同步电动机励磁自动控制不稳定的原因分析与解决

陈彦（重庆钢铁股份有限公司能源管控中心，重庆长寿　401258）

同步电动机励磁自动控制不稳定的原因分析与解决

陈彦
（重庆钢铁股份有限公司能源管控中心，重庆长寿401258）

【摘要】通过对同步电动机励磁控制回路的检查、分析，测试发现原励磁回路中的功率因数变送器施工接线和DCS相应配置存在问题。经过原因分析查找，解决了励磁自动控制极为不稳异常现象，满足了设备正常运行需要。

【关键词】励磁；功率因数；变送器；自动控制

Analysis and Solution of Unstable Automatic Excitation Control of Synchronous Motor

CHEN Yan
(The Energy Control Center of Chongqing Iron and Steel Co., Ltd., Changshou, Chongqing 401258, China)

【Abstract】Problems in the wiring of power factor transducer in original excitation circuit and corresponding DCS configuration were found during inspection, analysis and testing of synchronous motor excitation control circuit. Through cause analysis the abnormality of extremely unstable excitation automatic control was solved, meeting the requirement of normal equipment operation.

【Key words】excitation; power factor; transducer; automatic control

1　概述

同步电动机的运行功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用同步电动机可以提高运行效率。大型同步电动机在电网中的稳定运行，特别是励磁系统的稳定运行，既可保证调节电网的功率因数，提高电网的品质，又可在超前运行情况下，减少无功补偿设施的投资，但如同步电动机励磁控制不稳定反而会给电网带来危害，影响系统安全稳定和自身设备运行的可靠性。

2　存在的问题和可能原因

冶金行业同步电动机在电网运行中均采用超前运行，为保证运行的稳定，选择定功率因数的自动控制方式。随电机所带负荷的变化自动跟踪调节励磁，满足人为设定的所选功率因数值。重钢某台大型同步电动机组建成投运后，在正常运行中采用的超前自动控制励磁方式，一般运行较为正常，但出现过多次负荷波动变化较大之后励磁调节控制失控、功率因数失常的现象。但人为操控转化为手动控制后，人为调节励磁（增加或减少励磁）则可满足运行稳定的要求。

鉴于自动控制励磁在负荷波动变化较大的情况下不能稳定调节的现象，分析是电机励磁自动控制回路或是检测判断回路有异常，或控制设备存在问题；或者是DCS的设定范围与检测功率因数的变送器输出范围不一致。

3　分析和处理解决措施

根据存在的问题和反映的现象，手动操控励磁基本无异常则其励磁本身的控制回路等应无问题；而只是在自动控制情况下负荷波动变化较大时才出现控制异常，问题则主要应考虑自动控制部分的检测判断输出和给定配置等部分可能存在异常。

为此，经初步分析认为，应检查判断功率因数检测变送器、DCS的设定以及自动控制逻辑回路等。

故在不改变原有的基础上，将励磁投在手动控制位置，稳定电机有功负荷后，调整功率因数设在超前0.92稳定后开始试验。所测数据如表1。

从表1可以发现：（1）功率因数变送器的输出值与厂家资料标注不一致；（2）控制器显示值与指针表不很相符，且控制器未能显示出电机滞后运行状态的功率因数值。

表1　功率因数设在超前0.92时增励减励试验数据

于是，首先对检测的功率功率因数变送器根据厂家资料用保护校核仪进行校核确认，其测试结果见表2。

表2　功率因数变送器测试情况表

从表2发现，变送器测试输出值与厂家所附资料相符，其范围为超前60°~0和滞后0~60°时输出为4~12和12~20 mA，同时测试发现变送器检测的判断是以第一相电压和输入的电流相比较进行测量检测并变换输出。从而可以判定功率因数变送器本身设备无问题。

结合表1与表2，功率因数变送器的输出值在现场实际状态试验所测与测试所测数据不相符，则很有可能是现场施工时未按厂家资料要求配接线，从而造成检测的电压与电流不相等所致。

经现场实际检查核实接线并校核判断，其功率因数变送器的原施工时的实际接线如图1。

图1　现场实际接线图

根据表2测试所得，从图1看出功率因数变送器的接线明显有问题，同时结合厂家资料，接线柱12应接电流的同名端。于是根据表2和厂家资料，将功率因数变送器的正确接线更正为图2。

图2　更正后的接线图

同时，根据表1的显示，对同步电动机励磁控制器的功率因数显示值是否与变送器输出相对应进行了检查校核并调校设定，如表3。

表3　检查校核并调校设定值

从表3可以发现，功率因数变送器输出与控制器显示的值出入较大，从而也影响了人为设定的控制值，所设定的期望值其实与实际值相差甚远。

经调校设定后，励磁控制器显示测试情况如表4。

表4　调校设定后试验表

关于DCS的控制设定范围是否与功率因数变送器检测输出范围一致，清理其原程序设定，发现设定4~20 mA对应功率因数为0.5~1，即只有超前60°~0，与电气工艺实际和变送器检测输出不匹配。经修改程序，重新更正设定对应范围为20- 12- 4 mA与- 0.5- 1- 0.5，即滞后60°- 0- 60°超前。

经过以上测试、检查发现问题并分析处理解决后，静态模拟实验励磁控制器自动控制情况，所测数据等如表5。

表5　励磁控制器自动控制模拟试验表

从表5可见，人为设定目标后与自动控制趋势相符，基本满足控制要求。于是开机动态监测和实际检测数据，如表6。

表6　开机后测试和相关数据表

经仪器测试，在其过程中的一次测得相量图相角数据如图3。

图3　功角关系图

4　结论和经验总结

4.1造成同步电动机励磁自动控制在负荷波动较大时不稳定的原因是变送器配接线有误和DCS设置的对应关系以及显示未校核所致。负荷在小范围内波动自动控制能满足运行要求，恰好是各种错误后的巧合满足了运行控制条件。由图3和根据表1，原施工接线图1即变送器检测的是C相电压与B相反向的电流的相角。当真实的相角运行在超前角度时，检测到的相角却是滞后的；如当突变负载时，刚好越过了巧合范围导致自动控制异常，严重加载时，真实的相角会在滞后状态运行而变送器实际检测的却超出了其额定滞后60°范围。

4.2对于电气参数的检测变送器等的所有电气接线，施工时应严格按厂家资料进行配接线，同时应校核确保所接的电压、电流回路相序、极性正确。同时所选仪表应经调校、校核后使用，确保施工质量满足规范要求。

4.3DCS系统的程序涉及到其他相关工艺的设置参数范围时应与相关专业人员核实，所设置的设定范围要与所选设备和工艺匹配。

制氧

作者简介：陈彦（1971-），男，大学本科学历，高级工程师，现从事电气控制技术管理工作。

收稿日期：2015－01－30

【中图分类号】TM341

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)04-0021-03