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发电机励磁系统讨论欢迎大家指导一发电机励磁系统介绍二发电机励磁系统调试一发电机励磁系统介绍中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流——这就是最基本的发电机原理。这说明，要发电必须同时满足两个条件：1.）要有产生磁力线的磁场——励磁就是提供一个磁场2.）运动的导体必须切割磁力线——产生感应电动势eE=4.44fNΦ发电机由两大部分组成1.）转子——转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；2.）定子——定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。注意：同步发电机与同步电动机的区别在于：发电机转子磁场超前定子磁场，而电动机定子磁场超前转子磁场。产生可以任意控制其大小的直流电流（称为“励磁电流”）——向发电机转子绕组输送，这就是励磁系统的最基本功用。1.并网前，调节发电机输出的端电压2.并网后，调节发电机承担的无功功率3.提高同步发电机并列运行的静、动态稳定3.1静态稳定:采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）3.2动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）4.发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。励磁系统的主要任务励磁对静态稳定的影响发电机不进行励磁调节时，在Eq不变的条件下，极限功率角为90度单机无穷大母线系统图：EqdsqXUEPesintUstXUUPesinXd∑＝发电机同步电抗＋线路电抗Xe＋变压器电抗Xd∑＝线路电抗Xe＋变压器电抗发电机励磁调节器作用是补偿发电机内电抗的作用。发电机进行励磁调节时，机端电压不变励磁对动态稳定的影响提高暂态稳定性有两种方法1、减小加速面积abcd：加快故障切除时间2、增大减速面积dfed：提高励磁电压响应比；提高强励电压倍数，使故障切除后的发电机内电势Eq迅速上升，增加功率输出，以达到增加减速面积的目的。励磁系统的组成与分类励磁系统组成自动电压调节器AVR、ECR/FCR（励磁调节器）励磁电源（励磁机、励磁变压器）整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）灭磁与转子过电压保护励磁系统的组成与分类励磁系统分类按励磁电源分类：直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类：慢速励磁系统快速励磁系统高起始励磁系统交流励磁机系统（三机它励）组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡交流励磁机系统（二机它励）组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢无刷励磁系统组成：主励磁机（ACL）电枢是旋转的，它发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥整流后直接送发电机转子回路。无刷励磁系统中的副励磁机（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。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。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题.自励系统（并励、复励）自并励励磁系统组成：励磁变压器、大功率可控硅整流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、自动电压调节器交流侧串联自复激励磁系统励磁电压变压器ZB（并联变）的副方电压与励磁电流变压器GLH（串联变）的副方电压相联（相量相加），然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载情况变化时，例如电流增大或功率因数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式具有相复励作用。发电机静止可控硅自并励励磁系统（“自并励”励磁系统）简介自并励励磁系统的优点运行可靠性高自并励励磁系统为静态励磁，没有旋转部分，运行可靠性高。随着电力电子技术的发展，大功率可控整流装置的可靠性已与不可控整流装置大致相当。可提高机组轴系的稳定性由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机发电机组的轴系长度（例如300MW汽轮发电机轴长由原“三机”系统的14922mm缩短至11220mm，减少了3.7m），提高了机组轴系的稳定性、改善了轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。励磁系统响应快因为没有主励磁机这一时滞环节，所以自并励励系统是一种高起始的快速响应励磁系统。因而技术指标高，性能参数好。可提高电力系统的稳定水平在小干扰稳定方面，自并励励磁系统配置PSS（电力系统稳定器）后，小干扰稳定水平较交流励磁机励磁系统有明显的提高；在大干扰稳定方面，电力系统的计算表明，自并励励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁系统相近或略有提高。可提高电厂的经济效益自并励励磁系统没有旋转部分，运行可靠性高、调整容易、维护简单、检修工作量小，因而可提高发电效益。可节约电厂的基建投资自并励励磁系统缩短了汽轮机发电机组的轴系长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基建费用。自并励励磁系统的缺点发电机出口端短路时，将会导致励磁电源降低或消失目前，100MW及以上容量的汽轮发电机，三相输出端都设有分相封闭母线，汽轮发电机出口端短路的现象基本上不存在。发电机出口端三相短路时，短路电流迅速衰减，继电保护的配合比较复杂首先，三相输出端分相封闭母线的设立，使汽轮发电机出口端短路的现象基本消除。其次，采用一定的技术措施后，可以保证继电保护的动作，将发电机从电网中切除。孤岛运行可能性较小自并励励磁系统的组成1励磁变压器2自动励磁调节器（AVR）3可控硅整流器4灭磁和过电压保护装置5发电机起励装置G励磁调节器6整流装置灭磁装置图发电机自并励励磁系统示意图励磁变起励装置过压保护励磁变压器功用：将发电机端电压降至可控硅整流器（整流桥）所需的输入值，为发电机提供足够的励磁功率。额定容量根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定原边额定电压与发电机额定输出电压参数相同副边额定电压根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数三相频率50Hz接线方式Y/11短路阻抗5~7%绝缘等级B或F型式油浸式或干式，自冷。油浸式：放置于厂房之外；干式：放置于厂房之内。控制装置包括自动电压调节器和起励控制回路。对于大型机组的自并激励磁系统中的自动电压调节器，多采用基于微处理器的微机型数字电压调节器。励磁调节器测量发电机机端电压，并与给定值进行比较，当机端电压高于给定值时，增大可控硅的控制角，减小励磁电流使发电机机端电压回到设定值。当机端电压低于给定值时，减小可控硅的控制角，增大励磁电流，维持发电机机端电压为设定值。微机励磁调节装置①按发电机负载情况自动地调节励磁电流，以维护主机端电压或系统中某一点电压达到所期望的水平。②提高电力系统运行的静态稳定性及输电线路的传输能力。（扩大静稳定范围，使δmax90°，以增加电力系统传输功率的能力）③改善电力系统运行的动态稳定性。（如系统发生突然短路使机端电压严重下降，调节器应对主机进行强行励磁以提高系统的动稳定性。又如，系统突然甩负荷，使机端电压迅速上升，甚至有可能达到额定电压的1.3～1.4以上，调节器应对主机实行强行励磁，以防止电机因过电压损坏绝缘。）④实现并列运行各台同步发电机之间无功功率的合理分配。⑤根据电力系统需要，实现对同步发电机不同的励磁控制方式。（按电力系统的要求，同步发电机的励磁调节器要能实现：恒励磁控制、恒无功控制以及恒功率因数控制等不同方式下调节励磁电流，使电力系统达到运行性能好，且经济效益高的目的）⑥提高带时限继电保护装置的灵敏度和可靠性。微机励磁调节装置作用微机励磁调节器的要求①有符合系统要求的强励能力和一定的励磁电压上升速度（电压响应比）。（需要对同步电机进行强励时，要求调节器能以最快的速度提供最大的励磁电流或顶值电压。衡量调节器强励性能有两个因素：一是，强行励磁倍数；二是，励磁电压上升速度或电压响应比。）②具有较高的调节稳定性。（当系统遭受小干扰时电压波动时，调节器应以最快速度恢复系统电压至原有水平，以提高电力系统静态稳定能力。现代半导体励磁调节器的响应速度比老式励磁系统调节器要快很多倍）③应具有较快的反应速度，以利于提高电力系统的静态稳定。④应能根据运行要求对主机实行最大励磁限制及最小励磁限制。一般励磁调节器的工作原理①模拟量采集（采集发电机机端交流电压Ua、Ub、Uc,定子交流电流Ia、Ib、Ic，转子电流等模拟量，计算出发电机定子电压、发电机定子电流、发电机有功功率、无功功率、发电机转子电流。）②闭环调节（被控制量=对应的给定量，软件的计算模块根据控制调节方式，从而选择被调节器测量值与给定值的偏差进行PID计算，最终获得整流桥的触发角度。）③脉冲输出（将PID计算得到的控制角度数据，送至脉冲形成环节，以同步电压UT为参考，产生对应触发角度的触发脉冲(SW)，经脉冲输出回路输出至可控硅整流装置。）④限制与保护（调节装置将采样及计算得到的机组参数模拟量值，与调节装置预先整定的限制保护值相比较，分析发电机组的工况，限制发电机组运行在正常安全的范围内，保证发电机组安全可靠运行。）⑤逻辑判断（在正常运行时，逻辑控制软件模块不断地根据现场输入的操作信号进行逻辑判断，判别：是否进入励磁运行；是否进行逆变灭磁；是空载工况运行还是负载工况运行）⑥给定值设定（正常运行时，软件不断地检测增磁、减磁控制信号，并根据增磁、减磁的控制命令修改给定值）⑦主/备用通道通讯（备用通道自动跟踪主通道的电压给定值和触发角。正常运行中，一个自动通道为主通道，另一自动通道为从通道，只有主通道触发脉冲输出去控制可控硅整流装置。）可控硅整流装置(三相全控桥)功用：在励磁调节器的控制下，将励磁变压器副边的交流电压转换成相应的直流电压，提供给发电机转子绕组励磁。晶闸管VSO1、VSO3、VSO5共阴极晶闸管VSO2、VSO4、VSO6共阳极在承受正向压降的同时接受触发脉冲才导通整流工作状态：α90°α＝0°α＝60°α＝80°α＝90°266三相全控桥式整流电路输出电压Ud的波形在一个周期内为匀称的六段，故计算其平均电压Ud，只须求交电流电压至的平均值即可。U1Sinωt在（-cos135.1sin2621166UttdUUd逆变工作状态：90°α180°灭磁及转子绕组过电压保护装置功用：机组事故停机时，对转子绕组用灭磁电阻进行灭磁；发电机正常运行时，抑制转子绕组各种过电压；发电机启动时，对转子绕组进行初始励磁。灭磁方式种类发电机事故灭磁灭磁的主要目的在机组故障情况下断开灭磁开关、导通灭磁回路(a,b,c,d4)快速吸收转子能量衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时间短，灭磁电压不能超过转子允许电压值。最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理想灭磁系统发电机发电机出口开关灭磁电阻RE可控硅整流桥cdIf,Uf[p.u.]tt=0ba理想灭磁、SIC灭磁、线性电阻灭磁直流灭磁开关带刀闸的灭磁回路直流灭磁开关带可控硅触发导通灭磁回路交流灭磁开关带可控硅触发导通灭磁回路氧化锌非线性电阻ZnO特点：•最优