要害词：小型水电站;发电机；电抗分流式励磁；振荡
中图分类号：TM712文献标志码：A 文章编号：1003-0867(2006)04-0048-02
洋坡电站是一座小型水电站，原先只装有一台双绕组电抗器分流式励磁发电机。随着经济的发展石坡头电站根据地形的特点，充分利用邻近支流，又增加了2台200kW机组，并相继实现联网运行。但是原来单机运行时恒压性能和动态特性都好的双绕组电抗器分流式励磁发电机，在并列运行时出现严重的振荡问题而无法稳定运行。
1励磁原理分析
双绕组电抗器分流式励磁发电机的励磁系统接线（见图1）。其励磁系统折合到交流侧的单相等值电路(见图2，忽略Rf1对励磁电流的微调作用)。
根据电工学的叠加原理，将图2分解成两部分（见图3）。在图3中，Ufj为发电机辅肋绕组的相电压，I为发电机主绕组电流，Ilj为折合到交流侧的励磁电流，Iluj和Ilij分别为电压源和电流源提供的励磁电流分量，Rlj为励磁绕组LQ折合到交流侧的电阻，X1、X2为绕在电抗器铁芯上两个线图L1、L2的自感电抗，Xm为L1、L2的互感电抗，由图2、图3可求出励磁电流
取发电机主绕组相电压U1=U1ej0为参考向量，则
式中b——主绕组相电压U1与辅助绕组相电压Ufj之间相位差；
XL——X1 X2 2Xm；
θ——tg-1(XL/Rlj)；
φ——功率因数角；
。
励磁电流Ilj由两个分量组成，其中
为不可变分量，由发电机辅助绕组电压源提供；
为可变分量，由电抗器通过主绕组的负载电流直接分流(电源)后提供，它随发电机、负载电流的大小和相位变化而变化。
为了简便分析，假设β=0，即发电机主辅绕组相电压同相位（实际上β=±10°）。当I滞后U1的相角为j，则滞后Ufj的相角也为j；而Ilij滞后I的相角为θ-90° φ，所以，Ilij滞后Ufj的相角为θ-90°，Iluj滞后Ufj的相角为q，因此，Iluj滞后Ilij的相角为90°-φ。iluj与ilij的相位关系见图4。
适当选择励磁系统参数，可使单机运行的发电机在空载和不同负载时保持机端电压不变，且有良好的动态特性。但在发电机并网运行时，由于其他发电机的影响下，再加上相复励磁系统有很强的电流复励作用，非凡在其小负荷、高功率因数的运行情况下，更轻易产生电压和无功振荡，使并列运行不稳定。
3防止发电机并列运行时产生振荡的技术措施。
根椐上述励磁原理的分析，为防止发电机并列运行时出现振荡现象，采取以下的技术措施：减少可变励磁分量Ilij，降低负载电流部分的正反馈强度，以提高发电机并列运行的稳定性；增加不变励磁分量Iluj以弥补Ilij减少。当减少发电机的无功输出时，电压源的励磁分量Iluj就有一定的裕度来调节，可以满足发电机并网合闸和并列运行时不同负载的要求，具体措施如下。
3.1电流源的励磁分量Ilij
用3个低阻值电阻R，分别并联在三相电抗器L2的两端，对发电机（电流源）提供的正反馈负载电流进行分流，以降低励磁正反馈强度。提高发电机并列运行的稳定性。电阻R的初选值为分流过L2的电流分流前的70左右，最终选取的电阻R应通过试验决定，以使发电机并列运行时不能发生振荡为宜。
3.2增大电压源的励磁分量Iluj
将电抗器的一字形铁芯往外移，增大电抗器的气隙。由于，电抗器铁芯上的线圈L1和L2匝数不变，而铁芯的气隙增大，这样就使磁路磁阻增大，它们的自感电抗X1、X2和互感电抗Xm均减少。从而使电压源的励磁分量Ilij增大。电抗器的气隙增大多少由试验决定，从电压源单相桥式整流电路供给的励磁电流刚好满足发电机空载时建立额定电压的需要为准。
3.3改造后励磁电流的调节
由于机组是小型机组，不用担负电网的有功和无功调节任务，可通过改变励磁系统整流部分的接线来调节机组的励磁电流，从而简化了励磁系统并节约技改费用。具体是将两个控制开关K1和K2分别串接到整流二极管D5和D6回路上（见图5），其操作方法是：当发电机空载运行时，采用4个整流二极管D1～D4组成单相整流电路进行整流；发电机并网后，当发电机在半载以下工况运行时中，合上开关K1和K2均合上，采用5个整流二极管D1～D5组成两相半整流电路进行整流；当发电机在半载以上至额定负载工况运行时，开关K1和K2均合上，采用6个整流二极管D1～D6组成三相桥式整流电路进行整流。
4结束语
洋坡电站进行了上述的技术改造后，经过几年的并列运行，其性能稳定，有功可在额定值范围内调节，功率因数在0.75～0.90之间随负载变化而变化。可见上述的技术改造措施是可靠的，其简单易行，投资少，见效快，有良好的经济效益，值得其他同类型机组的小型水电站参考。
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