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同步发电机励磁系统——培训讲义第1页共64页同步发电机励磁系统培训讲义四川德阳东方电机控制设备有限公司编二O一0年八月同步发电机励磁系统——培训讲义第2页共64页前言东方电机控制设备有限公司前身早在1964年诞生于东方电机厂内，当时分成设计、工艺、检查、采购和生产车间的形式分别隶属于各个职能部门。国家的每个五年计划中，东电控制人都承担了发电控制设备的研发攻关任务，先后研制生产了磁放大器式励磁调节装置、晶体管式励磁调节装置、晶闸管整流型励磁装置、集成电路励磁调节装置和微机型励磁调节器，是国内主要制造生产企业之一。研发、生产出的近五百套产品，有效地保证了国内如乌江、龚嘴、葛洲坝、铜街子、映秀湾、龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡、宝珠寺、大朝山等大、中型水电站以及出口美国、加拿大、伊朗、叙利亚、土耳其、菲律宾、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿尔巴尼亚、缅甸、危地马拉等国家众多电站机组的正常运行，为国家的电力制造业和电力工业的发展做出了贡献。但由于控制设备生产基地建设的初衷是解决国内水力发电设备成套供货问题，并且受计划经济体制的影响，当时国内采用的是发电设备成套供货模式。由于水电开发工程建设周期普遍很长，加之控制设备技术更新发展很快，随发电设备主机配套供货的当时认为成熟、可靠、有运行经验的产品，往往在机组投运时，控制设备在技术上便已显落后。此外，由于长期受计划经济体制的影响，励磁产品基本上都采用的是成套供货模式，整个东方电机没有单独的辅机销售人员，这无形之中使产品的研发和产品对市场的适应都相对滞后，不能很好地满足用户需求。为了扭转这种局面以适应市场需求，2000年东方电机股份有限公司出资注册成立了全资子公司－东方电机控制设备有限公司。东方电机控制设备有限公司是东方电机股份有限公司集销售、设计、工艺、采购、制造、质量检验到用户服务等各环节于一体成立的发电控制设备专业公司。公司成立的这五年多时间以来，始终以“始于用户所需，终于用户满意”为经营理念，改革、完善劳动用工制度，建立严明高效的内部管理机制，全面实施目标成本控制；努力开拓市场，以元器件全球采购、装置免维护设计以及产品实现“智能式”操作和维护为理念，升级完善现有产品，强化产品标准化、系列化工作，广泛与国际一流公司合作，提升技术水平，通过建立完善的质量保证体系，加强质量过程控制，提高服务意识和服务质量，公司技术开发、经营、生产取得了长足发展。公司的快速成长和发展，从另一个角度充分说明了东方电机控制设备多年的技术储备和经验底蕴正逐步被市场认同；同时，大型国有企业作风严谨，功底扎实的优良传统和“重合同、守信誉”的良好信誉保障，也重新赢得用户的信任和青睐。同步发电机励磁系统——培训讲义第3页共64页公司概貌公司生产作业面积近8000m2，电气产品科研、试验基地2600m2。设计手段先进，配有多台HP工作站，引进了美国EDS公司UGII及ANSYS等大型工程软件包。生产、试验设备精良，拥有加工设备116台，各型动态试验机组四套，进口的发电机电力系统仿真装置，可进行励磁系统闭环试验、并网试验、PSS试验。2004年公司为了满足三峡项目励磁系统、燃气轮机项目励磁系统、SFC系统厂内生产、试验的要求，投资600多万元进行厂房改造和试验设备的升级更新，使生产能力大幅提高，改造后将拥有2600m2全新的、设备齐全和全封闭净化的科研、装配和试验厂房，用于电气设备生产与试验，拥有的七个专用励磁试验工位，能保证每月同时产出三峡同类型机组励磁系统两套。公司以人为本，一支高素质的职工队伍，是企业走向成功的基础。东方电机控制设备有限公司拥有一支朝气蓬勃高素质的科技人才队伍，300多名职工中，大专以上学历占总人数的三分之二，其中博士研究生2名，硕士研究生33人（含工程硕士15人）。教授级高级工程师5人，享受政府特殊津贴的专家2人、高级工程师47人，工程师65人。同步发电机励磁系统——培训讲义第4页共64页公司从事与励磁产品相关的专业技术人员共45人，全部拥有大学本科以上学历，具有10年以上工作经验并承担过大型工程项目的高级工程师占62%，工程师占31%，其中包括中国电机工程学会大电机专委会励磁分专业委员会副主任委员和委员（兼任秘书）各1名、顾问委员（原主任委员、副主任委员）2名。中国电机工程学会大电机专委会励磁分委会长期挂靠在我公司，为励磁技术的发展作出了应有的贡献。为了公司长期发展的需要，公司成立了技术委员会，成员构成除公司内部各专业专家外，还聘请了国内各专业的多名知名专家为非执行委员。公司技术委员负责对公司执行的重大工程项目和科研开发项目进行项目评审、审批和技术监督。公司设有技术开发部，负责公司新产品的开发，技术工程部负责公司工程项目组织实施和全过程管理。励磁专业设有专业总设计师，在总工程师的领导下，负责励磁产品的开发和设计的全部技术问题，并且针对三峡项目、燃机项目等国家重点项目，设立专门的项目小组，负责全部工作。公司在产品设计上贯彻“始于用户所需，终于用户满意”的设计理念，始终把高可靠性和免维护性做为用户的昀基本需要，严格按照有关的国家标准和国际标准以及技术协议和用户要求，以国际惯例和当前行业中成熟可靠的技术和控制理论为基础，来进行系统的设计和配置。以全球采购的原则来采购所需的元器件和部件，并且只选用标准的、成熟的、经过运行证明是可靠的元器件和部件，以保证系统可靠性及免维护性，并为用户备品备件提供帮助和支持。“九五”、“十五”期间公司受国家有关部门的委托，负责三峡机组励磁系统国产化研究，以期达到国内能自主生产类似于三峡等级巨型机组励磁系统的水平。在新产品的科研开发上投入了大量经费，长期与国内著名高等院校（如清华大学、华中科技大学、浙江大学、四川大学、重庆大学等）以及国外著名公司（如ABB、GE、Siemens、R-R等）进行技术交流、科研合作、技术引进与人员培训等全方位合作，使公司的技术水平和产品制造能力大幅度提高。为了让我们与用户之间有很好的交流，我们特编写这本“励磁培训讲义”。目的是让用户了解和掌握我们产品的性能和使用方法，同时也介绍励磁系统的一些基本概念，加深对我们产品功能、特性的全面了解，使我们的产品更好的为用户服务。同步发电机励磁系统——培训讲义第5页共64页目录第一章概述1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用1.2同步发电机励磁系统的发展简介1.3同步发电机励磁系统的分类、组成和特点第二章自并激励磁系统2.1自并激励磁系统主电路的接线方式2.2自并激励磁发电机的起励2.2.1他励起励2.2.2残压起励2.3自并激励磁发电机短路过程的分析及短路电流计算2.3.1自并激励磁发电机短路电流的特点2.3.2自并激励磁发电机短路电流的计算2.4自并激励磁发电机对继电保护的影响2.5自并激励磁系统与电力系统稳定2.5.1自并激励磁系统对静态稳定的影响2.5.2自并激励磁系统对动态稳定的影响第三章同步发电机励磁系统主回路的分析3.1励磁变压器的分析3.1.1两大类型干式变压器的比较3.1.2关于“环保特性”3.1.3市场前景展望3.2三相晶闸管整流柜同步发电机励磁系统——培训讲义第6页共64页3.2.1晶闸管的结构形式3.2.2整流柜冷却方式3.3同步发电机的灭磁3.3.1常值电阻灭磁3.3.2非线性电阻灭磁3.3.3逆变灭磁3.3.4灭磁方式的探讨第四章励磁装置的保护4.1过电压的来源及保护方式4.1.1过电压的来源4.1.2抑制过电压的措施4.2过电流保护4.3自并激励磁系统轴电压的保护4.3.1轴电压的来源4.3.2轴电压的防护第五章励磁系统功能的图解说明同步发电机励磁系统——培训讲义第7页共64页第一章概述引言励磁系统基本技术要求解释励磁和同步发电机的重要性和任务，说明励磁系统的组成和功能同步发电机励磁系统——培训讲义第8页共64页励磁系统的作用主要是供给同步电机的励磁绕组的直流电源，它对同步电机的作用可以从以下几个方面体现：（1）调节励磁，可以维持电压恒定。（2）可使各台机组间无功功率合理分配。（3）采用完善的励磁系统及其自动调节装置，可以提高输送功率极限，扩大静态稳定运行的范围。（4）在发生短路时，强行励磁又有利于提高动态稳定能力。（5）在暂态过程中，同步电机的行为在很大程度上取决于励磁系统的性能。励磁系统定义和基本要求１定义：励磁控制系统：同步发电机、励磁系统，组成反馈控制系统。励磁系统：为同步发电机提供励磁电流，包括调节、控制、保护、功率部件。２励磁系统分为：旋转励磁系统和静态励磁系统，新型励磁系统的特点是调节数字化，响应速度快，死区小。同步发电机励磁系统——培训讲义第9页共64页３基本考虑：提供同步发电机励磁电流，同时考虑：电力系统稳定器、限制器、保护、安装场合、环境要求、对电厂的要求.４操作方式：抽水蓄能、调相运行、远方控制、自动启动和停机。５安装场合：室内室外，存储条件。６使用的各种标准和法律法规。７绝缘水平８可靠性：ＭＴＴＲ平均修复时间、ＭＴＢＦ平均无故障时间、ＭＴＴＦ平均失效时间。９冗余要求：根据具体情况，依据机组的重要性和经济性：手动通道、自动备用通道、功率整流桥冗余、在线功率整流桥修复、系统备用。触发、电源、信号、通讯、功率单元，考虑隔离和可维护性。10稳态容量稳态电流，考虑机端电压的变化，长期过载能力，较宽的运行范围。燃汽轮机，根据环境温度变化，有不同的额定值，因此需要确定不同的额定值。当作为调相机运行时，有时需要提供负的励磁电流，采用直流励磁机较容易实现，采用静态整流设备，较为困难，虽然可以提供瞬态负的励磁电压，但不是负的励磁电流。稳态电压，保证提供足够的励磁电流所需要的电压。考虑各种电压降落。考虑各种运行工况。11整流设备容量，考虑环境温度，考虑额定负载，考虑浪涌保护和反向过电压。考虑运行余量，提高寿命。为防止过载，考虑可控硅故障和风机故障时的备用余量。12考虑增容的要求，在变压器和可控硅整流方面，均要给予考虑。13过渡过程的要求，考虑顶值电压的要求和顶值电流的要求，考虑发电机的过热能力。14事故和非同步运行，考虑正的感应电流，和负的感应电流。15静态励磁的优势，响应快，对系统稳定好，损耗小，是目前多数的建议方案。直流顶值电压取决于变压器的输出，因此，变压器电压的选择尤为重要，以便电气故障时，提供足够的励磁电流。自并励系统需要起励设备，要考虑起励时的残压，看看机端能否提供足够的残压能力。16复合励磁源励磁，由于冲击负荷和三相短路，要求快速恢复和继电开关跳闸保护，为了减少电压降，设计功率电流变流器，经过整流，增加励磁电压。考虑短路电流的大小、短路电流的时间，发电机的短路能力，电动机起动时的电压降。同步发电机励磁系统——培训讲义第10页共64页17性能考虑，高起始相应，短路电流维持能力，冲击负载，磁场一点接地，快速灭磁，维护，滑环和碳刷。18手动控制，励磁电压控制或励磁电流控制，调节范围从空载到满足昀大输出。19自动控制AVR，包含限制和电力系统稳定器。受调节器、同步机以及电网的影响。稳态性能，主要描述系统的精度，负载变化产生的电压变化。环境温度变化和频率变化产生的电压变化，也要进行考虑。小信号相应特性，不考虑非线性的影响，主要特征为上升时间，超调，稳定时间。开环频率相应特性，表明系统的稳定余度。大信号相应特性20限制功能，有功无功补偿，电压降补偿，电力系统稳定器，本地发电机模式和互联网络的频率相应范围。低励限制，过励限制，伏赫限制，防止电网谐振，无功或功率因数控制21控制，灭磁控制，手动控制，自动控制，开机和停机，同期控制，给定调整，给定跟踪，与电厂的接口，信号联络，通讯。1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用1.1.1发电机励磁的含义发电机是将机械能转变为电能的机器，但它必须具备有三个条件：a有磁场（转子）b有导线（定子）c有使导线切割磁力线的动力（水、汽轮机）。因此，所谓发电机励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势的磁场。E=BVlE—发电机内电势B—转子产生的磁通密度V—发电机导线切割磁力线的速度l—发电机定子导线的长度从上式中可见，当V、l不变时，E是