1．引言
励磁系统是发电机组的重要组成部分，同步发电机的励磁系统主要是通过调节励磁电流来维持机端电压，合理控制并列运行各发电机间无功功率的分配，提高发电机并列运行的静态、暂态稳定性，在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以及根据运行要求对发电机实行最大、最小励磁限制，保证机组的安全稳定运行。其主要是由功率单元和调节器（装置）组成。其中励磁功率单元是向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流；而励磁调节器是根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。
常见的励磁系统的型式分为他励和自励，自励又分为自并励、自串励和自复励。他励是由独立的电源为励磁绕组提供所需的励磁电流，具有工作可靠、结构简单、制造工艺方便等优点，且在负荷中心或者远端电源点发生故障时，发电机机端电压低，导致强励作用不明显的现象不会发生；缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。而自励是利用发电机自身所发电功率的一部分供应本身所需的要的励磁。其中自并励具有接线简单、可靠性高、造价低、电压响应速度快、灭磁效果好等优点；缺点是励磁电源受机端电压影响，当线路首端发生三相短路故障时，由于机端电压下降，导致强励作用减弱，对暂态稳定不利。
随着电力电子技术的不断发展，大容量可控硅制造水平的逐步成熟，大型汽轮发电机采用自并励励磁方式已成为一种趋势。近年来，美国、加拿大对新建电站几乎一律采用自并励励磁系统。虽然国产大中型机组大都采用三机励磁方式，但近年来进口的大中型机组大都安装的是自并励励磁系统，对于600MW及以上汽轮发电机组来说，自并励励磁系统已基本成为定型方式。随着电网的不断扩大，业界人士也越来越倾向于大型机组采用自并励方式。从国内、外运行情况来看，采用自并励励磁和附加励磁控制，已成为改善电力系统稳定性的有效措施。且现在的大型机组大都采用单元接线方式，发电机经封闭母线接到变压器后直接接至高压电网，发电机出口三相短路的可能性很小，其产生的不利影响可按升压变高压侧故障考虑。对于机端单相接地故障（占短路故障总数的80%左右），机端可达0.7Pu以上，仍可有效进行强励。而且对于这种接线方式，机端故障后应切除发电机，自并励的缺点并不影响发电机。对于发电厂高压母线出口近端三相短路，虽然母线电压大幅度下降会影响强励倍数，但现代电网大都配有快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短路迅速切除（0.1～0.2s），短路故障一旦切除，发电机电压迅速恢复，强励能力也就跟着恢复。可以说，采用现代技术的继电保护及快速断路器，不但弥补了自并励励磁系统在这方面的缺点，而且对保持暂态稳定来说，快速切除故障比提高励磁系统性能更为重要。如果不能迅速地将近端三相短路故障切除，即使采用其他励磁方式，也不能维持发电机的暂态稳定。
2．励磁系统改造的必要性
深圳某9E型燃气轮发电机励磁机励磁电源型式，采用他励型式接入运行，这种他励型式接入不能安全可靠运行，存在以下安全隐患。
(1) 目前该厂燃气轮发电机励磁机的励磁变电源取自他励电源，即取自经110kV厂用变压器，至6kV（10kV）厂用段，再经6kV（10kV）至400V变压器的厂用PC段，再接至燃机MCC段，再至励磁变，上、下级一路配置有较多的断路器，中间任何一级断路器发生跳闸，以及110kV线路失电，或重合闸动作，或者厂用快切装置故障切换，都可能引起励磁变失电，这样接线的励磁方式存在不稳定、不可靠，不是UPS，也不是自身发电机上的电源，不符合现行国家行业标准规范GB/T 7064-2017、DL/T 843-2021和JB/T 7784-2006中3.8款要求。
(2) 现场已验证燃机MCC母线两路电源进线开关，52AR开关切换至52AS开关的过程，MCC段母线失压的电源切换约3秒。如果在发电机起励过程出现励磁电源中断、短暂失电，约3秒后恢复电压，根据控制原理，此时整流桥的控制角度最小，输出励磁电流最大，则加在励磁机上定子电压最高，危害最大。更有甚者，在他励电源恢复瞬间，如果系统冲击可能产生过电压，作用迭加，引起励磁电流大增，更加剧了励磁回路电压升高，给转子承受过电压的危害，发生绝缘击穿，损坏，击穿短路起弧、接地故障，产生的高压也同时作用在转子其它绝缘部件上，击穿绝缘，最终引起发电机转子一系列损坏故障。
(3) 在机组负载时易引起失磁事故、导致功率振荡，机组保护跳闸停运。
(4) 强励的意义是当系统电压大大降低，发电机励磁电源会自动迅速增加励磁电流。而该厂燃机启机时发电机未并网时，此时励磁装置强励逻辑动作，没有意义，不符合现行国家标准《同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求（GB/T 7409.3-2007）》条款5.18规定。
3．改造方案
根据该厂机组的实际情况和经济性，将9E型燃气轮发电机励磁系统由他励改为自并励，具体系统改造方案如下：
(1) 取消燃机励磁变高、低压侧断路器，更换励磁变和一次电缆，并将励磁变直接接在发电机出口，增加起励电源。
(2) 增加燃气轮发电机转子接地保护声光报警装置。
(3) 对燃机MCC加装母线电压变送器、铺设电缆等设备，将燃机MCC母线电压参数及开关状态引入DCS系统。
(4) 对DCS低压厂用电系统画面中的燃机MCC开关进行控制逻辑修改。DCS控制逻辑条件为在DCS进行合闸指令操作的逻辑（这4个开关合闸条件一样），如操作合4103开关之前，52AR开关必须先在合位，52AS必须在分位，才能操作合上4103开关；4203开关也一样，即操作合4203开关之前，52AS开关必须先在合位，52AR必须在分位，才能操作合上4103开关；同理4304和4404这两个开关“合”条件也一样。
(5) 修改励磁装置的强励逻辑，增加发变组并网高压开关的分合逻辑判断，即在空载状态时，退出励磁强励功能，并网后投入励磁强励功能。
(6) 燃机MCC母线负荷侧各类辅机电机全部替换为微机型控保装置。
4．改造后的应用效果
9E型燃气轮发电机励磁系统改造后，系统运行稳定，应用效果良好，降低了机组的停机故障率，保证了机组的稳定运行，同时也为运行人员有效监盘提供了便利和保障。
5.结论
通过对某燃气电厂9E型燃气轮发电机励磁型式改造研究与应用，彻底解决了原励磁系统存在的各项隐患，为机组和电网的安全稳定运行提供了有力保障，且改造后的励磁系统结构简单，功能完善，效果优良，在相关技术方面具有较好的应用前景和推广价值，并为同类型电厂提供了一些借鉴意义。
参考文献：
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