开关式励磁调节器在中小机组及老机组中应用

新疆地域辽阔、负荷分散，目前仍有很多独立的小型电网和孤立运行供电的电厂及企业自备电厂。虽然我国的能源政策限制中、小型火电机组的发展，但在一些边远地区的独立中、小电网、采用热电联产的城市供热机组、企业的自备电站以及利用余热的发电厂中，仍需要安装一定数量的中、小型发电机组。励磁系统对当地的机组安全和电压质量影响尤为突出，因此选用优良可靠的自动励磁调节装置更为重要。

近几年来，随着大电网的发展以及现代电子技术的进步，针对大机组和大电网特点的各种类型的具有复杂功能的自动励磁装置乃至微机式励磁装置迅速发展，广泛应用到大容量发电机中，对提高发电机运行性能和电力系统的稳定性发挥了重要作用，但是针对老技术机组的改造及中、小型发电机励磁系统特点的科研成果却很少。 针对新疆区内中小机组及老机组多和励磁系统存在的问题，自治区电力试验研究所的研制开发了应用于中小发电机组及老机组的JL型开关式励磁调节器。对区内外60MW以下40余台中、小发电机组及老发电机组的励磁系统进行了技术改造，取得了明显的安全和经济效益，受到现场的欢迎。

2 工作原理

2．1 开关式励磁调节器

传统相复励式调节器由于是采用磁放大器，利用铁芯的磁饱和特性进行电压测量、误差放大和电流控制，因此调节低。特别是其测量变压器的饱和度不仅取决于电压的高低，还对频率敏感，在某些事故情况下造成局部电网频率升高或降低时，更会加大电压调节误差；由于没有采取有效的稳定措施，调节器运行稳定性较差，经常发生无功电压摆动、并列机组间抢无功等，严重时影响发电机组正常运行；同时阶跃响应超调量大、摆动时间长等。

JL型开关式励磁调节器是根据发电机端电压偏差进行自动调节的，励磁主回路采用大功率晶体管开关电路串联接人励磁机磁场回路。通过脉宽调制即控制晶体管开关的导通比，改变在磁场绕组上的平均电压，从而控制和调节励磁电流。

在一个开关周期内，开关晶体管导通与截止的时间不同，即导通比不同，则加在励磁绕组上的平均电压就不同。由于晶体管开关工作的频率相当高，而励磁绕组又有很大的电感，励磁绕组中的电流是相当平稳的直流。只要控制开关晶体管的导通比，即可控制发电机的励磁电流。当开关导通时，发电机处于强励状态；而当晶体管全截止时，发电机即强减励磁状态，因此开关式励磁调节器可以方便的在发电机强励至强减的整个范围内连续调节。

为适应中、小发电机简化线路的要求，励磁控制回路采用新的控制方法，由测量电压比较直接触发控制开关电路，完成脉宽调制，无需开关电路通常用的可控振荡器，也不需要单独的直流工作电源，减少了励磁控制的中间环节和时间常数。同时根据中、小发电机组的励
磁特点，设置了无功调差和低励限制环节，以满足发电机调差率整定和进相运行调压的要求。励磁装置主要由测量比较、无功调差、低励限制、稳定环节、开关控制和功率输出等环节组成。图1为励磁回路的原理框图。

由于采用大功率电力晶体积管模块IGBT作为控制开关，可控制的电流很大，能方便地与各种容量的发电机配套。

2．2 无功调差和低励限制电路
2．2．1 无功调差电路

JK型开关励磁调节器中设有无功调差电路，其工作原理是在电压测量回路中附加一个与发电机电流成比例的电压，使测量回路感受的电压不但反映发电机电压的高低，而且能随发电机的无功电流有所变化，通过励磁装置去控制发电机的励磁电流，得到相应的调差系数。附加电压是由发电机电流互感回路所取得的电流再串接于电压测量回路的调差电阻上产生的电压降。

当多台发电机并列在同一母线时，如果励磁装置调压很高，机组间的无功功率分配容易不稳定，这时可接人正调差系数。

正调差接线测量单元感受电压：

当发电机纯有功负荷时，测量单元感受电压与发电机电压基本相等，即调差电路不反映有功电流；而当发电机带无功荷时，测量电压感受电压高于发电机的电压，且与无功电流大小有关。当发电机无功电流增大时，测量便会通过励磁装置适当降低发电机的励磁，使无功功率减少；反之会自动增加无功，从而稳定发电机的无功功率。

如果发电机经升压变压器在高压母线并列或独立运行，考虑到无功电流在变压器漏抗产生压降，增大了高压母线的调差率，这时也可接人负调差系数，补偿变压器压降，提高高压母线上的调压。负调差接线时，其负调差系数不可大于励磁装置的自然调差率。 负调差接线时，附加电压极性与正调差时相反，即：

分析向量可知，测量单元感受电压Uaˊ，Uaˊ，Ucˊ，随无功电流的增大而减少，励磁装置将进一步增加发电机的励磁，以补偿变压器压降。

2．2．2 低励限制电路

JK型开关励磁调节器中有低励限制电路，其工作原理是模拟发电机功率极限圆图设计的。电路采用比较原理，将BC相电压的一部分与A相电流在限制电阻产生的电压向量之和，取其并与BC相电压相比较，其动作条件：

当发电机迟相运行时，电流滞后于电压，合成电压。限制电路不动作，不影响发电机正常励磁调节，当发电机无功降低直到进，︱kUbc+Ia·Rx︱＞︱Ubc︱相运行，合成动作电压逐步增大，当进相到一定的深度，限制环节即有输出，使励磁电流增加，限制励磁降低，进相愈深，限制愈强，保证了发电机的稳定运行。

调整分压比屡的大小以及兄的阻值，即可整定励限制的动作值和灵敏度。

3 JL型开关式励磁调节器的主要特点

3．1 调节性能优良

该励磁调节器采用的电力电子开关调节技术，并首创采用测量电压直接触发控制开关导通比，反应速度快、调节高、运行稳定。主要性能指标均达到或超过国家标准(GBl4258-93)的要求，远优于电磁型励磁调节器，能有效改善中、小发电机和老机组的励磁性能，提高发电机和局部电网的电压质量和稳定性。

3．2 设备简单、使用方便、运行可靠

装置由于采用独特的控制方法，无需专用直流电源，励磁控制环节大为简化，因而设备简单、体积小巧，安装、调试、操作、维护都十分简便，容易掌握和使用。特别是针对相复励励磁装置的接线设计，使之不仅与传统的励磁系统设计接口容易，也很适合对老式电磁式励磁系统的技术改造。 3．3 具有无功调差、低励限制功能

装置增加了一般中小发电机励磁装置没有的无功调差和低励限制功能，能稳定分配并列发电机组间的无功功率，防止操作不当或电压异常升高引起的发电机失磁、失步，并能满足某些发电机组进相运行调差的需要，进一步提高了励磁调节性能和可靠性。

3．4 输出功率大、适用范围广、配套容易

励磁装置的功率元件串接于励磁机磁场回路，不需从电压互感器及电流互感器汲取功率，其输出电流、电压仅取决于功率元件的参数，装置的允许输出电流可达30～60A，可满足直流励磁机励磁方式的各种容量发电机的需要。

4 JL型开关式励磁调节器在实际中的应用

几型开关式励磁调节器从研制开发、首台装置投入运行至今已近十年，在新疆红雁池电厂、后峡电厂等多家电厂中安装并投入运行。从运行实践看，该装置电路简单、适用范围广、稳定性好，调试简单，且具有免维护特性，无须每年复检，大大减轻了检修人员的调试和维护工作量，用户反映良好。

由于JL型开关式励磁调节器采用了的电力电子技术，设备小巧，接线简单，组屏灵活，因此可单独组屏，也可与其他自动装置一起组屏，安装在发电机控制室内。 5 结 语
通过近几年的实践证明，JL型开关式自动励磁调节器技术先进、设备简单、运行可靠，是中、小发电机组和老机组励磁设备较理想的升级换代产品，值得在中、小发电机组和老发电机组技术改造中推广应用。