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摘要：电力系统的稳定是维持社会稳定和经济稳定保障，系统的稳定从设备而言，首先是保证发动机组的平稳运行。
关键词：系统的稳定性、励磁电流、转差率、失磁、相复励
引言：电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间的无功功率的分配，在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降，为此，当系统发生故障时要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量。无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。
在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可以有效地提高系统的技术指标。
现在就如何增强系统的稳定性进行一下分析：
同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电流来维持机端电压为给定水平，如机组与无限大母线并联运行时，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值，但在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大母线，即系统等值阻抗不等于零，它的电压将随着负荷波动而改变，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响它的电压和无功功率，而且也将影响与并联运行机组的无功功率，其影响程度与系统当时情况有关，因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配任务。
当发电机失磁而异步运行时，将对电力系统和发电机产生有如下影响：
1、需要从电网中吸收很大的无功功率，以建立发电机磁场。
2、由于从电力系统中吸收无功功率，将引起电力系统的电压下降，如果电力系统容量较小，或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。
3、由于失磁发电机吸收要大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发生的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低越多。
4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此在转子及励磁回路中将产生频率为ff-fs的交流电流，因而，形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路过热，显然，当转差率（s）越大时，所引起的过热也越严重。
根据以上分析，结合汽轮发电机来看，由于其异步功率比较大，调速器也比较灵敏，因此，当超速运行后，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，在转差小于0.5%的情况下即可稳定运行，故汽轮发电机在很小的转差下异步运行一段时间，原则上是完全允许的，此时，是否需要并允许其异步运行则主要取决于电力系统的具体情况。例如，当电力系统的有功功率供应比较紧张，同时，一台发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电网的电压水平时，则失磁后，就应该继续运行，反之，如果系统有功功率有足够储备，或者系统没有能力供给它所需要的无功功率，则失磁以后就不应该继续运行。
在发电机组上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，并采取必要的措施，例如发出信号，由运行人员及时处理自动减负荷，或动作于跳闸等，以保证电力系统和发电机的安全。
在一些大型机组上我国已引起了自并励方式运行，但在此发电机端短路时强励能力差，甚至使机组失磁，为了弥补这一缺陷，可以从励磁变压器与励磁变流器同时获得电源。
这些励磁方式由于引入励磁变流器，在技术上还有一定困难，因此，这些励磁比较适合于中、小型发电机组。
（图1）
在直流发电机中，为了进行补偿就采用复励的方式，让电枢电流通过附加绕组来增强励磁。
（图2）
主要由复励变压器FZB，复励整流器FGZ和复励调整电阻Rff三部组成，从电流互感器LH引来电流，经复励变压器FZB及复励整流器FGZ整流成直流加至励磁机的励磁绕组LLQ，励磁机的励磁电流ILQ由励磁机电枢经调节电阻Rc供给自励电流IRc和复励整流器提供的复励电流Iff部分组成，即
ILQ=IRC+Iff
通常，发电机的端电压随负荷电流的增大而降低，当发电机的负荷电流If上升时，由于复式励磁装置的作用，励磁机的励磁电流ILQ也随之增加，以补偿If增大所引起的电压降低，适当的选择复式励磁变压器的变比及复励调整电阻的数值，可以改善复励电流的补偿性能，但是由于这种复式励磁对电流进行补偿，而交流发电机的端电压不仅与电流有关，而且随功率因数而变化，所以复式励磁需与电压校正器配合使用才能维持电压水平。
复式励磁的工作原理仅反应负载电流的幅值，而和负载电流的功率因数无关，但是发电机的电压却不仅与负载电流有关，而且还受负载功率因数的影响，因此，励磁补偿需同时计及负载电流和功率因数这两个因素才合理。
在负载电流相等条件下，功率因数低时补偿的励磁电流要大些，反之，功率因数高时，补偿的励磁电流可小些，这种既反映电流大小又反映电流相应的复式励磁称为相位复式励磁。
（图3）
这两个绕组的合成安匝就是相复励变压器的原边总磁势合理的选择原边绕组，Wi和Wu的匝数及电流、电压的相位，就可以满足输出与功率因数有关要求。
按这种原理构成的相复励装置，虽然补偿一部分由功率因数变化而引起的电压偏差，使发电机的电压质量有所改善，但 由于非线性和温度等诸多因素的影响，很难做到完全补偿，电压质量很难满足要求，所以，一般相位复励装置都带有电压校正器。
在相复励变压器XB中还设有控制绕组Wk，通过改变接入绕组Wk中的直流电流的大小，可以控制铁芯的饱和程序，如图3所示，电压校正器输出接到控制绕组Wk，校正器输出电流小时，XB的激磁阻抗较大，其原边的合成磁势转换到副边的安匝数IW也较大，当校正器输出电流增大时，由于XB铁芯的激磁阻抗随之减小，则其原边磁势转换到副边安匝数IW也就相应减小，这样，绕组Wk中的变流受电压校正器控制。从而起到调节电压的作用。
结束语：在系统稳定性方面，相复励调节器响应速度快、工作可靠，在我国电力系统中主要用于10万KW以下中等容量的发电机组。
参考文献：1、《电力系统自动装置原理》杨冠城，上海交通大学
2、《电力系统继电保护原理》贺家李、宋从矩，天津大学
作者简介：蒋国文（1970-）男，电气工程师，湖南省理工大学，从事电气设备的维护、运行管理工作
关键词：系统的稳定性、励磁电流、转差率、失磁、相复励
引言：电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间的无功功率的分配，在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降，为此，当系统发生故障时要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量。无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。
在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可以有效地提高系统的技术指标。
现在就如何增强系统的稳定性进行一下分析：
同步发电机的励磁自动控制系统就是通过不断地调节励磁电流来维持机端电压为给定水平，如机组与无限大母线并联运行时，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值，但在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大母线，即系统等值阻抗不等于零，它的电压将随着负荷波动而改变，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响它的电压和无功功率，而且也将影响与并联运行机组的无功功率，其影响程度与系统当时情况有关，因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配任务。
当发电机失磁而异步运行时，将对电力系统和发电机产生有如下影响：
1、需要从电网中吸收很大的无功功率，以建立发电机磁场。
2、由于从电力系统中吸收无功功率，将引起电力系统的电压下降，如果电力系统容量较小，或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。
3、由于失磁发电机吸收要大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发生的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低越多。
4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此在转子及励磁回路中将产生频率为ff-fs的交流电流，因而，形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路过热，显然，当转差率（s）越大时，所引起的过热也越严重。
根据以上分析，结合汽轮发电机来看，由于其异步功率比较大，调速器也比较灵敏，因此，当超速运行后，调速器立即关小汽门，使汽轮机的输出功率与发电机的异步功率很快达到平衡，在转差小于0.5%的情况下即可稳定运行，故汽轮发电机在很小的转差下异步运行一段时间，原则上是完全允许的，此时，是否需要并允许其异步运行则主要取决于电力系统的具体情况。例如，当电力系统的有功功率供应比较紧张，同时，一台发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电网的电压水平时，则失磁后，就应该继续运行，反之，如果系统有功功率有足够储备，或者系统没有能力供给它所需要的无功功率，则失磁以后就不应该继续运行。
在发电机组上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，并采取必要的措施，例如发出信号，由运行人员及时处理自动减负荷，或动作于跳闸等，以保证电力系统和发电机的安全。
在一些大型机组上我国已引起了自并励方式运行，但在此发电机端短路时强励能力差，甚至使机组失磁，为了弥补这一缺陷，可以从励磁变压器与励磁变流器同时获得电源。
这些励磁方式由于引入励磁变流器，在技术上还有一定困难，因此，这些励磁比较适合于中、小型发电机组。
（图1）
在直流发电机中，为了进行补偿就采用复励的方式，让电枢电流通过附加绕组来增强励磁。
（图2）
主要由复励变压器FZB，复励整流器FGZ和复励调整电阻Rff三部组成，从电流互感器LH引来电流，经复励变压器FZB及复励整流器FGZ整流成直流加至励磁机的励磁绕组LLQ，励磁机的励磁电流ILQ由励磁机电枢经调节电阻Rc供给自励电流IRc和复励整流器提供的复励电流Iff部分组成，即
ILQ=IRC+Iff
通常，发电机的端电压随负荷电流的增大而降低，当发电机的负荷电流If上升时，由于复式励磁装置的作用，励磁机的励磁电流ILQ也随之增加，以补偿If增大所引起的电压降低，适当的选择复式励磁变压器的变比及复励调整电阻的数值，可以改善复励电流的补偿性能，但是由于这种复式励磁对电流进行补偿，而交流发电机的端电压不仅与电流有关，而且随功率因数而变化，所以复式励磁需与电压校正器配合使用才能维持电压水平。
复式励磁的工作原理仅反应负载电流的幅值，而和负载电流的功率因数无关，但是发电机的电压却不仅与负载电流有关，而且还受负载功率因数的影响，因此，励磁补偿需同时计及负载电流和功率因数这两个因素才合理。
在负载电流相等条件下，功率因数低时补偿的励磁电流要大些，反之，功率因数高时，补偿的励磁电流可小些，这种既反映电流大小又反映电流相应的复式励磁称为相位复式励磁。
（图3）
这两个绕组的合成安匝就是相复励变压器的原边总磁势合理的选择原边绕组，Wi和Wu的匝数及电流、电压的相位，就可以满足输出与功率因数有关要求。
按这种原理构成的相复励装置，虽然补偿一部分由功率因数变化而引起的电压偏差，使发电机的电压质量有所改善，但 由于非线性和温度等诸多因素的影响，很难做到完全补偿，电压质量很难满足要求，所以，一般相位复励装置都带有电压校正器。
在相复励变压器XB中还设有控制绕组Wk，通过改变接入绕组Wk中的直流电流的大小，可以控制铁芯的饱和程序，如图3所示，电压校正器输出接到控制绕组Wk，校正器输出电流小时，XB的激磁阻抗较大，其原边的合成磁势转换到副边的安匝数IW也较大，当校正器输出电流增大时，由于XB铁芯的激磁阻抗随之减小，则其原边磁势转换到副边安匝数IW也就相应减小，这样，绕组Wk中的变流受电压校正器控制。从而起到调节电压的作用。
结束语：在系统稳定性方面，相复励调节器响应速度快、工作可靠，在我国电力系统中主要用于10万KW以下中等容量的发电机组。
参考文献：1、《电力系统自动装置原理》杨冠城，上海交通大学
2、《电力系统继电保护原理》贺家李、宋从矩，天津大学
作者简介：蒋国文（1970-）男，电气工程师，湖南省理工大学，从事电气设备的维护、运行管理工作