摘要：我廠生產(chǎn)的發(fā)電機，在外使用運行的時候，發(fā)現(xiàn)勵磁電流偏小，我們從各個角度分析了可能發(fā)生的原因，并對實際運行所需的勵磁電流進行了二次校核計算。
關(guān)鍵詞：發(fā)電機、勵磁電流、溫升
引言
在發(fā)電機的實際運行中，會產(chǎn)生各種原因?qū)е聞畲烹娏飨陆怠Ｍㄟ^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(以下簡稱發(fā)電機)為隱極式無刷勵磁三相四極交流同步汽輪發(fā)電機,發(fā)電機設(shè)計為封閉循環(huán)通風系統(tǒng),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(shè)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(diào)節(jié)柜組成。本發(fā)電機的勵磁電流由交流勵磁機經(jīng)旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)柜調(diào)整后供給。
該機組設(shè)計功率為6000kW，功率因數(shù)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(wěn)定運行時間下的運轉(zhuǎn)功率為3500kW，運行功率因數(shù)為0.94，監(jiān)測到的勵磁機勵磁電流值為2.8A，即實際運行的勵磁機電流值不到設(shè)計值的一半。
2. 初步原因分析
經(jīng)過分析，我們確定造成勵磁電流值過小的原因有以下幾個方面：
2.1發(fā)電機實際運行功率以及功率因數(shù)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對發(fā)電機的額定功率 以及額定功率因數(shù) 進行計算而得出的。其中額定功率因數(shù) 和額定功率 有如下關(guān)系： 。發(fā)電機實際運行功率比額定功率低，則會反應在額定輸出電流上，當額定輸出電流減小時，則發(fā)電機定子繞組中的電樞反應也會相應減小。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一步減小。同時功率因數(shù)比設(shè)計值偏高，導致實際輸出的無功功率變小，也會進一步降低主機所需的勵磁。
2.2發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫升
發(fā)電機的實際運行功率以及功率因數(shù)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，繞組內(nèi)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。同時發(fā)電機額定輸出電流值的降低，電樞繞組內(nèi)的電密也相應下降，減少了電樞繞組的發(fā)熱量。當定轉(zhuǎn)子的發(fā)熱量都在下降的時候，整個發(fā)電機的溫升會顯著下降。在同樣轉(zhuǎn)速及通風的情況下，發(fā)電機主勵磁繞組的溫升實際值將比設(shè)計值更低。主勵磁線圈的溫升降低的情況下，其勵磁繞組的直流電阻也會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(zhuǎn)整流硅二極管進行三相全波整流后得到的單相脈動性直流電。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。
通過電力電子學的相關(guān)知識，可以了解到不同型式的整流橋會對勵磁部分產(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
實際運行中，我們監(jiān)測到冷卻器兩端出風口的溫升不同。因為機組在設(shè)計的過程中，勵磁機和永磁機部分的通風和主機的通風系統(tǒng)設(shè)計成為一體式的，勵磁機和永磁機通過離心式風扇將風排出并進入主機的風路之中。勵磁機和永磁機部分的發(fā)熱進入一端的通風系統(tǒng)，造成通風系統(tǒng)內(nèi)的熱量不均衡，從而導致發(fā)電機冷卻器兩端出風口的溫升不相等。
3. 計算校核過程
3.1按發(fā)電機實際運行功率對勵磁電流進行計算
運用電磁計算程序，帶入實際運行功率3500kW以及實際功率因數(shù)0.94，我們計算得到如下的結(jié)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(zhuǎn)子線圈的實際溫升值：
我們可以從程序中得出轉(zhuǎn)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候，采用的計算公式： ，其中 為轉(zhuǎn)子繞組在130℃時候的電阻值，計算出的轉(zhuǎn)子繞組的溫度約為80℃。根據(jù)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，運行的不飽和會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。現(xiàn)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
在勵磁機的計算過程中，為了避免繁瑣的程序，我們采用了一個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際計算中的溫升時，發(fā)現(xiàn)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際的溫升情況，同主機勵磁電流的計算一樣，選用了一個恒定的溫升作為計算值。在對計算公式僅進行重新核算的時候，我們發(fā)現(xiàn)在計算勵磁電壓的時候，選用的計算公式為： ，而勵磁機側(cè)的溫升，一般相對來說都比較低。我們帶入前面取得的結(jié)果數(shù)據(jù)：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)電機位于額定點時的勵磁電流和勵磁電壓值分別為4.96A和50.4V。此時勵磁機勵磁線圈的溫升為8℃。將勵磁機的實際溫升帶入換算程序中，有： 。
4. 結(jié)語
通過以上的分析與計算，我們確認勵磁電流值偏小屬正常現(xiàn)象，造成的原因是機組不是在滿負荷的情況下進行運行，機組可持續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當機組持續(xù)在額定工況下長時間運行時，勵磁電流值將逐步上升到額定值。同時，在對發(fā)電機計算的過程中，磁化曲線的取值也是相當重要的。不同硅鋼片磁化曲線的取值，會導致計算結(jié)果的不一致。當然，計算程序的計算過程都是針對一個穩(wěn)態(tài)過程的計算，和實際運行情況有很大的不同，所以在后面的計算結(jié)果與實際的運行數(shù)據(jù)還是存在差異的。唯一真正有效的檢驗標準是在滿負荷的情況下長時間運行，然后再來檢驗設(shè)計數(shù)據(jù)的準確性。
5.參考文獻
[1]汪耕 李希明 等編著，大型汽輪發(fā)電機設(shè)計、制造與運行，上海科學技術(shù)出版社，2012.
[2]王洪澤，同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流的解析計算法，大電機技術(shù)，1982.
6.作者簡介
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(shè)計方面的工作。
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