汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述

汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概述一、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用1．電壓控制2．控制無功功率的分配3．提高同步發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性4．提高繼電保護動作的靈敏度5．快速滅磁6．改善電力系統(tǒng)的運行條件1．電壓控制在發(fā)電機正常運行工況下，勵磁系統(tǒng)應維持發(fā)電機端電壓（或升壓變壓器高壓側(cè)電壓）在給定水平。電力系統(tǒng)在正常運行時，負荷總是經(jīng)常波動的，同步發(fā)電機的功率也就相應變化。當發(fā)電機負荷改變時，在發(fā)電機空載電勢恒定的情況下（勵磁電流不變），發(fā)電機端電壓會隨著負荷電流的改變而變化。為保證發(fā)電機端電壓恒定，必須隨發(fā)電機負荷電流的大小相應調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流。

2．控制無功功率的分配在發(fā)電機并入無窮大電網(wǎng)運行的情況下，調(diào)節(jié)勵磁電流將改變發(fā)電機輸出的無功。實際運行中，發(fā)電機并聯(lián)運行的母線不會是無窮大母線，這時改變勵磁將會使發(fā)電機的端電壓和輸出無功都發(fā)生改變。但一般來說，發(fā)電機的端電壓變化較小，而輸出的無功卻會有較大的變化。保證并聯(lián)運行的發(fā)電機組間合理的無功分配，是勵磁系統(tǒng)的重要功能。（1）發(fā)電機端電壓調(diào)差率端電壓調(diào)差是指在自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)差單元投入，電壓給定值固定，發(fā)電機功率因數(shù)為零的情況下，發(fā)電機的無功負載從零變化到額定值時，用發(fā)電機端電壓百分數(shù)表示的發(fā)電機端電壓變化率，通常由下式計算：調(diào)差特性的類型：負調(diào)差

正調(diào)差

無調(diào)差（2）并聯(lián)機組間的無功分配A、當多臺發(fā)電機端直接并聯(lián)在一起工作時(有發(fā)電機匯流母線），為了并聯(lián)機組間能有穩(wěn)定的無功分配，這些發(fā)電機都必須有正的電壓調(diào)差且要求調(diào)差率為3%～5%；B、若發(fā)電機是單元式接線，即它們是通過升壓變壓器在高壓母線上并聯(lián)，則要求發(fā)電機有負的電壓調(diào)差，負調(diào)差的作用是部分補償無功電流在升壓變壓器上形成的壓降，從而使電廠高壓母線電壓更加穩(wěn)定。發(fā)電機并聯(lián)運行時的變動無功功率分配：3．提高同步發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性(1)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響（增大了靜態(tài)穩(wěn)定的區(qū)間和極限功率）不調(diào)節(jié)勵磁的功率特性，能保持恒定具有比較靈敏、快速的勵磁調(diào)節(jié)器，能保持恒定具有理想靈敏度和快速性的勵磁調(diào)節(jié)，能保持發(fā)電機端電壓恒定的功率特性(2)對暫態(tài)穩(wěn)定的影響當高壓網(wǎng)絡中發(fā)生短路，在短路未切除的一個短暫時間內(nèi)，同步發(fā)電機的端電壓和傳輸?shù)墓β识紝@著降低，而原動機的調(diào)速器在暫態(tài)期間(例如1秒以內(nèi))尚來不及動作。這就要求勵磁系統(tǒng)快速地動作，并強行勵磁到頂值，使Eq增大，使傳輸功率不致過分降低，并使發(fā)電機的功率特性曲線的加速面積減小，制動面積增大，以阻止發(fā)電機功率搖擺角δ過度增大，以利于提高暫態(tài)穩(wěn)定。另一方面，在系統(tǒng)發(fā)生短路期間，具有高頂值電壓的快速勵磁系統(tǒng)，能使發(fā)電機及時向系統(tǒng)提供大量的無功功率，使系統(tǒng)電壓得到一定程度的提高，這就改善了在系統(tǒng)中的電動機的運行條件。

反應勵磁系統(tǒng)強勵性能的主要指標有：勵磁頂值電壓倍數(shù)：常稱電壓強勵倍數(shù)，它指在強行勵磁期間勵磁功率單元可能提供的最高輸出電壓值與發(fā)電機額定勵磁電壓之比。勵磁系統(tǒng)電壓響應時間：它指從施加階躍信號起至勵磁電壓達到最大勵磁電壓與額定電壓之差的95%的時間。4．提高繼電保護動作的靈敏度當系統(tǒng)處于低負荷運行狀態(tài)時，發(fā)電機的勵磁電流不大，若系統(tǒng)此時發(fā)生短路故障，其短路電流較小，且隨時間衰減，以致帶時限的繼電保護不能正確工作。勵磁自動控制系統(tǒng)就可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁對發(fā)電機進行強勵，不僅有利于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性外，還因加大了電力系統(tǒng)的短路電流而使繼電保護的動作靈敏度得到提高。5．快速滅磁當發(fā)電機或升壓變壓器（采用單元式接線）內(nèi)部故障時，為了降低故障所造成的損害，要求這時發(fā)電機能快速滅磁。此外，當機組甩負荷時，發(fā)電機機端電壓會異常升高，因此，甩負荷可能造成發(fā)電機嚴重過壓。為防止發(fā)電機機端電壓過份升高危及定子絕緣的程度，也要求勵磁系統(tǒng)有快速滅磁能力。5．改善電力系統(tǒng)的運行條件（1）改善異步電動機的自起動條件當電網(wǎng)發(fā)生短路等故障時，電網(wǎng)電壓降低，使大多數(shù)用戶的電動機處于制動狀態(tài)。故障切除后，由于電動機自起動時需要吸收大量無功功率，以致延緩了電網(wǎng)電壓的恢復過程，發(fā)電機強行勵磁的作用可以加速電網(wǎng)電壓的恢復，有效地改善電動機的運行條件。（2）為發(fā)電機異步運行創(chuàng)造條件

同步發(fā)電機失去勵磁時。需要從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，造成系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴重時甚至危及系統(tǒng)的安全運行。在此情況下，如果系統(tǒng)中其它發(fā)電機組能提供足夠的無功功率，以維持系統(tǒng)電壓水平，則失磁的發(fā)電機還可以在一定時間內(nèi)以異步運行方式維持運行，這不但可以確保系統(tǒng)安全運行而且有利于機組熱力設備的運行。（3）減少重負荷合閘時的電壓下降重負荷線路合閘（或重合閘）時，電力系統(tǒng)都可能造成大量無功缺額，系統(tǒng)電壓水平將下降。自動勵磁調(diào)節(jié)能減小這種下降，使電力系統(tǒng)的運行特性得到改善。（4）重負荷跳閘時，減少系統(tǒng)電壓的上升當系統(tǒng)中有重負荷跳閘或發(fā)電機發(fā)生甩負荷時，自動勵磁調(diào)節(jié)有助于降低此時可能產(chǎn)生的系統(tǒng)及發(fā)電機電壓過分升高。改善電氣設備的運行條件。二、靜止自并勵勵磁系統(tǒng)1、靜止勵磁系統(tǒng)的功率回路以三相全控橋式整流電路為例簡要介紹。三相全控橋可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。整流狀態(tài)是在交流電源電壓正半周時，控制可控硅元件使之導通，這是一種正向變換；逆變狀態(tài)是在電源電壓負半周時，控制可控硅元件導通，進行反向變換，此時將直流側(cè)負載電感L中的能量向交流電源側(cè)反饋，實行“逆變”滅磁。

（1）整流狀態(tài)（控制角α=0°～90°）輸出電壓的平均值Ud=1.35U2cosα（2）逆變狀態(tài)（控制角α=90°～180°）Ud=1.35U2cosα2、綜合放大單元綜合放大單元對測量等信號起綜合和放大作用。為了得到調(diào)節(jié)系統(tǒng)良好的靜態(tài)和動態(tài)特性，綜合放大環(huán)節(jié)除了起放大作用外，還形成一定的控制規(guī)律，如PID控制、超前滯后校正等。此外，有時還須根據(jù)要求綜合由輔助裝置來的穩(wěn)定信號、限制信號、補償信號等其他信號。綜合放大后的控制信號輸入到移相觸發(fā)單元。3、移相觸發(fā)單元移相觸發(fā)單元包括同步、移相脈沖形成和脈沖放大等環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)單元根據(jù)輸入的控制信號的變化，改變輸出到可控硅的觸發(fā)脈沖相位，即改變控制角α（或稱移相角），從而控制可控硅整流電路的輸出，以調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。為了觸發(fā)脈沖能可靠地觸發(fā)可控硅，往往需要采用脈沖放大環(huán)節(jié)進行功率放大。同步信號取自可控硅整流裝置的主回路，保證觸發(fā)脈沖在可控硅陽極電壓為正半周時發(fā)出，使主回路與控制脈沖同步。微機勵磁調(diào)節(jié)器功能原理圖一個完善的勵磁調(diào)節(jié)器，除了具有保持機端電壓恒定和機組間的無功分配外，為了保證機組及電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行，還必須設置完善的保護、限制功能。如：PT斷線保護過勵磁限制強勵頂值限制低（欠）勵磁限制Ｖ／Ｆ限制誤強勵保護空載過壓保護系統(tǒng)電壓跟蹤PSS或EOC等。三、微機勵磁調(diào)節(jié)器1．微機勵磁調(diào)節(jié)器的基本工作原理來自發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)的電流、電壓信號經(jīng)調(diào)理濾波后，送入采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換電路。CPU控制ADC對被調(diào)量（如發(fā)電機機端電壓）定時采樣，并將采樣值與給定值進行比較，得出偏差信號，根據(jù)偏差信號的大小，按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律計算出控制量，經(jīng)軟件移相后由高速輸出口或并行口送出觸發(fā)脈沖，經(jīng)脈沖放大后，觸發(fā)相應的可控硅，調(diào)整勵磁電流的大小，形成閉環(huán)的微機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。微機勵磁調(diào)節(jié)器硬件示意圖2、微機勵磁調(diào)節(jié)器典型結(jié)構模式（1）微機—模擬雙通道調(diào)節(jié)器框圖微機勵磁調(diào)節(jié)器與模擬式勵磁調(diào)節(jié)器構成雙通道，由開關K進行切換。當K切到模擬式調(diào)節(jié)器時，則按常規(guī)勵磁調(diào)節(jié)方式運行；當K切到微機勵磁調(diào)節(jié)器時，則按微機勵磁調(diào)節(jié)方式運行。若微機勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，能自動切換到模擬式調(diào)節(jié)器，而不影響同步發(fā)電機的運行工況