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发电机励磁系统ABBUN6000励磁系统简介励磁调节器励磁功率单元发电机输入信号电力系统励磁系统供给发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统。它分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分。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。发电机励磁系统基本原理励磁系统的作用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。励磁系统的主要作用有：•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。•控制并列运行各发电机间无功功率分配。•提高发电机并列运行的静态稳定性。•提高发电机并列运行的暂态稳定性。•在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。•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。励磁系统的分类励磁系统他励式励磁系统自励式励磁系统直流电机励磁系统(直流励磁机)整流器励磁系统交流励磁机自并励系统自复励系统谐波励磁系统静止整流器励磁系统旋转整流器励磁系统交流侧复合的自复励系统直流侧复合的自复励系统按整流器是否旋转分按供电方式分按整流器是否旋转分按功率引取方式分按复合位置分UN6000励磁系统•我厂发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士ABB公司原装产品,型号:UNITROL6000系列6800）。•发电机静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步发电机电压和无功功率的目的。•其主要分为四个部分：①励磁变压器；②励磁调节器（AVR）；③可控硅整流器；④起励和灭磁单元；•如下图所示：发电机静态励磁系统原理图励磁变励磁调节器整流器灭磁单元调节器测量元件RE~AVR直流灭磁开关GCTPT三相干式励磁变主要优点：①没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。②自并励方式取消了励磁机，缩短了的汽轮机发电机轴系长度可提高机组轴系的稳定性、提高机组安全运行的水平。③因励磁调节直接在转子回路中，没有主励磁机时滞环节，属快速响应励磁系统，技术指标高，响应快，性能参数好。起励装置自并励系统及其主要特点自并励方式的缺点①整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压下降，影响励磁系统的强励能力。②有碳刷增加了维护量。③发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强励要求，强励减弱时，短路电流迅速衰减，而造成出口带时限继电器拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。④起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要另外设置起励电源。励磁变压器我公司励磁变压器采用三相干式变压器，冷却方式为风冷（AN/AF）；容量为5800KVA，变比为21.5KV/900V，一次电流156A，二次电流3721A；接线方式为YD11。高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护（过流、过负荷），一组用于测量（电流）。低压侧每相也提供二组CT，一组用于保护，一组用于测量。可控硅整流器采用三相全波桥式整流，由六个臂组成。共有四个功率柜组成；可控硅整流桥通过一个门极驱动板（GDI）去驱动可控硅，进行整流。整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障，并发出信号。当一个功率柜退出运行时能满足发电机强励（2倍10S）和1.1倍额定电流运行的要求。当两个功率柜退出运行时，能提供发电机额定工况所需的励磁容量,不能进行强励。如果三台功率柜故障则自动切断励磁。可控硅整流器运行中一般不要打开功率柜的门，否则，该功率柜将会发出报警信号。标准整流器(n=5)具有五个并联的可控硅整流桥，其中至少有一个冗余的（n-1）配置。（n-1）的含义是当一个可控硅故障时，系统仍能满足最大励磁功率。冷却方式：带双冗余风机的强迫冷却。当四台冷却风机都退出运行时，该整流柜退出运行。另外整流器还有温度保护，90℃跳闸。起励和灭磁单元正常情况下，发电机的残压用于起励是足够的。发电机转子有剩磁存在，一般情况下UN6000可以实现残压起励。当励磁投入后，可控硅桥立即被触发，只要可控硅输入端有10-20V的电源电压，门极控制单元就能有效地控制可控硅桥。起励回路（-R03，-V03，-Q03），用它励方式建立这一电压。起励电源取自燃机机岛380-220V交流分电盘母线。如果残压低于10V不足以建立发电机电压时，经过一定时间的延迟，起励装置就会投入：起励开关自动闭合，向磁场绕组通流，定子建压开始。当电压达到额定值的10%时，可控硅桥已经能正常工作，起励开关自动断开。软起励过程开始将发电机电压升到额定电压21.5KV，整个起励过程的控制和监测都是由AVR软件实现的。起励电流大约为空载励磁电流的10%至20%，其大小取决于串入的限流电阻-R03。软起励用于防止机端电压的起励超调。如果超调的话可能引起电压过高造成过激磁。灭磁单元灭磁：当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电机，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放。灭磁功能由灭磁开关，跨接器Crowbar（跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量）和灭磁电阻实现。灭磁开关设计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确的电气隔离。自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关的额定参数按励磁系统强励工况（机端电压为80%额定电压时，强励倍数2倍额定励磁电压）选择。灭磁开关型号为HPB45-82S额定电压2000V，额定电流4500A，短路电流开断能力100KA以上。灭磁单元1）、灭磁作用：当发电机内部、引出线、高厂变等发生故障时，虽然保护装置动作迅速切除故障，但励磁电流产生的感应电动势会继续维持故障电流，为了迅速排除故障，减小其损坏程度，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放（实验表明，只要剩磁电压小于500V，电弧就不能维持，一般剩磁电压不大于100-300V）即把励磁绕组的电流建立的磁场迅速降低到最小。2）、灭磁要求:a.灭磁时间尽可能的短（发电机端电压由额定值Un降至5%Un所需的时间称灭磁时间）b.励磁绕组两端的过电压不超过允许值（通过跨接器来实现过压保护的要求）。3）、灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一般是对采用旋转二极管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统，通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右）和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励磁）。灭磁单元4）、灭磁回路：由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电阻组成。灭磁电阻用于实现发电机的快速灭磁。a、非线性电阻Ｒ02（共五个）并联固定接在发电机励磁绕组回路中，不受直流回路中的灭磁开关控制。励磁电流的衰减过程取决于灭磁电阻的特性。非线形电阻的灭磁特性比线性的好，励磁电流的衰减比较快。b、当灭磁开关断开时，通过触发跨接器的可控硅将励磁电流瞬时导入灭磁回路。灭磁过程开始，灭磁开关触头可以无负荷断开。c、发电机正常运行时，跨接器的可控硅不导通，非线性电阻上不通过电流；灭磁开关跳开后，跨接器的可控硅接受触发脉冲导通，将励磁电流瞬时导入灭磁回路，直至磁场能量释放完。d、跨接器作为励磁绕组和可控硅整流器过电压保护。逆变灭磁是将能量释放在励磁变低压绕组上，逆变灭磁在灭磁开关分闸时间内完成的，一般是在毫秒内完成。磁场开关跳开后通过非线性电阻实现灭磁，灭磁时间较短2-3S左右。灭磁开关跨接器触发板触发单元UNS0017是静态灭磁装置（跨接器）的一部分，具有多个独立的放电可控硅触发回路。发电机的受控灭磁回路是双冗余的，与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。设有一个电压监测回路，在励磁电压超过设定值3800V时它会自动触发可控硅。因此跨接器作为独立的过电压保护装置，可保护可控硅和磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。自动电压调节器AVR自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差；电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用；移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。自动电压调节器AVR我公司AVR选用的是2AVR+2FCR+1BFCR，也就是带有手动紧急备用通道的双通道系统，这是目前UN6000系统励磁系统的最高配置。AVR：自动电压调节器；FCR：励磁电流调节器；BFCR：后备励磁电流调节器；UG：发电机机端电压测量信号；IG：发电机定子电流测量信号；IF：励磁电流；自动电压调节器AVR励磁调节器（AVR）采用数字微机型，AVR中装设无功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电压毛刺吸收装置等。采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行，两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。自动电压调节器AVR主通道1和主通道2之间的切换这种励磁系统具有两个完全独立的调节器和控制通道(通道1及通道2)。两个通道完全相同，因此可以自由地选择通道1或通道2作为工作通道。备用的通道(不工作的通道)总是自动地跟踪工作通道。基本上，除了下述情况以外，通道的切换可以在任何时间进行：如果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。而后，直到故障修复才可能再切回到故障通道。如果不工作的通道故障，从工作通道到不工作通道的手动切换是不可能的。若一个通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。然而，立即自动切换到不工作的通道，此不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止这种情况的发生，不工作的通道相对缓慢地跟随发电机电压，并具有一段延时。应当考虑到从工作通道向不工作通道的手动切换时相应的迟缓特性。直接跟随发电机的电压变化，则切换具有一个短的延时。这种方法在每一种场合都能达到无扰动切换。自动电压调节器AVR主通道自动/手动方式之间的切换这种励磁系统的特点是每个主通道都有一个自动调节器(自动方式)和一个手动调节器(手动方式)。在自动方式中，发电机电压受到调节，因此，在发电机机端产生恒定的电压。另一方面，在手动方式中，发电机励磁(磁场电流)保持恒定，随着发电机负荷的变化，发电机励磁(磁场电流的设定点)必须手动调整，以使发电机电压不变。基本上，由于不工作的调节器总是跟随工作调节器，所以在任何时间运行方式之间的切换都是可能的。自动电压调节器AVR切换至紧急备用通道除两个主通道之外，励磁系统还附加了一个紧急备用通道。与主通道的手动方式相类似的紧急备用通道，装有一个励磁电流调节器。除了励磁电流调节器之外，紧急备用通道还装有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。插入到主通道的过电压保护插件起后备保护作用。紧急备用通道的励磁电流调节器的作用与主通道的励磁电流调节器是相同的。也就是紧急备用通道仅仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。紧急备用通道的励磁电流调节器自动地跟随主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自动地进行无扰动切换。从主通道向紧急备用通道的手动切换只能由被授权的特殊操作人员进行。两个调节器的跟随调整使其能够切回到主通道。叠加控制：无功功率调节器/功率因数调节器投入/退出如果选择自动方式，并且发电机已连接到电网，就可以切换到无功