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摘 要 本文介绍了煤气发电机组励磁系统的特点，针对机组在起动过程中，自动投励磁系统存在的问题，进行分析并提出合理的改进措施。

关键词 励磁控制系统；自动投励磁；电磁铁线圈；继电器

中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0115-02

1 问题提出

朝川焦化公司发电厂利用剩余煤气发电，引进的6台QDR20型燃气轮机发电机组，发电机机组的控制系统由沈阳发动机设计研究所606设计，发电机组励磁控制系统采用武汉华大电力自动技术有限公司的WL-06双微机励磁控制，它采用最先进的励磁控制规律，所以具有很好的动、静态特性，另外它的稳压稳频能力也很强，能很好的控制电力系统的低频振荡，因此发电机组的静态稳定极限能得到大幅度提高，特别适用于重负荷远距离输电场合。电厂于2007年投产，该系统设计先进，各个环节均采用了微机控制，自动化程度较高。

但是，我们在实际运行中发现，6台机组励磁控制系统的自动投磁部分存在着问题，直接影响机组起动过程的顺利进行，出现欠励报警，无法消除，严重时可能烧坏励磁绕组或励磁功率模块，进而影响机组并网发电及机组的经济运行。因此，我们对电路进行改进，并做了多次尝试，终于取得了良好的效果。

2 发电机励磁控制系统的作用

在电力系统运行中，同步发电机的励磁控制系统担任着很重要的任务，影响着电力系统的正常运行、可靠性、抗干扰性和经济性，其作用表现在以下几个方面。

2.1 保证发电机或其他控制点（如发电厂高压侧母线）的电压在给定水平

确保电压水平是励磁控制系统的最主要任务，存在下面3个主要原因。

1）确保电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110%。

2）确保发电机运行的经济性。发电机最经济的运行方式是其保持在额定值附近运行，当发电机电压下降时，在输出功率不变的情况下，它所需要的定子电流将增加，从而产生的损耗也就增加了。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90%；当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。

3）在维持发电机电压水平的要求和提高电力系统静态稳定极限的方面是一致的。励磁控制系统在静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善方面，表现出了其重要的作用，同时也是最简单且经济有效的措施。

2.2 管控并联运行着的机组无功功率的合理分配

发电机的端电压的调频率，严格制约着并联运行着的机组的无功功率的合理分配。发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。

当两台发电机或者多台发电机并联运行时，且都具有有差调节特性的发电机，励磁系统能够按照调差率的大小去合理分配无功功率，调差率的大小跟无功功率的分配成反比，调差率小的分配无功功率就多，反之，调差率大的发电机分配的无功功率就少。

2.3 提高电力系统的稳定性

提高电力系统的静态稳定性。励磁系统能够确保发电机的机端电压为常数，因此就可以改变发电机的功率特性，从而能提高系统的稳定功率极限。

提高电力系统的暂态稳定性。设计合理、理想状态的励磁系统可以增加系统阻尼，另外，当系统发生短路或其他原因造成系统电压呈严重下降趋势时，励磁系统就可以通过强励迅速提高系统故障点电压，减小故障损失程度，并且为系统恢复创造条件。

3 故障现象分析

在运行过程中，我们渐渐发现，励磁柜上FMK电磁铁线圈总是烧坏，影响机组的正常起动。最严重的时期是2010年8月，每台机组起动过程中都有电磁线圈烧坏的现象，特别是4#机组在8月20日起动中连续烧坏3个电磁线圈，严重影响了机组起动的安全和稳定性。同时，这个现象也引起了我们维护人员的重视，我们开始查看图纸、检查柜体内元器件、分析了电磁线圈在起动中作用，终于找出了原因。

燃气轮机在起动过程中，首先由励磁机带动发电机运转，当发电机起动转速升至460 r/min时，控制柜中的U9模块（见图1）发出指令，使KA19继电器得电闭合，KA19闭合后，常开触点5、9闭合，从而控制发电机励磁电柜回路中的FMK开关闭合，从而实现了发电机投励磁系统自动化。

但是由于继电器KA19触点容量有限（最大为7 A），而控制的FMK开关闭合时，电磁铁线圈须通过10 A以上的电流，从而很容易损坏KA19继电器。

又因为U9模块输出的控制电压，电流有限，不能实现KA19继电器的自身扩容，因此必须需要增加扩容继电器来解决上述困难。

KA19继电器损坏后有以下两种危害情况。

1）当KA19继电器常开触点5、9，因过电流过大开路时，不能有效的控制FMK在发电机转速升至460 r/min时闭合励磁电柜回路，中断了发电机投励磁全自动系统，此时发电机组会出现欠励报警而无法正常运行，严重时可能烧坏励磁绕组或励磁功率模块，影响发电机组的经济、安全稳定运行。

2）当KA19继电器常开触点5、9因过电流粘合时，控制的FMK电磁铁线圈将长时间供电而烧坏（注：FMK电磁铁线圈为瞬时通断直流线圈，不能长时间有电流通过）。

4 改造方案

我们在电路中增加了扩容继电器KM，因KM触点容量在20 A，足以控制FMK电磁铁的通断电流，从而有效的避免因触点容量不足，损坏KA19造成的危害，又解决了KA19不能自身增容的缺点（如图2）。

5 产生的经济效益计算依据及说明

1）改进后，FMK电磁铁线圈每月可节约4个，节约资金4×4台×500=8000元。

2）起机点火一次减少机组寿命3小时，大修时间为4000小时，大修费用400000元，一次起机费用（400000÷4000）×3=300元，机组正常检修时间为168小时，平均每月检修3次，

每月可节约300×4台×1次数=1200元。

3）节约检修工时20个/月。经济效益=20（个）×80（元）=1600（元）。

合计：8000+1200+1600=10800（元）。

一年总费用：10800×12=129600元。

6 小结

通过一段时间的生产实践证明，改进后，充分保证了机组在起动过程中投励磁系统的自动化程度，改造后效果良好，性能可靠，在同行业中已经达到领先水平，也彻底解决了实现发电机自动投励磁系统的问题，大大节约了材料及维修费用。

参考文献

[1]周雪松，马幼捷，贾振江.微机非线性励磁控制器的应用研究[J].中国电力，1997，30（5）.

[2]发电机运行规程[M].北京：中国电力出版社，1979.