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1、 励 磁 培 训 教 材 目 录第一章 励磁系统概述第二章 励磁系统分类、原理与配置第三章 微机励磁调节器第四章 可控硅整流装置第五章 灭 磁第六章 励磁故障、事故处理第七章 本站励磁介绍机图纸讲解第八章 现场设备讲解第一章 励磁控制系统概述一、励磁控制系统的主要任务1、 维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因:第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静
2、态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110。第二，保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的。如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90；当发电机电压低于95时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。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是一致的。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，而且是最为简单、经济而有效的措施。2、 控制并联运行机组无功功率合理分配
3、并联运行机组无功功率合理分配与发电机端电压的调差率有关。发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。解释概念：正调差是调节机组间的无功分配，负调差是补偿变压器的电压降。所谓正调差就是励磁系统当发电机无功增加时，让励磁装置检测到的机端电压“升高”，即相当于UG=UG+KT*Q，从而使励磁输出减小，从而无功输出减小些。反之则增大。其作用是防止发电机出口直接并联的机组出现抢无功。（类似与电压源的直接并联需要串联电阻）。 负调差与正调差符号相反，即在无功增大时，引入的无功反馈使励磁在增大些，以补偿变压器的电压降（或则说变压器的无功损耗，变压器是有阻抗的），以使我们调节的电压（无功）尽可
4、能对应电网（主变高压侧）的值。采用合适的正调差值，可保证多台并联运行的发电机组之间的无功功率合理分配。两台或多台有差调节的发电机并联运行时,按调差率大小分配无功功率。调差率小的分配的无功多,调差率大的分配到的无功少。如果发电机变压器单元在高压侧并联,因为变压器有较大的电抗,如果采用无差特性,经变压器到高压侧后,该单元就成了有差调节了。若变压器电抗较大,为使高压母线电压稳定,就要使高压母线上的调差率不至太大,这时发电机可采用负调差特性,其作用是部分补偿无功电流在主变压器上形成的电压降落,这也称为负荷补偿。调差特性由自动电压调节器中附加的调差环节整定。与大系统联网的机组,调差率Ku在土(3%10%
5、)之间调整。3、提高电力系统的稳定性解释三个概念：（1).静态稳定是指电力系统受到小干扰后不发生非周期性失步,自动恢复到起始运行状态。 (2).暂态稳定是指系统在某种运行方式下突然受到大的扰动后,经过一个机电暂态过程达到新的稳定运行状态或回到原来的稳定状态。 (3).动态稳定是指电力系统受到干扰后不发生振幅不断增大的振荡而失步。主要有:电力系统的低频振荡、机电耦合的次同步振荡、同步电机的自激等。1）励磁控制系统对静态稳定的影响: 能够提高同步发电机的静态稳定能力，同步电机的静态稳定能力提高后，相应系统传输功率的能力也得到提高。2）励磁控制系统对暂态稳定的影响：通过加快故障切除时间和提高强行励磁
6、电压倍数来提高暂态稳定性。3）励磁控制系统对动态稳定的影响:通过励磁系统中的措施提高机电振荡的阻尼，从而改善系统动态稳定。二、励磁系统的基本要求1、正常运行时能随机端电压的变化而自动改变励磁电流维持电压值在给定水平，要求励磁系统有足够的励磁容量和调节容量。2、并列运行时发电机励磁应能稳定分配机组间的无功负荷。3、电力系统发生事故，电压降低时励磁系统应有很快的响应速度和足够大的顶值励磁电压，以实现强行励磁作用。4、励磁装置应简单可靠，动作要迅速，调节过程要稳定。调节系统应无死区，以保证在人工稳定区运行。第二章 励磁系统分类、原理与配置2-1 发电机励磁系统的分类 同步发电机的励磁系统种类很多，
7、按同步电机励磁电源的提供方式不同，同步电机励磁系统可以分为 直流励磁机励磁系统，交流励磁机励磁系统和静止励磁系统。（1）他励交流励磁机1、交流励磁机励磁系统 （2）自励交流励磁机 （3）无刷励磁 励磁系统 2、直流励磁机励磁系统 （1）他励直流励磁机（2）自励直流励磁机 （1）自并励 3、静止励磁系统 （2）直流侧电压叠加的自复励（3）交流侧电压叠加的自复励4、谐波励磁系统1、交流励磁机系统当前，交流励磁系统是汽轮发电机组比较主要的励磁方式。交流励磁机系统根据励磁机的励磁方式不同，可分为它励和自励交流励磁机系统。 交流励磁机系统的具体接线方式很多，下面给出几种典型的接线方式。 1）它励交流励磁
8、机系统（三机它励励磁系统）它励交流励磁机系统原理如图3-1所示。图3-1 交流励磁机系统接线原理一（三机它励）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。2）自励交流励磁机系统自励交流励磁机系统没有副励磁机。交流励磁机的励磁电源是从该机的出口电压直接获得。其原理见图3-2。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
9、为两机一变励磁系统，其原理图见图3-4。图3-2交流励磁机系统接线原理二图3-3交流励磁机系统接线原理三（两机它励）图3-4交流励磁机系统接线原理图（两机一变）3） 无刷励磁系统上述交流励磁机系统，励磁机的电枢与整流装置都是静止的。虽然由硅整流元件或可控硅代替了机械式换向器，但是静止的励磁系统需要通过滑环与发电机转子回路相连。滑环是一种转动的接触部件，仍然是励磁系统的薄弱环节。随着巨型发电机组的出现，转子电流大大增加，可能产生个别滑环过热和冒火的现象。为了解决大容量机组励磁系统中大电流滑环的制造和维护问题，提高励磁系统的可靠性，出现了一种无刷励磁方式。这种励磁方式整个系统没有任何转动接触元件。
10、其原理图见图3-5。图3-5无刷励磁系统接线原理无刷励磁系统中，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。由于主励磁机电枢及其硅整流器与主发电机转子都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环及电刷等转动接触元件。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
11、压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题。2、直流励磁机系统用专门的直流发电机向同步发电机转子回路提供励磁电流的系统称为直流励磁机系统。其中的直流发电机被称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴。直流励磁机系统又分为自励与它励两种方式。1) 自励直流励磁机系统自励直流励磁系统原理图如图3-10所示 图3-10直流励磁机系统接线原理一发电机（F）的转子绕组由专门的自励式直流励磁机（L）供电，Rc为励磁机磁场调节电阻，该励磁系统可以用手动调节Rc的大小，改变励磁机的磁场电流，达到手动调节发电机转子电流的目的；也可以由自动励磁调节器改变励磁机磁场电流，达到自动调节发电机端电压的目的。2)
12、 它励直流励磁机系统带副励磁机的直流励磁机系统称为它励直流励磁机系统。其原理如图3-11所示。通常副励磁机和主励磁机都与发电机同轴。图3-11 直流励磁机系统接线原理二显然，它励直流励磁机系统比自励直流励磁机系统多了一台副励磁机（FL）。主励磁机有2个励磁绕组。LQ为主励磁绕组，LLQ为附加励磁绕组，用作AVR的输入。这里它励与自励的区别是对励磁机的励磁方式而言的。它励直流励磁机方式多用于水轮发电机。3、 静止励磁系统静止励磁系统取消了励磁机，采用变压器作为交流励磁电源，励磁变压器接在发电机出口或厂用母线上。因励磁电源系取自发电机自身或是发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励整流器励磁系
13、统，简称自励系统。与电机式励磁方式相比，在自励系统中，励磁变压器、整流器等都是静止元件，故自励磁系统又称为静止励磁系统。静止励磁系统也有几种不同的励磁方式。如果只用一台励磁变压器并联在机端，则称为自并励方式。如果除了并联的励磁变压器外还有与发电机定子电流回路串联的励磁变压器（或串联变压器），二者结合起来，则构成所谓自复励方式。结合的方案有下列四种：(a) 直流侧并联自复励方式：(b) 直流侧串联自复励方式；(c) 交流侧并联自复励方式；(d) 交流侧串联自复励方式；1) 自并励方式这是自励系统中接线最简单的励磁方式。其典型原理图如图3-6所示。只用一台接在机端的励磁变压器ZB作为励磁电源，通过
14、可控硅整流装置KZ直接控制发电机的励磁。这种励磁方式又称为简单自励系统，目前国内比较普遍地称为自并励（自并激）方式。图3-6自并激励磁系统接线原理自并激方式的优点是：设备和接线比较简单：由于无转动部分，具有较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机组长度；励磁调节速度快。但对采用这种励磁方式，人们普遍有两点顾虑；第一，发电机近端短路时能否满足强励要求，机组是否失磁；第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。国内外的分析和试验表明，这些问题在技术上是可以解决的。自并励方式愈来愈普遍地得到采用。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。我国近年来在大型发电机
15、上广泛采用自并励方式。2) 直流侧电压叠加的自复激方式在自并励的基础上加一台与发电机定子回路串联的励磁变压器，后者另供给一套硅整流装置，二者在直流侧叠加，则构成直流侧叠加的自励方式。叠加方式分为电流叠加（直流侧并联）和电压叠加（直流侧串联）两种。图3-7为直流侧并联自复励方式原理图。发电机F的转子励磁电流由硅整流桥GZ与可控硅整流桥KZ并联供给。硅整流桥由励磁变压器GLH供电，可控硅桥由励磁变压器ZB供电。ZB并接于机端，GLH串接于发电机出口侧或中性点侧。发电机空载时由可控硅桥单独供给励磁电流，发电机负载时，由可控硅桥与硅整流桥共同供给励磁电流。其中硅整流桥的输出电流与发电机定子电流成正比，可控硅桥的输出电压受励磁调节器的控制，起电压校正作用。图3-7直流侧并联的自复激励磁系统这种直流侧并联的自复激方式，在我国一些中、小型汽轮发电机和水轮发电机上采用较早，有一定的运行经验，但
