水轮发电机励磁系统.doc

1、发电机励磁系统发 电 机 励 磁 系 统供 给 同 步 发 电 机 励 磁 电 流 的 电 源 及 其 附 属 设 备 统 称 为 励 磁 系 统 。 它 一 般 由励 磁 功 率 单 元 和 励 磁 调 节 器 两 个 主 要 部 分 组 成 。 励 磁 功 率 单 元 向 同 步 发 电 机 转子 提 供 励 磁 电 流 ； 而 励 磁 调 节 器 则 根 据 输 入 信 号 和 给 定 的 调 节 准 则 控 制 励 磁 功率 单 元 的 输 出 。 励 磁 系 统 的 自 动 励 磁 调 节 器 对 提 高 电 力 系 统 并 联 机 组 的 稳 定 性具 有 相 当 大 的 作 用

2、。 尤 其 是 现 代 电 力 系 统 的 发 展 导 致 机 组 稳 定 极 限 降 低 的 趋 势， 也 促 使 励 磁 技 术 不 断 发 展 。 同 步 发 电 机 的 励 磁 系 统 主 要 由 功 率 单 元 和 调 节 器（ 装 置 ） 两 大 部 分 组 成 。 如 图 所 示 ：其 中 励 磁 功 率 单 元 是 指 向 同 步 发 电 机 转 子 绕 组 提 供 直 流 励 磁 电 流 的 励 磁 电源 部 分 ， 而 励 磁 调 节 器 则 是 根 据 控 制 要 求 的 输 入 信 号 和 给 定 的 调 节 准 则 控 制 励磁 功 率 单 元 输 出 的 装 置 。

3、 由 励 磁 调 节 器 、 励 磁 功 率 单 元 和 发 电 机 本 身 一 起 组 成的 整 个 系 统 称 为 励 磁 系 统 控 制 系 统 。 励 磁 系 统 是 发 电 机 的 重 要 组 成 部 份 ， 它 对电 力 系 统 及 发 电 机 本 身 的 安 全 稳 定 运 行 有 很 大 的 影 响 。 励 磁 系 统 的 主 要 作 用 有： 1） 根 据 发 电 机 负 荷 的 变 化 相 应 的 调 节 励 磁 电 流 ， 以 维 持 机 端 电 压 为 给 定 值 ；2） 控 制 并 列 运 行 各 发 电 机 间 无 功 功 率 分 配 ； 3） 提 高 发 电 机

4、并 列 运 行 的 静 态 稳定 性 ； 4） 提 高 发 电 机 并 列 运 行 的 暂 态 稳 定 性 ； 5） 在 发 电 机 内 部 出 现 故 障 时 ，进 行 灭 磁 ， 以 减 小 故 障 损 失 程 度 ； 6） 根 据 运 行 要 求 对 发 电 机 实 行 最 大 励 磁 限制 及 最 小 励 磁 限 制 。同 步 发 电 机 励 磁 系 统 的 形 式 有 多 种 多 样 ， 按 照 供 电 方 式 可 以 划 分 为 他 励 式和 自 励 式 两 大 类 。一 、 发 电 机 获 得 励 磁 电 流 的 几 种 方 式1、 直 流 发 电 机 供 电 的 励 磁 方 式

5、 ： 这 种 励 磁 方 式 的 发 电 机 具 有 专 用 的 直 流 发电 机 ， 这 种 专 用 的 直 流 发 电 机 称 为 直 流 励 磁 机 ， 励 磁 机 一 般 与 发 电 机 同 轴 ， 发电 机 的 励 磁 绕 组 通 过 装 在 大 轴 上 的 滑 环 及 固 定 电 刷 从 励 磁 机 获 得 直 流 电 流 。 这种 励 磁 方 式 具 有 励 磁 电 流 独 立 ， 工 作 比 较 可 靠 和 减 少 自 用 电 消 耗 量 等 优 点 ， 是过 去 几 十 年 间 发 电 机 主 要 励 磁 方 式 ， 具 有 较 成 熟 的 运 行 经 验 。 缺 点 是 励

6、 磁 调 节速 度 较 慢 ， 维 护 工 作 量 大 ， 故 在 10MW 以 上 的 机 组 中 很 少 采 用 。2、 交 流 励 磁 机 供 电 的 励 磁 方 式 ， 现 代 大 容 量 发 电 机 有 的 采 用 交 流 励 磁 机 提供 励 磁 电 流 。 交 流 励 磁 机 也 装 在 发 电 机 大 轴 上 ， 它 输 出 的 交 流 电 流 经 整 流 后 供给 发 电 机 转 子 励 磁 ， 此 时 ， 发 电 机 的 励 磁 方 式 属 他 励 磁 方 式 ， 又 由 于 采 用 静 止的 整 流 装 置 ， 故 又 称 为 他 励 静 止 励 磁 ， 交 流 副 励

7、磁 机 提 供 励 磁 电 流 。 交 流 副 励磁 机 可 以 是 永 磁 机 或 是 具 有 自 励 恒 压 装 置 的 交 流 发 电 机 。 为 了 提 高 励 磁 调 节 速度 ， 交 流 励 磁 机 通 常 采 用 100200HZ 的 中 频 发 电 机 ， 而 交 流 副 励 磁 机 则 采用 400500HZ 的 中 频 发 电 机 。 这 种 发 电 机 的 直 流 励 磁 绕 组 和 三 相 交 流 绕 组都 绕 在 定 子 槽 内 ， 转 子 只 有 齿 与 槽 而 没 有 绕 组 ， 像 个 齿 轮 ， 因 此 ， 它 没 有 电 刷， 滑 环 等 转 动 接 触 部

8、 件 ， 具 有 工 作 可 靠 ， 结 构 简 单 ， 制 造 工 艺 方 便 等 优 点 。 缺点 是 噪 音 较 大 ， 交 流 电 势 的 谐 波 分 量 也 较 大 。3、 无 励 磁 机 的 励 磁 方 式 ：在 励 磁 方 式 中 不 设 置 专 门 的 励 磁 机 ， 而 从 发 电 机 本 身 取 得 励 磁 电 源 ， 经 整流 后 再 供 给 发 电 机 本 身 励 磁 ， 称 自 励 式 静 止 励 磁 。 自 励 式 静 止 励 磁 可 分 为 自 并励 和 自 复 励 两 种 方 式 。 自 并 励 方 式 它 通 过 接 在 发 电 机 出 口 的 整 流 变 压

9、 器 取 得 励磁 电 流 ， 经 整 流 后 供 给 发 电 机 励 磁 ， 这 种励 磁 方 式 具 有 结 简 单 ， 设 备 少 ， 投 资 省 和 维 护 工 作 量 少 等 优 点 。 自 复 励 磁方 式 除 没 有 整 流 变 压 外 ， 还 设 有 串 联 在 发 电 机 定 子 回 路 的 大 功 率 电 流 互 感 器 。这 种 互 感 器 的 作 用 是 在 发 生 短 路 时 ， 给 发 电 机 提 供 较 大 的 励 磁 电 流 ， 以 弥 补 整流 变 压 器 输 出 的 不 足 。 这 种 励 磁 方 式 具 有 两 种 励 磁 电 源 ， 通 过 整 流 变

10、压 器 获 得的 电 压 电 源 和 通 过 串 联 变 压 器 获 得 的 电 流 源 。二 、 发 电 机 与 励 磁 电 流 的 有 关 特 性1、 电 压 的 调 节自 动 调 节 励 磁 系 统 可 以 看 成 为 一 个 以 电 压 为 被 调 量 的 负 反 馈 控 制 系 统 。 无功 负 荷 电 流 是 造 成 发 电 机 端 电 压 下 降 的 主 要 原 因 ， 当 励 磁 电 流 不 变 时 ， 发 电机 的 端 电 压 将 随 无 功 电 流 的 增 大 而 降 低 。 但 是 为 了 满 足 用 户 对 电 能 质 量 的 要 求， 发 电 机 的 端 电 压 应

11、基 本 保 持 不 变 ， 实 现 这 一 要 求 的 办 法 是 随 无 功 电 流 的 变 化调 节 发 电 机 的 励 磁 电 流 。2、 无 功 功 率 的 调 节 ：发 电 机 与 系 统 并 联 运 行 时 ， 可 以 认 为 是 与 无 限 大 容 量 电 源 的 母 线 运 行 ， 要改 变 发 电 机 励 磁 电 流 ， 感 应 电 势 和 定 子 电 流 也 跟 着 变 化 ， 此 时 发 电 机 的 无 功 电流 也 跟 着 变 化 。 当 发 电 机 与 无 限 大 容 量 系 统 并 联 运 行 时 ， 为 了 改 变 发 电 机 的 无功 功 率 ， 必 须 调 节

12、 发 电 机 的 励 磁 电 流 。 此 时 改 变 的 发 电 机 励 磁 电 流 并 不 是 通 常所 说 的 “调 压 ”， 而 是 只 是 改 变 了 送 入 系 统 的 无 功 功 率 。3、 无 功 负 荷 的 分 配 ：并 联 运 行 的 发 电 机 根 据 各 自 的 额 定 容 量 ， 按 比 例 进 行 无 功 电 流 的 分 配 。 大容 量 发 电 机 应 负 担 较 多 无 功 负 荷 ， 而 容 量 较 小 的 则 负 提 供 较 少 的 无 功 负 荷 。 为了 实 现 无 功 负 荷 能 自 动 分 配 ， 可 以 通 过 自 动 高 压 调 节 的 励 磁 装

13、 置 ， 改 变 发 电 机励 磁 电 流 维 持 其 端 电 压 不 变 ， 还 可 对 发 电 机 电 压 调 节 特 性 的 倾 斜 度 进 行 调 整 ，以 实 现 并 联 运 行 发 电 机 无 功 负 荷 的 合 理 分 配 。三 、 自 动 调 节 励 磁 电 流 的 方 法在 改 变 发 电 机 的 励 磁 电 流 中 ， 一 般 不 直 接 在 其 转 子 回 路 中 进 行 ， 因 为 该 回路 中 电 流 很 大 ， 不 便 于 进 行 直 接 调 节 ， 通 常 采 用 的 方 法 是 改 变 励 磁 机 的 励 磁 电流 ， 以 达 到 调 节 发 电 机 转 子 电

14、 流 的 目 的 。 常 用 的 方 法 有 改 变 励 磁 机 励 磁 回 路 的电 阻 ， 改 变 励 磁 机 的 附 加 励 磁 电 流 ， 改 变可 控 硅 的 导 通 角 等 。 这 里 主 要 讲 改 变 可 控 硅 导 通 角 的 方 法 ， 它 是 根 据 发 电机 电 压 、 电 流 或 功 率 因 数 的 变 化 ， 相 应 地 改 变 可 控 硅 整 流 器 的 导 通 角 ， 于 是 发电 机 的 励 磁 电 流 便 跟 着 改 变 。 这 套 装 置 一 般 由 晶 体 管 ， 可 控 硅 电 子 元 件 构 成 ，具 有 灵 敏 、 快 速 、 无 失 灵 区 、

15、输 出 功 率 大 、 体 积 小 和 重 量 轻 等 优 点 。 在 事 故 情况 下 能 有 效 地 抑 制 发 电 机 的 过 电 压 和 实 现 快 速 灭 磁 。 自 动 调 节 励 磁 装 置 通 常 由测 量 单 元 、 同 步 单 元 、 放 大 单 元 、 调 差 单 元 、 稳 定 单 元 、 限 制 单 元 及 一 些 辅 助单 元 构 成 。 被 测 量 信 号 （ 如 电 压 、 电 流 等 ） ， 经 测 量 单 元 变 换 后 与 给 定 值 相 比较 ， 然 后 将 比 较 结 果 （ 偏 差 ） 经 前 置 放 大 单 元 和 功 率 放 大 单 元 放 大

16、， 并 用 于 控制 可 控 硅 的 导 通 角 ， 以 达 到 调 节 发 电 机 励 磁 电 流 的 目 的 。 同 步 单 元 的 作 用 是 使移 相 部 分 输 出 的 触 发 脉 冲 与 可 控 硅 整 流 器 的 交 流 励 磁 电 源 同 步 ， 以 保 证 控 硅 的正 确 触 发 。 调 差 单 元 的 作 用 是 为 了 使 并 联 运 行 的 发 电 机 能 稳 定 和 合 理 地 分 配 无功 负 荷 。 稳 定 单 元 是 为 了 改 善 电 力 系 统 的 稳 定 而 引 进 的 单 元 。 励 磁 系 统 稳 定单 元 用 于 改 善 励 磁 系 统 的 稳 定

17、 性 。 限 制 单 元 是 为 了 使 发 电 机 不 致 在 过 励 磁 或 欠励 磁 的 条 件 下 运 行 而 设 置 的 。 必 须 指 出 并 不 是 每 一 种 自 动 调 节 励 磁 装 置 都 具 有上 述 各 种 单 元 ， 一 种 调 节 器 装 置 所 具 有 的 单 元 与 其 担 负 的 具 体 任 务 有 关 。四 、 自 动 调 节 励 磁 的 组 成 部 件 及 辅 助 设 备自 动 调 节 励 磁 的 组 成 部 件 有 机 端 电 压 互 感 器 、 机 端 电 流 互 感 器 、 励 磁 变 压器 ； 励 磁 装 置 需 要 提 供 以 下 电 流 ，

18、厂 用 AC380v、 厂 用 DC220v 控 制 电 源 .厂用 DC220v 合 闸 电 源 ； 需 要 提 供 以 下 空 接 点 ， 自 动 开 机 .自 动 停 机 .并 网 （ 一 常开 ， 一 常 闭 ） 增 ， 减 ； 需 要 提 供 以 下 模 拟 信 号 ， 发 电 机 机 端 电 压 100V， 发 电机 机 端 电 流 5A， 母 线 电 压 100V， 励 磁 装 置 输 出 以 下 继 电 器 接 点 信 号 ； 励 磁 变过 流 ， 失 磁 ， 励 磁 装 置 异 常 等 。 励 磁 控 制 、 保 护 及 信 号 回 路 由 灭 磁 开 关 ， 助 磁 电 路

19、 、 风 机 、 灭 磁 开 关 偷 跳、 励 磁 变 过 流 、 调 节 器 故 障 、 发 电 机 工 况 异 常 、 电 量 变 送 器 等 组 成 。 在 同 步 发电 机 发 生 内 部 故 障 时 除 了 必 须 解 列 外 ， 还 必 须 灭 磁 ， 把 转 子 磁 场 尽 快 地 减 弱 到最 小 程 度 ， 保 证 转 子 不 过 的 情 况 下 ， 使 灭 磁 时 间 尽 可 能 缩 短 ， 是 灭 磁 装 置 的 主要 功 能 。 根 据 额 定 励 磁 电 压 的 大 小 可 分 为 线 性 电 阻 灭 磁 和 非 线 性 电 阻 灭 磁 。近 十 多 年 来 ， 由

20、于 新 技 术 ， 新 工 艺 和 新 器 件 的 涌 现 和 使 用 ， 使 得 发 电 机 的励 磁 方 式 得 到 了 不 断 的 发 展 和 完 善 。 在 自 动 调 节 励 磁 装 置 方 面 ， 也 不 断 研 制 和推 广 使 用 了 许 多 新 型 的 调 节 装 置 。 由 于 采 用 微 机 计 算 机 用 软 件 实 现 的 自 动 调 节励 磁 装 置 有 显 著 优 点 ， 目 前 很 多 国 家 都 在 研 制 和 试 验 用 微 型 机 计 算 机 配 以 相 应的 外 部 设 备 构 成 的 数 字 自 动 调 节 励 磁 装 置 ， 这 种 调 节 装 置 将 能 实 现 自 适 应 最 佳调 节 。