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NES5100励磁系统简介李向红2012年6月NES5100励磁系统简介一、电厂励磁系统简介1、励磁系统的主要任务1）励磁控制系统的重要任务2）什么是电力系统稳定性3）为什么要提高电力系统稳定性2、励磁系统的分类1）按结构分类2）按励磁电压响应速度分类NES5100励磁系统简介二、NES5100型数字式自并励静止励磁系统原理1、励磁系统简介2、自并励静止励磁系统1）什么是自并励方式2）为什么采用自并励静止励磁系统3）自并励静止励磁系统有无缺点NES5100励磁系统简介一、电厂励磁系统简介1、励磁系统的主要任务1）励磁控制系统的作用励磁装置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。励磁系统是电厂设备中不可缺少的部分，它的主要功能为：1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。2、合理分配并列运行机组之间的无功分配。3、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。励磁控制系统最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压为给定值。即提高电力系统的稳定性。NES5100励磁系统简介2）什么是电力系统稳定性•电力系统稳定可分为功角（机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。•功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。•励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且也是改善电力系统稳定的措施中，最为简单、经济而有效的措施NES5100励磁系统简介3）为什么要提高电力系统稳定性•第一，保证电力系统运行设备的安全。发电机运行规程规定大型同步发电机运行电压正常变化范围为±5%，最高电压不得高于额定值的110%。•第二，保证发电机运行的经济性。规程规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的90%，当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行，其他电力设备也有这个问题。•第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面的要求是一致的。NES5100励磁系统简介2、励磁系统的分类1）按结构分类1、直流励磁机励磁系统2、交流励磁机励磁系统3、交流励磁机不可控整流励磁系统4、交流励磁机可控整流励磁系统5、自并励静止励磁系统NES5100励磁系统简介2、励磁系统的分类2）按励磁电压响应速度分类1、常规励磁2、快速励磁3、高起始励磁NES5100励磁系统简介下面我们重点介绍一下我厂采用的由南瑞生产的NES5100型数字式自并励励磁调节器.NES5100励磁系统简介二、NES5100型数字式自并励静止励磁系统原理1、我厂励磁系统简介我厂机组采用自并励励磁方式。励磁变接至发电机的出口母线。励磁调节器为南瑞电气控制公司制造的NES5100型数字式励磁调节器。采用双通道互为备用。每个通道又具有电压闭环、电流闭环两种运行方式。发电机正常运行时，采用电压闭环方式。在发生PT断线时，自动切换至备用通道运行，不影响机组的正常运行。励磁调节器输出至两个可控硅整流桥，并联运行。经整流后给发电机转子绕组励磁。整个励磁系统的控制可由主控室DCS系统实现远方控制.NES5100励磁系统简介2、自并励静止励磁系统1）什么是自并励方式系统的连接和其基本原理是：从发电机端部经3相封闭母线连接到励磁变的一次侧；15.75KV高压变成500V并经三相封闭母线连接到可控硅整流桥；可控硅整流桥输出连接到与发电机转子绕组直接相连的滑环。AVR根据测量出的发电机电压、电流可算出有功、无功、功率因数并根据实际运行工况计算出所需脉冲，控制可控硅整流桥的输出，即发电机的励磁，从而达到控制发电机运行。自并励静止励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。NES5100励磁系统简介2）为什么采用自并励静止励磁系统自并励静止励磁系统在性能上具有高励磁电压响应速度，易实现高起始响应性能，能提高系统稳定性能等优点1.励磁系统可靠性增强旋转部分发生的事故在以往励磁系统事故中占相当大的一部分，但由于自并励静止励磁方式取消了旋转部件，大大减少了事故隐患，可靠性明显优于交流励磁机励磁系统，而且自并励系统在设计中采用冗余结构，故障元件可在线进行更换，有效地减少停机概率。该励磁系统对运行、维护的要求相对较低。2.电力系统的稳态、暂态稳定水平提高由于自并励静止励磁系统响应速度快，电力系统静态稳定性大大提高。特点是响应速度快，调节性能好，有利于提高电力系统的静态稳定性和暂态稳定性。对于可能引起的系统低频震荡，可采用先进的控制规律或配置PSS电力系统稳定器加以解决。因此，自并励系统强励倍数高，电压响应速度快，再加上选择先进的控制规律，能够有效地提高系统暂态稳定水平。NES5100励磁系统简介3）自并励静止励磁系统有无缺点自并励静止励磁系统的主要缺点是，它的电压调节通道容易产生负阻尼作用，导致电力系统低频振荡的发生，降低了电力系统的动态稳定性。通过引入附加励磁控制（即采用电力系统稳定器--PSS）,完全可以克服这一缺点。电力系统稳定器的正阻尼作用完全可以超过电压调节通道的负阻尼作用，从而提高电力系统的动态稳定性。NES5100励磁系统简介三、我厂励磁系统构成及其各部分功能介绍。励磁系统按照其功能划分，可分为五大部分，分别为交流进线部分、自动控制系统、起励系统、整流系统和灭磁及过电压保护。对应我厂分别为交流进线柜、自动控制AVR柜、起励柜、整流柜、灭磁及过电压保护柜。交流进线柜：与励磁变二次侧相连，中间设有软连接，不再设置交流断路器，其主要功能为励磁系统提供电源，在进行安全隔离时提供方便的接地点。自动控制柜：为励磁系统的中央控制系统，整流桥的触发脉冲，极端有功、无功、功率因数、频率等各参数的监测。运行方式选择、通道选择、人机通讯全部集中在柜内。起励柜：为励磁系统提供起励初期的磁场电压，当机端剩磁在设定的9S时间内不能将机组电压升至额定的30%，将投入起励系统。NES5100励磁系统简介整流柜：主要功能为通过三相全控桥将交流整为直流提供给转子，同时该柜负责监测输出直流电流的大小、风机运行状态、风机电源开关状态、监测功率柜温度、全控桥保险状态等。设备构成包括：1)励磁变压器2)可控硅整流桥3)灭磁与过电压保护4)数字式自动电压调节器(AVR)5）起励装置6）集电环装置，包括集电环，刷盒及刷架、集电环风扇、电刷等设备具体设备规范及其功能不再赘述！NES5100励磁系统简介四、运行工作中应该了解的励磁系统相关问题对于励磁系统，在我们实际工作中密切联系的大概可以归结为几点：1、逆变灭磁所谓逆变灭磁即是利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角由小于90°的整流运行状态，突然后退到大于90°的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，全控桥就可以由“整流”状态过度到“逆变”状态在逆变状态下，转子励磁绕组中储存的能量就逐渐反送回交流电源侧，以反电势形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程称为逆变灭磁。这种灭磁方式将转子储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，是一种简便实用的灭磁方法。特点是无触点、不燃弧、不产生大量热量，灭磁可靠缺点是动作时间较长。NES5100励磁系统简介2、启励方式按厂家设计先合入灭磁开关，然后检查调节方式在自动位（AVR默认自动，调节方式选择块投入后则会变成手动FCR恒电流调节）。点击励磁投入块后开始起励，AVR自动将发电机出口线电压升至额定电压的95%，然后需要手动调整励磁增减指令将发电机出口升至额定电压。发电机线电压调节块的输入输出有七、八秒的延时，根据经验，点一下励磁增减指令线电压会变化100V左右，可以在线电压的逻辑块中看输入值调节。发电机并网后，定子绕组流过感性电流，感性电流在发电机内部的电枢反应比较大，它对转子起削弱作用，从而会引起端电压下降，所以发电机端电压的控制应当略高于网上电压。3、启励电源励磁系统启励三相380V交流电源，降压变压器后，经3整流做励磁系统启励电源。NES5100励磁系统简介五、运行操作•电源投入•NES5100励磁调节器一般由两路独立的交流电源和一路直流电源供电。两路独立的交流电源分别作为A、B套调节器的交流工作电源，一路直流电源为A、B套调节器共用（可根据现场条件调整）。任何一路输入电源消失均不影响调节器的正常工作。•另外，工控机和交换机均采用交流电源，条件允许的话，可以用第三路独立的交流电源。或者用AB套调节器用的交流电源。•正常运行情况下，调节器交流电源开关Q1、Q2，直流电源开关Q3、Q4，工控机电源开关Q5均处于合闸位置,Q6是开人电源。Q11变送器电源、Q12照明电源、Q21灭磁开关电源、QM1QM21号整流柜风机电源、QM3QM42号整流柜风机电源、QS1整流柜三相交流输入电源开关、QS2两相直流输出开关、F1AC380V起励电源开关。NES5100励磁系统简介•零起升压•机组第一次起动或大修之后一般采用零起升压方式。可操作如下：•调节器设为电压闭环控制方式。退出系统电压跟踪功能•采用软起励的机组暂时退出软起励功能，未采用软起励的机组应通过“就地减磁”按钮将电压给定值降为10％•自动或人工起励，发电机应建压在预置的设定值并保持稳定•对发电机或主变进行零升试验正常开机•零起升压正常后，即可进行正常开机。•调节器上电后，即对发电机电压给定值进行预置，励磁系统接到以下命令时，发电机电压升到预置值：NES5100励磁系统简介•调节器接到开机建压令，且发电机转速达到95％，由调节器输出起励命令使发电机起励升压•人工按“就地建压”按钮，且发电机转速达到95％•空载运行•正常开机建压后，即可进行下列操作。•就地控制：操作调节器面板上的“就地增磁”、“就地减磁”按钮，可对发电机电压进行调节。•远方控制：操作中控室的励磁调节把手或按钮，或通过监控系统可实现对发电机电压的调节。•自动准同期•调节器可通过常规接点的方式接受自动准同期装置或上位机或中控室的手动调节励磁的命令，以调节发电机的电压。NES5100励磁系统简介•调节器预留系统电压跟踪功能，供有需要的机组采用。空载时机端电压在90%～110%之间自动投入，并网后自动闭锁该功能。•调节器还可以通过串行通讯或CAN通讯的方式接收上位机调节励磁的命令，以调节发电机的电压。并网运行•机组并网运行以后，通过调节励磁电流的大小实现对无功功率的调节。控制励磁的操作方法同空载运行时一样。•调节器通过调节控制、限制保护来保证发电机励磁系统安全稳定地运行。NES5100励磁系统简介•停机操作•正常停机灭磁•发电机停机时，停机继电器接点动作信号输入到励磁调节器后，调节器自动逆变灭磁。•人工逆变灭磁•按下逆变灭磁按钮，如果发电机已解列，调节器自动逆变灭磁。•事故停机灭磁•发电机事故停机，通过保护或监控系统引入动作接点，分断灭磁开关灭磁。NES5100励磁系统简介通道切换•自动切换•主通道故障（PT断线、电源故障、同步相序故障、脉冲计数故障、脉冲回读故障等）时，自动切换到从通道•人工切换•操作调节器面板上“置主开关”后切换到从通道。人工切换之前须对比两套调节器的电压给定值、电流给定值相同且机端电压偏差在0.2％以内且转子电流偏差在0.5％以内NES5100励磁系统简介六、维护与故障处理维护的工作条件•在进行维护工作时，应注意励磁调节器所处条件，不同的检查、维护项目在不同的工作条件下进行。•工作条件（1）：关闭励磁装置所有电源，切断所有对外电气连接•工作条件（2）：只供厂用电和直流电•工作条件（3）：开环试验条件•工作条件（4）：设备在运行中NES5100励磁系统简介六、维护与故障处理•每3个月一次的检查和每年一次的检查分开进行。3个月一次的检查，无异常情形不做维护处理，而实际的维护工作在每年一次的维护中进行。清洁工作并不仅仅局限于表中描述的项目，必要时应对整套励磁设备进行，包括励磁柜体及结构件等。•在装置投运的第一年，应严格按维护时间表执行，以后一个适宜的维护时间间隔可根据第一年的观测情况做调整。如果灰尘积聚很快，则