我廠生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)，在外使用運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)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(yùn)行所需的勵磁電流進(jìn)行了二次校核計(jì)算。
    在發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)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(rèn)為該發(fā)電機(jī)的勵磁部分工作正常。
    運(yùn)行情況介紹
    該型號汽輪發(fā)電機(jī)(以下簡稱發(fā)電機(jī))為隱極式無刷勵磁三相四極交流同步汽輪發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為封閉循環(huán)通風(fēng)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(jī)主要由同步發(fā)電機(jī)、交流勵磁機(jī)、永磁副勵磁機(jī)和勵磁調(diào)節(jié)柜組成。本發(fā)電機(jī)的勵磁電流由交流勵磁機(jī)經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器全波整流后供給。而交流勵磁機(jī)的勵磁電流由永磁副勵磁機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)勵磁調(diào)節(jié)柜調(diào)整后供給。
該機(jī)組設(shè)計(jì)功率為6000kW，功率因數(shù)為0.8，勵磁電流值為346.1A，勵磁機(jī)端勵磁電流為7.07A。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間下的運(yùn)轉(zhuǎn)功率為3500kW，運(yùn)行功率因數(shù)為0.94，監(jiān)測到的勵磁機(jī)勵磁電流值為2.8A，即實(shí)際運(yùn)行的勵磁機(jī)電流值不到設(shè)計(jì)值的一半。
    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(gè)方面：
    2.1發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率以及功率因數(shù)均未達(dá)到額定值
    發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率比額定功率低，則會反應(yīng)在額定輸出電流上，當(dāng)額定輸出電流減小時(shí)，則發(fā)電機(jī)定子繞組中的電樞反應(yīng)也會相應(yīng)減小。當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞繞組中的電樞反應(yīng)減小，發(fā)電機(jī)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(shù)比設(shè)計(jì)值偏高，導(dǎo)致實(shí)際輸出的無功功率變小，也會進(jìn)一步降低主機(jī)所需的勵磁。
    2.2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升
    發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率以及功率因數(shù)的偏低，導(dǎo)致勵磁電流減小。在同一臺發(fā)電機(jī)中，勵磁繞組的電流值減小時(shí)，繞組內(nèi)的電流密度也相應(yīng)地降低，導(dǎo)致勵磁繞組的發(fā)熱量下降，這一部分的發(fā)熱，反應(yīng)在發(fā)電機(jī)損耗中就是勵磁損耗。同時(shí)發(fā)電機(jī)額定輸出電流值的降低，電樞繞組內(nèi)的電密也相應(yīng)下降，減少了電樞繞組的發(fā)熱量。當(dāng)定轉(zhuǎn)子的發(fā)熱量都在下降的時(shí)候，整個(gè)發(fā)電機(jī)的溫升會顯著下降。在同樣轉(zhuǎn)速及通風(fēng)的情況下，發(fā)電機(jī)主勵磁繞組的溫升實(shí)際值將比設(shè)計(jì)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(yùn)行情況下的電阻值低，當(dāng)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(jī)整流橋整流值
    發(fā)電機(jī)的勵磁電流是由勵磁機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流硅二極管進(jìn)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(dǎo)電特性，其導(dǎo)通電壓由輸入交流電壓提供。
通過電力電子學(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(jī)組采用的是硅整流二極管三相全波整流。
    2.4勵磁機(jī)部分溫升的影響
    實(shí)際運(yùn)行中，我們監(jiān)測到冷卻器兩端出風(fēng)口的溫升不同。因?yàn)闄C(jī)組在設(shè)計(jì)的過程中，勵磁機(jī)和永磁機(jī)部分的通風(fēng)和主機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為一體式的，勵磁機(jī)和永磁機(jī)通過離心式風(fēng)扇將風(fēng)排出并進(jìn)入主機(jī)的風(fēng)路之中。勵磁機(jī)和永磁機(jī)部分的發(fā)熱進(jìn)入一端的通風(fēng)系統(tǒng)，造成通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的熱量不均衡，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)冷卻器兩端出風(fēng)口的溫升不相等。
    計(jì)算校核過程
    3.1按發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率對勵磁電流進(jìn)行計(jì)算
    運(yùn)用電磁計(jì)算程序，帶入實(shí)際運(yùn)行功率3500kW以及實(shí)際功率因數(shù)0.94，我們計(jì)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(jì)算出的溫升值校正勵磁電流值
    在程序計(jì)算中，我們導(dǎo)出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的實(shí)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℃。
    3.3不同整流條件下的勵磁計(jì)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(jī)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(jì)算
    在勵磁機(jī)的計(jì)算過程中，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(jì)算中的溫升時(shí)，發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)的勵磁電壓降低了很多。在計(jì)算程序中，引用的計(jì)算公式未曾考慮到實(shí)際的溫升情況，同主機(jī)勵磁電流的計(jì)算一樣，選用了一個(gè)恒定的溫升作為計(jì)算值。
    通過以上的分析與計(jì)算，我們確認(rèn)勵磁電流值偏小屬正常現(xiàn)象，造成的原因是機(jī)組不是在滿負(fù)荷的情況下進(jìn)行運(yùn)行，機(jī)組可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)組持續(xù)在額定工況下長時(shí)間運(yùn)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(jī)計(jì)算的過程中，磁化曲線的取值也是相當(dāng)重要的。不同硅鋼片磁化曲線的取值，會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不一致。當(dāng)然，計(jì)算程序的計(jì)算過程都是針對一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程的計(jì)算，和實(shí)際運(yùn)行情況有很大的不同，所以在后面的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)還是存在差異的。唯一真正有效的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是在滿負(fù)荷的情況下長時(shí)間運(yùn)行，然后再來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。