励磁培训讲义.docx

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励磁培训讲义

励磁系统培训讲义

供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。

它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。

1、发电机励磁系统

　　励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。

励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。

尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。

同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。

其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。

由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。

励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。

2、同步发电机励磁系统的形式

2.1、发电机获得励磁电流的几种方式

2.1.1、直流发电机供电的励磁方式

　　这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。

这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。

缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。

2.1.2、交流励磁机供电的励磁方式

　　现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。

交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。

交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。

为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。

这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。

缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。

2.1.3、无励磁机的励磁方式

　　在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。

自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。

自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种

　　励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。

自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。

这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。

这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

2.2、发电机与励磁电流的有关特性

2.2.1、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。

2.2.2、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。

2.2.3、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。

3、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。

4、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。

5、发电机励磁系统定义

发电机由两大部分组成。

1.）转子——转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；

2.）定子——定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。

发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。

6、励磁的主要作用

1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；

2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；

3）提高发电机并列运行的静态稳定性；

4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；

5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；

6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

7、发电机励磁系统任务

a发电机并网前，调节发电机输出的端电压；

b发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；

c提高同步发电机并列运行的静、动态稳定

1静态稳定:

采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；

　　2动态稳定：

采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）；

d发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。

励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。

8、励磁系统分类－按励磁电源供电分类

8.1他激励磁方式

8.1.1、直流发电机励磁系统；

8.1.2、交流发电机整流励磁系统；

8.1.3、无刷励磁系统

8.2自激励磁方式

8.2.1、自并励励磁系统；

8.2.2、自复励励磁系统；

8.2.3、谐波（或基波）付绕组供电励磁系统；

8.1.1、他激励磁－直流发电机励磁系统

直流发电机励磁系统

1、优点：

接线简单，调节方便，有较多的运行经验，如果细心维护，比较可靠；

2、缺点：

直流励磁机结构复杂，庞大笨重，成本高，炭刷易磨损，维护工作量大，逐步在淘汰。

8.1.2、他激励磁－交流发电机励磁系统

交流发电机励磁系统

1、优点：

无机械整流子，接线简单，调节方便，励磁电源独立可靠，使用比较可靠；

2、缺点：

时间常数较大，反映速度较慢，交流励磁机的功率因数低，有色金属消耗较大，励磁系统接线较复杂。

一般用于大、中型机组

8.1.3、他激励磁－无刷励磁系统

无刷励磁系统

1、优点：

由于励磁系统无整流子、滑环、炭刷等元件，大大提高运行的可靠性，维护工作量少。

励磁电源独立可靠，抗干扰能力强。

2、缺点：

对整流桥、熔断器等要求高；反应速度较慢；测量励磁电流、励磁电压困难；灭磁也较困难。

检修较困难。

8.2.1、自并励励磁系统－静态可控硅励磁系统

静态可控硅励磁系统

1、优点：

无旋转部分，结构简单可靠；性能优越，调整功能完善，反应速度快；保护功能齐全；自动化程度高；可计算机联网，实现远方调节、控制及测量。

2、缺点：

接线较复杂，要求维护水平高。

对产品的抗干扰能力要作精心设计。

是目前的发展方向产品。

8.2.2、自并励励磁系统－静态自复励励磁系统

静态自复励励磁系统

1、优点：

无旋转部分，结构简单可靠；性能优越，调整功能完善，反应速度快；保护功能齐全；自动化程度高；可计算机联网，实现远方调节、控制及测量。

2、缺点：

接线较复杂，要求维护水平高。

对产品的抗干扰能力要作精心设计。

目前多用于老站改造

8.2.3、自并励励磁系统－谐波付绕组励磁

谐波付绕组励磁

1、优点：

结构简单，没有复杂的励磁机，也无自动励磁调节器，单机运行有自励恒压的作用，一般能满足负载变化的要求。

2、缺点：

难于多机组的并联运行。

用于小型厂、矿、牧区、石油井场的自备电源，宜于单机运行。

9、励磁系统的组成

励磁系统的组成

1、励磁功率单元：

单桥三相全控单元（六只可控硅）；

双桥三相全控单元（十二只可控硅）；

2、励磁调节单元：

双微机励磁控制器；

PLC（带触摸屏）励磁控制器；

3、励磁变压器：

干式油浸式；

4、灭磁单元。

10、励磁变压器的保护

高压熔断器：

一般作短路保护。

断路器保护：

采用微机保护装置，可用我公司的DMP324B5保护测控单元。

具有三段复合电压过流保护，三段零序电流保护，过负荷保护，过电压保护，低电压保护，非电量保护等等。

11、励磁系统对发电机的保护

11.1、失磁保护

在失磁时，励磁系统有一对失磁触点输出，可以联跳发电机的断路器及关闭调速器导叶。

11.2、发电机事故跳闸与甩负荷保护

发电机事故跳闸时，突然将负荷甩掉，但调速器导叶来不及关闭，发电机转速会突然上升，发电机机端电压会突然升高，如不加以保护，将使转子绕组受到机械损伤，过电压也会使定子绕组击穿。

此时，发电机断路器的一对触点信号送入励磁系统，使励磁系统由负载状态变成空载状态。

11.3、转子接地保护

一般由发电机保护装置完成。

转子一点接地发信号，二点接地跳发电机断路器。

12、PDJ-2低压机组综合控制屏

1、400V机组全自动控制功能；

2、400V机组的保护功能；

3、400V机组的励磁功能

13、励磁变压器容量的选择

变压器容量S由下式计算：

S=3.3×Ue·Ie/1000=KVA

Ue：

额定励磁电压，伏

Ie：

额定励磁电流，安

目前国标的变压器容量等级有：

20，30，50，80，100，125，160，200，250，315，400，500（其中容量大于或等于400KVA，需带保护装置）

14、励磁变压器变比的确定

励磁变原边电压=发电机机端电压

励磁变副边电压=强励倍数×额定励磁电压/1.064

其中强励倍数为（1.5至2.0）最好低于1.8倍

火电站：

强励倍数最好为1.5-1.6（经验值）

水电站：

强励倍数最好为1.6-1.8（经验值）

15、电流、电压互感器的确定

15.1、电流互感器：

（CT）

●变比为：

∣发电机定子电流∣/5A

其中发电机定子电流要小于电流互感器的原边电流。

15.2、电压互感器：

（PT）

●变比为：

（发电机机端电压）/100V

其中电压互感器的原边电压有±5%的波动

●6000V的电压等级，PT变比有6000v/100v，6300v/100v两种

●10.5kv的电压等级，PT变比有10.5kv/100v，10kv/100v两种

●400v的低压等级，pt可有可无。

16、霍尔传感器

作用：

用于测量励磁电流、励磁电压；

选择：

按励磁电流、励磁电压的额定值选择，一般输出4～20mA。

17、双微机励磁系统原理

微机励磁控制器是根据电网系统的工作情况（电压、电流的变化情况），采用微机技术，控制可控硅导通角α的移相位置，从而控制励磁电流、励磁电压的输出。

双微机励磁控制器就是用两套微机励磁控制器共同工作。

这样，可以提高励磁系统的可靠性。

18、励磁系统的操作与使用

18.1开机条件

1.微机励磁调节器工作电源开关QA1（交流）、QA2（直流）在合位置，试验电源在断开位置；

2.微机显示正常“A0000”、机旁/中控室均无无励磁故障信号；

3.阳极开关合上；

4.“试验/运行”转换开关在“运行”位置；

5.面板显示为“自动/恒压”位置；

6.风机处于“自动”位置。

18.2、自动开机

1.微机励磁调节器处于“自动”“恒压”位置。

2.转速大于80%合上灭磁开关。

3.转速大于90%点动投励键（开机令）此时机端电压将自动升压到95%额定机端电压值。

4.由中控室的微机自动准同期装置并网，并网成功后,可以增减负荷。

18.3、手动开机

1.微机励磁调节器处于“手动/恒流”。

2.发电机转速大于80%额定值合上灭磁开关。

3.转速大于90%后，先减磁10秒且确认励磁电压在空载位置、点动“它励”键（此时机端电压将建压、继续操作增减磁即可将机端电压升到所需值。

4.转速大于95%后，由中控室自动准同期并网，或手动同期并网。

18.4、励磁停机

1.先将有功、无功减到空载。

2.跳发电机的断路器（DL）。

3.按灭磁键（停机令）将自动逆变灭磁。

19、励磁系统常见故障处理

19.1、自动起励不成功

1、有故障信号；

2、转速<90%额定转速；

3、无直流操作电源；

4、转速继电器误动作；

5、起励回路断线；

6、非正常灭磁。

19.2、手动起励不成功

1、操作不当；

2、转速继电器误动；

3、无直流操作电源；

4、起励回路断线；

5、有灭磁信号；

19.3、励磁报转子过电压信号

1、一般复归即可；

2、非正常灭磁；

3、保护动作；

4、跳灭磁开关灭磁

19.4、欠励、强励

1、起励升压时，机端电压表指针到最大位置，但数显值很小：

检查PT是否断线；

2、欠励指示灯亮：

查看无功表、功率因数表，确定机组是否进相，应增加励磁电流；

3、强励指示灯亮：

表示机组曾经出现过强励，此时微机控制器自动限制励磁电流不超过额定值，并限制增量键增量，但可减励。

10分钟后，自动解除强励限制。

跳发电机断路器可立即解除强励限制。

19.5、风机与快熔

1、停风指示灯亮：

风机回路有故障，此时微机励磁控制器自动限制励磁电流不超过80％额定值，但可人工减励。

该限制在风机回路正常后，自动解除；

2、快熔指示灯亮：

说明至少有一个可控硅快熔熔断，此时微机励磁控制器自动限制励磁电流不超过80％额定值，但可人工减励。

该限制在更换可控硅后，自动解除。

19.6、脉冲消失

1、自动运行时报脉冲消失，可能是同步回路故障；

2、手动运行时报脉冲消失，属正常，此时，只通过继电器的触点向外发信号，不作操作限制。

19.7、起励失败

1、若停机时，采用直接关闭导叶或强行跳灭磁开关，有可能造成下一次开机时起励失败；

2、在开机过程中，调速器转速不正常，或长期不能将转速升到额定值，也可能造成起励失败；

3、处理办法：

按一下“灭磁”键，或开关一次微机控制器电源，再给“投励”。