發(fā)電機的勵磁控制原理

1、發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機為了實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個直流磁場，而產(chǎn)生這 個磁場的直流電流， 稱為發(fā)電機的勵磁電流。 根據(jù)勵磁電流的供給方式， 凡是從其它電源獲得勵磁電流的發(fā)電機，稱為他勵發(fā)電機，從發(fā)電機本 身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發(fā)電機。一、發(fā)電機獲得勵磁電流的方式：1、直流發(fā)電機供電的勵磁方式： 這種勵磁方式的發(fā)電機具有專用的 直流發(fā)電機，這種專用的直流發(fā)電機稱為直流勵磁機，勵磁機一般與發(fā) 電機同軸，發(fā)電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵磁 機獲得直流電流。這種勵磁方式具有勵磁電流獨立，工作比較可靠和減 少自用電消耗量等優(yōu)點，是過去幾十年間發(fā)電機主要勵磁方式，具有較 成熟

2、的運行經(jīng)驗。缺點是勵磁調(diào)節(jié)速度較慢，維護工作量大，故在 10MW 以上的機組中很少采用。2 、交流勵磁機供電的勵磁方式， 現(xiàn)代大容量發(fā)電機有的采用交 流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發(fā)電機大軸上，它輸出的交 流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，此時，發(fā)電機的勵磁方式屬他勵 磁方式，又由于采用靜止的整流裝置，故又稱為他勵靜止勵磁，交流副 勵磁機提供勵磁電流。交流副勵磁機可以是永磁機或是具有自勵恒壓裝 置的交流發(fā)電機。為了提高勵磁調(diào)節(jié)速 度，交流勵磁機通常采用 100 200HZ的中頻發(fā)電機，而交流副勵磁機則采用 400 500HZ的 中頻發(fā)電機。這種發(fā)電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定

3、子槽 內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒有繞組，像個齒輪，因此，它沒有電刷，滑環(huán) 等轉(zhuǎn)動接觸部件，具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便等優(yōu)點。3 、無勵磁機的勵磁方式：在勵磁方式中不設(shè)置專門的勵磁機， 而從發(fā)電機本身取得勵磁電源，經(jīng)整流后再供給發(fā)電機本身勵磁，稱自 勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。自并 勵方式它通過接在發(fā)電機出口的整流變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供 給發(fā)電機勵磁，這種勵磁方式具有結(jié)簡單，設(shè)備少，投資省和維護工作 量少等優(yōu)點。自復勵磁方式除沒有整流變壓外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機定 子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)生短路時，給發(fā) 電機提供較大的勵磁電流，以彌補

4、整流變壓器輸出的不足。我們集團公司所用的發(fā)電機勵磁方式全部為交流勵磁機供電的勵磁 方式，勵磁調(diào)節(jié)裝置采用的是南汽集團的數(shù)字式雙通道勵磁調(diào)節(jié)器(DVR-2000)。二、交流勵磁機的組成：交流勵磁機由一臺主勵磁機和一臺副勵磁機組成 示意圖如下：A王勵磁機整流二極管同步發(fā)電機主勵磁機采用一臺三相交流無刷勵磁機， 其中磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn); 副勵磁機采用一臺單相交流永磁發(fā)電機，其中電樞靜止、磁極旋轉(zhuǎn)。勵 磁機轉(zhuǎn)軸通過法蘭與發(fā)電機聯(lián)接在一起，實現(xiàn)三機無刷勵磁。主勵磁機 和副勵磁機設(shè)計在同一個閉路管道通風殼體內(nèi)，它的進風、出風全通道 勵磁機底架，然后再通到同步發(fā)電機進風口處。三、勵磁系統(tǒng)的工作過程：當發(fā)電機

5、在汽輪機的拖動下旋轉(zhuǎn)到 3000r/min時，永磁發(fā)電機發(fā)出 的電壓應有220V、400HZ經(jīng)過隔離變壓器隔離整流后供給勵磁裝置作 為電源，勵磁裝置電源采用兩路供電：一路來自永磁機電源整流，另一 路后備電源，來自廠用直流電。兩路電源通過逆止二極管并聯(lián)運行，任 何一路失電，DVR調(diào)節(jié)器仍能正常工作。經(jīng)過勵磁裝置調(diào)節(jié)整流后供給 交流勵磁機的勵磁繞組，勵磁機電樞發(fā)出的電經(jīng)過熔斷器通過同軸旋轉(zhuǎn) 的二極管全波整流后，送給交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。接線原理圖如下：同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子部分 快速熔斷器正散熱環(huán)負散熱環(huán)四、勵磁系統(tǒng)的運行控制：發(fā)電機既是有功電源，又是無功電源，而同步發(fā)電機并網(wǎng)運行后發(fā)出的無功功率的大

6、小，取決于勵磁電流的大小。勵磁系統(tǒng)對發(fā)出無功功 率，維持系統(tǒng)電壓水平是至關(guān)重要的。勵磁控制柜的輸入電氣信號有發(fā) 電機3YH 4YH電壓及從發(fā)電機電流互感器來的三相定子電流信號。各路信號經(jīng)各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大，變換成適合 于A/D采樣的信號。這些信號送入 A/ D變換器，由程序控制依次進行 模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存放在存貯器中，供微機勵磁調(diào)節(jié)器使用。微機勵 磁調(diào)節(jié)器輸出的電流、電壓為直流量。利用以上采集到的數(shù)據(jù)，通過軟 件計算可以得到發(fā)電機的運行工況，勵磁系統(tǒng)參數(shù)，DVR調(diào)節(jié)器輸出參數(shù)等全部信息，如交流量采用 24點快速傅立葉變換（FFT）計算出發(fā)電 機三相電壓有效值，三相電

7、流有效值，有功功率P,無功功率Q1、發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)：發(fā)電機在并網(wǎng)運行前，電壓的調(diào)節(jié)既通過增磁/ 減磁開關(guān)調(diào)節(jié)勵磁電流的大小來實現(xiàn)， 可以通過自動或手動方式調(diào)節(jié)發(fā) 電機的機端電壓， 當采用自動升壓方式時， 發(fā)電機機端電壓自動升到 90% 的額定電壓。也可以接收同期裝置發(fā)來的升壓 / 降壓脈沖信號自動調(diào)節(jié)機 端電壓。2、無功功率的調(diào)節(jié)：發(fā)電機在并入電網(wǎng)運行后，要改變發(fā)電機勵磁 電流，感應電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機的無功電流也跟著 變化。為了改變發(fā)電機的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。此時 改變的發(fā)電機勵磁電流并不是通常所說的 “調(diào)壓”，而是只是改變了送入 系統(tǒng)的無功功率。增加發(fā)電機的

8、勵磁電流時，發(fā)電機的感應電勢、定子 電流和無功功率都會增加，而功率因數(shù)會降低。發(fā)電機并網(wǎng)運行時，有功功率增加到 1/3 的額定功率時，將方式選 擇選擇開關(guān)由恒電壓方式轉(zhuǎn)為恒功率因數(shù)控制，功率因數(shù)的控制以滿足 總降需求為主，控制范圍在，不要超過。當發(fā)電機有功功率變化范圍 較大時，需要密切監(jiān)控勵磁裝置上無功功率的變化，并適當進行調(diào)節(jié)， 不能使無功功率變成負值， 防止發(fā)電機進相運行或失磁， 造成嚴重后果。五、勵磁系統(tǒng)的保護：1、PT斷線保護：程序?qū)y量到的3YH 4YH電壓值進行比較，如果 其差值大于較大值的1/8，則發(fā)PT斷線信號，如果是3YHPT斷線，除發(fā) 信號外，運行方式由自動運行切換到手動運

9、行方式。2、V/Hz保護（伏赫比保護）：V/Hz是為了防止發(fā)電機及其出口變壓 器出現(xiàn)磁飽和。限制和保護的原則是：a、當V/Hz 設(shè)定值時，閉鎖增磁，發(fā)過 V/Hz信號，限制增磁。b、當V/Hz （設(shè)定值時+,面板V/Hz故障指示燈亮，過 V/Hz繼電 器動作，DVR調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為手動方式運行。c、當頻率大于45Hz,小于，在自動勵磁時，等比例減小自動運行 電壓給定值。d、當頻率低于45Hz時，通道退出運行并跳開關(guān)。3、過勵限制與保護： 過勵限制是為了防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組長期 過負載而采取的限制勵磁措施,從轉(zhuǎn)子勵磁繞組發(fā)熱考慮,當強勵時, 其容許的強勵時間 t 是隨發(fā)電機勵磁電流 Ifd 2的大小

10、成反比關(guān)系。限制 和保護的原則是：a、轉(zhuǎn)子電流>整定的瞬時過勵值時，延時秒直接圭寸鎖脈沖退出運行。b、當勵磁繞組發(fā)熱量50%寸，發(fā)信號限制增磁。c、 發(fā)熱量80%寸，切手動運行，并且手動運行給定值設(shè)為90%額 定勵磁電流。發(fā)熱量 <10%時,復歸過勵信號。4、欠勵限制及保護：欠勵限制按兩段整定,一為限制,二為保護。 當發(fā)電機無功功率進入低勵限制區(qū)時,勵磁調(diào)節(jié)器將圭閉減磁按鈕,并 且發(fā)報警信號,同時自動進行增磁,直到退出低勵狀態(tài)。如果勵磁調(diào)節(jié) 器在某種工況下進入低勵限制區(qū), 而沒有被控制住, 無功功率繼續(xù)減少, 當無功功率低于保護線時,調(diào)節(jié)器發(fā)報警信號并且切手動方式運行。其 保護線為

11、對應的限制線上無功功率的倍。5、空載過電壓保護：機組并網(wǎng)運行還是空載運行,取決于主油開關(guān) 的狀態(tài),油開關(guān)的狀態(tài)根據(jù)定子電流的有無進行判別,過電壓定值設(shè)定 為額定電壓的倍。發(fā)電機解列以前應將無功功率減到零,否則解列以后 發(fā)電機電壓會上升,容易造成發(fā)電機過壓。6、觸發(fā)脈沖丟失的檢測：觸發(fā)脈沖重新被 CPU回讀，并進行綜合判 斷,確定失脈沖的相,并顯示在液晶顯示器上。失脈沖發(fā)生時,發(fā)報警 信號。7、系統(tǒng)自檢保護：系統(tǒng)自檢功能含存儲器校驗、電源檢測、可控硅 故障,通訊故障等、當有故障發(fā)生時,發(fā)通道故障信號,同時本通道退 出運行。對于主備用系統(tǒng),備用通道自投。8、旋轉(zhuǎn)二極管故障報警：在機組正常運行時,二

12、極管有可能發(fā)生故 障,所以每個二極管串聯(lián)了一只快速熔斷器, 假如一只二極管擊穿短路, 引起較大的電流時,將使相應的熔斷器熔斷。二極管故障檢測器檢測到 該信號動作,發(fā)出報警信號。此時應及時停機,檢查原因并進行處理。六、勵磁系統(tǒng)的故障處理：1、當通道 A 或者通道 B 故障或異常,發(fā)出報警信號時,運行人員 應立即采取相應措施。如果發(fā)生了切手動，例如：過勵限制，欠勵限制， V/Hz 限制等等，首先，操作增磁 / 減磁開關(guān)，將發(fā)電機調(diào)節(jié)到正常的運 行狀態(tài)下，其次將操作控制開關(guān)與實際運行狀態(tài)進行對應，如果發(fā)生了 通道自行切手動，應當操作手、自動選擇開關(guān)與當前的運行位置一致， 如果發(fā)生了通道切換，則操作通道選擇開關(guān)與當前運行的通道運行位置 一致。2、回到勵磁調(diào)節(jié)器柜前，先不要復歸報警信號，先檢查并記錄面板 顯示的故障指示，觀察顯示屏上端的具體的故障顯示并記錄下來。3、進入故障通道菜單中的“故障追憶”子菜單，認真記錄故障追憶 里面所有本次發(fā)生故障顯示的所有內(nèi)容。上下鍵可以切換屏幕和故障記 錄。本故障追憶最多可以記錄 20 次故障情況。4、進入故障通道菜單中的“事件記錄”子菜單，記錄所有開關(guān)量的 變位。記錄總的數(shù)量為 20 個先進先出的原則。 同時顯示出該開關(guān)量是由 分到合