浅谈应急柴油发电机组励磁系统试验

何洋　赵江　韩瑜

【摘 要】励磁系统作为6.3kV应急柴油发电机组的重要组成部分，在调试试验时应充分验证各功能的正确性。本文主要阐述了励磁系统各控制板卡的静态试验方法以及试验过程中的注意事项以达到验证了励磁系统可用性的目的。

【关键词】励磁；ALSTOM；低励

1 励磁控制系统简介

我厂应急柴油发电机组采用ALSTOM励磁控制系统，其具有操作简单，性能可靠等特点。该系统包括一个自动电压调节通道和一个手动励磁电流调节通道，在运行时两者互相跟踪，保证通道切换时的平稳性。励磁控制系统主要包括电源卡、手动设置卡、自动设置卡、手动调节卡、自动调节卡以及低励限制卡。

2 励磁系统调试

2.1 电源卡A76

电源卡需要检查在额定交流电压输入时其输出的直流电压是否满足要求，同时要需要通过调整输入交流电压大小确定其输出直流电压的对应关系。通过试验得出：A76卡在交流电压输入45V左右开始有直流电压输出，当交流电压输入到达117V时，A76卡的输出达到最大值，即正负15V。

2.2 手动设置卡测试

手动设置卡的主要作用向手动调节卡输出励磁电流参考值，所以试验时主要测量其输出量Uref，即其试验报告中的M1点。励磁电流参考值Uref的变化范围为0V～3.3V（分别对应于0%Ifn和110%Ifn），所以在调试时需要通过手动按面板上的增减磁按钮改变Uref以确定该输出的实际输出范围，通过测试我们得到的变化范围为0V～3.298V。该板卡的另一项功能是在柴油机空载情况下起励后需输出一个预设值Uref=1.44V，使发电机空载时机端为6.3kV，通过测试，我们得到的预设值为1.452V。

2.3 自动设置卡测试

自动设置卡的功能与手动设置卡类似，即向自动调节卡输出一个电压参考值，其输出Uref的输出范围为4.5V～5.5V（分别对应90%Un和110%Un），该范围也是通过按面板上的增减磁按钮看其变化范围，通过测试，我们得到的实际变化范围为4.50V～5.50V。与手动设置卡类似，自动设置卡的另一项功能是在发电机起励或者由手动通道切换到自动通道时向自动调节卡输出一个预设值5V（对应于100%Un），通过测试我们得到的结果为5.0V。

2.4 手动调节卡测试

手动调节卡的功能是通过比较励磁电流采样值经转换成电压后的值与手动设置卡输出的考值Uref进行比较，根据其输出值Vc来调整整流桥可控硅的开度达到调节励磁电流大小的目的。励磁电流采样值IF的变化范围为0V～-3V（分别对应励磁电流为0A和Ifn=6.32A），经过测试我们得到的实际变化范围为-0.16V～-3.045V。

调节手动设置卡的励磁电流参考值至一个特定值，例如1.5V，根据估算，此时如果励磁电流采样值为3.2A时，其对应的IF也大约为1.5V，此时手动调节卡的输出Vc的值应变化的较慢，即调节卡的调节力度较小，若此时减小励磁电流值至2A，则调节卡的输出应快速向正值变化，当调节励磁电流至大于3.2A的某一个值时，调节卡的输出应快速向负值变化。通过试验，调节卡的输出大约变化范围为-12.85～+14.45V，当正常运行时该变化范围大约为-1～+1之间。

2.5 自动调节卡测试

自动调节卡的功能是根据自动设置卡给出的电压参考值与机端电压采样值间的差值大小调节励磁电流大小从而改变机端电压大小。自动调节卡的测试项目包括VT和IF。VT即机端电压的采样值应为5V（即对应于6.3kV），通过测试我们得到的实际值为4.96V，励磁电流采样值应为3V（对应于Ifn=6.32A），实际得到的IF为2.98V。

1）自动调节卡的过励限制功能测试

过励限制是当发电机励磁电流大于1.1倍额定励磁电流时，该功能触发，以降低A36输出控制电压Vc1，从而降低励磁电流值。在没有机端电压采集的情况下（即继电保护测试仪没有输出）可以测得Vc1的输出大约为12.85V，此时用直流发生器模拟励磁机的励磁电流，逐渐增大励磁电流至6.3A左右，Vc1的输出保持稳定，但会逐渐下降至大约8.2V左右，继续增大至7A，Vc1开始持续下降并最终稳定在-12.85，同时A36卡上的LIM灯亮，说明自动调节卡上的过励限制动作，即验证了自动电压调节卡的过励限制功能以及其动作值的正确性。

2）自动调节卡的强励功能测试

在没有机端电压采样的情况下，Vc1的输出大约为12.85V，此时用继电保护测试仪向调节卡输入约50V左右的电压，然后调节励磁电流输入至2.53A左右，此时可以看出Vc1的输出将稳定在9.2左右，说明此时需要增加励磁电流。模拟励磁电流至7.0A后，如上述一样将发生过励限制动作，Vc1将快速降低至-12.85。此时在继保仪上模拟电压突降，即将继电保护测试仪输出突然减少至30V左右，可以看出Vc1的输出瞬间增加到12.85，持续时间大约为5s，在强励过程中可以看到过励限制灯LIM将熄灭。

2.6 低励限制卡测试

低励限制卡的功能是在发电机进相运行深度过大时将发电机的运行点拉回至低励限制曲线的右方。低励限制的的测试功能包括功率值采样及低励限制曲线的确定。

1）功率采样验证

功率值采样需测试三个点，即发电机发出纯有功、发电机发出纯无功及发电机吸收纯无功。当发电机吸收纯无功时，根据发电机的额定视在功率为7875kVA，其电流应为：

I=■=4.51A

所以在试验时用继保仪向限制卡输入三相57.74V正序电压，保持B相相角为-120°，使继保仪的电流输入为B相交流电流4.5∠-30°，此时电流相角超前电压相角90°，发电机吸收纯无功。低励限制卡上的IDW电压应为-5.0V，试验时测得的实际电压为-5.003V。同理，当发电机发出纯无功时保持电压的幅值及相角不变，仅需改变电流相角至4.5∠-210°，此时电流相角落后于电压相角90°，发电机发出纯无功，测量点IDW的理论值应为+5.0V，实际试验的电压为+5.0V。当发电机发出纯有功时，改变电流相角至4.5∠-120°，此时电压与电流同相位，发电机发出纯有功，测量点︳IW︳的理论值为+5V，试验时的实际测量值为+5.00V。

2）低励限制曲线的试验

在该发电机的低励限制保护中，其限制曲线为一条直线，我们通过发电机P-Q曲线上的两个点确定该直线，其坐标分别为（0，-6.057）和（3.17，-5.497）。

第一个点的验证只需模拟发电机发出纯无功，直至限制卡上的LIM亮起就说明该值为实际的动作值。用继保仪输出三相交流57.74V正序电压，使Ub=57.74∠-120°，使Ib=0∠-30°，在保持电压和电流相角均不变的情况下逐渐增大Ib的幅值，即模拟此时发电机的运行点在Q轴上由零点逐渐向负值运动，直至限制卡上的LIM灯亮起。在实际试验时我们得到的Ib动作值为3.47A，所以此时发电机的功率如下：

可以看出，实际的动作值与理论动作值基本一致。在第二个动作点时发电机为输出有功，吸收无功，所以电流相角应超前电压相角。在做试验时需保持Ub=57.74∠-120°，Ib=0∠-60°，然后逐渐增大Ib的电流即可模拟发电机的视在功率S的运行轨迹为一条直线，当限制卡的LIM灯亮起时即表明S的运动轨迹与低励限制线相交。通过试验，我们得到的动作电流为3.64A，所以此时发电机的功率如下：

3 结束语

励磁系统作为应急柴油发电机组的重要组成部分，正确的试验方法能够有效验证励磁系统各功能的正确性，保证柴油发电机组的可靠性。通过本文对各励磁控制板卡试验方法的详细阐述可以在后续运行期间励磁卡件更换后的验证以及机组大修时的功能验证进行参考，保证励磁系统各功能的有效验证。