发电机励磁系统改造

发电机励磁系统改造
摘要：针对进口余热发电机励磁调节器损坏无法购买备件的情况下，选用新的
励磁调节器改造励磁系统解决发电机励磁系统故障问题
关键词：励磁调节器；发电机；DECS-100
1 引言
在有色金属冶炼过程中，余热发电机组利用在生产流程中余热锅炉回收冶炼
烟气的热能而产生的中压蒸汽发电，余热发电机组作为蒸汽梯级利用的核心部分，发电机组的稳定运行决定到余热回收利用率。

金昌冶炼厂余热发电机组作为蒸汽
梯级利用投入运行，由于现场环境温度高、灰尘重等原因导致励磁系统控制板老化。

事后车间工程技术人员调节励磁板设置发电机组仍然无法并网，由于原励磁
控制板在国外已经停产无法购买备件，所以决定对汽轮发电机组励磁系统进行改造。

2原励磁调节器组成及存在的问题
2.1发电机励磁系统
发电机为德国AVK公司的产品，具体参数如下：
发电机型号DIG 140 i/4W，额定功率：3390 kVA
额定电压 6000 V 接法：Y，额定电流：326 A
功率因数：0.8 频率 50 Hz
发电机采用维护量小的无刷励磁系统，其励磁调节器采用的是康明斯公司生
产的COSIMAT N+和QPF，其中COSIMAT N+用于发电机电压调节，QPF控制板调
节发电机并网的功率因数。

励磁调节器供电电源来自发电机辅助绕组UH1-UH2、WH1-WH2产生两路电
源分别给电压调节器COSIMAT N+及功率因数控制器QPF供电。

电压调节器COSIMAT N+检测发电机三相电压、发电机B相电流，输出励磁电流给无刷励磁发
电机的励磁绕组以控制发电机输出电压，在空载运行及并网阶段，发电机电压由
内部给定电位器和外部给定电动电位器R1控制，并网完成后，发电机电压由功
率因数控制器QPF输出的4~20mADC控制信号N、M/m控制，电压调节器控制板上还设置有各种控制电位器，如PID参数电位器、下垂电位器、V/F控制电位器等，通过运行调试可使发电机具有比较好的动态调节性能。

功率因数控制器QPF
检测发电机A相、C相电压、B相电流并采集外部给定电位器功率因数给定值、
功率因数控制允许信号，输出功率因数控制信号给电压调节器以达到发电机组并
网运行时的恒功率因数控制，同时功率因数控制器上还有各种控制参数电位器，
如PI调节电位器、无功功率最高限位电位器、基准校正电位器及各种控制方式的
拨码开关，以实现恒功率因数控制、恒无功功率控制等目的。

整个发电机组的同
步控制、恒功率因数给定等控制由汽轮发电机组综合控制柜给出。

2.2存在的问题
在发电机的汽轮机维护保养结束后，发电机组空载开机正常，发电机电压与
电网电压一致。

发电机并网操作后有功功率仅有50KW，无功功率4000KVar功率因数极低导
致发电机过负荷跳车。

车间操作人员多次开机并网都发生相似问题而无法并网发电。

技术人员在分析发电机并网失败的原因后检查发现QPF板老化已经无法工作，QPF板无法控制发电机的无功功率导致并网失败发电机过负荷跳车，原控制板国
外已经停止生产所以必须改造发电机的励磁系统。

3改造方案
3.1改造选用用励磁调节器的选型及性能特点
发电机励磁参数为：励磁绕组电阻10.4Ω，空载励磁电流0.9A，额定励磁电
流40V/3.4A，原电压控制器COSIMAT N+性能为：连续励磁电流7ADC，短路励磁
电流20ADC（对5Ω励磁电阻）。

综合比较以上数据，选择美国巴斯勒公司的励
磁调节控制器DECS-100作为改造替代控制器，该控制器具有电压调节、功率因
数控制功能，完全可替代原控制器COSIMAT N+ 和功率因数控制器QPF组合所具
有的功能
1、励磁控制单元：额定输出为7Adc/63Vdc、75Vdc/15A（励磁绕组5Ω）；
2、发电机单机运行或并车运行时，DECS-100仅仅工作在自动电压调节（AVR）或者励磁电流调节（FCR）两种模式下。

当发电机与电网并联运行时，可以工作
在无功功率调节（VAR）或功率因数调节（PF）模式下；
3、报警输出功能：针对于各种保护，提供报警输出，便于发现和解决问题。

3.2改造方案的设计
通过分析原励磁控制系统及所选励磁控制器性能及特点，在尽量利用原控制
系统外部所提供的测量元件、供电电源情况下，所设计改造励磁控制系统原理图
如图2。

图1 改造原理图
上图中，利用原励磁调节控制系统电源和电压互感器，因原系统电流互感器
为电压型（在电流互感器输出并联电阻），因此不能和现有控制器兼容，需另外
改接控制柜内的电流输出型电流互感器。

原并网电压调节采用的是电动电位器，
本方案中，采用开关触点，其触点直接从系统控制柜中的同步器输出触点并接，
功率因数允许控制信号利用了原控制器控制触点，原电源为两个单相分别输出给
功率因数控制器QPF和电压调节器COSIMAT N+，改造控制器将原两个单相电源
合并为一个三相电源，作为励磁控制器DECS-100供电电源，原功率因数给定电
位器取消，功率因数给定值直接从DECS-100控制软件中设置。

3.3改造方案的实施
改造控制系统在原励磁调节器控制原理基础上另外做一套控制系统，造方案
实施计划及步骤
1、在机组现场空调隔间内安装控制箱（励磁控制系统安装在箱内，可有效隔
离发电机本体高温，避免系统电子元器件因高温而老化），箱内安装励磁控制系统；根据原理图接线并检查。

新控制器接通电源，设置控制器参数
2、实施控制回路的对接，结合原励磁系统的控制原理图接线，联机调试，确
保机组安全运行及技术指标最优化；
3、空载开机，在新控制器DECS-100电脑测试平台上观察DECS-100测试电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素与控制柜上测试参数的一致性。

4、并网运行，逐渐增大汽轮机进气量至满载观察发电机电压、电流、有功功
率变化，功率因数因稳定在0.94.
5、完成以上步骤后，按正常开机过程开机，观察发电机工作状态，励磁控制
系统连续运行48h，验证其安全可靠性；
4.结束语
这次改造使得发电机淘汰的模拟励磁调节系统升级为新一代的数字励磁调节
系统，摆脱了对原生产厂家的技术束缚，节约了维护成本。

发电机连续运行72
小时工作稳定可靠，并网后功率因数稳定，技术改造取得成功。