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摘要：励磁调节器对提高发电机的调压特性起着积极的作用，但对电流测量的分析不够。为了调节励磁调节特性的电流测量的影响，自动励磁电压发生器和两个固定网格仿真模型的建立和励磁电压，励磁电流的装置，采用戴维南等效电路分析。仿真结果表明，在终端的励磁调节器和电压稳定性会加剧振荡发生器系统，和当前测量值的引入是低频振荡特征产生的发电潜力和潜在的系统相交流电流微分振荡，电流会增大之间的发电机和系统振荡。
关键词：励磁调节器；调差特性；低频振荡
1前言
随着电力工业的迅速发展，电网的结构和规模在不断扩大，电力系统的安全稳定运行受到了极大的挑战。2003年8月14日的美加大停电和2006年7月7日的华中电网大停电都造成了重大的经济损失，分析这两次大规模的停电事故后发现，在停电过程中功率出现了大范围的振荡，造成电气元件在振荡过程中相继退出。
人们普遍认为低频振荡的机理是由于系统阻尼不足引起的，而高倍放大系统是造成负阻尼的主要原因。目前，同步发电机励磁控制系统通常采用自动电压调节器AVR与电力系统稳定器PSS相结合。AVR是利用负反馈来保证电机端电压调节的准确性；PSS是通过引入励磁系统的转速、频率等信号来增加系统阻尼来抑制系统振荡。在法的非线性励磁电压偏差信号反馈线性化方法的介绍，为了提高电压调节精度；提高励磁系统电压闭环控制，介绍了功角变化的信号偏差纠正偏差方程，但阻尼系数和许多参数难以确定。这些研究没有考虑励磁调节器的励磁调节器的调节特性的电流值的影响。
2中性点电流互感器对励磁绕组匝间短路故障的反映
近年来的研究表明，在多分支的同步发电机中，励磁绕组匝间短路故障所引起的定子相绕组内部各分支之间的不平衡电流，往往能够反映在发电机主保护所配置的电流互感器中，可由此提取故障特征，进行励磁绕组匝间短路故障的在线监测。研究发电电动机利用现有主保护硬件配置对发电电动机进行在线监测，首先必须分析清楚各种电流互感器能够反映励磁绕组匝间短路的哪些故障特征。以宜兴发电电动机为例，其定子绕组每相4个分支，目前有2套主保护，即完全纵差保护和零序电流型横差保护，其中后者是在相邻支路分组的中性点引出方式下配置的，如图1所示。
励磁绕组匝间短路故障引起的同相并联分支间的不平衡电流，其频率一般不同于正常工况下的定子电流频率（即电网频率f0），稳态谐波特征与电机的极对数、定子绕组的分布及联接方式等因素密切相关。宜兴发电电动机的极对数p=8，额定转速nN=375r／min；定子绕组采用双层短距的叠绕组形式，线圈数Z=264，每相并联分支数n=4，每分支由相邻4（即2p／n）极下对应相带的极相组串联而成。由于每极每相线圈数q=11／2，相邻两极下的对应相带所含线圈数不等，比如图2所示的A相绕组第1分支（首端A1、末端X1）中，在相邻4极下分别包含6个正绕（+A）、5个反绕（-A）、6个正绕（+A）和5个反绕（-A）的串联线圈。从图2可以看到，A相其他3个分支的空间分布及联接方式也具有相似特点，4个分支在空间上依次互差90°的机械角度，所以A相所有并联支路在空间上具有对称性。宜兴发电电动机定子B、C相绕组也具有同样的特点，在此不再赘述。
3基于中性点不平衡电流的发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测通用方案
大型发电机及发电电动机所配置的主保护，主要是起到对定子内部短路故障进行快速反应，从而尽快切除故障的作用，因为这类定子故障引起的持续性短路电流和电磁力会对电机造成严重破坏。比如提取中性点不平衡电流的零序电流型横差保护（参见图1），在电机正常运行及各种机端外部短路故障（比如两相短路的故障）中，由于同相内部各分支电流都相同，不平衡电流的理论值为0；而定子内部短路故障会引起包含基波及3次、5次等奇数次谐波的不平衡电流，当进入电流互感器的基波不平衡电流超出保护整定值（目前的主保护取基波分量作为动作量）时，零序电流型横差保护就会快速动作。
励磁绕组匝间短路也会在发电（电动）机中性点间引起不平衡电流，而且理论上这些不平衡电流中没有基波及3次、5次等奇数次谐波，只有特定次数的分数次谐波，比如在宜兴发电电动机中性点间的μ=（2k+1）／8（k为整数）次谐波电流。已有的研究表明，常见的电机电气故障中，机端外部故障不会引起同相不同分支间的不平衡电流，定子内部短路和转子静偏心故障引起的不平衡电流中只有基波及较小的3次、5次等奇数次谐波，所以中性点不平衡电流中的分数次谐波是励磁绕组匝间短路所独有的故障特征，可以利用其构成该故障的在线监测方案。
从前文的分析过程也可看到，励磁绕组匝间短路故障会引起哪些分数次谐波的不平衡电流，主要由极对数、多分支定子绕组的分布与连接方式、中性点引出方式等因素决定，在不同的电机中会呈现出不同的特点。事实上通过对宜兴发电电动机及其他多台水轮发电机的励磁绕组故障特征分析可以推断，多对极、多分支发电机（以及发电电动机）中性点间不平衡电流的所有分数次谐波，都是励磁绕组匝间短路故障的独有故障特征量（在其他故障中不会出现）。有文献指出一种基于主保护不平衡电流总有效值的励磁绕组匝间短路故障监测方法，能适用于具有不同谐波故障特征的发电机中。考虑到由制造及安装误差等原因引起的电机正常运行（以及机端外部故障）时实际存在的固有不平衡电流，在监测方案中还必须设定一个合理的报警值。一般而言，所设的报警值越小，在线监测越灵敏，但报警值应大于正常运行情况下由电机固有不平衡电流引起的监测量。另外有文献指出进一步考虑到发电机正常运行时以基波及奇数次谐波为主的固有不平衡电流的影响，从不平衡电流总有效值中再剔除基波及3次、5次等奇数次谐波而构成监测量，能在保证监测可靠性的前提下降低报警值、提高监测灵敏性。另一方面，主保护不平衡电流的基波及少量3次、5次等奇数次谐波，理论上是定子内部短路及转子静偏心的故障特征量，而在励磁绕组匝间短路故障中不会出现。所以后一种的监测方法从原理上讲更合理，可作为一种通用的励磁绕组匝间短路故障在线监测方法，能适用于大多数发电（电动）机。
4结束语
本文以宜兴发电电动机为例，在对小匝数励磁绕组匝间短路故障进行定量计算的基础上，分析了通用故障在线监测方案灵敏性欠佳的原因。在发电机运行工况以及各参数相同的情况下，通过比较无补偿电流励磁调节器的发电机和含补偿电流励磁调节器的发电机，说明引入励磁调节器中的电流会在一定程度上加剧发电机与系统间的振荡。
参考文献：
[1]陈章.浅谈励磁调节器的应用控制研究[J].山东工业技术.2016（01）
[2]徐鹏煜.发电机励磁调节器2次故障分析[J].电力安全技术.2013（10）