浅析发电机励磁电流过小的原因

我厂生产的发电机，在外使用运行的时候，发现励磁电流偏小，我们从各个角度分析了可能发生的原因，并对实际运行所需的励磁电流进行了二次校核计算。
    在发电机的实际运行中，会产生各种原因导致励磁电流下降。通过分析，我们认为该发电机的励磁部分工作正常。
    运行情况介绍
    该型号汽轮发电机(以下简称发电机)为隐极式无刷励磁三相四极交流同步汽轮发电机,发电机设计为封闭循环通风系统,适用于热电站或轻工、化工自备热电站,也可作为小型电站发电设备。发电机主要由同步发电机、交流励磁机、永磁副励磁机和励磁调节柜组成。本发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流器全波整流后供给。而交流励磁机的励磁电流由永磁副励磁机发出的电流经励磁调节柜调整后供给。
该机组设计功率为6000kW，功率因数为0.8，励磁电流值为346.1A，励磁机端励磁电流为7.07A。机组稳定运行时间下的运转功率为3500kW，运行功率因数为0.94，监测到的励磁机励磁电流值为2.8A，即实际运行的励磁机电流值不到设计值的一半。
    初步原因分析
    经过分析，我们确定造成励磁电流值过小的原因有以下几个方面：
    2.1发电机实际运行功率以及功率因数均未达到额定值
    发电机实际运行功率比额定功率低，则会反应在额定输出电流上，当额定输出电流减小时，则发电机定子绕组中的电枢反应也会相应减小。当发电机电枢绕组中的电枢反应减小，发电机励磁绕组所需的励磁电流值也将进一步减小。同时功率因数比设计值偏高，导致实际输出的无功功率变小，也会进一步降低主机所需的励磁。
    2.2发电机转子温升
    发电机的实际运行功率以及功率因数的偏低，导致励磁电流减小。在同一台发电机中，励磁绕组的电流值减小时，绕组内的电流密度也相应地降低，导致励磁绕组的发热量下降，这一部分的发热，反应在发电机损耗中就是励磁损耗。同时发电机额定输出电流值的降低，电枢绕组内的电密也相应下降，减少了电枢绕组的发热量。当定转子的发热量都在下降的时候，整个发电机的温升会显著下降。在同样转速及通风的情况下，发电机主励磁绕组的温升实际值将比设计值更低。主励磁线圈的温升降低的情况下，其励磁绕组的直流电阻也会比在额定功率运行情况下的电阻值低，当励磁电流值一定的情况下，将进一步降低励磁电压。
    2.3励磁机整流桥整流值
    发电机的励磁电流是由励磁机发出的三相交流电，经旋转整流硅二极管进行三相全波整流后得到的单相脉动性直流电。整流电路分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。整流电路是利用二极管的单相导电特性，其导通电压由输入交流电压提供。
通过电力电子学的相关知识，可以了解到不同型式的整流桥会对励磁部分产生影响。整流部分大致可分为二极管整流桥和相控整流器。本机组采用的是硅整流二极管三相全波整流。
    2.4励磁机部分温升的影响
    实际运行中，我们监测到冷却器两端出风口的温升不同。因为机组在设计的过程中，励磁机和永磁机部分的通风和主机的通风系统设计成为一体式的，励磁机和永磁机通过离心式风扇将风排出并进入主机的风路之中。励磁机和永磁机部分的发热进入一端的通风系统，造成通风系统内的热量不均衡，从而导致发电机冷却器两端出风口的温升不相等。
    计算校核过程
    3.1按发电机实际运行功率对励磁电流进行计算
    运用电磁计算程序，带入实际运行功率3500kW以及实际功率因数0.94，我们计算得到如下的结果：额定励磁电流：218.9 A   额定励磁电压：66.87V
    3.2按计算出的温升值校正励磁电流值
    在程序计算中，我们导出发电机转子线圈的实际温升值：
    我们可以从程序中得出转子绕组的温升为：47.7℃，环境温度约为32℃。
    3.3不同整流条件下的励磁计算
    在全波整流和半波整流下，不同整流管的选用也会对发电机的励磁电压造成影响。其中半波整流电路，整流后的直流电压只有原有交流电压的0.45倍，而全波整流电路，整流后的直流电压为原有交流电压的0.9倍，若带有滤波电容的全波整流桥式电路而言，输出的直流电压值是交流电压的1.414倍。现在的整流基本都是采用全波桥式整流电路为主。
    3.4励磁部分温升的影响计算
    在励磁机的计算过程中，为了避免繁琐的程序，我们采用了一个固定温升下的励磁电流值。这同样将公式里面的温升带入实际计算中的温升时，发现励磁机的励磁电压降低了很多。在计算程序中，引用的计算公式未曾考虑到实际的温升情况，同主机励磁电流的计算一样，选用了一个恒定的温升作为计算值。
    通过以上的分析与计算，我们确认励磁电流值偏小属正常现象，造成的原因是机组不是在满负荷的情况下进行运行，机组可持续稳定运转。当机组持续在额定工况下长时间运行时，励磁电流值将逐步上升到额定值。同时，在对发电机计算的过程中，磁化曲线的取值也是相当重要的。不同硅钢片磁化曲线的取值，会导致计算结果的不一致。当然，计算程序的计算过程都是针对一个稳态过程的计算，和实际运行情况有很大的不同，所以在后面的计算结果与实际的运行数据还是存在差异的。唯一真正有效的检验标准是在满负荷的情况下长时间运行，然后再来检验设计数据的准确性。