發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機同步發(fā)電機中性點柜中性點柜汽輪機汽輪機勵磁變壓器勵磁變壓器勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)什么是勵磁系統(tǒng)？同步發(fā)電機是將旋轉形式的機械功率轉換為三相交流電功率特定的機械設備。為了完成這一個轉換，它本身需要一個直流磁場，產(chǎn)生這個磁場的直流電流就是發(fā)電機的勵磁電流，也是轉子電流。而與勵磁電流有關的元件和設備，我們統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)的構成同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)由勵磁功率單元和勵磁調節(jié)器兩個部分組成，勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉子提供直流電流，即勵磁電流，勵磁調節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構成

2、的一個反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。 勵磁系統(tǒng)的作用 提供勵磁電流（勵磁功率單元完成） 調節(jié)勵磁電流（自動調節(jié)勵磁裝置完成）：（1）調節(jié)電壓；（2）調節(jié)無功功率；（3）提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；（4）改善電力系統(tǒng)運行條件。勵磁系統(tǒng)的簡單分類他勵系統(tǒng)他勵旋轉硅整流他勵靜止硅整流自勵系統(tǒng)：采用接于發(fā)電機出口的變壓器（稱為勵磁變壓器）作為勵磁電源，經(jīng)硅整流后供給發(fā)電機勵磁，因勵磁電源取自發(fā)電機本身或發(fā)電機所在的電力系統(tǒng)，故這種勵磁方式稱為自勵硅整流勵磁系統(tǒng)，簡稱為自勵系統(tǒng) 。自勵系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：取消了勵磁機，縮短了機組長度，結構簡單，因而提高了可靠性。缺點：發(fā)電機出口端短路時，將會導致勵磁電源降低或消失。電勵

3、磁系統(tǒng)簡介我公司發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用的是機端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，全套進口ABB公司原裝產(chǎn)品，型號為UNITROL 6000。 勵磁系統(tǒng)主要由機端勵磁變壓器、可控硅整流裝置、自動電壓調節(jié)器、滅磁和過電壓保護裝置、啟勵裝置及必要的監(jiān)測、保護、報警輔助裝置等組成,勵磁變壓器采用全連式離相封閉母線與發(fā)電機出口T接于主封母。勵磁變電源直接取自發(fā)電機出口，啟勵電源取自汽機PC B段380V交流電源。發(fā)電機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)原理簡圖 勵磁變壓器 勵磁變壓器采用德國ABB 公司生產(chǎn)三臺單相相干式變壓器，容量33300kVA，變比為27 kV1100V，接線形式為Yd，冷卻方式為ANAF，。阻抗電壓為11。 高壓側每相

4、提供3 組套管CT，兩組用于保護，一組用于測量。低壓側每相亦提供2 組 cT 用于保護。勵磁調節(jié)器 AVR 采用數(shù)字式(DAVR)，其性能可靠，并具有與DCS、ASS 的硬接口和與DCS 通訊接口。它有2 個冗余主控制器A 和B，分別接受來自不同的PT 和CT 二次側的信號量，輸出信號分別經(jīng)脈沖放大器A 和B 放大后形成觸發(fā)脈沖去控制可控硅整流器。當工作系統(tǒng)故障時，將自動無擾切換至備用系統(tǒng)。每一個主控制器都包含手動勵磁控制功能作為備用和用于調試的目的，此外每通道還有一個獨立的手動備用勵磁控制通道，該通道也能提供觸發(fā)脈沖和過流保護，可用于調試的目的。AVR 至少設有下列附加單元 過勵磁限制； 過

5、勵磁保護： 低勵磁限制； 低勵磁保護； 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)； 附加過流保護； VHz 限制及保護； AVC 接口及相應功能； 恒功率調節(jié)； 恒無功調節(jié)等。可控硅整流器 可控硅元件串聯(lián)數(shù)為l，同臂并聯(lián)可控硅元件數(shù)為6，當1 個并聯(lián)支路退出運行時，能滿足發(fā)電機強勵要求。當2 個支路退出運行時，能保證發(fā)電機在額定工況下連續(xù)運行。整流裝置的每個功率元件都設有快速熔斷器保護，以便及時切除短路故障元件，并可檢測熔斷器熔斷并給出信號。每個空氣冷卻的整流柜采用可靠的4 個低噪聲風機(含100的備用容量)，在風壓或風量不足時，各用風機能自動投入，采用兩路冷卻風機電源，兩路電源能夠自動切換。整流裝置并聯(lián)元件

6、具有均流措施，整流元件的均流系數(shù)不低于0.95。起勵和滅磁單元在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(通常稱為自并勵或機端勵磁系統(tǒng))中，勵磁電源取自發(fā)電機機端。同步發(fā)電機的勵磁電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場開關和可控硅整流橋供給。一般情況下，起勵開始時，發(fā)電機的起勵能量來自發(fā)電機殘壓。當可控硅的輸入電壓升到10V20V時，可控硅整流橋和勵磁調節(jié)器就能夠投入正常工作，由AVR 控制完成軟起勵過程。如果因長期停機等原因造成發(fā)電機的殘壓不能滿足起勵要求時，則可以采用220V DC 電源起勵方式，當發(fā)電機電壓上升到規(guī)定值時，起勵回路自動脫開。然后可控硅整流橋和勵磁調節(jié)器投入正常工作，由AvR 控制完成軟起勵過程。勵 磁 繞 組整

7、流 器 B冷 卻 風 機（ 備 用 ）變送器變送器變送器變送器G軸 電 壓吸 收31發(fā) 電 機DCS、FR電 壓 電流 顯 示轉 了 接 地保 護四 組 整 流 器（ 一 組 備 用 ）AC 380V起 勵 電 源合 /跳 閘電 路20KV/880V勵 磁 變01200V滅 磁晶 閘 管滅 磁 電 阻分 流 器07000AAV滅 磁 開 關41EPTCTAVR的 功 能 :1.欠 勵 限 制 (MEL)2.過 勵 限 制 (OEL)3. V/H限 制4.電 力 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 （ PSS）5.線 路 壓 降 補 償 (LDC)6.無 功 調 差 (CCC)7.定 子 電 流 限 制 (SCL)

8、主 開 關AVR操 作EXC柜電 壓 變 送 器電 流 變 送 器熔斷器TO AVR整 流 器 A冷 卻 風 機（ 工 作 ）觸 發(fā) 脈 沖同 步 變 壓 器220V/110VAVR柜AC 220V控 制 電 源DC 110V控 制 電 源AC 220V照 明 電 源AC 380V風 扇 控 制 電 源AC 100VAVR電 源DC 110VAVR電 源滅磁開關勵 磁恒 定增投用切除減電 壓恒 定電 壓設 定 器系 統(tǒng)穩(wěn) 定 器PSSAVR開 關勵 磁 系 統(tǒng) 圖氧 化 鋅吸 收阻 容吸 收起 勵 開 關D C S /D E H控 制 信 號DC 110VAVR電 源AC 380V風 扇 控

9、制 電 源備 注 ： 勵 磁 系 統(tǒng) 共 有 電 源 7路 ： 直 流 2路 ： 控 制 回 路 電 源 和A V R裝 置 電 源 ， 分 別 取 自 110V直 流A段 ； 220V交 流 2路 ：A V R裝 置 電 源 和 照 明 電 源 ， 分 別 取 自U P S和 380V汽 機M C C段 ； 380V交 流 電 源 3路 ： 風 扇 電 源 和 起 勵 電 源 ， 分 別 取 自 380V汽 機M C C A段 、 汽 機M C C B段 和 汽 機P C B段 。 Q91Q90Q15Q25Q03Q05Q51AC220VAC220VDC110VDC220V DC110VUFI

10、FK16K15T05T15F15Q11Q12K11K12MMF04T02Q02G15G05Z0564RGND-FLTF02R06R02R50A03A02AVRAVRF1-F6Ig1Vg1Vg2Ig2CINGDIPULSE BUSMK70Q96-U70勵磁變啟勵滅磁啟勵裝置由啟勵變、二極管模塊、接觸器及限流電阻、電容組成。作用是在發(fā)電機額定轉速時，利用廠用380V交流電源，短時向發(fā)電機轉子繞組提供勵磁，使之建立空載電壓。當DAVR檢測到發(fā)電機端電壓到達10%（也有相關材料上說是60%）時，立刻斷開接觸器，AVR輸出脈沖觸發(fā)可控硅整流橋并使之輸出電流，使發(fā)電機電壓連續(xù)上升并達到設定值。 接觸器二極

11、管啟勵變滅磁過程：1）取消可控硅整流橋的全部觸發(fā)脈沖，2）觸發(fā)滅磁可控硅，3）切斷勵磁電源開關41E。 41E滅磁可控硅滅磁電阻觸發(fā)脈沖滅磁設備的作用 將磁場回路斷開并盡可能快地將磁場能量釋放。滅磁回路主要由磁場斷路器-Q02、滅磁電阻R02、晶閘管跨接器F02 及其相關的觸發(fā)元件組成。DAVR設計了雙通道+獨立備用手動通道，其中雙自動通道中又含有手動回路，運行時，雙自動通道都工作（按PID調節(jié)或恒無功/恒功率因數(shù)任選），但其中一個自動通道脈沖被閉鎖。當有脈沖輸出的通道故障時，自動無擾切換到另一個的自動通道且封閉本通道脈沖（不允許切換到本通道的手動回路）。如果此時備用通道也處于在故障狀態(tài)，則切

12、換到備用的獨立手動通道（BFCR）并按PI調節(jié)。此種設計自動通道與手動通道完全獨立而備用。 限制器作用 限制器的目的是維護發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，避免由于保護繼電器動作而造成非正常事故停機。 圖示出了額定端電壓時凸極同步發(fā)電機的典型功率圓圖和對應的運行極限位置。由圖中可以看出，在過勵區(qū)域設置有最大勵磁電流和感性定子電流兩個過勵限制器；在欠勵區(qū)域設置有容性定子電流、無功限制（P/Q限制）和最小勵磁電流三個欠勵限制器。勵磁電流限制 最大勵磁電流限制器用于防止轉子回路過熱，它設計具有反時限特性。限制器有兩個限制值：一個是強勵頂值電流限制器，另一個是連續(xù)運行允許的過熱限制值。與過熱限制值關聯(lián)的兩個控制參

13、數(shù)分別是轉子等效加熱時間和轉子等效冷卻時間。定子電流限制 該限制器用于防止發(fā)電機定子過熱，在過勵和欠勵側均有效。其工作原理與最大勵磁電流限制器的工作原理相似。主要差別在于定子電流限制器沒有一個確定的最大定子電流限制值，當時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax），通過適當?shù)膮?shù)整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能Emax的反時限特性。 定子電流限制器分欠勵側和過勵側兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當發(fā)電機過勵時，欠勵側定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測負載的功率因數(shù)，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發(fā)電機的有功電流分量。如

14、果發(fā)電機的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發(fā)電機無功功率調整為零。P/Q限制器 P/Q限制器本質上是一個欠勵限制器，用于防止發(fā)電機進入不穩(wěn)定運行區(qū)，該限制器的限制曲線由對應五個有功功率點（P0，P25，P50，P75，P100）的五個無功功率設定值確定，曲線與發(fā)電機的定子電壓水平有關，發(fā)電機電壓變化時，限制曲線隨之偏移。過激磁保護(VHz 觸發(fā)器) 用于防止同步發(fā)電機和變壓器過磁通。過激磁保護首先根據(jù)發(fā)電機頻率和設定值計算出當前的機端電壓允許值，如果發(fā)電機實際電壓超過允許值，就會觸發(fā)定時器延時。在延時結束前，如果電壓仍沒有返回到允許值，則發(fā)出跳閘信號。失磁保

15、護(PQ) 發(fā)電機運行點在超出其穩(wěn)定極限時，失勵保護動作，跳發(fā)電機。利用功率圓圖上的五點設定保護曲線，保護曲線與PQ 限制器的限制曲線相似。但PQ 保護曲線在PQ限制曲線基礎上左移5到100。由于同步發(fā)電機的穩(wěn)定極限與機端電壓有關，PQ 保護曲線也與電機端電壓成比例校正。發(fā)電機工作點超過保護曲線時，觸發(fā)定時器，經(jīng)過可整定的延時居發(fā)出跳發(fā)電機命令。定時器延時啟動信號也可用于報警。轉子接地保護 轉子接地保護裝置UNS 3020是一個獨立的保護繼電器。它用作發(fā)電機整個轉子回路（包括功率可控硅和勵磁變壓器二次側）的接地故障保護。它的特點是：2段結構（1段報警，2段跳機），每段定值和延時可單獨調整。轉子

16、接地保護原理圖 軸電壓吸收軸電壓吸收軸電壓是指發(fā)電機在全速旋轉時, 在發(fā)電機轉子兩側形成的電位差。軸電壓的形成可以是: 發(fā)電機空氣間隙磁不對稱; 轉子偏心、繞組不對稱或轉子短路接地等;汽機葉片產(chǎn)生靜電; 有源的轉子勵磁如可控硅勵磁。軸電壓的幅值過大時, 軸承油膜將被破壞。在軸承對地絕緣不良的情況下, 軸電壓產(chǎn)生的電流會引起軸頸表面和軸瓦的電燒傷。滅磁和過壓保護 觸發(fā)單元是靜態(tài)滅磁裝置（跨接器）的一部分，具有多個獨立的放電可控硅觸發(fā)回路。 電機的受控滅磁回路可以是雙冗余的，與滅磁開關的跳閘線圈同時接通。另外，設有一個電壓檢測回路，在勵磁電壓超過預設值時它會自動觸發(fā)可控硅。因此跨接器作為獨立的過電

17、壓保護裝置，可保護可控硅橋和磁場繞組免受危險過電壓尖峰的沖擊。勵磁系統(tǒng)投入前的檢查 系統(tǒng)的維護工作已完成。 控制和電源柜已準備好待運行并且適當?shù)乇绘i定。 發(fā)電機輸出空載，臨時接地線拆除。 滅磁開關的控制電源及調節(jié)器電源已送電。 沒有報警信號和故障信息。 勵磁系統(tǒng)切換到遠方控制方式。 勵磁系統(tǒng)切換到自動運行方式。 發(fā)電機達到額定轉速(檢查顯示儀表上的轉速)。運行中的檢查 1)在控制室中 無限制器動作。 運行調節(jié)器的給定值沒有達到極限位置。 通道間跟蹤平衡，通道切換準備就緒。 勵磁電流、發(fā)電機電壓和無功功率平穩(wěn)。 2)在勵磁柜旁： 無報警動作。 無異常噪音。正常運行方式 調節(jié)器“遠方控制”。 整流

18、柜全部運行。 調節(jié)柜主通道1（2）AVR運行，F(xiàn)CR跟蹤AVR。 調節(jié)柜主通道2（1）AVR跟蹤主通道1（2）AVR，F(xiàn)CR跟蹤AVR。 緊急備用通道跟蹤主通道。 轉子接地保護投入。 各限制器投入。 疊加控制、PSS根據(jù)調度要求投入。非正常運行方式 整流柜缺柜運行。 調節(jié)器FCR方式運行。 調節(jié)柜主通道1（2）故障。 緊急備用通道故障。勵磁系統(tǒng)的一些相關注意事項 勵磁系統(tǒng)是維持發(fā)電機運行的核心，其作用不僅在于在發(fā)電機正常運行時，為發(fā)電機轉子提供基本的磁場能量，也在于當電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路或突加負荷、甩負荷時，自動對發(fā)電機進行強行勵磁（發(fā)電機出口附近故障，發(fā)電機機端電壓急劇下降）或強行減磁（減小

19、發(fā)電機定子電壓，減小故障電流），以提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性，也在于當發(fā)電機內部出現(xiàn)短路時，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)繞組進行滅磁，以避免事故的擴大。因此，要求發(fā)電機運行時勵磁調節(jié)器必須投入自動通道，不允許使用恒流電源或手動通道。否則，可能導致事故的發(fā)生。勵磁系統(tǒng)的一些相關注意事項 對于啟動過程中的發(fā)電機，當機組達到額定轉速并且調速系統(tǒng)運行正常之前，絕對禁止對發(fā)電機進行勵磁升壓。對于額定轉速下已經(jīng)升壓等待并網(wǎng)、已經(jīng)解列準備停機或進行其他試驗等情況下空載運行的發(fā)電機，如出現(xiàn)轉速下降的情況，應立刻分斷磁場開關強行滅磁。 發(fā)電機強勵過程也是轉子過載(發(fā)熱)的過程。所以當發(fā)電機誤強勵或正常強勵后不能正常返回

20、，并且轉子過負荷保護又不能正常投入時，必須在短時間內強行滅磁(過勵限制定值是1820倍額定勵磁電流時，強勵10s，發(fā)電機轉子強勵通常不允許超過30s)。 發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)測絕緣的要求如下（1） 發(fā)電機定子繞組應用2500V搖表測量絕緣電阻，其值不小于3M且與前次測量值相比較，如有明顯降低（低于前次的1/31/5）應查明原因。通水后用水搖表測量，其阻值不低于0.1M。（2） 發(fā)電機轉子測絕緣用500V的搖表測量，其值不小于1M。（3） 發(fā)電機密封油、頂軸油軸瓦及軸承座絕緣電阻用1000V搖表測量，其值不小于1M。勵磁系統(tǒng)的一些相關注意事項勵磁系統(tǒng)的一些相關注意事項每次起機前要進行轉子絕緣測試勵磁

21、系統(tǒng)的投運條件 AVR無故障； 發(fā)變組出口保護無動作； 汽輪發(fā)電機轉速大于2950轉/分； 勵磁調節(jié)器投入處于熱備用狀態(tài)運行 空載勵磁電流: 1828.6A空載勵磁電壓：133V額定勵磁電流：5173A額定勵磁電壓：445V重要的監(jiān)視參數(shù)勵磁系統(tǒng)的一些相關注意事項運行注意事項 1、 當任一臺功率柜故障后，其它功率柜將承擔其工作電流，滿足強勵和1.1倍勵磁電流要求。兩臺功率柜故障后，勵磁電流限制器設定值將自動減少，不能進行強勵。如果三臺功率柜故障則自動切斷勵磁。 2、 運行中嚴禁打開功率柜柜閥，否則，該功率柜將自動退出運行 3、當發(fā)電機電壓低于90%額定電壓時，調節(jié)器強勵10秒，強勵電流1034

22、6A。運行中更換碳刷時的注意事項運行中更換碳刷時的注意事項 當碳刷磨損到極限線時應予更換。 更換時應由有經(jīng)驗的檢修人員擔任。 工作人員應特別小心，不使衣服及擦拭材料被機器掛住，應扣緊袖口，女工發(fā)辮要放在帽內。 工作時站在絕緣墊上，不得同時接觸兩極或一極與接地部分，也不能兩人同時進行工作。 更換碳刷時，要使其型號與舊碳刷相一致。 更換的新碳刷應能在刷窩內自由移動，否則應用木質刮刀刮磨，禁止用砂紙打磨。彈簧應壓在碳刷中心位置。勵磁系統(tǒng)運行中的一些可能的不正?，F(xiàn)象 1.失磁危害：從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，使系統(tǒng)電壓降低，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定；發(fā)電機失磁進入異步運行狀態(tài)，轉子表面感應差頻電流，引起轉子過熱；