可控硅励磁装置残压起励研究与实现

2015-05-24董彩宏葛艳蕊

小水电 2015年1期

关键词：直流电源厂用电励磁

董彩宏，葛艳蕊，管恩

可控硅励磁装置残压起励研究与实现

董彩宏，葛艳蕊，管恩

（石家庄科林电气股份有限公司，河北石家庄050222）

介绍1种简单可靠的自并励发电机利用具有自配套电池的UPS和开关电源构成的辅助起励电路，该电路使得一些中小型水电站在无直流屏和厂用电的情况下可对发电机进行自并励发电，相对于利用外部电源或者蓄电池进行辅助起励，节约了成本，且操作简单。图3幅。

中小型水电站；自并励发电机；可控硅；励磁系统

1 概述

在自并励励磁系统中，发电机起励方式有直流电源起励、交流电源起励及残压起励。前二者是在发电机具备升压条件后，给转子线圈注入一定的直流电流给转子充磁，经发电机转子定子电枢反应，使发电机端产生电压而使发电机建压的过程。而残压起励是当发电机端残压达到一定值时，利用残压起励装置，在有或无外界助磁的情况下，发电机自动建压的过程。

无残压起励功能时，交流或直流起励需对转子提供一定的电流，该电流最大允许达发电机空载额定电流10%，起励时将对电厂的直流或交流供电系统造成冲击。因起动的发电机组转子中存在剩磁，发电机空转后机端便有残压，为残压起励创造了条件，所以发电机组在起励时最好是具有残压起励功能，而辅助电源起励只在发电机初次充磁及机端残压不足以进行残压起励时才投入。

2 残压起励原理

2.1 直流电源起励

下图中起励电源用厂用直流电源，称为直流起励（见图1）。图中KM为起励接触器，担任起励回路的投入与切除；二极管V的作用是防止发电机建压过程中向直流电源方向充电，引起直流电源的过电压导致直流系统及相关设备的损坏；电阻R为限流电阻，用于限制初励电流的大小。

直流电源起励将增加厂用蓄电池的负担。

图1 自并励系统直流起励接线原理

2.2 交流电源起励

下图中起励电源用厂用交流电源，经整流后提供励磁电流，称为交流起励（见图2）。采用交流电源起励，当厂用电消失时机组便不能起励，对于与系统联系较弱的电站，应慎重考虑此种方式。

2.3 残压起励原理

在一些中、小型水电站中，尤其是单机容量在1000kW及以下的小型水电站中，为了节约电站成本，省去对直流电源系统的采购，换为UPS（不间断电源）来对励磁调节器和一些保护设备提供工作电源；由于UPS本身容量的限制，不适合直接当做起励电源。这时，我们针对上述两种电源他励起励的自并励的方式，进行了改进。利用站内配置的UPS以及新增1个开关电源构成起励回路，这样就可以实现在电网停电且没有直流电源系统的情况下对机组进行起励建压到发电完成的操作（见图3）。

图2 自并励系统交流起励接线原理

图3 开关电源残压起励接线

2.3.1 主要设备

（1）UPS。提供励磁设备和其他保护设备的工作电源，另外给开关电源提供220V的电源。容量根据实际情况选取，在本系统中UPS的容量最小配置1kW即可满足要求，一般情况下电站的监控系统中都配置1～5kW的UPS。

（2）开关电源。提供发电机转子线圈所需的直流电压。电压变换为AC220V／DC12V，能满足给发电机转子助磁效果，节约了成本。开关电源的容量选择根据发电机励磁电流的大小进行选择，范围一般为200～500W。

（3）V为二极管。防止发电机建压过程中的反充电。

（4）KM。调节器控制的起励继电器触点。2.3.2 工作原理

正常开机，按下起机令后5s内，调节器给三相整流桥上加的触发脉冲为2000Hz的高脉冲列，促使晶闸管在低电压时导通，相当于三相全控桥变为三相不可控桥，达到残压起励的目的。如果发电机电压达到15%额定电压，则高频脉冲列立即停止，代替的为正常的触发脉冲。

如果5s后，发电机电压还没有达到15%，则调节器程序控制启动起励继电器，通过其触点KM投入附加的开关电源直流起励。例如，某水电站发电机铭牌励磁值为50V、200A，则其在正常工作下，励磁电压在20～30V之间；我们所加的开关电源回路中输出12V直流电给发电机转子线圈，足以使发电机端电压迅速上升，而且回路中起始电流在12～20A之间，在额定励磁电流值10%以内。此时，励磁变二次侧电压通过三相不可控桥整流输送给发电机转子线圈，当发电机机端电压达到15%额定电压后，高频脉冲列停止，转为正常的触发脉冲，起励继电器自动返回。

如果10s后，发电机电压仍然没有建立，则本通道立即退出运行，并发“起励失败”信号。

这套改进系统和蓄电池辅助起励电路比较，省掉了厂用电和笨重、昂贵且难维护的蓄电池，取而代之的是更为经济可靠的UPS和开关电源。对于中小型机组的起励电路而言，已经可以向辅助起励蓄电池说不了。更重要的是，通过此次改进，解决了许多中、小型水电站在没有厂用电和直流屏的情况下水轮发电机组如何进行发电的问题。