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王振中励磁系统概述同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流,以便建立磁场,这个电流称为励磁电流,而供给电流的整个系统称为励磁系统。在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压在给定的水平。维持电压水平和机组间稳定的分担无功功率。提高同步发电机并列运行的稳定性。第1部分励磁系统的几种主要类型直流励磁机励磁系统：早期发电机单机容量小，大功率电力半导体技术还没有发展起来，绝大多数采用同轴直流励磁机。采用滑环和电刷。慢速励磁系统。50-60年代，出现了大功率半导体整流元件，开始采用交流励磁机。随着永磁材料不断进步，出现了永磁式副励磁机。采用滑环和电刷。慢速励磁系统。交流励磁机励磁系统：无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。无刷励磁系统：自并励励磁系统：。自并励静止励磁系统取代直流励磁机和交流励磁机励磁系统是技术发展的必然。优点是结构简单，轴系短，快速响应，提高电网的稳定水平。第2部分半导体变流技术现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处不存在半导体变流技术的应用。分类晶闸管晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备：a.正向阳极状态；b.控制极加上触发脉冲；晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断：a.主回路断开；b.晶闸管两端处于反向电压时c.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流晶闸管的伏安特性控制角（触发角）α：从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加入时的电角度。自然换相点：在相电压的交点处开始换相，从此点开始这相可控硅才开始承受正向电压。自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻。移相触发移相触发单元的作用：产生触发脉冲，用来触发整流桥中的晶闸管，并控制触发脉冲的相位随综合放大单元输出的控制电压的大小而改变，达到调节励磁的目的。移相触发的基本原理：利用主回路电源电压信号产生一个与主回路电压同步的幅值随时间单调变化的同步信号，将其与来自综合放大单元的控制信号比较，在两者相等的时候产生触发脉冲。移相触发单元一般包括：同步、移相脉冲形成和脉冲放大环节。单相桥式半控整流（无刷励磁系统）三相桥式整流（无刷励磁系统）I2D1D3D5AaBbcRfzUdCD4D6D2Ud=1.35U2LI2=0.817Id图5a三相全波桥式整流电路原理图abcωtωt1ωt2ωt3ωt6ωt7ωt8ωt9def图5b三相整流电路波形图ωt4ωt5e2、UdcbabacbcbacacbabacbcZLB三相全控桥式整流（静止励磁系统）D1D3D5IdI2ABRfzUdCD4D6D2Ud=1.35U2L（1+COSα）I2=0.817Id三相全控桥整流电路原理图ωtωtα三相全控整流电路波形图ZLBcbabacbcbacacbωt1ωt2ωt3ωt4ωt5ωt6ωt7ωt8e2、Ud00300脉冲触发图整流元件过载、短路保护AKRDABBCC图9交流侧串联快熔接线方式图10整流元件串联快熔接线方式KRDKPKP整流元件的过载、短路保护一般采用电力电子专用快速熔断器而不能使用普通熔断器代替。专用快速熔断器的电流/温度特性与普通熔断器相比具有更好的性能，熔断时间更短。图三短路（过流）的晶闸管管图四短路（过流）烧毁的晶闸管整流元件过电压保护整流元件的暂态过电压保护目前主要使用阻容吸收器。由于在可控硅关断和换相的过程中，由于存储电荷的作用会使可控硅两端产生暂态过电压，如果不加以抑制将会对可控硅产生不良的影响，甚至会造成可控硅的损坏。一般有分散式、集中式两种：图五过压击穿的晶闸管常见故障UdU0abacbcbacacbabacU10ωt图7-1三相整流电路发生单只元件故障时的波形图UdU0abacbcbacacbabacU10ωtUdU0abacbcbacacbabacU10ωt图7-2三相整流电路发生同组不同相两只元件故障时的输出波形图图7-23三相整流电路发生同相不同组两只元件故障时的输出波形图可控硅的检测断开晶闸管阴极和控制极与脉冲变压器的连接线，用万用表测量晶闸管阴极与控制极电阻，阻值一般在10Ω左右。用对线灯在晶闸管阳极和阴极之间加一个正电压，在晶闸管控制极和阴极之间加一个短时的正电压，晶闸管应保持导通，即连接在晶闸管阳极和阴极的对线灯应保持亮的状态。第2部分无刷励磁系统取消了集电环和碳刷，彻底解决了环火问题，并且根除了碳刷碳粉的污染，省掉了换碳刷的工作，减少了维护工作量。无刷励磁系统特别适应于大容量（大励磁电流）的机组，由于全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动影响。无刷励磁系统的强励能力不受系统短路影响。无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏）。无刷励磁的主要优点同步电机转子不能直接灭磁，目前只能在励磁机回路灭磁，故灭磁时间较长。发电机转子电压、电流不能直接测量。对旋转元器件（整流元件的熔断器）要求能承受较大的离心力。对旋转元器件的故障监测与报警技术有待进一步完善。由于无刷励磁对旋转二极管的要求很高，目前能够提供用于大型发电机无刷励磁的旋转二极管厂家世界上屈指可数，所以无刷励磁系统的成本远高于静止励磁，目前国内长期依耐进口旋转二极管组件。无刷励磁的主要缺点永磁机f=400HZ交流励磁机f=150HZ旋转硅整流装置（旋转二极管+快速熔断器）自动电压调节装置(A/B）开关电源组件1（+5V，±12V）(电源Ⅰ)开关电源组件2（24V1，24V2）(电源Ⅱ)主机板开关量输入输出板脉冲放大板模拟量信号处理PT/CT及同步变压器板(PT/CT)功率单元线性灭磁电阻无刷励磁系统组成11kk图4-3AWKKL-2000励磁调节器布置图（主、备用方式）EE机端电压输出电压输出电流通道选择自动/手动主控/就地增/减DVR-2000A发电机励磁调节器正视图VA负载电阻1ZJ2ZJ3ZJ4ZJ5ZJ6ZJ强电弱电端子端子电源变过电压子背视图V第3部分自并励静止励磁系统由于没有旋转部分，设备接线比较简单，大大提高了整个励磁系统的可靠性。可以直接进行转子电压、电流的测量，可以直接设置转子过电压、过电流、转子接地和断路器灭磁保护等。由于取消了励磁机的惯性滞后环节，可大大提高励磁系统的响应比。静止励磁系统的可控硅整流器有很大的冗余度（采用N-2冗余），可以进行在线维护，提高了运行的安全性和可维护性。静止励磁的主要优点整流输出的直流顶值电压受发电机机端或电力系统短路故障形式和故障点远近等因素的影响。由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。需要起励电源。存在滑环和碳刷，与无刷励磁方式相比，没有彻底解决环火问题，存在碳刷碳粉的污染。静止励磁的主要缺点主要组成部分励磁变压器将高电压隔离并转换为适当的低电压，供整流器使用。一般接线组别：Y/d-11。励磁变的额定容量要满足发电机1.1倍额定励磁电流的要求。励磁变的二次电压的大小要满足励磁系统强励的要求。励磁变的绝缘等级：F级或H级。励磁变的额定最大温升：80K或100K。功率单元可控硅整流桥一般采用三相全控可控硅整流桥的方式，实现把交流电转换为可控的直流电的主要任务，给发电机提供各种运行状况下所需要的励磁电流。智能功率柜单桥总输出电流桥臂电流六相脉冲快熔状态风温风机开停状态风压检测脉冲电源投切状态返回人机界面脉冲功放板脉冲变压器板功率柜内板件灭磁，即是快速把转子电感中储存的大电流释放掉，以保证发电机安全运行，保护机组和其它设备安全。转子电感是大的储能元件，电感中的电流是不能突变的。储存能量为：灭磁系统由灭磁开关、灭磁电阻及灭磁回路开通控制单元组成。灭磁，就是把转子中储存的能量转移到灭磁电阻中，来消耗掉。221ffILW灭磁系统灭磁系统的构成原理图发电机正常运行中，励磁电压比较小，控制单元不能触发可控硅开通，灭磁电阻回路中没有电流通过。当灭磁开关分断后进行灭磁时，转子电感两端出现较大的反向电压，同时控制单元快速接通反向可控硅触发回路，把灭磁电阻接入、灭磁电阻回路开通，转子电流就可以快速转移到灭磁电阻回路，通过灭磁电阻把电流转换为热量释放。逆变灭磁：正常停机时采用。不需要分断灭磁开关，控制可控硅整流桥处于逆变状态，使转子绕组中能量通过励磁变反送到发电机端电源侧及回路电阻中消耗，实现灭磁。灭磁系统灭磁：在发电机事故、过压或系统故障情况下停机时，励磁电流较大，希望能快速灭磁，消除故障、防止事故扩大化，采用分断灭磁开关的方法将能量转移到灭磁电阻中实现快速灭磁。灭磁方法灭磁开关耗能型灭磁开关——灭磁开关分断励磁回路后，利用开关断口将灭磁能量形成的电弧引入灭磁开关的灭弧室内燃烧，使电弧能量消耗完毕，实现灭磁。灭磁能量有限。很少采用。典型产品：国产DM2型。移能型灭磁开关——灭磁开关分断励磁回路后，将转子电流转移到灭磁电阻上消耗或吸收，开关本身基本不吸收灭磁能量。灭磁能量大，灭磁时间快，普遍采用。典型产品：国产DM4、DMX，进口ABB-E、UR、HPB型。线性电阻，汽轮发电机励磁系统经常采用；灭磁时间较长。氧化锌ZnO非线性电阻，国内生产，应用普遍；灭磁时间短，较为理想。SiC非线性电阻，国外生产，经常采用英国M&I公司的产品，灭磁时间适中。单片ZnO阀片的工作能容量是15KJ，而单片SiC阀片的工作能容量为62.5KJ。SiC阀片容量大、其伏安特性更适合并联，所以，在超大型发电机的励磁系统中普遍使用。灭磁电阻线性电阻1（大功率）（慢）碳化硅灭磁电阻2（SiC）（稍快）氧化锌灭磁电阻3（ZnO）（最快）灭磁柜的智能化测量励磁电压、励磁电流计算转子绕组温度灭磁开关动作计数、BOD动作计数试验录波显示灭磁柜运行状况CAN总线连接电路板件智能控制板变送器板BOD板根据工作原理和起励电源的不同，起励方式可划分为残压起励、交流起励和直流起励三种类型。起励装置一般包括起励电源开关、起励接触器、导向二极管或整流桥、限流电阻等。在交流起励方式下还包括隔离变压器。残压起励应用高频脉冲列触发技术，可靠实现低残压起励，整流阳极电压达到5~10V，即可无需外部辅助电源进行起励。起励装置调节柜两个微机通道一个模拟通道四块电路板人机界面同步变压器电源系统励磁系统的控制核心，利用自动控制原理，自动控制可控硅整流桥的触发角度、快速调节励磁电流大小，实现励磁系统的各种控制功能，使发电机组满足各种发电工况的运行要求。调节器原理框图CPUDSPI/OCPUI/ODSPA通道工控机B通道工控机开关量总线板模拟量总线板C通道智能I/O板单片机系统板人机界面CAN总线电路板件ANB(模拟量板)DIB(开关量板)LOU(单片机系统板)IIU(智能I/O板)微机通道CPU板I/O板DSP板第4部分励磁调节器的主要功能系统的调节器的主通道包括测量、给定、比较放大、移相触发几个主要部分，测量信号是由机端电压互感器PT提供的，至调节器再变换和整流成直流电压，与一个代表机端电压的给定电压UGD比较，得偏差电压△U，△U经放大后得控制信号（或叫控制电压）Ug，Ug控制触发的输出脉冲，改变可控整流桥的输出电压Ud和励磁电流Id，从而控制发电机电压UF。调节原理~G移相触发综合放大测量比较调差励磁调节器△UUsm给定同步信号基本控制电力系统稳定器最大励磁电流限制反时限延时过励磁瞬时电流限制定子过电流限制欠励限制伏赫限制功率柜最大出力限制无功功率过载限制α辅助控制部分励磁限制部分图2-5励磁调节器的基本组成单元恒机端电压闭环方式（自动方式AVR）：维持机端电压恒定运行；恒转子电流闭环方式（手动方式FCR）：维持发电机转子电流恒定；恒无功闭环方式（选用）；恒定触发角运行（选用）；恒功率因数运行（选用）；系统电压跟踪方式（选用）。运行控制方式种类自动方式，是励磁调节控制的主要运行方式，由两部分组成：自动电压调节器，即AVR；及PSS附加控制。AVR为机端电压负反馈