浅议励磁系统动态试验方法

龙 岩

（中国能源建设集团湖南省火电建设公司，湖南 株洲412000）

0 引 言

1 电量分析仪接法与常规动态试验项目简介

电量分析仪是励磁系统动态试验必备的电量采样和分析设备，其接入位置如图1所示。

图1 电量分析仪接法

从图1可以看出，电量分析仪可以设置到励磁小室内，分别接入机端电压、机端电流、励磁电压和励磁电流这些模拟量和励磁开关位置的开关量，这里值得注意的是：

（1）在试验前一定要对设备的各个模拟量和开关量通道进行测试，提前确认设备正常；

（2）提前设置电量分析仪中的参数，设置各模拟量变比以及录波方式，将前期准备工作做好，以确保试验有条不紊的进行。

励磁系统动态试验的常规试验项目主要有：短路试验、空载试验、起励试验、空载调压范围试验、空载阶跃响应试验、PT断线试验、灭磁试验、逆变灭磁试验、通道切换试验、手自动切换试验和远方操作控制试验。其中短路试验和空载试验均在发电机他励方式运行时进行，其他各项试验在发电机以自并励方式运行时进行。

2 励磁系统动态试验

2.1 短路试验

短路试验是开机并网前电气试验的第一项，根据短路点的设置位置分为发电机短路试验、发变组短路试验和高厂变短路试验。试验目的是为了检查发电机短路特性和发变组各保护、测量和计量电流的极性和幅值，以及升压站中保护装置采集到的相关电流的极性和幅值。

本文以发变组短路试验进行重点讲解。在发变组短路试验开始前退出发变组及升压站相应电流保护出口压板，然后进行励磁装置参数的设定，将励磁方式设定为他励，励磁调节器范围设定为0～75%，励磁速率设定为100 s。试验紧急开关，确保紧急开关可以跳开灭磁开关。进行升流试验，调节励磁调节器从0起缓慢升流至Ie（Ie为发电机额定电流），再从Ie降至0，每隔20%Ie作为一个记录点进行记录，当机端电流第一次升至20%Ie时，首先检查励磁装置各整流柜是否正常，各硬件部分是否正常、励磁装置监视的励磁电压、励磁电流、发电机机端电流、发电机机端电压（机端电压很小，升至发电机额定电流时，机端电压不大于2 000 V）、有功功率、无功功率是否正确，然后检查发变组保护中发电机差动保护、主变差动保护、升压站中相关断路器保护、母差保护等保护的电流极性和幅值是否正确，最后检查发变组测量及计量电流极性和幅值是否正确。各项检查均无误后，再进行升流。在升流至各记录点时，分别在各个装置上记录所采到的电流值。

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在短路试验中，当电流升至发电机额定电流时，应及时查看发电机定子线圈各温度采样点的温度，最大温差应在5℃之内，如果超过5℃，应重点怀疑定冷水流量是否正常，并查看最高温度点的定冷水流量报告。

2.2 空载试验

空载试验是发电机他励方式运行时进行的升压试验。目的是为了检查发电机空载特性以及各装置的电压采样。试验前，首先应检查发变组继电保护装置投入全部保护以及出口压板；其次退出强励、减励及自动电压跟踪调整装置，最后通知热工人员解开发电机并网信号，使其可以跳开紧急灭磁开关。试验准备工作完成后，先将机端线电压升至2 000 V（如果额定机端电压为20 000 V的话，升至2 000 V二次线电压正好是10 V，便于测量），检查各保护装置电压采样的相序、角度和幅值，检查测量和计量装置的电压采样相序、角度和幅值，检查至励磁调节装置的电压相序、角度和幅值。然后按照20%Ue（Ue为发电机额定电压）的幅度进行升压，升至Ue时，再重点检查发电机定子接地保护、发电机过压保护、发电机复压过流保护、发电机失磁保护、发电机失步保护等设计到电压的保护中的电压采样是否正确，检查大屏幕上的电压显示是否正确，检查高厂变低压侧电压是否正确，检查主变高压侧电压是否正确。确认各部分检查均无异常后，继续升至105%Ue，在此电压下停留5 min，进行发电机匝间绝缘考核，最后缓慢降压至0。录制励磁电流Ifd和机端电压U的曲线图。值得注意的是发电机或发变组的空载试验也是发电机他励运行的时候做的，励磁变高压侧电源仍然是临时电源，原因是自并励方式励磁的原理是恒机端电压调节原理。采用自并励方式的前提是保证接入励磁调节装置的机端电压采样必须正确，所以空载试验也采用他励方式进行。

2.3 起励试验

起励试验的目的是为了检查双通道励磁系统起励是否正常，建压波形是否稳定平滑。

起励试验前应将励磁调节器参数改为自并励方式，电压限值改为95%Ue。试验时需要录取机端电压、励磁电压和励磁电流波形图。根据波形图分析并判断，机端电压在起励建压过程中平缓光滑。同样录取II通道起励波形，要求机端电压在起励建压过程中平稳光滑。

2.4 灭磁试验

灭磁试验分为两项，一是直接跳灭磁开关试验，二是逆变灭磁试验。

（1）直接跳灭磁开关试验方法 先起励建压至95%Ue，然后用紧急按钮直接跳开灭磁开关，录取机端电压、励磁电压和励磁电流波形，完成直接跳灭磁开关试验。

（2）逆变灭磁试验方法 先起励建压至95%Ue，进行逆变灭磁，至机端电压为0，录取机端电压、励磁电压和励磁电流波形，完成逆变灭磁试验。并录取跳灭磁开关试验波形图和逆变灭磁试验波形图。

通过两个波形图的对比和分析，我们发现当采用直跳灭磁开关灭磁时，励磁电压从143 V瞬间拉低至－170 V，而励磁电流从864 A瞬间拉低至0，而机端电压则是缓慢降低至0，机端电压波形平缓光滑。考验了采用直跳灭磁开关灭磁的效果，但由于励磁电压和励磁电流的急速下降，这种灭磁方式对灭磁开关是有微小损害的。而从逆变灭磁的曲线上看，机端电压的下降效果和直跳灭磁开关是基本一致的，而励磁电流和励磁电压的下降也是缓慢的，基本没有对励磁开关造成损害。现在停机解列的方式一般采用先关闭主汽门，通过发变组保护的程序逆功率保护直跳灭磁开关进行灭磁解列，之所以不采用逆变灭磁来解列灭磁，是以保护汽轮机为出发点。

2.5 PT断线试验

机端二次电压断线试验，其主要目的在于考核当I（或者II）通道PT断线时，会自动切换到II（或者I）通道，当II（或者I）通道PT也断线时，调节器能自动稳定住当前电压，电压波形抖动峰值小，时间短。

试验模拟PT断线时，特别注意只需要断开至励磁调节器的电压回路，以免造成其他保护误动作。

PT断线试验方法是，选择I通道起励建压至95%Ue，然后断开I通道机端电压采样中的任意一相，此时励磁系统会判断为I通道PT断线，并同时切换到II通道，然后再断开II通道机电电压采样中的任一一相，此时励磁系统会判断为II通道PT断线，并切换至自动调节方式。此过程录取机端电压、励磁电压和励磁电流波形图。可分析出，当PT断线发生时，机端电压虽然有波动，但波动非常小，机端电压一次最大有效值压差为660 V，波动时间仅为408.75 ms，不会引起其他保护误动，满足要求。

2.6 切换试验

切换试验有两个内容，一是手自动的切换试验；二是通道切换试验。这两个试验的要求都是一致的，机段电压、励磁电压和励磁电流都不允许有明显的抖动，曲线应保持平稳。

具体试验方法：先起励建压至95%Ue，进行手动励磁调节和自动励磁调节的切换，将整个过程进行录波，记录机端电压、励磁电压和励磁电流的波形。

然后进行通道切换试验，分别进行4次通道切换，并录取机端电压、励磁电压和励磁电流的波形图。机端电压在切换过程中应无明显抖动，曲线保持平稳。

2.7 空载阶跃响应试验

在励磁参数调整时，要全面考虑满足励磁动态性能要求，既要考虑到励磁控制系统的稳定性，也要充分发挥励磁系统的快速性。因此，在新的励磁行业标准中增加了励磁空载阶跃响应，是对发电机电压上升速度的要求。

空载阶跃响应试验主要是为了验证发电机在遇到如主变高压侧雷击、突然有大负荷带入、突然大负荷切除等小干扰情况下，能在标准范围要求内由高电压或者低电压阶跃至正常电压。国标要求超调量小于50%，调节次数小于3次，调节时间不大于10 s，而行标要求超调量小于30%，调节次数小于3次，常规调节时间小于10 s，本次试验执行行业标准。

对励磁调节器的PID控制器，为比例、积分、微分控制，一般只采用比例和积分相协调控制，比例控制可以保证调节速度，而积分控制可以保证调节精度。PID参数为经典值，在试验中只需根据整流方法倍数来做出相应调整。

具体试验方法是：首先设定PID参数，设定阶跃量5%（本次试验采用5%阶跃量），选择通道I，然后起励建压至95%Ue，进行5%Ue减阶跃，再进行5%Ue增阶跃，整个过程录取机端电压、励磁电压和励磁电流波形，并记录调节次数。通道II进行同样试验步骤。

经计算，减5%阶跃的机端电压超调量为8.31579%，调节次数为1次；增5%阶跃的机端电压超调量为11.57895%，调节次数为1次。超调量的计算公式为，其中U代表在阶跃过程中的机s端电压峰值，Un代表稳态电压值，试验中Un为95%额定机端电压，d%代表阶跃量。减阶跃的调节试验为1 035 ms，增阶跃的调节时间为1 036 ms。通过对数据和波形的分析，证实励磁调节器满足行业要求。

3 结束语

励磁系统的动态试验至关重要，不仅能够检验励磁器的调节性能，更重要的是，为带载试验提供了参考，对电力系统的稳定运行很重要，因此要注重整理和归纳动态试验的方法，提高分析数据和波形的能力，善于积累试验经验。在今后的励磁系统动态调试过程中不断完善和改进试验方法，为发电机组以致整个电网的安全稳定运行保驾护航。

［1］ 竺士章.发电机励磁系统试验［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］ 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［3］ 方思立.汽轮发电机自并励励磁系统的分析研究［J］.电网技术，1997，21（12）：25－27.