淺談應急柴油發電機組勵磁系統試驗

何洋　趙江　韓瑜

【摘 要】勵磁系統作為6.3kV應急柴油發電機組的重要組成部分，在調試試驗時應充分驗證各功能的正確性。本文主要闡述了勵磁系統各控制板卡的靜態試驗方法以及試驗過程中的注意事項以達到驗證了勵磁系統可用性的目的。

【關鍵詞】勵磁；ALSTOM；低勵

1 勵磁控制系統簡介

我廠應急柴油發電機組采用ALSTOM勵磁控制系統，其具有操作簡單，性能可靠等特點。該系統包括一個自動電壓調節通道和一個手動勵磁電流調節通道，在運行時兩者互相跟蹤，保證通道切換時的平穩性。勵磁控制系統主要包括電源卡、手動設置卡、自動設置卡、手動調節卡、自動調節卡以及低勵限制卡。

2 勵磁系統調試

2.1 電源卡A76

電源卡需要檢查在額定交流電壓輸入時其輸出的直流電壓是否滿足要求，同時要需要通過調整輸入交流電壓大小確定其輸出直流電壓的對應關系。通過試驗得出：A76卡在交流電壓輸入45V左右開始有直流電壓輸出，當交流電壓輸入到達117V時，A76卡的輸出達到最大值，即正負15V。

2.2 手動設置卡測試

手動設置卡的主要作用向手動調節卡輸出勵磁電流參考值，所以試驗時主要測量其輸出量Uref，即其試驗報告中的M1點。勵磁電流參考值Uref的變化范圍為0V～3.3V（分別對應于0%Ifn和110%Ifn），所以在調試時需要通過手動按面板上的增減磁按鈕改變Uref以確定該輸出的實際輸出范圍，通過測試我們得到的變化范圍為0V～3.298V。該板卡的另一項功能是在柴油機空載情況下起勵后需輸出一個預設值Uref=1.44V，使發電機空載時機端為6.3kV，通過測試，我們得到的預設值為1.452V。

2.3 自動設置卡測試

自動設置卡的功能與手動設置卡類似，即向自動調節卡輸出一個電壓參考值，其輸出Uref的輸出范圍為4.5V～5.5V（分別對應90%Un和110%Un），該范圍也是通過按面板上的增減磁按鈕看其變化范圍，通過測試，我們得到的實際變化范圍為4.50V～5.50V。與手動設置卡類似，自動設置卡的另一項功能是在發電機起勵或者由手動通道切換到自動通道時向自動調節卡輸出一個預設值5V（對應于100%Un），通過測試我們得到的結果為5.0V。

2.4 手動調節卡測試

手動調節卡的功能是通過比較勵磁電流采樣值經轉換成電壓后的值與手動設置卡輸出的考值Uref進行比較，根據其輸出值Vc來調整整流橋可控硅的開度達到調節勵磁電流大小的目的。勵磁電流采樣值IF的變化范圍為0V～-3V（分別對應勵磁電流為0A和Ifn=6.32A），經過測試我們得到的實際變化范圍為-0.16V～-3.045V。

調節手動設置卡的勵磁電流參考值至一個特定值，例如1.5V，根據估算，此時如果勵磁電流采樣值為3.2A時，其對應的IF也大約為1.5V，此時手動調節卡的輸出Vc的值應變化的較慢，即調節卡的調節力度較小，若此時減小勵磁電流值至2A，則調節卡的輸出應快速向正值變化，當調節勵磁電流至大于3.2A的某一個值時，調節卡的輸出應快速向負值變化。通過試驗，調節卡的輸出大約變化范圍為-12.85～+14.45V，當正常運行時該變化范圍大約為-1～+1之間。

2.5 自動調節卡測試

自動調節卡的功能是根據自動設置卡給出的電壓參考值與機端電壓采樣值間的差值大小調節勵磁電流大小從而改變機端電壓大小。自動調節卡的測試項目包括VT和IF。VT即機端電壓的采樣值應為5V（即對應于6.3kV），通過測試我們得到的實際值為4.96V，勵磁電流采樣值應為3V（對應于Ifn=6.32A），實際得到的IF為2.98V。

1）自動調節卡的過勵限制功能測試

過勵限制是當發電機勵磁電流大于1.1倍額定勵磁電流時，該功能觸發，以降低A36輸出控制電壓Vc1，從而降低勵磁電流值。在沒有機端電壓采集的情況下（即繼電保護測試儀沒有輸出）可以測得Vc1的輸出大約為12.85V，此時用直流發生器模擬勵磁機的勵磁電流，逐漸增大勵磁電流至6.3A左右，Vc1的輸出保持穩定，但會逐漸下降至大約8.2V左右，繼續增大至7A，Vc1開始持續下降并最終穩定在-12.85，同時A36卡上的LIM燈亮，說明自動調節卡上的過勵限制動作，即驗證了自動電壓調節卡的過勵限制功能以及其動作值的正確性。

2）自動調節卡的強勵功能測試

在沒有機端電壓采樣的情況下，Vc1的輸出大約為12.85V，此時用繼電保護測試儀向調節卡輸入約50V左右的電壓，然后調節勵磁電流輸入至2.53A左右，此時可以看出Vc1的輸出將穩定在9.2左右，說明此時需要增加勵磁電流。模擬勵磁電流至7.0A后，如上述一樣將發生過勵限制動作，Vc1將快速降低至-12.85。此時在繼保儀上模擬電壓突降，即將繼電保護測試儀輸出突然減少至30V左右，可以看出Vc1的輸出瞬間增加到12.85，持續時間大約為5s，在強勵過程中可以看到過勵限制燈LIM將熄滅。

2.6 低勵限制卡測試

低勵限制卡的功能是在發電機進相運行深度過大時將發電機的運行點拉回至低勵限制曲線的右方。低勵限制的的測試功能包括功率值采樣及低勵限制曲線的確定。

1）功率采樣驗證

功率值采樣需測試三個點，即發電機發出純有功、發電機發出純無功及發電機吸收純無功。當發電機吸收純無功時，根據發電機的額定視在功率為7875kVA，其電流應為：

I=■=4.51A

所以在試驗時用繼保儀向限制卡輸入三相57.74V正序電壓，保持B相相角為-120°，使繼保儀的電流輸入為B相交流電流4.5∠-30°，此時電流相角超前電壓相角90°，發電機吸收純無功。低勵限制卡上的IDW電壓應為-5.0V，試驗時測得的實際電壓為-5.003V。同理，當發電機發出純無功時保持電壓的幅值及相角不變，僅需改變電流相角至4.5∠-210°，此時電流相角落后于電壓相角90°，發電機發出純無功，測量點IDW的理論值應為+5.0V，實際試驗的電壓為+5.0V。當發電機發出純有功時，改變電流相角至4.5∠-120°，此時電壓與電流同相位，發電機發出純有功，測量點︳IW︳的理論值為+5V，試驗時的實際測量值為+5.00V。

2）低勵限制曲線的試驗

在該發電機的低勵限制保護中，其限制曲線為一條直線，我們通過發電機P-Q曲線上的兩個點確定該直線，其坐標分別為（0，-6.057）和（3.17，-5.497）。

第一個點的驗證只需模擬發電機發出純無功，直至限制卡上的LIM亮起就說明該值為實際的動作值。用繼保儀輸出三相交流57.74V正序電壓，使Ub=57.74∠-120°，使Ib=0∠-30°，在保持電壓和電流相角均不變的情況下逐漸增大Ib的幅值，即模擬此時發電機的運行點在Q軸上由零點逐漸向負值運動，直至限制卡上的LIM燈亮起。在實際試驗時我們得到的Ib動作值為3.47A，所以此時發電機的功率如下：

可以看出，實際的動作值與理論動作值基本一致。在第二個動作點時發電機為輸出有功，吸收無功，所以電流相角應超前電壓相角。在做試驗時需保持Ub=57.74∠-120°，Ib=0∠-60°，然后逐漸增大Ib的電流即可模擬發電機的視在功率S的運行軌跡為一條直線，當限制卡的LIM燈亮起時即表明S的運動軌跡與低勵限制線相交。通過試驗，我們得到的動作電流為3.64A，所以此時發電機的功率如下：

3 結束語

勵磁系統作為應急柴油發電機組的重要組成部分，正確的試驗方法能夠有效驗證勵磁系統各功能的正確性，保證柴油發電機組的可靠性。通過本文對各勵磁控制板卡試驗方法的詳細闡述可以在后續運行期間勵磁卡件更換后的驗證以及機組大修時的功能驗證進行參考，保證勵磁系統各功能的有效驗證。