‘）——-（2） 式中：Eq‘為發(fā)電機Q軸暫態(tài)電勢； Xd‘為發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗。 根據式（1）和（2）計算得出Pmax大于P′max，即自并激靜止勵磁系統的靜態(tài)穩(wěn)定極限較三機勵磁系統高。在自并激系統最不利的發(fā)電機出口三相短路工況下，由于機端電壓即整流電源嚴重下降，即使在故障迅速切除后機端電壓的恢復仍需一定的時間，自并激系統的強勵能力必然有所下降。為此在設計整流電源電壓時按發(fā)電機額定電壓的80計算,加上大中型機組發(fā)電機出口均采用了封閉母線，機端三相短路可能性基本消除。因此，自并激系統強勵倍數高，電壓響應速度快，以及先進的控制模型，能夠有效地提高系統暫態(tài)穩(wěn)定水平。以高壓出口三相短路為例，強勵按2倍計算，自并激勵磁系統的暫態(tài)穩(wěn)定水平與實際時間常數Te=0.35s�的常規(guī)勵磁系統基本相同。假如一個電網全部采用自并激勵磁系統，則暫態(tài)穩(wěn)定水平比常規(guī)勵磁更好：當發(fā)生三相短路時，除離故障點近的自并激機組受電壓降落影響外，其余機組端電壓數值較高，這些快速調節(jié)性能提高了系統的暫態(tài)穩(wěn)定性。 2建議 2.1　勵磁系統過壓問題 對于大功率、高電壓可控硅整流橋而言，在可控硅元件通斷換相過程中，不可避免地將產生換相過電壓。根據有關文獻資料介紹，這種換相過電壓有時可能高達4500V，對可控硅元件、發(fā)電機轉子線圈等都將產生很大的影響，尤其對轉子線圈而言，這種過電壓不僅表現在對地絕緣的影響，而且表現在對線圈匝間絕緣的影響上，因為對線圈而言，它是一種行波。同時由于勵磁變繞組間存在寄生電容，機組勵磁變電源的投入或切除以及大氣過電壓均會在變壓器中產生過電壓，因此采用自并激勵磁系統的發(fā)電機一方面必須非凡注重轉子對地絕緣和匝間絕緣強度的設計和試驗，提高絕緣水平和試驗電壓，對地耐壓至少應在4500V及以上；另一方面必須采取相應的措施來限制過電壓。采用簡單的熔斷器、非線性電阻和SCR（可控硅）組合的方法并不會對發(fā)電機繞組實現可靠的保護。故針對我廠2＊200MW機組建議對機組勵磁回路采取以下措施：a.在一、二次繞組間加隔離屏蔽層。b.在二次繞組接入對地電容。c.由于一次側有避雷器，建議在低壓側安裝可靠的過電壓吸收裝置。 2.2　系統穩(wěn)定問題 海電位于蒙西電網的末端，地處內蒙烏海市，近幾年隨著烏海經濟的飛速發(fā)展，據有關資料核算，由于電源建設的相對滯后、加之網架結構、地區(qū)供電網絡呈樹狀供電結構等原因，海電4臺機組所處系統極易發(fā)生低頻震蕩，出于對電網安全運行考慮，蒙西電網對PSS功能需求日漸緊迫?，F海電一期二臺100MW機組勵磁系統分別于1995年3月、1996年5月大修期間更換為清華大學研制的GEC-1型微機非線性最優(yōu)勵磁控制器，投產以來采用NEC控制方式（非線性控制NonlinearExcitationControl）；二期新投產2＊200MW機組采用東方電機廠生產的GES-3223型機端變自并激勵磁系統，投產以來采用PID控制方式（比例、積分、微ProportionalIntegralDifferential）， 4臺機組勵磁調節(jié)器出廠時都配置有PSS（電力系統穩(wěn)定器PowerSystemStabilizer）附加功能，且通過軟件的修改PSS的功能極易實現。在現階段，據資料分析對單機無窮大系統而言，采用PID PSS勵磁控制方式較采用NEC PSS勵磁控制方式適應性更好，維持發(fā)電機出口電壓能力更強，故建議對一、二期4臺機組皆采用PID PSS控制方案，這樣在系統發(fā)生低頻震蕩時，通過PSS裝置中的雙超前滯后功能來增加系統正阻尼，解決系統震蕩問題，提高系統的動態(tài)穩(wěn)定性。 2.3　整流裝置冷卻風機問題 一期2＊100MW機組3臺GZL-4A型整流柜風機設計為雙電源供電，雙路電源皆間接取自380/220V一段母線，正常時一路工作一路備用，若雙電源皆失，交流側開關15秒后自動跳閘，導致發(fā)電機失磁，投運以來類似現象已發(fā)生幾起，為防止類似現象的發(fā)生，建議采取下列方法：a.將2路風機電源取自獨立的2段母線；b.雙電源失電后3臺整流柜交流側電源開關不延時跳閘，采用向集控發(fā)信號的方式，在規(guī)定的時間內，適當降低有、無功出力，聯系有關人員及時處理，如在規(guī)定時間內得不到處理，建議采取手動將機組解列的方式。