山大電氣考研復(fù)試——電力系統(tǒng)自動控制(課件)2-2

1、1第二節(jié) 同步發(fā)電機勵磁方式2勵磁方式：供給發(fā)電機勵磁電源的方式。勵磁調(diào)節(jié)方式：調(diào)節(jié)同步發(fā)電機勵磁電流的方式。3對勵磁電源的要求（1）一個可控的直流電源；（2）必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量；（3）具有一定的強勵倍數(shù)和和勵磁電壓響應(yīng)速度；（4）高可靠性；（5）起勵方式力求簡單方便。4勵磁方式的分類直流勵磁機交流勵磁機靜止電源供電自勵他勵自勵他勵自并勵自復(fù)勵 在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機的容量不大，勵磁電流由與發(fā)電機組同軸的直流電機供給，即所謂直流勵磁機勵磁系統(tǒng)。 隨著發(fā)電機容量的提高，所需勵磁電流也相應(yīng)增大，機械整流子在換流方面遇到了困難，而大功率半導(dǎo)體整流元件制造工藝卻日益成熟，于是大容量機組的勵

2、磁功率單元就采用了交流發(fā)電機和半導(dǎo)體整流元件組成的交流勵磁機勵磁系統(tǒng)。 不論是直流勵磁機勵磁系統(tǒng)還是交流勵磁機勵磁系統(tǒng)，一般都是與主機同軸旋轉(zhuǎn)，為了縮短主軸長度，降低造價，減少環(huán)節(jié)，又出現(xiàn)用發(fā)電機自身作為勵磁電源的方法，即發(fā)電機自并勵系統(tǒng)，又稱為靜止勵磁系統(tǒng)。5一、直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)是過去常用的一種勵磁方式。由于它是靠機械整流子換向整流的，當(dāng)勵磁電流過大時，換向就很困難，所以這種方式只能在10萬萬kW以下中小容量機組中采用。直流勵磁機大多與發(fā)電機同軸，它是靠剩磁來建立電壓的；按勵磁機勵磁繞組供電方式的不同，又可分為自勵式和他勵式兩種。6（一）自勵直流勵磁機系統(tǒng)圖215自勵直

3、流勵磁機系統(tǒng)原理接線圖 FLQIRCLLQILQIZTLRcYHF 勵磁調(diào)節(jié)器 =L7（二） 他勵直流勵磁機系統(tǒng)IZTL FLYHFLILQ= 勵磁調(diào)節(jié)器IRC圖216他勵直流勵磁系統(tǒng)原理接線圖8 自勵與他勵的區(qū)別在于勵磁機的勵磁方式不同，他勵比自勵多用了一臺副勵磁機。由于他勵方式取消了勵磁機的自并勵，勵磁單元的時間常數(shù)就是勵磁機勵磁繞組的時間常數(shù)，與自勵方式相比，時間常數(shù)減小了，即提高了勵磁系統(tǒng)的電壓增長速率（第三節(jié)討論）。他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)一般用于水輪發(fā)電機組。 直流勵磁機有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動接觸部件，運行維護(hù)繁雜，從可靠性來說，它又是勵磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。在直流勵磁機勵磁系統(tǒng)中以往常

4、采用電磁型調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器以磁放大器作為功率放大和綜合信號的元件，反應(yīng)速度較慢，但工作較可靠。 9二、交流勵磁機勵磁系統(tǒng) 近代，300MW、600MW、1000MW及更大容量的機組相繼出現(xiàn)，這些大型機組在電力系統(tǒng)中擔(dān)任了重要的角色。其勵磁系統(tǒng)的可靠性與快速響應(yīng)問題更加受到重視。因直流勵磁機有整流環(huán)，是安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，故近代100MW以上的發(fā)電機組都改用交流勵磁機系統(tǒng)了。 交流勵磁機系統(tǒng)的核心設(shè)備是交流勵磁機。由于勵磁機的容量相對較小，只占同步發(fā)電機容量的0.30.5，但要求其響應(yīng)速度很快，所以現(xiàn)在用作大型機組的交流勵磁機系統(tǒng)一般都采用他勵的方式，有交流主勵磁機也有交流

5、副勵磁機，其頻率都大于50Hz，一般主勵磁機為100Hz或更高，有試驗用300Hz以上的。 交流勵磁機勵磁系統(tǒng)根據(jù)勵磁機電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同又可分為以下幾種。10（一）自勵交流勵磁機系統(tǒng)（一）自勵交流勵磁機系統(tǒng)1、自勵交流勵磁機靜止可控整流器勵磁系統(tǒng) 與自勵直流勵磁機一樣，自勵交流勵磁機的勵磁電源也是從本機直接獲得的，所不同的是，直流勵磁機為了調(diào)整電壓需用一個磁場電阻；而自勵交流勵磁機為了維持其端電壓恒定，則改用了可控整流元件。圖2-13 自勵交流勵磁機靜止可控整流器勵磁接線TRTV滑環(huán)AEVS起勵電源AVRG自動恒壓元件電壓起勵元件11圖2-14 自勵交流勵磁機靜止整流器勵磁接線A

6、EVSTRTV起勵電源電壓起勵元件G勵磁調(diào)節(jié)器VG2、自勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)12（二）他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)AEG觸 發(fā) 器放 大 器調(diào) 差電 壓 檢 測交 流 副 勵 磁 機起 勵 電 源400 Hz自勵恒壓調(diào)節(jié)器可控整流器交 流 勵 磁 機100 H zV磁 場 開 關(guān)滑 環(huán)交 流 發(fā) 電 機TATV勵 磁 調(diào) 節(jié) 器圖2-15 他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)原理接線13圖2-16 永磁式副勵磁機系統(tǒng)圖GG勵磁調(diào)節(jié)器GSNGGG永磁式感應(yīng)子中頻發(fā)電機14（三）無刷勵磁系統(tǒng) 他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)是國內(nèi)運行經(jīng)驗最豐富的一種系統(tǒng)。它有一個薄弱環(huán)節(jié)滑環(huán)。滑環(huán)是一種滑動接觸元件、隨著發(fā)電機容量的

7、增大，轉(zhuǎn)子電流也相應(yīng)增大，這給滑環(huán)的正常運行和維護(hù)帶來了困難。為了提高勵磁系統(tǒng)的可靠性，就必須設(shè)法取消滑環(huán)，使整個勵磁系統(tǒng)都無滑動接觸元件，即所謂無刷勵磁系統(tǒng) 。圖2-17 無刷勵磁系統(tǒng)原理接線圖TVNSAEG勵磁調(diào)節(jié)器勵磁開關(guān)永磁發(fā)電機旋轉(zhuǎn)元件可控硅整流器TAG15 此種勵磁系統(tǒng)的性能和特點為：（1）無炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。（2）發(fā)電機勵磁由勵磁機獨立供電，供電可靠性高。并且由于無刷，整個勵磁系統(tǒng)可靠性更高。（3）發(fā)電機勵磁控制是通過調(diào)節(jié)交流勵磁機的勵磁實現(xiàn)的，因而勵磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。為提高其響應(yīng)速度，除前述勵磁機轉(zhuǎn)子采用疊片結(jié)構(gòu)外，還采用減小繞組電感取消極面阻尼繞組等措施。

8、另外，在發(fā)電機勵磁控制策略上還采取相應(yīng)措施增加勵磁機勵磁繞組頂值電壓，引入轉(zhuǎn)子電壓深度負(fù)反饋以減小勵磁機的等值時間常數(shù)。16（4）發(fā)電機轉(zhuǎn)子及其勵磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路無法實現(xiàn)直接滅磁，也無法實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣，熔斷器熔斷信號等），必須采用特殊的測試方法。（5）要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。（6）因為沒有接觸部件的磨損，所以也就沒有炭粉和銅末引起的對電機繞組的污染，故電機的絕緣壽命較長。17三、靜止勵磁系統(tǒng) 勵磁機本身就是可靠性不高的元件，它是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)致以，因勵磁機故

9、障而迫使發(fā)電機退出工作的事故并非鮮見。 靜止勵磁系統(tǒng)中發(fā)電機的勵磁電源不用勵磁機，而由機端勵磁變壓器供給整流裝置。這類勵磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有轉(zhuǎn)動部分，故稱靜止勵磁系統(tǒng)。 故相應(yīng)出現(xiàn)了不用專門勵磁機的勵磁方式。181、自并勵勵磁方式概念：發(fā)電機的勵磁電源取自于發(fā)電機機端，經(jīng)勵磁變壓器、晶閘管整流后供給發(fā)電機勵磁。由于勵磁變壓器是并聯(lián)在發(fā)電機端的，且發(fā)電機向自己提供勵磁電源，所以稱為自并勵勵磁方式。 圖2-18 自并勵勵磁方式接線原理圖 TRG勵磁調(diào)節(jié)器件元勵起TV起勵電源滑環(huán)VSG19自并勵勵磁的特點：（1）優(yōu)點（從取消勵磁機分析）發(fā)電機主軸長度縮短、造價降低、占地減少；（2）缺點（

10、從勵磁電源取自機端分析）時間常數(shù)較大，使響應(yīng)速度受到不利影響； 沒有了機械轉(zhuǎn)動或機械接觸類元件，使用元件數(shù)目減少，可靠性增加； 在故障情況下，強勵不能充分發(fā)揮，發(fā)電機不能向系統(tǒng)提供充分的無功功率，這對整個系統(tǒng)的反事故能力是十分有害的。 自并勵勵磁方式具有明顯的優(yōu)點，被推薦用于大型發(fā)電機組，特別是水輪發(fā)電機組。國外某些公司把這種方式列為大型機組的定型勵磁方式。20 （1）由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護(hù)是否能正確的動作；對于自并勵勵磁系統(tǒng)的疑惑：（2）自并勵勵磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響，在發(fā)電機近端三相短路而切除時間又較長的情況下，不能及時提供足夠的勵磁，以致影響電力系

11、統(tǒng)的穩(wěn)定。21 國內(nèi)外的分析研究和試驗表明，自并勵勵磁系統(tǒng)的缺點并非原先設(shè)想的那么嚴(yán)重。對于大、中容量的機組。由于其轉(zhuǎn)子時間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5s后才顯著衰減。因此，在短路剛開始的0.5s內(nèi)自并勵勵磁方式和他勵方式的勵磁電流是很接近的，只是在短路0.5s后，才有明顯的差別。考慮到高壓電網(wǎng)中重要設(shè)備的主保護(hù)動作時間都在0.1s之內(nèi)，且都設(shè)雙重保護(hù)，因此沒有必要擔(dān)心。至于接在地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機，由于短路電流衰減快，繼電保護(hù)的配合較為復(fù)雜，要采取一定的技術(shù)措施以保證其正確動作。自并勵勵磁系統(tǒng)特別適宜用于發(fā)電機與系統(tǒng)間有升壓變壓器的單元接線中。由于發(fā)電機引出線采用封閉母線，機端電壓引出故障的可能性極小，設(shè)計時只需考慮在變壓器高壓側(cè)三相短路時勵磁系統(tǒng)有足夠的電壓即可。 222、自復(fù)勵勵磁方式 把發(fā)電機電流取出一部分經(jīng)過整流后作為發(fā)電機的勵磁電流，這種方式