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1、发电机励磁系统 培训四川宜宾伊力集团横江发电有限公司主讲人： 韦 跃我厂励磁系统介绍n一、励磁系统组成及原理n1、组成n励磁系统主要由两大部份组成。一是励磁功率 部份，它向同步发电机的励磁绕组提供可调的 直流励磁电流；二是自动励磁调节器，它根据 发电机的运行状态，自动控制功率单元输出的 励磁电流，以满足发电机运行的要求。n自并激励磁系统由励磁变压器、励磁调节器、 功率整流柜、灭磁及转子过压保护装置、测量 用电压互感器、电流互感器组成。n2、工作原理n自并励静止励磁系统根据电磁感应原理 （En），通过励磁变压器提供交流电 源，再经过功率柜整流输入到转子线圈， 建立旋转磁场，定子线圈切割磁力线，形
2、 成感生电压。再通过励磁调节器对励磁电 流进行控制，从而达到调节机端电压的目 的。张窝电厂系统工作原理:自并励静止励磁系统的励磁电 流取自发电机机端，经过励磁变压器降压、全控桥整 流成直流，由晶闸管触发脉冲的相位进行控制。一般 情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发 生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。恒 机端电压自动调节的效果，在发电机并上电网后，表 现为随系统电压的变化，机端输出无功功率的自动调 节。二、励磁调节器n本站采用的是“四川东方电机控制设备公司”生产 的GES3000型全数字工控机励磁装置。装置可实 现与微机通信，接受上微机操作、控制指令。n主要功能n残压起励
3、、直流起励、零起升压、系统电压跟踪；n多通道互为备用、自诊断、自切换功能；n起励失败、逆变失败、过压保护功能；n励磁调节控制模式可选择为:恒机端电压(自动)、恒励磁电流（手 动）、恒无功功率、恒功率因数四种运行方式；n转子过励限制、低励限制、功率柜输出功率限制；nV/f伏赫限制、频率越限灭磁；n定子电流限制；nTV断线保护、失脉冲检测功能；n与微机监控系统直接数字接口完成操作和监视功能。三、功率整流柜采用高规格功率柜，每柜装一个三相全 控整流桥，每套励磁装置有两个功率 柜，两柜并联输出。单柜额定输出电 流600A，强励电流1200A可持续20S， 整流桥退出1个支路仍能保证机组在 所有运行工况
4、下正常运行，包括强励 。可控硅整流器的过电压保护交直流 测均采用集中式阻容保护装置。 四、起励单元n励磁变压器接于机端的情况，起励措施有两类，一类是他励起励，二类是残 压起励。本站采用残压起励为主，以他励起励作为备用的起励方式。n他励起励原理n1.他励起励原理：其基本作法是另设起励回路，由另外的电源供给初始励磁 电流。起励电源可以是厂用交流电，也可以是厂用蓄电池。厂用交流电一般 通过变压器降压后，由二极管整流变成直流，然后通过限流电阻和直流接确 器，将起励回路接入发电机磁场回路。对采用蓄电池电源的，起励回路中必 须接入一正向二极管，防止发电机建压过程中的反充电。起励时，起励接确 器闭合，励磁电
5、流送入发电机磁场绕组，发电机电压逐渐升高。当电压升至 额定电压的15%30%时，起励回路断开，进行起励。 n2.他励起励的注意事项：n（1）起励电源容量和电流的选择，一般遵循这种原则：起励电流选择为发 电机空载额定励磁电流的15%左右，持续时间56秒。n（2）起励电流由厂用直流电压和起励回路及磁回路的总电阻确定，其最大 值的选择，应使它建立起的机端电压不超过励磁调节器整定的发电机电压的 下限值。n残压起励n1.残压起励的原理：它是利用发电机中的残磁以达到起励 的目的，在起励初始除段，整流桥中的可控硅完全导通， 形成不可控整流，当起励到一定程度时（10%20%额定 电压时），将可控硅恢复到可控状
6、态，利用发电机的自励 建压过程建立起电压。n起励流程n（1）起励装置开始起励时先采用残压起励。采用快速脉 冲连续地触发可控硅整流器，使整流桥的输入电压达到励 磁装置的正常工作电压。n（2）如果在5秒内残压起励失败，则起动辅助起励回路， 将外接的辅助起励电源投入，在机端电压达到发电机电压 的10%时，辅助起励回路自动退出，立即开始软起励过程 并建压到预定的电压水平。n（3） 若残压起励和辅助起励均失败，即接受起励命令后 15秒内建压不成功，则发起励失败信号。五、灭磁系 统n同步发电机的灭磁n1.灭磁：就是将转子励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的 程度。n2.灭磁的作用：同步发电机发生内部故障时
7、，虽然继电保护装 置能快速地把发电机与系统断开，但磁场电流产生的感应电 势继续维持故障电流，无论是端部短跑或部分绕组内部短路 ，时间较长都可能造成导线的熔化和绝缘烧坏，如果系统对 地故障电流足够大时，必须迅速而完全地灭磁。n3.对灭磁系统的要求：n（1）灭磁时间要短n（2）灭磁产生的转子过电压应在绕组绝缘容许的范围内n（3）灭磁装置的电路和结构形式应简单可靠n4.灭磁方式n（1）当励磁系统正常停机时，调节器自动逆变灭磁，灭磁开 关始终处于合闸位置，灭磁电阻不投入；n（2）当事故停机时，跳灭磁开关将磁场能量转移到高能氧化 锌非线性电阻灭磁。n利用可控硅全控桥逆变灭磁的原理：在灭磁过程中，向转 子
8、励磁绕组施加一个比较大的负值恒定电压，转子电流基 本上按直线率下降，灭磁时间就会加快。利用可控硅全控 桥逆变灭磁的一个特性就是在灭磁时，把可控硅控制角 后退到最大的逆变角的位置，整流桥由“整流”工作状态过 渡到“逆变”工作状态，这样加到转子励磁绕组上的就是一 个恒定的负值电压。n利用可控硅全控桥逆变灭磁的分析：n逆变灭磁比非线性电阻灭磁、灭弧栅灭磁方式的灭磁时间 要长些，但过电压倍数要低些。n当逆变进行到励磁绕组中的剩余能量不能再维持逆变时， 三相全控桥的电流为零，逆变便结束。n逆变灭磁总是和其他几种灭磁方式配合起来使用，正常停 机时采用逆变灭磁，事故停机时采用其他灭磁方式灭磁。n 对非线性电
9、阻放电灭磁（这种方式用于发 电机在事故时，QF跳闸情况下的灭磁）n （1）非线性电阻的特性：两端电压 衰减速率远远其电流衰减速率；能过较小 电流时它呈现的动态电阻较大，通过较大 电流时它呈现的动态电阻较小。n （2）非线性电阻其端电压与电流的 函数关系可表示如下：UKIn k-常数 a-非线 性系数六、转子过电压保护n 1.转子过电压的形成：同步发电机处于系统大扰动的瞬变过程 时，转子绕组产生的交流电流与直流励磁电流相叠加后，有可能 出现与原直流方向相反的瞬时交流电流，由于整流器的单向导电 作用，致使反向瞬时电流受到阻断，这相当励磁回路处于突然断 开状态，因而励磁绕组中就会产生很高的反向电压，
10、其值会达到 空载额定励磁电压的数倍。n2.防止转子过电压的保护措施n（1）阻容保护n（2）压敏电阻作成的浪涌吸收器n（3）转子放电器n（4）非线性电阻n（5）固定电阻n（6）可控硅跨接器n3.本站采用非线性电阻来防止转子过电压（具体过程见励磁系统 原理图） 七电源系统n两段厂用电源引至励磁调节柜，互为备用，柜内有自动切换装 置。励磁系统使用的交流电源（包括风机电源、监控系统使用 的变送器电源、照明及加热器电源）均从本柜引出。n励磁装置的直流控制电源为DC220V，从辅助屏引入,它作为 DC24V输出的开关电源模块的供电电源。灭磁柜有专用的 DC220V电源,引自继保室的直流屏,作起励回路、灭磁
11、开关操作 回路的电源.n励磁装置的弱电操作电源为DC24V，包括调节器操作回路电 源、可编程控制器电源、以及触发脉冲回路电源。n弱电操作电源及调节器供电电源有两路，一路引自DC220V 直流控制电源，一路引自厂用电源,经过自用电源变压器降压隔 离后整流而成，两路电源经过独立的开关电源后并列输出，任 意一路电源消失均不影响励磁系统的正常运行。 八、励磁系统辅助控制n低励限制（UEL）n低励限制的作用：为防止发电机因励磁电流过低而失去静态稳定。 低励限制的检测信号一般多采用发电机的定子电压及定子电流。限 制作用为直线函数限制方式。n过励限制（OEL）n过励限制的作用：为保护发电机转子励磁绕组不超过
12、热容量，其检 测信号为发电机励磁电流。限制作用为直线函数限制方式n过定子电流限制n过定子电流限制的作用：为保护发电机定子绕组不超过热容量，其 检测信号为发电机定子电流。n伏赫限制n伏赫限制的作用：为保护发电机定子绕组过激磁，其检测信号为发 电机机端电压和频率。九、张窝电厂励磁原理n励磁原理图n由系统原理图主回路可以看出，我们采用的是静止可控硅自并激 励磁方式。其主要设备包括：n1、一台干式励磁变压器；n2、三相全控可控硅功率整流装置；n3、带手动控制单元的双微机双通道励磁调节器；n4、灭磁和起励装置；n5、励磁控制和保护系统。n励磁系统主要工作原理是通过控制磁场电流（转子电流）来调整 发电机端
13、电压和无功功率，而磁场电流是由机端励磁变压器经过 三相可控硅整流提供，自动励磁调节器控制可控硅的控制极来调 整励磁电流。n2、 当机组转速至额定转速的95%时，自动进行残压起励程序，在 起励初始阶段，整流桥中的可控硅完全导通，形成不可控整流。当起励到一定程度（1020Ue）时，励磁调节器自动投入， 可控硅恢复至可控状态，。如机组残压起励故障时，直流起励系统自动投入，当起励到机端电压的1020时，励磁调节器自 动投入，直流起励系统自动退出。机组自动完成起励建压过程后 ，机端励磁变压器通过可控硅整流后向发电机转子提供源源不断 的励磁电流，以建立转子磁场。3、在励磁主回路中，为了防止转子过电压产生危
14、害，在整流桥直流侧和转子绕组的 两端设置了过电压保护装置。本厂采用氧化锌非线性电阻与励磁绕组并联，可作为 过电压保护，也可作灭磁电阻，起灭磁作用，灭磁时非线形电阻动作电压值与过电 压保护时非线形电阻电阻值不同。 4、信号采集处理回路。机端的TA1-TA3和励磁变压器二次侧的TA4-TA6提供的交流信 号IG、If（5A）进入U10和U20(电流电压变换板5A/1OV)变换成10V三相交流电压 信号，然后引入U11和U21（模拟信号采集板）经过整流、滤波后进入计算机 A10和A20的A/D板。 5、机端的TV1TV3和TV4TV6分别向U11和U21提供机端电压UG1和UG2。采集板 将此信号与
15、TV7TV9提供的系统电压UN与同步变压器T1提供的同步电压USYN等其他 100V电压信号一起经过小变压器隔离降压、滤波处理后进入计算机A10和A20的 A/D板。 6）同步电压又称阳极电压，同步电压信号取自励磁变压器二次侧，经同步变压器T1 和同步信号板隔离降压滤波后引入信号调理采集单元。此电压信号与整流功率电源 相位相同，幅值成正比，故称同步电压。 7、当机组正常停机时采用可控硅逆变灭磁，事故停机时采用跳磁场断路器和非线形 电阻灭磁。 8、励磁变压器TE是励磁功率的来源，并使励磁设备与发电机端电压隔离，其高压侧 接在同步发电机的机端，低压侧接在大功率可控硅的交流输入侧。十、张窝电厂励磁系
16、统参数1）.励磁系统技术参数 励磁系统型式：静止晶闸管自并激励磁系统； 励磁系统对外接口方式：接点方式、串行通讯、现 场总线、组网方式； 额定励磁电压：368 V； 额定励磁电流：600 A； 励磁系统电压响应时间：上升小于0.08S、下降小 于0.15S； 励磁系统平均无故障时间：30000小时； 励磁系统顶值电压：736 V； 励磁系统顶值电流：1200 A； 励磁系统强励持续时间：20 S。n2）.励磁变压器技术参数n型号：OMEX芳香聚酰胺绝缘干式励磁变压 器；n额定容量：725KVA；n原边电压：105 KV；n副边电压：718V；n试验电压：45 KV；n绝缘冲击电压等级：125 KV；n联接方式：Y/11；n冷却方式：自然风冷；n绝缘等级：H级；n励磁调节器技术参数n型号：GES3000；n调节通道：双微机自手通道；n调节规律：PID+PSS；n机端电压调节范围（自动）：30110%；n励磁电流调节范围（手动）：10130%；n调
