董小亮

摘 要：同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，其在小型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的作用也不可小覷，既影響了發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，又直接決定著電網(wǎng)電能質(zhì)量。因此，發(fā)電廠長期的核心任務(wù)自然就是維持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，其中，判斷和研究發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的運(yùn)行至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)；電能質(zhì)量；影響

中圖分類號： TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-195-2

1 勵(lì)磁系統(tǒng)的概述

1.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的定義

勵(lì)磁系統(tǒng)（excitation system）是同步發(fā)電機(jī)中的重要元件，它不僅能為同步發(fā)電機(jī)提供電機(jī)磁場電流也能供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源。它既包括調(diào)節(jié)與控制元件，又包括磁場放電裝置、保護(hù)裝置等。通常來說，功率輸出及其相關(guān)的控制元件組成了電力工程中所使用的勵(lì)磁系統(tǒng)。使人們在運(yùn)行電力系統(tǒng)時(shí)能夠更好地保護(hù)并控制發(fā)電設(shè)施，使之不受外界因素的干擾，從而避免出現(xiàn)使用故障問題。勵(lì)磁系統(tǒng)目前在電力工程建設(shè)中處于重要的位置，并且已在實(shí)際工作中得到廣泛應(yīng)用，可以提高電力系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性。

1.2 勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理

電力半導(dǎo)體材料組成了勵(lì)磁系統(tǒng)中的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)。這種材料使得勵(lì)磁系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中能夠保證其對發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)換質(zhì)量。同時(shí)，轉(zhuǎn)換形式呈現(xiàn)了較高的豐富性，例如，它可以將電路中的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，這樣就使改變整個(gè)電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)可能性變大，進(jìn)而達(dá)到提高工作性能的目的。另外，交流電和直流電的轉(zhuǎn)換是雙向的，發(fā)電機(jī)需要優(yōu)化工作性能時(shí)，就要整體調(diào)整電力設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)，以便使其達(dá)到最好的工作狀態(tài)。還要在減磁處理的同時(shí)儲(chǔ)存發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的能量，以使其能夠保證發(fā)電機(jī)的正常工作。

1.3 勵(lì)磁機(jī)

同步電機(jī)電源系統(tǒng)是勵(lì)磁機(jī)，而該電源系統(tǒng)能夠提供磁場電流，也就是說，勵(lì)磁機(jī)即是生活中所用的直流發(fā)電機(jī)。一般來說，勵(lì)磁機(jī)在運(yùn)作時(shí)，主要采用自勵(lì)和它勵(lì)兩種勵(lì)磁方式。自勵(lì)勵(lì)磁主要采用磁極中存在的剩磁產(chǎn)生勵(lì)磁電流，從而更加有效地控制并管理發(fā)電機(jī)。電廠發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制方式大都采用自勵(lì)勵(lì)磁的方式，該方式能夠使勵(lì)磁系統(tǒng)工作性能的優(yōu)化功能進(jìn)一步強(qiáng)化，從而保障發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性，并提高電能的質(zhì)量。

1.4 電能質(zhì)量組成部分

電能質(zhì)量（Power Quality）是指進(jìn)行高質(zhì)量供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量四個(gè)部分。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用

2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用

①勵(lì)磁系統(tǒng)能夠隨著發(fā)電機(jī)負(fù)荷的改變來調(diào)控勵(lì)磁電流，從而使機(jī)端電壓的穩(wěn)定性得以保證；②控制無功功率的完成并控制運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)之間的分配；③在并列運(yùn)行過程中提高發(fā)電機(jī)的動(dòng)、靜態(tài)穩(wěn)定性；④能在發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)采取滅磁的方式對電機(jī)實(shí)施保護(hù)，達(dá)到降低故障損失的目的。

2.2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用

目前發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由以下幾個(gè)方面組成。

①電力系統(tǒng)穩(wěn)定性包括機(jī)電、電壓和頻率等多個(gè)方面。其中，機(jī)電穩(wěn)定又具體包括動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定三種。而勵(lì)磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)，該控制系統(tǒng)在改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面是最為簡單有效的方式。②性能良好的勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠在短路故障期間以及后來的一段時(shí)間內(nèi)維持電力系統(tǒng)的電壓。故障發(fā)生時(shí)，所需要做的就是加速電壓的恢復(fù)，而同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改善了勵(lì)磁系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，從而使電力設(shè)備正常地運(yùn)行。

3 勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量相關(guān)關(guān)系

①勵(lì)磁機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定促使發(fā)電機(jī)無功擺動(dòng)，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)電能質(zhì)量；②發(fā)電機(jī)間無功分配是由系統(tǒng)電壓的變化引起的，具體表現(xiàn)為：系統(tǒng)電壓微小變化的發(fā)生，將引起發(fā)電機(jī)的無功發(fā)生很大的變化，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的化變；③勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁機(jī)以及二次回路的短缺將會(huì)使發(fā)電機(jī)的輸出電壓發(fā)生波動(dòng)，從而降低發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量。

4 控制勵(lì)磁系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的方法

①添加磁極墊片。導(dǎo)入良性導(dǎo)磁材料在磁極的極靴下，從而縮小勵(lì)磁磁場之間的縫隙，達(dá)到保證勵(lì)磁機(jī)所輸出電壓穩(wěn)定性的目的。②調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路磁場中的電阻并在兩端并聯(lián)一個(gè)大小適合的阻性負(fù)載電阻。合適的阻性電阻的種類很多，如可以使用白熾燈泡來當(dāng)作阻性負(fù)載，考慮到白熾燈在發(fā)熱后會(huì)發(fā)生非線性的變化，這樣就在場阻線與勵(lì)磁特性之間產(chǎn)生一個(gè)很大的交角，從而得到一個(gè)明顯的且與空載特性曲線相交的點(diǎn)，恰巧就是這個(gè)交點(diǎn)使勵(lì)磁機(jī)在較低電壓時(shí)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性得以保證。③采用發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。該裝置調(diào)節(jié)方式具有豐富性，如恒無功、恒功率參數(shù)等，這些調(diào)節(jié)方式幫助改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及暫態(tài)反應(yīng)能力并且也增加了解決發(fā)電機(jī)的電能質(zhì)量問題的可能性。但是，要達(dá)到滿足用戶對于電能質(zhì)量的要求，應(yīng)保持發(fā)電機(jī)的端電壓不變的方式，并隨著無功電流的變化來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流可以提高發(fā)電廠電能生產(chǎn)的質(zhì)量，因而其在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中的使用具有重要作用。一般情況下，勵(lì)磁電流通常會(huì)采用改進(jìn)的勵(lì)磁機(jī)的方式，而非直接流入到發(fā)電機(jī)組中，這有效地控制管理了勵(lì)磁回路，進(jìn)而使整個(gè)電力發(fā)電機(jī)組的工作性能得以保證。因此，在對整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行控制管理時(shí)，應(yīng)對電源調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等控制問題加以注意，從而以此來保證發(fā)電機(jī)的電能質(zhì)量。現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)也在勵(lì)磁系統(tǒng)中開始應(yīng)用，來優(yōu)化處理勵(lì)磁系統(tǒng)，來保證工作狀態(tài)的靜態(tài)平衡。

5 控制勵(lì)磁系統(tǒng)提高電能質(zhì)量的途徑

5.1 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的途徑

通常情況下，在改變處理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流時(shí)，并不是在轉(zhuǎn)子回路上進(jìn)行直接處理。其主要原因是，回路環(huán)節(jié)中所表現(xiàn)出來的相關(guān)勵(lì)磁狀況的變化比較大，從而促使這些調(diào)節(jié)沒有辦法法得以有效實(shí)施。一般采取的措施是調(diào)節(jié)并改善勵(lì)磁機(jī)運(yùn)行過程中的勵(lì)磁電流，進(jìn)而促使發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行過程中的相關(guān)轉(zhuǎn)子電流的實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)常采取的措施是對回路中出現(xiàn)的電阻進(jìn)行直接檢查，確?；芈冯娮璩霈F(xiàn)在發(fā)電機(jī)運(yùn)作過程中，進(jìn)而保證勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部的相關(guān)勵(lì)磁電流可以有效地來進(jìn)行改變，從而將其變?yōu)楦郊觿?lì)磁，尤其是可控硅導(dǎo)通角等。且在這個(gè)環(huán)節(jié)中，對可控硅導(dǎo)通角的轉(zhuǎn)變是其中最為核心的一個(gè)措施。在執(zhí)行該措施的實(shí)際過程中，同時(shí)包括電壓、功率、電容等多方面的變化，可以看出對轉(zhuǎn)換可控制硅整流器涉及的導(dǎo)通角進(jìn)行轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流也發(fā)生轉(zhuǎn)變。

5.2 增加附加勵(lì)磁控制通道的方法

在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，增加其他控制信號是處理電壓調(diào)節(jié)精確度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的比較有效措施。另外，控制信號不會(huì)對電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機(jī)端電壓水平的能力產(chǎn)生阻礙作用，因此也不會(huì)改變其控制的重要地位。所以，這種控制方式又被稱為附加勵(lì)磁控制。

6 結(jié)語

人們將勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用到該運(yùn)行過程中，并對其電能質(zhì)量進(jìn)行了有效的控制管理，從而使其不僅有利于發(fā)電機(jī)組的良好調(diào)節(jié)，并使其穩(wěn)定性得以保證，同時(shí)還對發(fā)電機(jī)發(fā)電的電能質(zhì)量的提高起到作用，使人們?nèi)粘Ｉ钜约敖?jīng)濟(jì)社會(huì)生產(chǎn)等相關(guān)的諸多要求在系統(tǒng)的應(yīng)用中得以滿足。與此同時(shí)，將新的科技應(yīng)用于發(fā)電機(jī)發(fā)電的運(yùn)行過程中，不僅實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化處理勵(lì)磁系統(tǒng)的目的，同時(shí)也使我國電力行業(yè)得以快速發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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