摘要：水轮发电机组空载状态下，对励磁调节器进行了动态试验，测试强励反时限特性，并验证励磁装置强励与过励的功能性试验。
关键词：励磁系统；自并励；强励；过励；反时限
1.励磁调节器组成的元件和限制器概述
EXC9000自并励励磁调节器由调节控制部分、整流部分、灭磁及过压部分组成。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，整体性能比较稳定可靠。
1.1励磁装置元件作用
EXC9000系统主要由调节器、人机界面、对外接口、功率柜、灭磁及过压保护、励磁变压器等组成。调节器作用：调节机端电压与并网系统电压保持基本一致、通过调节维持系统静动态稳定。人机界面：实现调节器与运行操作人员人机的交流（具有显示、操作、报警、故障记忆等功能）。对外接口：接口方式灵活多样，能满足不同监控系统接口的需要，完成各个单元间的信息通讯。功率柜：智能功率柜实现了工况检测智能化、工况显示智能化、信息传输智能化、控制智能化、智能退柜、智能均流。灭磁及过压保护：励磁系统自动正常停机、调节器自动灭磁、事故停机、跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。励磁变压器：用于微机调节器AVR单元的反馈电压测量、FCR单元的过压限制输入信号以及机组频率的检测和机端CT配合后，计算发电机组的有功、无功功率。
1.2强励与过励限制器
同步发电机设置“强励”功能，主要是为了防止失去同期，增加动态稳定性，同时也通过增大故障电流，保证继电保护装置可靠动作。过励限制是为了防止转子绕组过热而损坏，当其电流越过一定的值时，该限制起作用，通过AVR综合放大回路输
出一减小励磁的调节信号。
EXC9000励磁装置强励与过励磁功能是一个重要限制器，当励磁电流大于过励限制值时，开始进行强励反时限计算和计时，并发出“强励动作”报警信号，闭锁增磁操作；在此期间，励磁电流按强励限制值限制。反时限到达后，励磁电流按过励限制值限制，发“过励限制”报警信号，并开始计时，直到冷却时间到达后，才允许再次强励。强励反时限表达公式如下所示：
定义中：IFEL――强励限制值 Tq――最大强励允许时间 IOEL――过励限制值
IL――实际励磁电流值 t――IL下的反时限时间
励磁电流限制器模型如下图1中虚框所示，正常情况下，励磁电流限制器的参考值（励磁电流限制值）ILimit取为强励限制值IFEL，调节器允许强励并对强励时的励磁电流实现瞬时最大限制。强励限制值IFEL一般为额定励磁电流的1.8～2.0倍。当励磁电流超过过励限制值IOEL，并且达到过励反时限计算时间后，励磁电流限制器的参考值ILimit切换为0.95IOEL，把励磁电流限制到0.95IOEL以下，有利于转子内部的过热积累释放。在过励反时限计算动作后，必须等待转子内部的过热积累释放完毕后才允许再次强励，励磁电流限制器的参考值ILimit再切换为强励限制值IFEL。过励反时限计算动作后，把强励限制值IFEL切换为0.95IOEL的过程，需要1.5～3s时间，是为了防止强励限制值突然减小为0.95IOEL时可能引起的过大超调。调节器是否允许强励的标志：励磁电流限制值ILimit取为强励限制值IFEL时允许强励，ILimit切换为过励限制值IOEL时不允许强励。
图1 励磁电流限制器模型
2.强励与过励限制试验方法及数据分析
2.1试验前准备
2.1.1发电机组定子过压定值
在试验工作开展前，为防止发电机空载试验中出现意外工况，而引起发电机定子过压损坏发电机组，而将发电机保护过压定值由原来的1.3倍、0.3s，临时整定为1.1倍、0s；并进行保护传动试验，确保发电机保护装置定值准确并可靠动作于灭磁装置。
2.1.2试验接线
在机组停机态，将励磁电压、励磁电流、机端电压等信号接入WFLC录波仪器，并设置仪器参数。
2.1.3记录初始运行工况
机组空载态，在试验通道进行减磁操作，记录不同机端电压值时的相关励磁电流实际值如表1所示。
表1 不同机端电压下的励磁电流记录表
2.1.4励磁调节器相关定值
将试验通道励磁参数备份，检查备用通道参数无异常。记录励磁调节器强励与过励有关初始定值：强励定值1.8；过励定值1.1；最大强励允许时间10s，冷却时间100s。根据表1记录的运行参数，将试验通道的励磁调节器参数进行修改：阶跃量25%；阶跃时间30s；强励定值1.5；过励定值0.25；最大强励允许时间1s。
2.2试验过程
根据试验前准备，设置参数设置完毕，发电机励磁系统全压起励，人工减磁至机端电压为60%，励磁执行阶跃命令，录波图如图2所示：
图2 强励与过励录波图
2.3试验数据分析
试验录波图分析如下：
（1）励磁电流最高升至0.396%，强励时间24.126s，反时限结束励磁电流降至0.370%过励运行；
（2）从机端电压、励磁电流的动作趋势来看，施加阶跃信号波形开始上升，且未到阶跃时限30s时，波形呈下降趋势，说明此时调节器强励反时限已经结束，励磁调节器按过励限制值对励磁电流进行限制，转子内部的过热积累开始释放。
（3）现地励磁调节柜历史一览表中强励动作至IL限制动作时间如图所示为24.00s。
（4）根据励磁调节器的动作逻辑，计算强励反时限理论时间：
由此可以得出结论：励磁调节器实际动作的强励反时限时间24.126s＞反时限理论值23.190s，励磁电流限制器满足实际运行工况要求。
3.注意事项
本试验在发电机空载运行工况下进行，并且要多次更改调节器参数，还要多次增磁减磁操作和阶跃命令操作，使强励过励限制器动作，所以试验存在较大风险。试验前必须做好事故预想和防范措施，对于随时可能出现定转子过压等都要有应急方案。
（1） 试验前，对保护装置定值、励磁装置的定值进行临时修改时，应提前注意打印留档或电子备份。试验接线需由两人进行，相互进行监督。试验工作台附近配备应急消防设备。
（2） 试验时，检查确认阶跃量和阶跃时间设值正确，才能取消命令锁定；进行阶跃操作时，若出现调节器控制信号励磁电压明显波动的情况，人工将调节器切换到备用通道或手动逆变或跳灭磁开关操作；试验中可能出现的意外工况对现场工作人员进行告知并交代应急处理办法。
（3） 试验结束待机组至停机态，方可进行试验接线的拆除工作，并恢复保护装置、励磁调节器相关初始备份的参数或定值，进行传动试验验证。
参考文献：
[1]发电机励磁系统试验[M]. 竺士章主编. 中国电力出版社，2005
[2]同步发电机励磁系统原理与运行维护[M]. 王君亮. 中国水利水电出版社，2010
[3]发电机励磁系统的设计理念[J]. 熊兴德. 发电设备.2005（06）
[4]大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M]. 高春如. 中国电力出版社，2006
作者简介：
赵喜波（1984），男，大学本科学历，工程师，主要从事水电站设备维护管理工作。
论文作者:赵喜波1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
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