-励磁培训课件20180420

1内训交流课件检修部电气组备课:曹建东2发电机励磁原理及作用励磁系统硬件结构励磁调节器限制及保护发电机基本原理励磁系统电压调节原理励磁系统调节无功原理励磁系统强励、减励作用励磁电流的产生及控制（功率整流原理）励磁调节器双通道控制原理及硬件灭磁原理及硬件机构起励回路原理及硬件机构转子接地及过电压原理及硬件低励限制及整定值原则过励限制及整定原则强励限制及整定原则V/H限制整定PT断线及过电压保护本课题主要内容小电流（假负载）试验10%（5%）阶跃响应试验空载及短路特性试验通道切换试验灭磁及时间常数测试励磁系统功能试验34一、三相同步发电机的基本工作原理对发电机而言：转子绕组通入直流（励磁）电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速n旋转时，转子磁场切割定子绕组而感应交流电动势E。E=N△Φ/△t感应电动势有效值：E=4.44fNΦ*Kf发电机频率、N定子线圈匝数，K为定子绕组系数（1.1-1.25）Φ为磁通量。励磁系统就是建立并调节磁通Φ的装置电磁感应定律：导体切割磁力线产生感应电动势ee=BLVB是磁感应强度、L导体长度、V是切割磁感线运动的速度5一、三相同步发电机的基本工作原理同步发电机基本工作原理：建立磁场的转子绕组旋转切割定子线圈产生感应电动势E。转子：转动的部分，转子上有磁极和励磁绕组，转子通入励磁电流（If）产生磁场。定子（又叫电枢）：固定的部分，定子铁心上有齿和槽，槽内设置有绕组，是切割磁场的导体。P=1f=50Hzn=3000nNS67调节发电机电压调整发电机无功提高系统稳定性励磁系统的作用二、励磁系统的三大作用82、已知高斯磁场定律为：Φ=BSΦ磁通，励磁就是在转子上产生磁通Φ励磁系统的基本任务—建立并调节发电机电压结论1、毕奥萨伐尔定律：电流元I在空间某点P处产生的磁感应强度B的大小与电流大小成正比，而与电流元I到P点的距离成反比。对于发电机来说：转子线圈磁感应强度：B=µIf/2πrIf励磁电流；µ为真空磁导率；r为线圈半径。SNnIf3、法拉第电磁感应定律为：是指因磁通量变化产生感应电动势E=N△Φ/△t（发电机E=4.44fNΦ*K）E发电机感应电动势N线圈匝数感应电动势怎么来的？对于同步发电机而言，正常运行时其，转速恒定（n=60f/P）、线圈匝数N恒定，绕组系数K恒定，△Φ/△t恒定，可推导出：tΦNE励磁系统的基本任务—建立并调节发电机电压发电机感应电动势有效值k*fN44.4E9发电机单机运行时的电压控制---流经转子的励磁电流If在同步发电机内建立磁场，使定子绕阻产生空载感应电动势E与励磁电流If成正比,以下是发电机等值电路图：10励磁系统的基本任务—建立并调节发电机电压GIfUGIG发电机单线电路图定子转子绕组阻抗等效成电抗ZdEIGUGZd发电机等值电路图-++-dGGXIjUE11dQGXIUEcosdQGXIUEδ值很小cosδ≈1E发电机感应电动势UG发电机机端电压IG发电机电流Xd发电机等效电抗IQ发电机无功电流分量EUGIGIQIPEIGUGIQXdIPXd对发电机而言,阻抗Zd=R+jXd，电阻R远小于电抗Xd，R可忽略不计)(dGGjXRIUEZdjRXd12dQGXIUEk*fN44.4E发电机并网前：频率f恒定线圈匝数N恒定，Φ变化引起E变化发电机并网前：无功电流IQ≈0,IQXd=0，此时调整电势E即调整电压Ug励磁系统的基本任务—建立并调节发电机电压UF（V）励磁电压IF(A)励磁电流UG(V)发电机电压2.8168.1192060.433.22275.9822011.9325.359124.0623149.0986.585157.8354006.3569.352238.4415995.210.75280.7646997.92512.906331.1448024.46114.937386.2859171.91416.682432.76310029.0615.917446.81610460.2217.1481.311019.0813我厂#2汽机发电机空载特性曲线（并网前）我厂#4发电机空载特性实测数据（并网前）我厂#2汽机发电机（并网前）实测空载特性数据及空载特性曲线如下：励磁系统的基本任务之-调节电压IF1UGUG2UGeIQIF2IQ2IQ114正常运行情况：发电机并网后（发电机正常运行方式），发电机有功功率基本恒定，单台发电机容量有限，发电机电压UG等于系统电压基本恒定，调节励磁电流IF即可改变无功电流IQ（IQ2至IQ2），从而改变发电机无功功率大小。发电机无功Q=UGIQdQGXIUE发电机并网后，假定感应电动势E恒定（励磁电流不变）、无功电流增大时会造成机端电压下降（Q1降至Q3点），电压由Uge降至UG2发电机（并网后），机端电压UG与无功电流IQ、励磁电流IF的关系三、励磁系统的基本任务之-调节无功Q1Q2无功怎么调节？Q3恒定且恒定GGGGUIUPcos15dQGXIUE三、励磁系统的基本任务之-调节无功Eq*sinσ=K1Ip=IG*COSφ=K2式中K1、K2均为常数从上图可看出，改变励磁电流时，Eq和IG虽跟随变化，但Eq*sinσ=K1IG*COSφ=K2为常数，此时功角σ及功率因数角φ随之变化，发电机的无功电流Iq随之变化，这表明，发电机并网运行时，调节励磁电流可以调节发电机输出的无功（即功率因数）Eq2Eq1UGIG1IQ1IPK1K2IQ2IQXdIPXd发电机电压UG恒定发电机有功PG恒定懵圈了有木有？IG2P(MW)Q(MVAR)UF(V)IF(V)功率因素p.u62.22533.24499.3933.30.86762.52724.32297.22810.50.92260.86714.64695.676750.5630.96860.3519.85194.383734.2760.98761.5930.96888.184685.3270.99961.634-11.81179.002615.7190.98262.685-23.3777.652585.5850.93762.771-31.50876.71564.4460.89462.009-33.82174.272559.5250.88116-40-30-20-10010203040948810750734685615585564559无功功率（MVAR）励磁电流A三、励磁系统的基本任务之-调节无功17发电机并网前，发电机转速一定，磁通量Φ越强（励磁电流越大），发电机电压就越高。发电机并网后增加励磁电流，因电网的容量很大，单台机机端电压升高是不可能把整个电网电压提上去的，表现出的是无功分量电流的增加，实际上是调整无功。励磁系统的基本任务之–调节电压、调节无功我厂2#汽机发电机并网前后：励磁电流—发电机电压—无功功率趋势图励磁电流If发电机电压Ug无功功率Q励磁电压Vf并网点空载AVR调压阶段n=3000r/min18四、励磁系统的基本任务之–提高系统稳定性1、强行励磁：在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强励，使得发电机励磁系统在极短的时间内给转子提供较大励磁电流，使机端电压迅速恢复，这种情况叫强励。强励是由励磁系统来完成的，它的快速反应能在一定时间里输出1.8~2.0倍的励磁电压，让励磁电流迅速增加，机端电压迅速恢复正常。2、强行减磁：在同步发电机突然解列甩负荷时，发电机转速升高导致发电机电压瞬时升高。（）励磁系统会进行强减，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电电压机电压的过分升高。3、快速灭磁：在发电机内部发生短路故障时，进行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减少故障损坏程度。4、励磁限制：在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制，以确保同步发电机组的安全稳定运行。k*fN44.4E1920励磁电流如何产生？（三相全控整流桥原理）励磁电流大小如何控制？（脉冲触发角控制）励磁调节器双通道控制原理？发电机灭磁原理及硬件结构？励磁系统起励原理及硬件？励磁系统转子接地及过电压保护？2122励磁调节柜辅助控制柜灭磁柜励磁变压器整流柜1整流柜2我厂汽机发电机励磁系统组成柜体构成图10.5/0.37kV23普通二级管整流电路原理图（输出电压不可控）二极管24可控硅25控制触发角α控制直流（励磁）电压控制励磁电流If触发角α=0°触发角α=30°整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图1-2所示。三相全控桥整流原理26触发角α=0°27图1-3给出了α=30o时的波形。从ωt1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与α＝0o时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，区别在于晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成ud的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。三相全控桥整流原理2、励磁电流如何调节—导通角控制触发角α=30°当α≤60o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当α＞60o时，如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如图1-4所示，ud平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基本相等，ud平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相范围为90度。三相全控桥整流原理28触发角α=90°29α=0°α=30°α=60°α=90°303、双通道励磁调节器硬件结构—励磁调节柜硬件结构通道1控制器通道2控制器通道1PLC通道2PLC脉冲切换元件脉冲分配元件我厂4#发电机励磁调节器为西门子SPPA-E3000SES530励磁系统，该系统包含两个完全相同的励磁通道。每个励磁通道包含1个PLCS7-313、一个SIMOREG-CM控制器。在系统正常运行状态只有一个励磁通道运行，另一个励磁通道处于热备用状态，以便在故障状态下，顺利平滑的接过控制工作，两个励磁通道总是处在同步的通讯状态，互为备用。两个通道同时接受输入控制与调节信号并执行操作与调节，但只有处于工作状态的通道有输出，并对可控硅进行触发。当工作通道发生故障时则备用通道自动投入运行，并闭锁故障通道，防止误切入故障通道。远方控制室MPIMPIProfibusDP操作面板MP277UgIg332来自发电机端保护退出信号励磁系统和其他系统信息交流UgIg332机端实际值测量同步电压励磁电流If励磁电压UfD03D04D05D0622CUD1/2T400SIMOREG2CBP2DPSlaveCUD1/2T400SIMOREG1CBP2DPSlaveDigitalI/ODigitalInputDigitalInputCPU功率柜1到发电机转子S7-300SIMOREGCM功率柜2SIMOREGCM机端实际值测量到发电机转子来自发电机端保护退出信号通道1通道2同步电压励磁电流If励磁电压Uf通道跟踪D07DigitalOutputD03D04D05D06DigitalI/ODigitalInputDigitalInputCPUD07DigitalOutputProfibusDP远方控制室励磁系通讯结构框图31323、双通道励磁调节器硬件结构—励磁调节柜硬件结构UGE模块：用于检测机端电压IGE模块：用于检测定子电流OP模块：用于控制器参数整定、报警查看、模式切换等人机交换操作3、双通道励磁调节器硬件结构—励磁调节柜硬件结构SIEMENSSIMOREG-CM控制器硬件结构励磁调