EXC9000励磁系统浅析

王铭懿

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)



EXC9000励磁系统浅析

王铭懿

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

介绍EXC9000型静态励磁系统的结构和系统在实践中的应用，并分别阐述了该励磁系统中强励、过励、欠励、V/F限制等功能的原理、有效条件等。

EXC9000 励磁系统

EXC9000型励磁系统是广科院第四代微机励磁全数字式静态励磁调节器，主要由调节器、人机界面、对外接口、功率柜、灭磁及过压保护、励磁变压器等组成。整套励磁系统内部的数据交换通过现场总线CAN总线实现，即通过CAN总线将调节柜和功率柜互连，实现数据的双向高速传输。其功能软件化、系统数字化，可靠性和工艺水平高，具有独立的A(数字)、B(数字)、C(模拟)三通道，自动、手动两种不同的调节组态。本文主要介绍调节器、智能化功率柜及该励磁系统的功能原理和有效条件。

1 调节器

调节器主要由A、B、C三个调节通道、模拟量总线板、开关量总线板、人机界面、接口电路等组成。调节器A、B通道为自动电压调节微机通道，核心控制器件是32位总线工控机，C通道为手动励磁电流调节模拟通道。自动电压调节是主要运行方式，它有利于提高系统的运行稳定性。手动励磁电流调节是辅助运行方式，不允许长时间投入运行。

其中，A通道为主通道，测量信号通过机端第一套电压互感器(BV1)和电流互感器(BA1)取得；B通道为第一备用通道，测量信号通过机端第二套电压互感器(BV2)和电流互感器(BA2)取得。从励磁变副边采集的三相同步电压信号和从励磁变副边电流互感器取得的励磁电流信号，供三个通道公用。

三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立，以主从方式工作，正常方式为A通道运行、B通道备用，B通道及C通道自动跟踪A通道。可选择B通道或C通道作为备用通道，B通道为首选备用通道。当A通道出现故障时，自动切换到备用通道运行。C通道总是自动跟踪当前运行通道。同样，当B通道投入运行后出现故障，自动切换到C通道运行。

励磁调节器发出的脉冲信号为120°宽脉冲，经功率柜脉冲板60kHz脉冲列信号调制后，转化为高频脉冲列信号。

2 功率柜

功率柜主要由显示器、传感器、晶闸管组件(硅元件加散热器)、快速熔断器、脉冲变压器、阻容保护装置、风机、智能控制板和脉冲功放板等组成。其中，功率柜智能控制板由单片机、CAN总线接口、光电隔离电路及其控制回路等组成。功率柜各个信号由显示屏或由接入端子(经过光电隔离电路处理)送入单片机，单片机将处理过的信号输出，输出信号送显示屏或经过光电隔离电路和控制回路后进行控制操作。

控制板用于功率柜的智能监测和控制，可以实现功率柜的每个桥臂电流监测、冷却风温监测、快熔监测、阻容保护监测、风压监测、智能均流控制、风机开停控制、功率柜电流显示校准、功率柜设置、CAN通讯等功能，退柜时能发信号到励磁调节器。

功率柜脉冲功放板包含6个相同的24V脉冲放大回路，用以触发相应晶闸管，可无需均流器件，对功率柜间均流进行自动调节。采用分离式的脉冲变压器，分相单独安装，可接受操作指令，对本功率柜脉冲进行投、切控制。

3 强励和过励

强励就是在机端电压下降到一定程度时，励磁系统自动增大励磁的一种反应，自动增加励磁的时间很短，然后就恢复，目的是短时间维持机端电压，有力消除瞬时故障。

过励是通过V/Hz来反映的，目的是保护励磁系统过载，额定频率下电压过高及频率低时没有达到额定电压也是不允许的。

上式中Tq即为最大强励允许时间。当励磁电流大于过励限制值时，开始进行强励反时限计算和计时，并发出“强励动作”报警信号，闭锁增磁操作。在此期间，励磁电流按强励限制值限制，达到反时限后，励磁电流按过励限制值限制，发“过励限制”报警信号，并开始计时，直到冷却时间到达后，才允许再次强励。

4 欠励限制

由于励磁回路的部件及自动励磁调节装置发生故障，或由于系统事故造成发电机欠励运行，严重时将破坏电力系统的稳定运行，威胁发电机自身安全。为限制发电机的进相无功不超过允许范围，需装设欠励限制器以限制励磁电流的减少。

P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区。该限制器的限制曲线由对应五个有功功率点(P1=0%，P2=25%，P3=50%，P4=75%，P5=100%)的无功功率设定值确定，曲线与发电机的定子电压水平有关，发电机电压变化时，限制曲线随之偏移。5个整定点的数值大小要满足-1

欠励限制有效的条件为发电机出口断路器合且当前无功值小于0。当欠励限制条件不满足时，欠励限制不起作用。欠励限制动作时，调节器发“欠励限制”报警信号，闭锁减磁操作。

5 定子电流限制

定子电流限制即正无功限制，采用直线计算公式Qoelim=Boe-koe×P，Q为实测无功值，Qoelim与Q的差值经积分环节后，作为定子电流限制的输出Qoegd叠加于电压给定值Ugd，叠加方式是减，即减磁作用，限制无功增大。

定子电流限制有效条件为发电机出口断路器合且当前无功值大于0。当定子电流限制条件不满足时，限制不起作用。定子电流限制动作时，调节器发“A(B)套定子电流限制动作”报警信号，闭锁增磁操作。

6 V/F限制

V/F是电压、频率限制，也是励磁系统的一种限制。当发电机转速降低到一定值时，如果还要维持机端电压，需加励磁电流，容易破坏发电机静态稳定，所以采用V/F限制。当发电机转速降低到一定值，就降低机端电压的标准。

式中，Ug为实测的发电机电压；F(%)为实测的电压频率，以额定频率50Hz为基准的百分数表示；Uglim即为可设定的V/F限制值。V/F限制的输出VFuegd叠加于电压给定值Ugd，叠加方式是减，即减磁作用，限制电压升高。

V/F限制有效条件为发电机出口断路器分、开机令存在且Ug>40%。当V/F限制条件不满足时，限制输出恒为0；V/F限制起作用时，调节器发“V/F限制动作”报警信号，闭锁增磁操作。

7 低频

低频动作条件为发电机出口断路器分、定子电流小于等于10%、无电制动信号、有开机令同时存在。

当前提条件成立且机端电压频率低于45Hz时，低频动作；当条件成立且电压频率大于47.5Hz时，低频信号复归。低频动作后，调节器控制励磁系统进行逆变灭磁，并发“低频”报警信号。

8 结语

随着现代机组容量的增大、高压长距离输电的发展，传统的老式励磁控制系统已不能再满足现代励磁控制系统的设计要求，从而逐渐被快速响应的静止自并励励磁控制系统代替。励磁控制系统的功能配置，EXC9000型静态励磁系统提供了强励限制和过励限制、欠励限制、定子电流限制、V/F限制、低频限制等多种软件控制保护措施，可以更好地稳定电压水平，确保机组更加安全可靠的运行。

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TM311.42

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2095-1809(2015)06-0031-03

王铭懿(1985-)，男，河北唐山人，电气工程师，学士，从事水利发电设备管理工作。