励磁系统设计导则.doc

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1、东北电力设计院 技术标准 Q/DB 1-D011-2007 交流同步发电机励磁系统设计导则 2007-10-20 发布 2007-10-30 实 施 II 中国电力工程顾问集团东北电力设计院 发 布 Q/DB 1-D011-2007 I 目目 次次 前言 III 1范围.1 2规范性文件.1 3总则.2 4同步发电机励磁系统的作用和性能要求.2 4.1 同步发电机励磁系统的主要作用2 4.2 励磁系统应具有的性能3 5同步发电机的励磁种类和对励磁系统的基本要求.3 5.1 励磁系统的分类3 5.2 对励磁系统的基本要求3 6同步发电机励磁调节系统对电流、电压采集的基本要求.5 6.1 对电流互

2、感器的要求5 6.2 对电压互感器的要求5 7目前大中型汽轮发电机的常用励磁方式.5 7.1 三机旋转励磁系统的特点5 7.2 自并励静止励磁系统的特点7 7.3 国内大中型汽轮发电机的常用励磁方式的应用情况9 8自并励方式的优势.9 8.1 励磁系统可靠性增强9 8.2 电力系统的稳态、暂态稳定水平提高9 9大中型汽轮发电机自并励静止励磁系统设计10 9.1 自并励系统的应用条件.10 9.2 励磁调节器的选择.10 9.3 发电机起励问题.11 9.4 可控硅励磁功率柜的选择.11 9.5 灭磁及过压保护装置的配置.12 9.6 励磁变压器及励磁回路继电保护.12 II 9.7 励磁变压器

3、和整流装置的一些要求.14 9.8 发电机短路试验有关设施和措施.14 9.9 有关的技术条件和国家标准.15 9.10 励磁变压器及相关设备配置选择原则 16 9.11 励磁变压器的计算及选择实例 19 10结论 22 参考文献 .23 附录 A 汽轮发电机励磁系统技术规范书.24 Q/DB 1-D011-2007 III 前前 言言 励磁系统是同步发电机组的重要组成部分，它的技术性能及运行的可靠性，对供电 质量、继电保护可靠动作和发电机及电力系统的安全稳定运行都有重大的影响，为规范 设计程序、提高设计效率和设计成品质量，特制定本标准。本标准根据Q/DB-2-A001- 2006 企业标准编

4、制导则的有关规定编制。随着技术的发展和设计手段的进步，本标准 将不断充实和完善。 本导则由东北电力设计院电气室提出。 本导则由东北电力设计院质量技术部归口。 本导则由东北电力设计院电气室负责解释。 本导则主要起草及校审人员如下： 批准：安力群 审核：聂 君 校核：李岩山 编制：孙建平 Q/DB 1-D011-2007 1 交流同步发电机励磁系统设计导则交流同步发电机励磁系统设计导则 1范围范围 本导则针对大中型火力发电厂发电机励磁系统的作用和性能、常用励磁方式、励磁 设备选型、设计原则、接口范围等等进行了论述。并介绍了设计的方法和技巧，使设计 者能较快的完成发电机励磁系统的计算和设计工作。 本

5、导则适用于容量为 300MW600WM 火力发电机组的发电机变压器组二次接线图设 计，对于小于 300MW 机组或大于 600WM 机组的工程，可参照使用。 本导则适用于新建或扩建电厂的设计，改造工程的设计，也可参照使用。 2规范性文件规范性文件 火力发电厂设计技术规程 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定 透平同步电机技术要求 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件 同步电机励磁系统 变压器类产品型号编制方法(J BT3837) 电力变压器(GBl094(idt IEC76) 干式电力变压器(GB6450(idt IEC726) 变流变压器(GBTl84941(idt IEC613781

6、) 电力变流变压器(JBT8636) 半导体变流器基本要求的规定(GBT 38591-93) 半导体变流应用导则(GBT 38592-93) 半导体变流器 变压器和电抗器(6B38593-93) 电力工程直流系统设计技术规程 发电厂、变电所电缆选择与敷设设计规程 电力工程电缆设计规范 继电保护和安全自动装置技术规程 电测量仪表装置设计技术规程 火力发电厂电力网络计算机监控系统设计技术规定 2 电力工程电气设计手册 电气二次部分 3总则总则 为确保火力发电厂发电机励磁系统针对机组和系统的安全可靠、快速反应。发电机 励磁系统必须保证技术先进成熟、经济合理、符合电网和发电机的特殊要求，并不断总 结设

7、计运行和制造上的经验，积极慎重的采用和推广经过鉴定的新产品和新技术，在经 济技术条件允许的情况下可采用进口设备。 4同步发电机励磁系统的作用和性能要求同步发电机励磁系统的作用和性能要求 目前在电力能源领域的主导发电设备是交流发电机，交流发电机根据激磁方式和运 行特性可分为两类，即同步发电机和异步发电机（感应电机） 。 异步发电机有结构简单、运行可靠、效率较高、制造容易、成本较低等优点，但它 需要从电网汲取滞后的无功电流作为励磁源，致使电网功率因数降低。基于这个缺点， 它不可能成为电网的主力发电机组。因此，异步发电机只能应用于小容量的以风力或潮 汐为驱动源的发电设备。 现在，全世界的发电量几乎全

8、部是由同步发电机发出的，同步发电机的最大特点就 是需要一个外部稳定的直流电源为其励磁，这就是本导则论述的发电机励磁系统。 所谓励磁系统是指同步发电机励磁绕组的供电电源，它包括（产生励磁电压）主回 路的有关设备，自动/手动励磁调节器，强行励磁，强行减磁和磁场开关、过电压保护装 置等。 同步发电机的励磁方式种类较多，应该说是同步发电机工艺技术水平发展过程中的 一个重要课题，不同的励磁方式直接影响到发电机的各方面的性能优劣、运行可靠性和 电力生产的技术经济指标。 4.1同步发电机励磁系统的主要作用同步发电机励磁系统的主要作用 同步发电机励磁系统有如下主要作用： 4.1.1在正常运行条件下，供给同步发

9、电机励磁电流，并根据发电机负载情况作出相应 的调整，以维持发电机机电压或电网某点电压为一定水平。 4.1.2当电力系统发生短路故障或其他原因使电压严重下降时，能够对发电机进行强行 励磁，来提高电力系统稳定性。 4.1.3当发电机突然甩负荷时，励磁系统应能够强行减磁，以限制发电机端电压的过度 增高。 Q/DB 1-D011-2007 3 4.1.4当发电机发生内部短路故障时，能够进行灭磁以减少发电机损坏程度。 4.1.5能够使得并联运行发电机的无功功率得到合理分配。 4.2励磁系统应具有的性能励磁系统应具有的性能 根据上述同步发电机励磁系统的作用，对励磁系统提出以下要求： 4.2.1励磁系统应能

10、保证提供发电机长期工作条件下各种运行工况所需的励磁电流，并 保证一定裕度。 4.2.2励磁系统应能够满足所要求的顶值电压和励磁增长速度。 4.2.3励磁系统应具有快速减磁和灭磁的性能。 4.2.4对两台及以上并联运行的发电机，励磁系统应具有成组调节发电机无功功率的可 能性。 4.2.5励磁装置不应对发电机的输出电压波形产生有害影响。 4.2.6励磁系统应具有一定的温度补偿能力，以减少发电机冷热态的电压偏差。 一般情况下，还要求励磁系统反应快速，运行可靠，接线和设备结构简单，维修调 整方便，电能损耗小，设备成本低和体积小等。 5同步发电机的励磁种类和对励磁系统的基本要求同步发电机的励磁种类和对励

11、磁系统的基本要求 5.1励磁系统的分类励磁系统的分类 5.1.1直流励磁机励磁系统 分他励和并励两种方式。 5.1.2交流励磁机励磁系统 分交流励磁机-静止整流器励磁系统、交流励磁机-静止可控整流器励磁系统、交流励 磁机-旋转整流器励磁系统三种方式。 5.1.3静止励磁系统 分电压源-可控整流器励磁系统、复励-可控整流器励磁系统两种方式。复励方式又可 分为交流侧串联复励、交流侧并联复励、直流侧串联复励、直流侧并联复励四种方式。 5.2对励磁系统的基本要求对励磁系统的基本要求 励磁系统主要包括励磁电源装置（如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器及整流 装置等） 、自动调节励磁装置、手动调节励磁装置

12、、自动灭磁装置、励磁绕组过电压装置 及上述装置的控制、信号、测量等。 发电机的招标订货工作一般在发电厂可行性研究和初步设计两个阶段之间完成，在 发电机订货之后，它的励磁方式、励磁接线就已经确定，因此在施工图设计阶段，主要 4 工作是遵循发电机厂制造厂提供的励磁系统资料做好该系统与控制、信号、测量、保护 等接口设计工作。 5.2.1对励磁系统的要求 5.2.1.1当发电机励磁电流和电压不超过其额定值的 1.1 倍时，励磁系统应保证连续运 行。 5.2.1.2磁系统的顶值电压倍数、顶值电流倍数、允许强励时间、电压响应比不应低于 规定值。 5.2.1.3当发电机励磁电流不超过其额定值的 1.1 倍时

13、，发电机励磁绕组两端所加的整 流电压最大瞬时值不应大于规定的励磁绕组出厂试验电压幅值的 30%。 5.2.1.4灭磁开关及其与励磁绕组之间的电气组件，当发电机额定励磁电压为 500V 及 以下时，其出厂实验电压为 10 倍额定励磁电压，最低不小于 1500V；当发电机额定励磁 电压大于 500V 时，其出厂实验电压为 2 倍额定励磁电压再加上 4000V。其余与励磁绕 组连接的电气组件，当发电机额定励磁电压为 350V 及以下时，其出厂实验电压为 10 倍 额定励磁电压，最低不小于 1500V；当发电机额定励磁电压大于 350V 时，其出厂实验 电压为 2 倍额定励磁电压再加上 2800V。

14、5.2.1.5安装工地现场验收电压为出厂实验电压的 75%；允许反复实验电压及维修后的 实验电压为出厂实验电压的 65%。 5.2.2对励磁调节的要求 5.2.2.1自动调整励磁装置应能保证发电机空载电压整定范围为额定值的 70%110%。 5.2.2.2手动调整励磁装置应能保证发电机励磁电流调整范围为空载励磁电流的 20%至 额定励磁电流 110%。 5.2.2.3发电机空载运行状态下自动或手动调整励磁装置的给定电压变化每秒不大于发 电机额定电压的 1%，不小于发电机额定电压的 0.3%。 5.2.2.4自动调整励磁装置应能保证发电机端电压的调差率。对于电子型装置要求为+- 10%；对于电磁

15、型装置要求为+-5%。 5.2.2.5自动调整励磁装置应能保证发电机端电压的静差率。对于电子型装置要求不大 于 1%；对于电磁型装置要求不大于 3%。 5.2.2.6发电机空载运行时在额定电压工况下，突增阶跃响应+-10%时，常规励磁系统 超调量不应大于阶跃量的 50%；快速励磁系统超调量不应大于阶跃量的 30%。 5.2.2.7自动调整励磁装置应能保证发电机突然零起升压时电压超调量不得超过额定值 Q/DB 1-D011-2007 5 的 15%，调节时间不大于 10S。 5.2.2.8自动调整励磁装置应能保证发电机空载运行状态下，频率变化范围在额定值的 1%时，发电机端电压的变化率。对于电子

16、型装置要求不大于额定电压0.25%；对于电 磁型装置要求不大于额定电压2%。 5.2.2.9自动调整励磁装置应装设远距离给定及控制设备。对于电子型装置还应装设过 励、欠励、电压回路断线及过激磁等限制与保护装置和电力系统稳定器等必要的附加装 置。 6同步发电机励磁调节系统对电流、电压采集的基本要求同步发电机励磁调节系统对电流、电压采集的基本要求 交流同步发电机励磁系统的调节（AVR）必定要实时跟踪发动机的电流、电压、频 率、有功功率和无功功率等信息，这就要求必须能够正确反映发电机电流、电压、频率 的电流互感器和电压互感器的接入。 6.1对电流互感器的要求对电流互感器的要求 6.1.1AVR 宜采用误差不低于 0.5 级的测量级电流互感器。 6.1.2复励式励磁装置的 AVR 应接于发电机出口电流互感器，不应接于发电机中性点 电流互感器。其原因是为了防止发电机与系统断开时，由发电机内部故障引起的误强励。 6.1.3AVR 不宜与测