近年來，通過對(duì)大中型同步發(fā)電機(jī)采用靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、繼電保護(hù)以及軸系扭振影響的分析研究，普遍認(rèn)為這種勵(lì)磁方式具有反應(yīng)速度快、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、且可縮短機(jī)組軸系長(zhǎng)度改善軸系特性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)隨著進(jìn)口大容量發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)不斷地在各地電網(wǎng)投入運(yùn)行，國內(nèi)目前也正處于大力推廣應(yīng)用的階段。但不可否認(rèn)的是，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)國外自50年代就開始應(yīng)用，目前己相當(dāng)普及，如加拿大電力系統(tǒng)中采用靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組己占總裝機(jī)容量的近8成。ABB、三菱、GE等公司都以生產(chǎn)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)為主，比較而言，國內(nèi)廠家在一些關(guān)鍵技術(shù)上與國外同行相比有一定差距，如在可靠性設(shè)計(jì)、智能化均流技術(shù)、軸電壓吸收、遠(yuǎn)程診斷等方面。
一、冗余方式
目前，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)普遍采用數(shù)字式調(diào)節(jié)器（AVR），并采用雙通道配置，每個(gè)通道內(nèi)均具有恒壓及恒流兩種主要調(diào)節(jié)方式，但大中型同步發(fā)電機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)有其特殊性，即不像交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)那樣設(shè)有手動(dòng)柜，故對(duì)其可靠性提出了更高的要求。在提高勵(lì)磁設(shè)備整體可靠性的基礎(chǔ)上，可考慮在調(diào)節(jié)器及功率回路兩部分采用冗余設(shè)計(jì)。
1、帶后備手動(dòng)調(diào)節(jié)的AVR常規(guī)雙通道AVR的通道之間、恒壓/恒流方式之間均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，有故障時(shí)進(jìn)行自動(dòng)切換。通常AVR在通道1的恒壓方式下運(yùn)行，若發(fā)生故障，則切至通道2的恒壓方式，如果此時(shí)再發(fā)生故障且通道1沒有修復(fù)，那么將切至通道2的恒流方式（手動(dòng)方式），若再次發(fā)生故障，在交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中可切至手動(dòng)備勵(lì)柜運(yùn)行，但對(duì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)而言，因其輸出為高電壓、大電流，從經(jīng)濟(jì)性考慮通常不設(shè)手動(dòng)柜，則發(fā)生類似故障時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)將直接退出運(yùn)行，這對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行相當(dāng)不利。另外，雙通道調(diào)節(jié)器內(nèi)的恒流方式通常不是完全獨(dú)立的，如恒壓/恒流方式的CPU是共用的，控制程序也在同一程序存儲(chǔ)器中，當(dāng)主控板發(fā)生故障時(shí)，其結(jié)果是恒壓/恒流方式同時(shí)不可用?；谶@種情況，應(yīng)采用帶后備手動(dòng)調(diào)節(jié)的AVR其采用完全獨(dú)立的CPU，控制功能也完全獨(dú)立，并具有以下功能：自動(dòng)跟蹤/自動(dòng)切換、同步回路及脈沖產(chǎn)生完全獨(dú)立、供電回路獨(dú)立、I/O接口獨(dú)立；另外，后備通道應(yīng)具有一定的保護(hù)功能，如勵(lì)磁電流反時(shí)限保護(hù)、過流瞬時(shí)保護(hù)和小勵(lì)磁電流限制等。可見在這種配置時(shí)，每個(gè)調(diào)節(jié)通道具有恒壓方式、恒流方式、完全獨(dú)立的后備手動(dòng)方式。
2、功率回路的冗余設(shè)計(jì)及智能化均流技術(shù)大中型發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其功率橋通常采用（-1）冗余設(shè)計(jì)，即n個(gè)橋并列運(yùn)行，當(dāng)一個(gè)可控橋退出時(shí)，仍可滿足額定運(yùn)行工況及強(qiáng)勵(lì)工況。鑒于多橋并列運(yùn)行，目前大多采用交流側(cè)等長(zhǎng)電纜及電抗器等措施實(shí)現(xiàn)均流，可見均為靜態(tài)的均流措施，當(dāng)功率元件特性發(fā)生變化使勵(lì)磁電流產(chǎn)生偏差時(shí)，只有靠人工再調(diào)整的方法，并且在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)整也不利于設(shè)備的安全運(yùn)行，故應(yīng)采用動(dòng)態(tài)的智能化均流技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均流，首先應(yīng)測(cè)量每個(gè)可控橋的輸出電流，并且應(yīng)不依賴AVR而實(shí)現(xiàn)可控橋間的均流，這樣要求可控橋帶智能化的橋控單元，實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量、觸發(fā)角調(diào)整等功能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)橋溫的測(cè)量、冷卻風(fēng)機(jī)的控制等。由此可見，每個(gè)可控橋?qū)嶋H上是一個(gè)獨(dú)立的智能化部件，其可通過現(xiàn)場(chǎng)總線如ARCnet、CANBUS等與AVR相連，在這種方式下，可控橋數(shù)量的配置也顯得非常靈活，可以滿足不同勵(lì)磁容量的要求。
綜上所述，如采用帶后備手動(dòng)的AVR及智能化功率橋，其控制部分實(shí)為4個(gè)完全獨(dú)立的通道，可控橋又可按（n-2）的原則進(jìn)行配置，后備手動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了類似手動(dòng)柜的功能，從而大大提高了發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性。
二、軸電壓吸收靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)
因可控硅換弧的影響，故也是一個(gè)新的軸電壓源，會(huì)產(chǎn)生幅值可達(dá)60V的軸電壓。實(shí)踐表明，常規(guī)的接地碳刷不能有效消除高頻的軸電壓分量，如果不采取有效措施進(jìn)行防范，軸表面及支承會(huì)引起電腐蝕，從而影響發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。通常認(rèn)為軸電壓值小于20V是安全的，為了達(dá)到這一目的，除對(duì)常規(guī)接地碳刷加以改進(jìn)外，在勵(lì)磁裝置內(nèi)部應(yīng)設(shè)有專用的軸電壓抑制回路，以有效降低軸電壓值，目前有效的方法是加對(duì)稱的RC濾波器。需要注意的是，此RC回路對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測(cè)有影響，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中應(yīng)對(duì)接地檢測(cè)裝置重新進(jìn)行整定。
三、冷卻風(fēng)機(jī)配置
隨著電子技術(shù)及可控硅技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，勵(lì)磁系統(tǒng)的整體可靠性有了很大的提高，比較而言，冷卻風(fēng)機(jī)部分卻是薄弱的環(huán)節(jié)，通常1臺(tái)風(fēng)機(jī)的使用壽命為4萬小時(shí)左右。在國外的一些核電站中，設(shè)備運(yùn)行一定年限后，將更換全部風(fēng)機(jī)，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。國內(nèi)目前普遍采用兩組風(fēng)機(jī)互為備用的方式，當(dāng)風(fēng)機(jī)故障時(shí)進(jìn)行更換，但這樣還是不利于風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)檢修。如果采用智能化的橋控單元，則可以記錄每組風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)其接近使用壽命時(shí)就進(jìn)行更換，從而大大方便了維護(hù)工作。
四、失脈沖檢測(cè)技術(shù)
目前失脈沖檢測(cè)的方法主要有總線失脈沖檢測(cè)及在脈沖變壓器次級(jí)進(jìn)行檢測(cè)等，或是幾種方式同時(shí)進(jìn)行，但在出現(xiàn)可控硅門極故障或可控硅失控的情況時(shí)，以上方式均失效。有效的方法應(yīng)是對(duì)每個(gè)可控橋交流輸入端的電流進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)電流波形的分析，從而判斷出是否失脈沖及哪個(gè)橋臂失脈沖，這樣可真正避免誤檢測(cè)情況的出現(xiàn)。
五、現(xiàn)場(chǎng)總線及遠(yuǎn)程診斷
勵(lì)磁系統(tǒng)通常要與DCS相連，在現(xiàn)階段主要是采用硬接點(diǎn)的方式，但這樣在DCS上無法實(shí)現(xiàn)。對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的修改及進(jìn)行錄波等，故現(xiàn)在要求勵(lì)磁系統(tǒng)具有與DCS的通訊接口，但問題是此類接口目前很少真正投入使用，僅是留有接口備以后使用。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用通用內(nèi)部接口加相應(yīng)的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口的形式，這樣在以后實(shí)際使用過程中，可以不更新AVR的主控制程序，而是選用不同的轉(zhuǎn)換接口就可滿足要求，如采用Modbus、Piofibus等通訊協(xié)議接口。
鑒于勵(lì)磁設(shè)備的重要性，要求勵(lì)磁設(shè)備生產(chǎn)廠家能在短時(shí)間內(nèi)解決用戶遇到的實(shí)際問題，隨著互連網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，勵(lì)磁設(shè)備可以通過專用的調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接，這樣，勵(lì)磁設(shè)備生產(chǎn)廠家能實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和診斷，如讀出設(shè)備內(nèi)部的設(shè)定參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行修改，同時(shí)可進(jìn)行實(shí)時(shí)錄波與分析，從而大大縮短維護(hù)時(shí)間。
