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淺析發(fā)電機勵磁電流過(guò)小的原因

  摘要:我廠(chǎng)生產(chǎn)的發(fā)電機,在外使用運行的時(shí)候,發(fā)現勵磁電流偏小,我們從各個(gè)角度分析了可能發(fā)生的原因,并對實(shí)際運行所需的勵磁電流進(jìn)行了二次校核計算。 
  關(guān)鍵詞:發(fā)電機、勵磁電流、溫升 
  引言 
  在發(fā)電機的實(shí)際運行中,會(huì )產(chǎn)生各種原因導致勵磁電流下降。通過(guò)分析,我們認為該發(fā)電機的勵磁部分工作正常。 
  1. 運行情況介紹 
  該型號汽輪發(fā)電機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)電機)為隱極式無(wú)刷勵磁三相四極交流同步汽輪發(fā)電機,發(fā)電機設計為封閉循環(huán)通風(fēng)系統,適用于熱電站或輕工、化工自備熱電站,也可作為小型電站發(fā)電設備。發(fā)電機主要由同步發(fā)電機、交流勵磁機、永磁副勵磁機和勵磁調節柜組成。本發(fā)電機的勵磁電流由交流勵磁機經(jīng)旋轉整流器全波整流后供給。而交流勵磁機的勵磁電流由永磁副勵磁機發(fā)出的電流經(jīng)勵磁調節柜調整后供給。 
  該機組設計功率為6000kW,功率因數為0.8,勵磁電流值為346.1A,勵磁機端勵磁電流為7.07A。機組穩定運行時(shí)間下的運轉功率為3500kW,運行功率因數為0.94,監測到的勵磁機勵磁電流值為2.8A,即實(shí)際運行的勵磁機電流值不到設計值的一半。 
  2. 初步原因分析 
  經(jīng)過(guò)分析,我們確定造成勵磁電流值過(guò)小的原因有以下幾個(gè)方面: 
  2.1發(fā)電機實(shí)際運行功率以及功率因數均未達到額定值 
   同步發(fā)電機其電樞繞組與三相電網(wǎng)相連。發(fā)電機的額定勵磁電流值是通過(guò)對發(fā)電機的額定功率 以及額定功率因數 進(jìn)行計算而得出的。其中額定功率因數 和額定功率 有如下關(guān)系: 。發(fā)電機實(shí)際運行功率比額定功率低,則會(huì )反應在額定輸出電流上,當額定輸出電流減小時(shí),則發(fā)電機定子繞組中的電樞反應也會(huì )相應減小。當發(fā)電機電樞繞組中的電樞反應減小,發(fā)電機勵磁繞組所需的勵磁電流值也將進(jìn)一步減小。同時(shí)功率因數比設計值偏高,導致實(shí)際輸出的無(wú)功功率變小,也會(huì )進(jìn)一步降低主機所需的勵磁。 
  2.2發(fā)電機轉子溫升 
  發(fā)電機的實(shí)際運行功率以及功率因數的偏低,導致勵磁電流減小。在同一臺發(fā)電機中,勵磁繞組的電流值減小時(shí),繞組內的電流密度也相應地降低,導致勵磁繞組的發(fā)熱量下降,這一部分的發(fā)熱,反應在發(fā)電機損耗中就是勵磁損耗。同時(shí)發(fā)電機額定輸出電流值的降低,電樞繞組內的電密也相應下降,減少了電樞繞組的發(fā)熱量。當定轉子的發(fā)熱量都在下降的時(shí)候,整個(gè)發(fā)電機的溫升會(huì )顯著(zhù)下降。在同樣轉速及通風(fēng)的情況下,發(fā)電機主勵磁繞組的溫升實(shí)際值將比設計值更低。主勵磁線(xiàn)圈的溫升降低的情況下,其勵磁繞組的直流電阻也會(huì )比在額定功率運行情況下的電阻值低,當勵磁電流值一定的情況下,將進(jìn)一步降低勵磁電壓。 
  2.3勵磁機整流橋整流值 
  發(fā)電機的勵磁電流是由勵磁機發(fā)出的三相交流電,經(jīng)旋轉整流硅二極管進(jìn)行三相全波整流后得到的單相脈動(dòng)性直流電。整流電路分為半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種。整流電路是利用二極管的單相導電特性,其導通電壓由輸入交流電壓提供。 
  通過(guò)電力電子學(xué)的相關(guān)知識,可以了解到不同型式的整流橋會(huì )對勵磁部分產(chǎn)生影響。整流部分大致可分為二極管整流橋和相控整流器。本機組采用的是硅整流二極管三相全波整流。 
  2.4勵磁機部分溫升的影響 
  實(shí)際運行中,我們監測到冷卻器兩端出風(fēng)口的溫升不同。因為機組在設計的過(guò)程中,勵磁機和永磁機部分的通風(fēng)和主機的通風(fēng)系統設計成為一體式的,勵磁機和永磁機通過(guò)離心式風(fēng)扇將風(fēng)排出并進(jìn)入主機的風(fēng)路之中。勵磁機和永磁機部分的發(fā)熱進(jìn)入一端的通風(fēng)系統,造成通風(fēng)系統內的熱量不均衡,從而導致發(fā)電機冷卻器兩端出風(fēng)口的溫升不相等。 
  3. 計算校核過(guò)程 
   3.1按發(fā)電機實(shí)際運行功率對勵磁電流進(jìn)行計算 
  運用電磁計算程序,帶入實(shí)際運行功率3500kW以及實(shí)際功率因數0.94,我們計算得到如下的結果:額定勵磁電流:218.9 A 額定勵磁電壓:66.87V 
  3.2按計算出的溫升值校正勵磁電流值 
  在程序計算中,我們導出發(fā)電機轉子線(xiàn)圈的實(shí)際溫升值: 
  我們可以從程序中得出轉子繞組的溫升為:47.7℃,環(huán)境溫度約為32℃。 
  在計算額定勵磁電壓的時(shí)候,采用的計算公式: ,其中 為轉子繞組在130℃時(shí)候的電阻值,計算出的轉子繞組的溫度約為80℃。根據溫度對電阻的影響,我們采用如下公式將 折算成 ,即 ,可計算出額定的勵磁電壓值為: V。由此可見(jiàn),運行的不飽和會(huì )對勵磁電壓造成很大的影響。 
  3.3不同整流條件下的勵磁計算 
  在全波整流和半波整流下,不同整流管的選用也會(huì )對發(fā)電機的勵磁電壓造成影響。其中半波整流電路,整流后的直流電壓只有原有交流電壓的0.45倍,而全波整流電路,整流后的直流電壓為原有交流電壓的0.9倍,若帶有濾波電容的全波整流橋式電路而言,輸出的直流電壓值是交流電壓的1.414倍?,F在的整流基本都是采用全波橋式整流電路為主。 
  3.4勵磁部分溫升的影響計算 
  在勵磁機的計算過(guò)程中,為了避免繁瑣的程序,我們采用了一個(gè)固定溫升下的勵磁電流值。這同樣將公式里面的溫升帶入實(shí)際計算中的溫升時(shí),發(fā)現勵磁機的勵磁電壓降低了很多。在計算程序中,引用的計算公式未曾考慮到實(shí)際的溫升情況,同主機勵磁電流的計算一樣,選用了一個(gè)恒定的溫升作為計算值。在對計算公式僅進(jìn)行重新核算的時(shí)候,我們發(fā)現在計算勵磁電壓的時(shí)候,選用的計算公式為: ,而勵磁機側的溫升,一般相對來(lái)說(shuō)都比較低。我們帶入前面取得的結果數據:額定勵磁電流值218.9A以及額定勵磁電壓值57.63V,然后可以算出,發(fā)電機位于額定點(diǎn)時(shí)的勵磁電流和勵磁電壓值分別為4.96A和50.4V。此時(shí)勵磁機勵磁線(xiàn)圈的溫升為8℃。將勵磁機的實(shí)際溫升帶入換算程序中,有: 。 
  4. 結語(yǔ) 
  通過(guò)以上的分析與計算,我們確認勵磁電流值偏小屬正?,F象,造成的原因是機組不是在滿(mǎn)負荷的情況下進(jìn)行運行,機組可持續穩定運轉。當機組持續在額定工況下長(cháng)時(shí)間運行時(shí),勵磁電流值將逐步上升到額定值。同時(shí),在對發(fā)電機計算的過(guò)程中,磁化曲線(xiàn)的取值也是相當重要的。不同硅鋼片磁化曲線(xiàn)的取值,會(huì )導致計算結果的不一致。當然,計算程序的計算過(guò)程都是針對一個(gè)穩態(tài)過(guò)程的計算,和實(shí)際運行情況有很大的不同,所以在后面的計算結果與實(shí)際的運行數據還是存在差異的。唯一真正有效的檢驗標準是在滿(mǎn)負荷的情況下長(cháng)時(shí)間運行,然后再來(lái)檢驗設計數據的準確性。 
  5.參考文獻 
  [1]汪耕 李希明 等編著(zhù),大型汽輪發(fā)電機設計、制造與運行,上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2012. 
  [2]王洪澤,同步發(fā)電機轉子勵磁電流的解析計算法,大電機技術(shù),1982. 
  6.作者簡(jiǎn)介 
   蘇連平(1987-),女,廣西南寧人,廣州廣重企業(yè)集團有限公司,主要從事汽輪發(fā)電機設計方面的工作。 



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