小型水电站励磁系统现状分析及改造优化.docx

小型水电站励磁系统现状分析及改造优化【摘要】随着社会对电力的需求不断上升一些小型水电站也得到了相应的发展但小型水电站的励磁系统却存在运行效率较低且故障率高等问题这大大降低了水电站的效益。为此本文详细分析了当前小型水电站励磁系统的运行现状指出了存在的不足并介绍了小型水电站励磁系统改造优化的技术措施有效提高了水电站的效益可供借鉴参考。【关键词】小型水电站；励磁系统；现状；改造优化1.小型水电站励磁系统的现状小型水电站的励磁系统也是各种各样的。具体有三次谐波励磁恒压装置、电抗器移相式相复励励磁装置、电容器移相式相复励励磁装置、磁耦合电抗移相式相复励自励恒压装置、可控相复励自励恒压装置、可控硅自励恒压装置、无刷励磁等。由于投运年代久远目前设备大多已老化基于当时的资金和技术水平采用的技术都已落后尤其是没有调差的功能不能多台机组并网运行使各机组无功分配不均匀；同时其故障较多严重影响了机组安全运行影响了水电站的经济效益故必须加以更新改造。2.小型水电站励磁系统的改造优化2.1三次谐波式励磁系统三次谐波励磁发电机的结构简单使用方便但在设计该发电机的励磁系统时即确定三次谐波绕组匝数时往往要借助试验才能确定而且波动性较大。这种发电机在单机孤网运行时还是不错的但是不能多台同网运行尤其是并网困难。有些发电机是无刷励磁系统有些发电机是有刷励磁系统在小容量发电机中有不少的使用。2.2三次谐波式发电机的并网（1）并网现象综述因一些小水电站发电机励磁系统性能太差使发电机不能并网运行造成便宜的水电不能有效利用；但通过适当的技术改造可以使小水电站容易并网补充部分乡镇电网用电。三次谐波励磁发电机组在单机运行时比较稳定但与大电网并联时会出现运行不稳定甚至并不上网的现象。当机组并入电网瞬间发电机空载电势低于电网电压Uc并网后发电机将出现向电网吸收无功的现象在过度欠励状态下容易发生有功及无功振荡甚至解列。因此如电网电压Uc偏高为避免发电机过度欠励必须降低发电机的有功出力以维持它与电网的并联运行。（2）改造优化措施1）基波与三次谐波混合励磁基波励磁电源取自发电机出线A及中性点N（220V）经行灯变压器B降压及桥式整流后串接于原三次谐波励磁回路中组成基波与谐波混合励磁（见图1）。其补偿优点是：它的容量稳定可靠当电网电压Uc偏高时补偿增强；当Uc偏低时其补偿作用则减弱使发电机能合理分配无功功率达到并网稳定运行的目的。2）三次谐波绕组并接电容器如果无功功率发不足则表示励磁功率不足。一种简易的解决办法是在三次谐波绕组的出口处并接电容器补偿效果良好。实际应用时C可由几组电容并联而成可根据需要的补偿程度来增减调节并入的电容器组数。图1基波加三次谐波混合励磁电容器的选择可由XL=U励/I励来计算；当感抗与容抗值相等时（XC=XL）效果最佳即电容器的容量为：据此式计算结果选用稍大于计算值的标准电容器并根据需要分成若干组并接于谐波绕组出口处电容器的耐压要求为2.5U励～3U励值。3）增加升压变压器高压线卷三次谐波励磁的发电机由于上网的无功不足为了增加多发无功拼命增加励磁电流会使发电机电压超高往往到420V以上。解决这一问题的有效措施是改造变压器的高压侧线卷。可将变压器一次增加线圈匝数改原电压调整率±5%为±10%改造后分接开关置于+10%发电机运行稳定调节灵活。4）采用无刷励磁调节器无刷励磁调节器控制无刷励磁同步发电机的励磁机的励磁电流主要用于小型同步发电机组的励磁电源的自动调节该调节器能满足发电机单机或并网等运行要求。在多台机组并网时能合理地分配无功（即有好的调差功能）。2.3双绕组电抗分流式励磁系统的改造优化在小型水电站中很多机组都采用双绕组电抗分流式自励恒压装置其结构简单运行方便维护工作量小。这种发电机的定子有1个附加绕组作为励磁的能源并用1个分流电抗器采用三相桥式整流励磁。这种励磁系统以简单的励磁结构良好的恒压性能赢得了在小水电中的重要地位。这种机型在单机运行时性能非常优越但在几台机并列运行或与大电网联网运行时就暴露出了缺点如无功负载不能合理分配运行不稳定易发生振荡有的机组甚至不能运行等。改造办法之一是去掉分流电抗器采用微机励磁控制器小容量的发电机可以改为单相半控桥式整流励磁（见图2）。微机励磁控制器应该采集发电机电压和发电机电流以此来调节励磁电压和励磁电流。如果还能采集励磁电压、励磁电流加上RS485通讯口可以组成少人值班或无人值班的水电站自动控制系统。图2采用单相半控桥的微机励磁调节器