发电机励磁系统的简述Word格式文档下载.docx

发电机励磁系统的简述Word格式文档下载.docx

《发电机励磁系统的简述Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电机励磁系统的简述Word格式文档下载.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　1、电压的调节　　自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。

无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。

但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2、无功功率的调节：

　发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。

当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。

此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。

3、无功负荷的分配：

　并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。

大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。

为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

三、自动调节励磁电流的方法　　在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。

常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。

这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。

这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。

在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。

自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。

被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。

同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。

调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。

稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。

励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。

限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。

必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。

四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备　　自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；

励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；

需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；

需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；

励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。

　　励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。

在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。

根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。

　近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。

在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。

由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

励磁基础知识1．励磁的概念及定义？

励磁概念：

依靠电磁相互作用的原理，导体切割磁力线感应电动势，励磁就是提供磁场，对同步发电机而言，感应电动势由励磁和调速共同控制，励磁只是感应电动势的必要条件之一。

同步发电机的两个基本控制是励磁和调速，电能质量通过电压、频率、相位和波形来衡量，其中电压由励磁控制，频率由调速控制。

励磁定义：

在国家标准GB/T7409.1～7409.3-1997中关于励磁系统的定义1）提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。

2）励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。

3）励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。

2．同步发电机励磁系统的作用是什么？

从发电厂角度研究励磁系统的作用有：

（1）调节发电机电压；

（2）调节发电机无功功率；

（3）多台发电机无功功率分配（成组调节AQC）；

（4）安全可靠运行。

从电力系统角度研究励磁系统的作用有：

（1）提高系统的静态稳定性；

（2）提高系统的暂态稳定性；

（4）改善系统的电压稳定性；

（5）二次电压控制；

（6）安全可靠运行。

3．励磁系统的主要任务是什么？

1）维持电压在给定水平运行，即控制电压。

2）合理分配并列机组无功功率，即分配无功。

3）提高电力系统的稳定性。

4）发电机变压器组内部出现短路时，快速灭磁，以避免事故扩大。

5）电力系统发生短路事故或其他原因使发电机电压严重下降时，对发电机进行强行励磁，以提高电力系统的动稳定性和继电保护动作的准确性。

6）在发电机由于突然甩负荷等原因造成发电机过电压时，对发电机进行强行减磁，以限制发电机电压过度升高。

4．励磁系统主要由哪几部分组成？

一般来说，与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路，总称为励磁系统（ExcitationSystem）。

励磁系统由励磁电源和励磁装置两大系统构成。

励磁电源（excitationpower）的主体是励磁机或励磁变压器，主要向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流。

励磁装置（excitationequipment）是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。

它包括励磁自动调节回路、功率整流回路和灭磁回路等三部分。

励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节控制屏、整流屏和灭磁屏几部分组合而成。

5．同步发电机励磁的分类？

按励磁电源分类：

（1）直流励磁机励磁系统；

（2）交流励磁机励磁系统；

（3）自并励励磁系统。

按响应速度分类：

（1）常规励磁系统；

（2）快速励磁系统；

（3）高起始励磁系统。

6．三相桥式全控整流电路有何特点，其触发脉冲有何要求？

三相桥式全控整流电路，六个桥臂元件全都采用可控硅管。

它既可工作于整流状态，将交流变成直流；

也可工作于逆变状态，将直流变成交流。

其触发脉冲的宽度均大于60°

，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。

7．自动开机不能启励升压，其故障原因有哪些，如何处理？

自动开机不能启励升压，其故障原因有很多可能性，主要有启励电源未投，或启励回路元件有问题，或开机令没有发到励磁盘来，或调节器工作不正常，或功率柜的开关未合，等等。

处理以上问题，可以解决自动开机不能启励升压问题。

8．常规励磁PID调节的含义是什么？

励磁调节器对发电机端电压偏差ΔUt进行比例、积分、微分控制，简称PID调节。

比例就是按比例放大；

积分是对微小偏差进行累计求和，以达到消除这些偏差，提高调压精度；

微分将动态的输入信号相位超前，使调节器能作出快速的反应。

9．数字移相的工作原理是怎样的？

所谓数字移相触发器，就是通过计算机软件发出触发脉冲的技术。

其工作原理首先是将控制角α根据计算机工作频率折算成对应的延时t，接着在同步电压的中断下，计数器进行计时，延时t后，计算机通过I/O口输出触发脉冲。

10．什么是线性电阻和非线性电阻?

电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻叫做线性电阻。

线性电阻的阻值是一个常量,其伏安特性是一条直线,线性电阻上的电压与电流的关系服从欧姆定律。

电阻值随着电压、电流的变化而变化的电阻叫做非线性电阻,其伏安特性曲线是一曲线,不能用欧姆定律来直接运算,而要根据伏安特性用作图法来示解。

11．发电机的自动灭磁装置有什么作用？

自动灭磁装置是在发电机开关和励磁开关跳闸后，用于消除发电机磁场和励磁机磁场，为的是在发电机切开后尽快降低发电机电压至零，以便在下列几种情况下不导致严重后果：

（1）发电机内部故障时，只有去掉电压才能使故障电流停止；

（2）发电机甩负荷时，只有自动灭磁起作用才不致使发电机电压大幅度地升高。

（3）转子两点接地引起跳闸时，只有尽灭磁才能消除发电机的振动。

总之在事故情况下，尽快灭磁可以减轻故障的后果。

12．强励有何作用？

（1）增加电力系统的稳定度；

（2）在短路切除后，能使电压迅速恢复；

（3）提高带时限的过流保护动作的可靠性；

（4）改善事故时电动机的自起动条件。

13．发电机失磁后有什么现象？

发电机失磁后，在仪表上反映出来的现象是：

转子电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零，且有等于转差率的摆动，发电机电压和母线电压均降低，定子电流表指示升高，功率因数表指示进相，无功功率表指示零值以下。

14.如何简单地判断可控硅的好坏？

用一对线灯接在可控硅的两端（正电源接A，负电源接K），另一对线灯在可控硅的触发极与阴极之间触发一下（正电源接G，负电源接K），接在可控硅两端的对线灯能亮且维持。

15.三相全控桥可以有哪两种工作状态？

三相全控桥可以工作在整流状态和逆变状态。

16．何为理想灭磁曲线？

在灭磁过程中，励磁电压反向并保持恒定，励磁电流按直线规律衰减，直到励磁电压和电流为零。

17．三相全控桥共有几个桥臂元件？

其触发脉冲应是怎样的？

同一时刻有几个桥臂被触发导通？

三相全控桥共有六个桥臂元件，其触发脉冲按照+A→-C→+B→-A→+C→-B的顺序，同一时刻至少有两个桥臂被触发导通，在换流时有三个桥臂导通。

18．脉冲变压器绝缘不良对励磁装置有何影响？

脉冲变压器绝缘不良时，脉冲变一次侧的高压电会窜到二次侧控制回路，将造成调节器或脉冲回路器件损坏，严重的会引起励磁装置误强励。

19．V/F限制的作用是什么？

其动作结果？

防止机组在低速运行时，过多地增加励磁，造成发电机和变压器铁芯磁密度过大而损坏设备。

V/F限制的动作结果就是机端电压随频率的下降而下降，当频率下降到很低时，励磁装置就逆变灭磁。

20．欠励限制的功能是什么？

由于电网的要求，机组有时需要进相运行（吸收系统无功），但机组过分进相又可能引起机组失磁或其它不良影响，故需要对欠励进行限制。

按照机组进相运行时无功与有功的对应关系，在一定量的有功时，限制无功进相的程度，此时，调节器就不能再减磁了。

转载某电厂发电机低励失磁跳机故障分析

针对一起200MW机组低励失磁故障，分析了发电机低励失磁的过程及保护动作情况，作出跳机的原因是发电机失磁造成厂用电压过低使给粉机变频器停止工作而引起锅炉MFT动作，提出了反事故措施。

某电厂2台200MW机组是东方电机厂生产的QFSN-200-2型水氢氢汽轮发电机，7回110kV联络线分别与变三变电站相连，与220kV系统联系紧密，系统无功功率储备充足。

为考核机组的进相运行能力以及对系统电压的调节能力，　对发电机组进行了进相运行试验，并根据试验结果给出了发电机进相运行时，110kV母线电压的调压率为0.21～0.5kV/10Mvar，220kV系统的调压率为0.1～0.254kV/10Mvar。

1故障简况　　2001-09-27，某电厂1号机备用，2号机在手动励磁运行方式下发生失磁故障，失磁保护动作切换厂用电，锅炉MFT动作跳机。

　　故障发生前，2号机满载运行，发电机有功200MW，无功20Mvar，机端电压15.29kV。

05∶02∶00，2号集控室发出“失磁”信号，6kV快切装置“021切换”、“022切换”，随即锅炉MFT动作，机组跳闸。

2故障分析2.1发电机运行中出现低励失磁故障的分析　　发电机励磁系统接线，因副励磁机烧瓦，励磁系统暂运行于手动方式，这就需要运行人员根据有功变化及时调整无功，使发电机运行在稳定状态。

　　可看出，失磁前发电机有功198.65MW，而无功只有16.29Mvar，此时机组运行于静态稳定曲线上部，静稳裕度较小，且发电机端电压、6kV厂用电压均较低。

当机组受到外界小的扰动，负荷由198.65MW逐渐升至205.04MW时，由于运行人员没能及时增加励磁，发电机的功角将逐渐增大，使发电机无功逐渐降低，机端电压和厂用电源电压也随即下降，而手动励磁电源取自380V厂用电，在手动励磁不作调整的情况下，就使得发电机转子电压和电流相应下降，从而使发电机无功和电压进一步下降，进而又造成转子电压、电流下降，如此反复，最终导致发电机失磁。

因发电机失磁前带满负荷，则进入异步运行后，其等效电抗降低较多，发电机从系统吸收的无功功率也较多，无功进相最大达-150Mvar。

　2.2发电机失磁保护动作分析　某电厂发电机失磁保护由静态极限机端阻抗ZK-1、转子低电压ZY-1、系统母线低电压DY-1三部分组成，转子低电压作为系统故障或系统振荡时的闭锁元件，整定为100V，系统母线低电压整定为80%Un。

　　解列动作于跳发电机出口开关；

程序跳闸动作于主汽门关闭9s后，　跳发电机主开关、灭磁开关、6kV各分支开关。

　　发电机由低励失磁运行逐步进入失步运行阶段，无功进相最大达150Mvar，此时机端测量阻抗由正常位于第一象限过渡到第四象限，并进入异步运行阻抗园内，在转子低电压低于100V时，　失磁保护t1延时0.5s动作出口，发“失磁”信号并切换厂用电。

整个发电机失磁过程中，造成系统无功缺损近170Mvar，按机组进相试验所提供的调压率0.21～0.5kV/10Mvar（即发电机每少发无功10Mvar，110kV母线电压下降0.21～0.5kV），则110kV母线电压下降约3.57～8.5kV，且考虑系统中其它机组的作用，110kV系统电压并不会下降到其额定值的80%，网控的数据录波也显示，发电机失步时，110kV系统电压仍高于80%Un，故失磁保护的系统低电压条件未满足，失磁保护t2不出口跳机。

2.3锅炉MFT动作分析　　当炉膛压力大幅波动（±

1500Pa）或主燃料丧失（给粉机全跳）时，都会引起锅炉MFT动作。

MFT动作后，延时9s联跳发电机出口开关及灭磁开关。

　　某电厂于1999年对给粉机进行了变频器改造，其变频调速器为三菱电机株式会社生产的FR-E500型变频器。

给粉机原控制回路仍保留，即仍由同操器送出信号给控制器，再由控制器输出4～20mA的直流信号给变频器控制给粉机转速。

FR-E500型变频器的工作电压为325～528V，即变频器在工作电压为0.8～1.3Un时正常工作，若超出此范围时，变频器将停止工作，使给粉机跳闸造成主燃料丧失，MFT动作。

厂用电压过低或瞬时停电时，变频器自保持时间设定为1s，当电源电压低于变频器最低工作电压或消失超过1s时，变频器无输出，给粉机跳闸。

　　发电机从开始进相到失磁保护动作，整个过程33s，在此过程中，6kV母线电压大幅下降，直至低于额定值的80%（5.04kV），若不考虑变压器的压降，则380V母线电压也降低至额定值的80%（320V）以下，且失磁保护动作切换厂用电时，又产生瞬时失压（厂用电切换时间约120ms），最终造成变频器停止工作，使给粉机全跳，锅炉MFT动作跳机。

　　由上面分析可知，发电机低励失磁后，失磁保护仅动作于“失磁”信号并切换厂用电，因厂用电降得过低且维持时间较长，造成给粉机变频器停止输出，给粉机跳闸使锅炉MFT动作跳机。

3建议和措施3.1加强运行人员的技术和工作责任心培训　　发电机手动励磁方式只是在自动励磁调节器故障或副励机不具备投入运行的情况下，临时满足发电的需要。

机组手动励磁运行时，运行人员应有高度的工作责任心，集中精力监盘，并能根据负荷的变化，及时调整励磁，　使发电机有功和无功的比值小于3，同时应抓紧抢修，尽快恢复自动励磁运行。

3.2失磁保护重新整定当发电机失磁造成静态稳定破坏进入异步运行后，从系统吸收大量无功，此时系统电压仍未降到低电压整定值，失磁保护不能动作将机组从系统解列，这将使邻近机组过载，系统稳定受到威胁，同时6kV母线电压急剧下降，严重威胁厂用辅机的安全运行；

　还会使定子过流，定子电枢绕组温度上升，定子端部发热及转子发热，对机组自身安全造成很大威胁。

故应根据现场实际，进行合理计算，适当整定，使发电机失磁时，保护能及时将机组从系统解列，确保系统稳定及机组自身安全。

3.3改变变频器工作电源　　由于给粉机变频器工作电源接于380V厂用电，当厂用电电压异常降低或消失（如切换缓慢）时，将会影响变频器正常工作，从而导致给粉机跳闸使MFT动作，为此，可将变频器工作电源接至厂用UPS，这样变频器工作就不会受厂用电压的影响了。

自并激励磁系统对电网稳定的影响

　由于自并激励磁系统接线简单、设备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统，故与其它励磁系统对比，自并激励磁系统对电网稳定具有明显的优越性。

　　随着微机励磁调节器的应用，氧化锌非线性灭磁电阻的研制成功及大功率晶闸管及晶体管的广泛应用，提高了发电机励磁系统的可靠性，较大地改善了励磁系统静态和动态品质，大大提高了系统的技术性能指标。

　　在诸多励磁系统中，直接励磁机维护困难，调节器响应时间长达1～5s，动态性能差，当空载起励时，电压超调量大，频率特性差；

他励可控硅励磁系统需装设交流励磁机，并要求厂房高度高，当其用于慢速水轮机时，交流励磁机体质量大、尺寸大、维修工作量大。

20世纪70～80年代，发电厂开始用自复励及自并励的可控硅励磁系统，由于它们均属于快速励磁系统，动态性能优良，尤其是带有微型计算机励磁调节器的自并激静止励磁系统在发电厂中得以广泛的应用。

自并激励磁系统接线简单、设备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统。

尤其是水电站往往远离负荷中心的地区，为提高输电的稳定性，对励磁系统要求能快速响应，而自并激励磁系统恰好能满足这个要求。

1　自并激励磁系统对电网稳定作用原理　　在电力系统中，大机组往往通过多回高压输电线给远方负荷中心供电，为减少损耗常常采取无功就地平衡，由于高压线路充电功率大，一旦发生扰动，很容易破坏无功平衡，引起电压不稳定问题。

　　通过自并激励磁系统的实际应用和多年实验，自并激励磁系统对电网稳定有极其重要的作用。

1.1　提高静态稳定　　当快速励磁采用较高励磁系统增益并配置PSS（电力系统稳定器）后，在小干扰时，可以保持发电机端电压恒定，即：

（1）P=（Ut•Uc/Xe）sinδ=Pm1sinδ　　交流励磁机励磁系统一般只能保护Eg′或E′恒定，即使是能保持E′恒定，其最大功率输出为：

（2）Pm2=Ut•Uc/（Xe+Xd′）　　设发电机不调励磁，在励磁电流恒定的情况下：

Xd′=0.3,Xe=0.6,Ut=1.0,E′=1.2则　　　　　Pm1=1.25Pm2　　（3）　　即自并激励磁系统可提高静稳定25%，当进行励磁调整时，自并激励磁系统可大大提高静稳定。

式中　P——有功功率；

Ut——电动势；

　　　Uc——出口电压；

Xe——发电机阻抗；

　　　δ——功角；

Xd′——d轴暂态阻抗；

　　　Eg′——与励磁电流成正比电势；

　　　E′——d、q轴合成电势；

　　　Pm1、Pm2——最大功率。

1.2　提高动态稳定　　动态稳定是指在小干扰情况下，由于阻尼不足产生振荡失步，或大干扰后对后续振荡阻尼不足产生振荡失步。

快速励磁配置PSS后，由于励磁系统延时小，有利于PSS发挥作用，并可增加更多的正阻尼，提高动态稳定。

1.3　对暂态稳定的影响　　采用自并激励磁系统后，如发生高压出口三相短路，强励倍数按2倍计算，其暂态稳定水平与实际时间常数Te=0.35s的常规励磁系统基本相同。

　　这是因为自并激励磁系统虽然在强励时受机端电压影响，强励倍数较低，但调节速度快，恢复电压迅速，而常规励磁系统虽然强励能力受机端电压影响小，但交流励磁机是很大的滞后环节，调节速度慢。

　　全网采用自并激励磁系统时暂态稳定水平更优于常规励磁。

当发生三相短路时，除离故障点近的自并激励磁系统受电压降落影响外，其余机组端电压数值较高，自并励的快速调节提高暂态稳定的优势可充分发挥。

1.4　对系统电压稳定的影响　　有些发电机配备自并激励磁系统，当其高压线路出口三相短路，若强励倍数是2时，则其电压水平与常规励磁相比基本相同，当强励倍数增大时，则优于常规励磁系统；

当故障离该机组较远时，也优于常规励磁系统，并能改善系统的暂态电压稳定。

　　全网发电机都配有自并激励磁系统，可提高电压稳定水平。

在某些条件下，电压暂态不稳定的系统可以得到改善。

　　强励倍数越高，改善电压稳定的效果越明显。

自并激系统的强励倍数选择有较大的自由度，这是常规系统所不能及的。

1.5　对继电保护的影响　　现代大型发电机大都经封闭母线到变压器，然后接入电网，一般不考虑机端故障。

如果故障发生在差动保护范围内，0s保护动作切除发电机。

而在高压母线短路时，至发电机端短路电流衰减已比较小了。

经分析表明，约在0.5s内