热电机组应该推广无刷励磁.doc

热电机组应推广无刷励磁 陈尊理1.前言： 热电联产作为我国一贯提倡的一种通用节能技术，正受到广泛的关注和重视。热电联产在节约能源、提高能源效率、降低污染、保护环境等方面都有非常显著的效果。热电机组的发电机励磁系统也应该引进新的技术，以提高励磁系统运行的安全性、平稳性、可靠性。根据有关统计资料，发电系统的电气故障，70%出现在励磁系统。励磁系统说起来只是一个辅助系统，许多非电气专业的人对励磁系统的故障还不能理解，而励磁系统的故障和事故由于原因分析难，问题处理时间长，搞得不少热电厂电气人员痛苦不堪。所以励磁系统的性能稳定、安全可靠是热电机组能否安全运行、充分发挥经济效益和社会效率的重点之一。2.在热电机组中大力推广无刷励磁：2.1无刷励磁系统组成： MAVRGEPMAVR自动电压调节器 G发电机 E主励磁机 P永磁副励磁机图1 无刷励磁系统原理图一般无刷励磁系统有永磁副励磁机（或串复励系统）、主励磁机和自动电压、频率调节器三部分组成，见图1所示。2.2无刷励磁系统简介： 无刷励磁系统是大型火电机组常用的一种励磁方式。无刷励磁系统的原理并不新，很早就有了这种想法。但是直到现代半导体技术发展到能够利用机械性能好、高电压、大电流整流元件作为旋转整流器时，这种方式才得以实现。最早的无刷励磁方式问世于上世纪50年代，到60年代开始应用于大型汽轮发电机组上。它的永磁副励磁机是一台单相同步发电机，磁极在转子上，极身为永久磁钢，输出的感应电流经自动电压调节器调节后供给主励磁机。主励磁机采用旋转式三相同步发电机，即转子为电枢，定子为磁场的同步发电机。硅整流器安装在与主轴一同旋转的圆盘上。这样，交流励磁机电枢产生的交流电势，经过旋转整流器作交直流变换后，直接通过导电杆进入主发电机转子的励磁绕组。因为交流励磁机的三相交流绕组、整流装置、发电机磁场都在同一旋转轴上，故不再需要滑环和碳刷故称无刷励磁。2.3无刷励磁比并激式励磁系统更具优点。2.3.1无刷励磁没有整流子、滑环和碳刷，不需要进行这方面的维护工作，也不会发生这方面的故障，不仅减少了维修的时间和工作量，更提高了运行的可靠性；笔者曾经工作的一个单位，就由于运行工人在更换并激式直流励磁机碳刷时，螺丝刀不小心接触到整流子上的两点，励磁系统畸变而引起发电机出口断路器跳闸，造成全厂停电的大事故，经济损失惨重。另外直流励磁机的碳刷经常会受到质量问题的困扰，即使是正规厂家有时产品质量也不稳定。刷辫有时太长，与外壳少有接触就会造成转子回路一点接地。2.3.2大型发电机的转子滑环电流一般限制在810千安，无刷励磁解决了单机容量大、转速高的机组，滑环受转子电流容量限制的难题。目前无刷励磁系统多用于大型汽轮发电机、航空高速发电机、防腐、防尘和特种发电机组上。有些化工企业由于受腐蚀性气体影响，直流励磁机的整流子上容易产生换向火花，严重时影响运行安全。象某氮肥企业的QF32背压式汽轮发电机投运后经常受到直流励磁机换向问题的困扰，由于整流子冒火花严重，形成环火和无功功率难以调节，紧急停机10多次，基本每年一次，直接影响到发电机组的运行可靠性和节能效益的发挥，请制造厂和有关大电厂的专家分析也没有解决问题。后来分析发现，这与机组周围的腐蚀性气体有很大的关系。无刷励磁就不会有这种情况了。2.3.3无刷励磁因为没有碳刷粉末和铜末引起的电机线圈污染，故绝缘寿命长。现在一般热电厂的煤炭供应渠道都不稳定，煤种杂而差，经常使用高硫燃煤，锅炉燃烧不良，结焦严重，出红碳，二氧化硫和出碴粉尘增多，大量二氧化硫和一氧化碳等腐蚀性气体与整流子上的氧化层发生电化学反应，破坏氧化层，碳刷粉末和铜末污染电机线圈和整流子，粉尘增加整流子表面的磨擦，引起换向困难并产生恶性循环，有一个热电厂在运行10多年中调换整流子3次。无刷励磁系统就没有了这些问题。2.3.4无刷励磁取消了整流子、滑环和碳刷，因而即使安装在有易燃易爆气体存在的环境中，也不会象直流励磁机由于整流子、滑环、碳刷间产生火花而引起事故，励磁机的噪声也大大减少；另外普通直流励磁机的电火花会产生臭氧，影响运行人员健康。2.3.5无刷励磁采用了高精度的自动电压调节器，增加了保护功能，提高了机组的静、动态稳定性，从而提高了发电机的控制精度和自动化程度。MAVR励磁调节器性能可靠，并具有微调节和提高机组的静、动态稳定性功能，还有过励磁限制、过励磁保护、在线显示、修改参数的能力，与DCS还有通讯接口。有些并激式直流励磁机，考虑到热电机组的额定负荷，容量选得较大。例某QF152汽轮发电机，在机组低负荷运行时，其空载特性曲线和场阻线靠得很近，假如发电机运行的功率因数又较高，直流励磁机就容易进行不稳定状态，磁场变阻器的调节困难，机组也容易发生事故。还有一些磁场变阻器电阻特性不合适，可能造成发电机残压偏高、发电机并网操作时电压不容易控制而并网困难、无功功率带不足等一系列问题。无刷励磁就可避免。2.3.6无刷励磁机采用200HZ的交流发电机，能承受出口三相短路或不对称短路而不产生有害变形。2.3.7无刷励磁可以进相运行，有利于热电机组参与电网的调相运行和高功率因数下运行。目前大部分电网对热电机组仅考核有功电量，而对无功电量一般不考核，为了减少发电机的功率损耗和主变压器的功率损耗，希望保持较高的功率因数，而无刷励磁就能满足上述要求，部分无刷励磁系统还特意设计成可以进相运行，如钢铁厂高炉煤气差压发电系统（简称TRT）的无刷励磁系统就可以进相运行。TRT由于高炉炉顶压力波动，煤气量变化，而且高炉休风频繁，发电机负荷极不稳定，调节频繁，高炉短时休风时，TRT是作为电动机运行的，也就是说从电网吸收有功功率和无功功率。2.3.8不少热电机组由于调节频繁，往往不能投入相复励装置，或有些相复励装置是按发电机满负荷时整定的，低负荷时或并网时会出现过激现象。某热电厂投运相复励磁装置后，两台同容量的发电抢发无功，只能把相复励装置切除，这实际上降低了机组的运行安全性。可以说目前热电机组投运相复励装置的不多。2.4无刷励磁系统缺点：2.4.1无刷励磁机组的轴系长，振动大，找平衡困难；2.4.2旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，且国产的元件目前只有少数厂家过关，旋转整流元件造价高。2.4.3整流元件本身的重量及配重对机组振动至关重要，整流元件故障后更换困难，据统计故障平均修复时间为36小时，是静止励磁系统的4倍。2.4.4不能采用传统的灭磁方式进行灭磁，只能靠发电机本身的自然灭磁。2.4.5转子电流、电压和温度不能测量。整个系统的检修需要一定的专业知识，一般由专业厂家处理。2.5无刷励磁系统造价： 无刷励磁的造价略高于目前广泛应用的自（并）激