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1、励磁系统讲义2008年10月励磁系统介绍n n1.何谓励磁系统.n n2.励磁系统的作用.n n3.励磁系统暂态性能指标.n n4.我厂励磁介绍.何谓励磁系统n n励磁系统：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备。n n励磁控制系统的组成：励磁功率单元：向同步发电机提供直流励磁电流的电源部分。励磁调节器：根据控制要求的输入信号和给定准则，控制励磁功率单元输出的装置。 励磁系统主要作用1.1.根据发电机负荷变化，相应地调节励磁电流，以根据发电机负荷变化，相应地调节励磁电流，以维持机端电源为给定值。维持机端电源为给定值。2.2.控制并联运行各发电机间无功功率分配。控制并联运行各发电机间无功功率分
2、配。3.3.提高发电机并联运行的静态稳定。提高发电机并联运行的静态稳定。4.4.提高发电机并联运行的暂态稳定。提高发电机并联运行的暂态稳定。5.5.在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减少事在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减少事故损失程度。故损失程度。6.6.根据运行要求，对发电机实行最大强励以及最小根据运行要求，对发电机实行最大强励以及最小强励限制。强励限制。励磁系统的性能指标n n重要的技术指标：1.强行励磁顶值电压倍数：用于衡量励磁系统的强励能力。一般是指，在强励作用下，励磁单元输出的最大电压（顶值电压Ufmax）和额定电压（Ufn）的比值。 Ku= Ufmax/ Ufn现代同步发电
3、机励磁系统，强励倍数一般为1.5-2.0.强励倍数越高，越有利于电力系统的稳定运行。励磁系统的性能指标2.励磁电压上升响应时间： 反映响应速度快慢的指标，即励磁电压上升响应时间。其定义是：励磁电压从额定Ufn上升到95%Ufmax的时间。对于响应时间小于等于0.1s的励磁系统，成为高起始响应励磁系统。我厂励磁系统介绍n n二期励磁系统的参数n n二期励磁系统的组成。n n励磁系统的部件作用。二期励磁系统的参数 我厂二期采用的是自并激励磁系统，有机我厂二期采用的是自并激励磁系统，有机端励磁变压器、励磁功率柜以及励磁调节器端励磁变压器、励磁功率柜以及励磁调节器等组成，其具有双自动调节等组成，其具有
4、双自动调节+ +双手动调节。双手动调节。 可以通过切换把手实现可以通过切换把手实现A/BA/B套之间的切换，套之间的切换，故障时也可实现无扰动平滑切换。故障时也可实现无扰动平滑切换。AVRAVR调节：电压给定调节，属于电压闭环。调节：电压给定调节，属于电压闭环。FCRFCR调节：电流跟踪调节，属于电流闭环。调节：电流跟踪调节，属于电流闭环。二期励磁系统的参数励磁变变比：励磁变变比：20000V/950V20000V/950V发电机参数发电机参数 额定功率：额定功率：660MW 660MW 额定定子电压额定定子电压20kV20kV额定定子电流额定定子电流21770A21770A励磁参数励磁参数n
5、 n额定负载励磁电流：额定负载励磁电流：4563A4563An n额定负载励磁电压：额定负载励磁电压：466.7V466.7Vn n额定空载励磁电流：额定空载励磁电流：1522A1522An n额定空载励磁电压：额定空载励磁电压：148V148V我厂励磁系统配置n n单相的励磁变压器 3台 n n交流进线柜FLJ 1个n n励磁调节器柜NES5100 1个n n直流出线柜FLJ 1个n n可控硅整流柜FLZ 5个n n灭磁开关柜FLK 1个n n灭磁电阻柜FLR 1个励磁硬件图励磁调节器n n励磁调节器的型号：NES5100 两套NES5100励磁调节器的主要功能是精确快速地调节同步发电机的机
6、端电压和无功功率。NES5100励磁调节器控制周期为3.3毫秒。它不断地将给定值与反馈值进行比较，然后进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度。NES5100硬件构成NES5100硬件构成n n单板编号单板名称n nEX01脉冲电源板 用来提供脉冲输出的正24V电源24Vn nEX02系统电源板 5V、12V该板为双路供电，AC220V、DC220V（或DC110V）输入，输出+12V、-12V、两路+5V和两路24V用于开关量输入输出电源。NES5100硬件构成n nEX03EX03 CPU CPU板板CPUCPU板是核心控制板，主要功能有：板是核心控制板，主要功能有： 将模拟量板送来
7、的模拟信号进行将模拟量板送来的模拟信号进行A/DA/D变换采样；变换采样； 根据根据A/DA/D采样的结果及开入信号逻辑判断进行控制采样的结果及开入信号逻辑判断进行控制计算，产生小脉冲；计算，产生小脉冲； 根据逻辑判断程序开出信号到开关量板；根据逻辑判断程序开出信号到开关量板； 测频及脉冲回读检测；测频及脉冲回读检测； 双套切换逻辑的实现；双套切换逻辑的实现； 通讯功能通讯功能NES5100硬件构成n nEX04模拟量板该板的主要功能是进行信号调理，调理的信号包括机端电压、系统电压、同步电压、定子电流、转子电流等，调理过程是将高压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并转换为10V电压信号，
8、然后传输到主CPU板，该板还包括D/A输出部分，有4路12位的D/A输出。NES5100硬件构成n nEX05同步电压板 该板的主要功能是将整流柜送来的高压（100V左右）的同步电压信号进行变换，然后传输到主CPU板，在本板上，根据同步频率的不同，要选择不同的跳线和不同的阻容吸收元件的参数。备注：同步变压器的变比：1500V/150V接线形式：Y/D-1NES5100硬件构成n nEX06EX06开关量板开关量板n nEX07EX07扩展开关量板扩展开关量板n n包括包括EX06EX06开关量板和开关量板和EX07 EX07 扩展开关量板。扩展开关量板。EX07 EX07 扩展开关量板和扩展开
9、关量板和EX06EX06开关量板的硬件是一样的，开关量板的硬件是一样的，所以功能也一样。所以功能也一样。 该板上有该板上有2020路开关量输入通道，通过光耦隔离输路开关量输入通道，通过光耦隔离输入；入；1616路开关量输出，经过光耦隔离后通过继电路开关量输出，经过光耦隔离后通过继电器节点输出。开关量板具有很强的显示功能，每器节点输出。开关量板具有很强的显示功能，每一个开关量的状态都可以通过面板上的灯的状态一个开关量的状态都可以通过面板上的灯的状态来显示，从而可以直观地观察开关量的状态。来显示，从而可以直观地观察开关量的状态。NES5100硬件构成n nEX08EX08脉冲放大板脉冲放大板该板的
10、主要功能是将该板的主要功能是将CPUCPU板上形成的小脉冲通过光板上形成的小脉冲通过光电隔离及电平转换送至电隔离及电平转换送至6 6片片CMOSCMOS管放大，然后输管放大，然后输出。脉冲切换继电器主要控制脉冲是否输出。常出。脉冲切换继电器主要控制脉冲是否输出。常闭节点可保证在操作电源消失时仍然能输出脉冲。闭节点可保证在操作电源消失时仍然能输出脉冲。该板的另一功能是将发出的脉冲进行取样，并回该板的另一功能是将发出的脉冲进行取样，并回读至读至CPUCPU板，以检查脉冲是否丢失。脉冲放大板板，以检查脉冲是否丢失。脉冲放大板还包括电源检测和故障开出功能，电源检测用于还包括电源检测和故障开出功能，电源
11、检测用于对系统的对系统的+5V+5V、12V12V、24V24V电源进行检测，若检电源进行检测，若检测到本套电源掉电或故障，则立即开出故障并进测到本套电源掉电或故障，则立即开出故障并进行双机切换，以保证系统的可靠性。行双机切换，以保证系统的可靠性。风机回路n n南瑞励磁采用强制风冷，风道方式为串联风道。南瑞励磁采用强制风冷，风道方式为串联风道。每个整流柜内有两组风机，每组风机有两路交流，每个整流柜内有两组风机，每组风机有两路交流，一路电源故障自动切换至另一路电源，一组风机一路电源故障自动切换至另一路电源，一组风机故障后可以自动切换至另一组风机运行。故障后可以自动切换至另一组风机运行。n n每一
12、整流柜两组风机的两路电源设置独立的空开。每一整流柜两组风机的两路电源设置独立的空开。n n风机故障，整流柜不自动封锁脉冲，依靠风压继风机故障，整流柜不自动封锁脉冲，依靠风压继电器检测无风压，发功率柜故障报警，此时需要电器检测无风压，发功率柜故障报警，此时需要认为将功率柜脉冲旋钮认为将功率柜脉冲旋钮SA1SA1切换到切除。切换到切除。功率柜单元n n功率柜单元功率柜单元 采用三相桥式整流电路，每桥的额定采用三相桥式整流电路，每桥的额定输出电流为输出电流为3000A3000A。 备注：备注：5 5个支路并联运行，其中个支路并联运行，其中2 2各支路退出运行时，能满足发电机强各支路退出运行时，能满足
13、发电机强励以及励以及1.11.1倍额定励磁电流运行的要求。整流柜装置之间的均流依赖倍额定励磁电流运行的要求。整流柜装置之间的均流依赖于母排与各个单元之间连接，以及触发脉冲的同步性。于母排与各个单元之间连接，以及触发脉冲的同步性。n n功率柜单元功率柜单元 设有快速熔断保护，以便及时切断故设有快速熔断保护，以便及时切断故障电流，交直流侧设置过电压保护措施抑制尖峰障电流，交直流侧设置过电压保护措施抑制尖峰过电压和换向过电压。过电压和换向过电压。n n功率柜单元设置交流、直流侧隔离刀闸，可在桥功率柜单元设置交流、直流侧隔离刀闸，可在桥臂故障时退出检修。臂故障时退出检修。灭磁：将转子励磁绕组中磁场储存
14、的能量尽快地减弱到可能小的程度n n发电机的灭磁采用两种：逆变灭磁和跳灭磁开关灭磁。n n灭磁装置在发电机正常或故障情况下能可靠动作灭磁。n n灭磁开关的型号：HPB60M-82S 额定电流6000A 额定电压2000V.n n灭磁开关可以就地/远方合、分闸.n n灭磁电阻采用线性电阻，型号ZX22-0.14,阻值0.14欧姆，过电流3200A（1s）。转子过电压保护装置n n转子过电压保护采用氧化锌非线性电阻，在强励状态下灭此时发电机转子电压不超过4-6倍额定励磁电压值。n n发电机转子过电压保护装置动作电压高于强励后灭磁合异步运行时的过电压值。二期为2500V。转子接地保护装置n n采用南
15、瑞继保的采用南瑞继保的RCS-985RCS-985注入式转子接地保注入式转子接地保护。护。n n方法和原理方法和原理 根据转子绕组引出方式，在转子绕组的正负两根据转子绕组引出方式，在转子绕组的正负两端或其中一端与大轴间注入电压，注入电压的端或其中一端与大轴间注入电压，注入电压的频率可根据转子对地电容的大小进行调整。频率可根据转子对地电容的大小进行调整。转子接地保护装置n n存在缺陷：n n注入电源及辅助设备多；n n无法测量转子一点接地位置；n n不能可靠消除RC轴电压吸收回路（使得转子对地电容大大增加）的影响。励磁系统的限制发电机工作时，为了保证安全运行不轻易跳闸，备发电机工作时，为了保证安
16、全运行不轻易跳闸，备有许多限制功能。在限制控制中包括以下：有许多限制功能。在限制控制中包括以下：n nV/HZV/HZ限制：调节器的基本功能是维持发电机电压限制：调节器的基本功能是维持发电机电压恒定，然而在转速下降时，如持续维持恒定，必恒定，然而在转速下降时，如持续维持恒定，必然导致发电机转子过流，产生过磁通。以防止发然导致发电机转子过流，产生过磁通。以防止发电机极端电压及其机端连接的设备不受磁饱和之电机极端电压及其机端连接的设备不受磁饱和之害，调节器将随着发电机频率下降，用软件方法害，调节器将随着发电机频率下降，用软件方法修改定值，使机端电压下降。当频率高于修改定值，使机端电压下降。当频率高
17、于47.5hz47.5hz时，电压给定值不变，如频率继续下降，当频率时，电压给定值不变，如频率继续下降，当频率小于小于45hz45hz时，则逆变灭磁。时，则逆变灭磁。励磁系统的限制n n强励反时限限制强励反时限限制 当网络发生事故后，自并激励磁系统的发电机强当网络发生事故后，自并激励磁系统的发电机强励电压是不确定的，它和事故的情况有关。为了励电压是不确定的，它和事故的情况有关。为了保护发电机转子以及所连接设备不过热，强励电保护发电机转子以及所连接设备不过热，强励电流的倍数愈大，允许的时间越短，这也就是强励流的倍数愈大，允许的时间越短，这也就是强励限制的反时限特性。当允许强励时间到达后励磁限制的
18、反时限特性。当允许强励时间到达后励磁电流将自动的被减到其长期运行允许的最大值。电流将自动的被减到其长期运行允许的最大值。备注：强励限制以转子电流为对象的限制，而过励备注：强励限制以转子电流为对象的限制，而过励限制是以发电机的无功为对象的控制。当发电机限制是以发电机的无功为对象的控制。当发电机过负荷运行时，过励延时限制和强励反时限限制过负荷运行时，过励延时限制和强励反时限限制都可能会起作用。都可能会起作用。一般技术要求强励倍数一般技术要求强励倍数2 2倍，强励时间不小于倍，强励时间不小于10s10s。励磁系统的限制n n过励限制发电机输出一定有功功率P，其运行输出的最大滞相无功，受到运行的励磁电
19、流和允许的定子电流两方面的限制，特别是发电机低于额定功率因数时，输出的最大无功功率 受转子电流的限制。励磁系统的限制n n低励限制低励限制 在发电机进相运行，输出一定的有功功率在发电机进相运行，输出一定的有功功率P P下，为下，为了保持静态稳定运行，必须防止励磁电流降低到了保持静态稳定运行，必须防止励磁电流降低到运行所要求的数值下。运行所要求的数值下。n n最大励磁电流瞬时限制最大励磁电流瞬时限制 当由于可控硅整流桥直流侧故障，比如发电机转当由于可控硅整流桥直流侧故障，比如发电机转子滑环短路等，励磁电流猛然增长到超过励磁电子滑环短路等，励磁电流猛然增长到超过励磁电流时，为了保护整理器晶闸管以及
20、快熔等，瞬时流时，为了保护整理器晶闸管以及快熔等，瞬时地限制可控硅触发角在预定规范内，房子之事故地限制可控硅触发角在预定规范内，房子之事故扩大。扩大。励磁系统的限制n n电压互感器熔丝熔断保护励磁通过电压互感器采集发电机机端电压，调节器通过比较两套互感器的电压，判断互感器熔丝熔断。这就防止了发电机由于PT断线导致误强励。当发生PT断线时，将由工作通道切换至备用通道，以保证发电机的正常运行。两路PT都断线时，切换至手动通道运行，PT恢复正常时，自动切换至自动运行。励磁系统的限制n n可控硅部分故障，发电机负荷自动限制可控硅部分故障，发电机负荷自动限制整流柜在运行时可能会发生故障，比如可控硅元件整
21、流柜在运行时可能会发生故障，比如可控硅元件故障，快熔熔断或风机停运等等。在由多台整流故障，快熔熔断或风机停运等等。在由多台整流柜并联构成的整流回路中，当一台或两台整流柜柜并联构成的整流回路中，当一台或两台整流柜故障时，可控硅整流柜的裕量大，这是励磁调节故障时，可控硅整流柜的裕量大，这是励磁调节器将发出故障信号，但不限制强励，如果接着第器将发出故障信号，但不限制强励，如果接着第三台可控硅故障，励磁调节器将限制触发控制角三台可控硅故障，励磁调节器将限制触发控制角或励磁电流，以保证整流回路故障不继续扩大，或励磁电流，以保证整流回路故障不继续扩大，此时发电机将失去强励能力。此时发电机将失去强励能力。n n励磁系统在电力系统中起着不可忽视的作用，对其安全、可靠、稳定性都提出了极高的影响。本次讲课由于时间匆忙，不对之处望指正。谢谢！
