發(fā)電機勵磁系統(tǒng)課件

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)課件金志宏勵磁系統(tǒng)的任務(wù)根據(jù)發(fā)電機負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。勵磁系統(tǒng)應(yīng)滿組以下要求（一）對功能方面的要求應(yīng)具備能穩(wěn)定和調(diào)節(jié)機端電壓的功能應(yīng)具備能合理分配或轉(zhuǎn)移機組間的無功功率的功能能迅速反映本系統(tǒng)故障，并有必要的勵磁限制，滅磁及自我保護功能能迅速反應(yīng)電力系統(tǒng)故障，具備強勵等控制功能，以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善電力系統(tǒng)運行條件（二）對性能方面要求1具有足夠的調(diào)節(jié)容量，以滿組各種運行工況要求2具有足夠的勵磁頂值電壓，勵磁頂值電流及電壓上升速度勵磁頂值電壓，勵磁頂值電流是指勵磁功率單元在強行勵磁時，可能提供的最高輸出電壓和電流值，該值與額定工況下的勵磁電壓勵磁電流之比為強勵倍數(shù);將強勵動作后勵磁電壓在最初0.5S內(nèi)上升的平均速率定義為勵磁電壓響應(yīng)比。運行要求勵磁系統(tǒng)應(yīng)有較高的強勵倍數(shù)和快速的響應(yīng)能力3運行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)平滑及有足夠的電壓調(diào)節(jié)精度4反應(yīng)靈敏迅速，時間常數(shù)小，無失靈區(qū)運行可靠，維護方便勵磁系統(tǒng)的組成與分類自動電壓調(diào)節(jié)器AVR、ECR/FCR（勵磁調(diào)節(jié)器）勵磁電源（勵磁機、勵磁變壓器）整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護 按勵磁電源分類：直流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)按響應(yīng)速度分類：慢速勵磁系統(tǒng)快速勵磁系統(tǒng)高起始勵磁系統(tǒng)

交流勵磁機系統(tǒng)（三機它勵）組成：交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都與發(fā)電機同軸。副勵磁機是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機它勵勵磁系統(tǒng)。

優(yōu)點：它勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點：調(diào)節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩同軸交流勵磁機系統(tǒng)（二機它勵）組成：交流主勵磁機經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路提供勵磁電流；AVR控制可控硅的觸發(fā)角，調(diào)整其輸出電流，亦稱為兩機它勵勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)沒有副勵磁機，交流勵磁機的勵磁電源由發(fā)電機出口電壓經(jīng)勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角，以調(diào)節(jié)交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子，亦稱為兩機一變勵磁系統(tǒng)。

優(yōu)點：取消副勵磁機，軸系長度縮短；缺點：調(diào)節(jié)速度慢同軸自勵系統(tǒng)（并勵、復(fù)勵）自并勵勵磁系統(tǒng)組成：勵磁變壓器、大功率可控硅整流柜、滅磁及過電壓保護、起勵設(shè)備、自動電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快缺點：強勵時系統(tǒng)電壓變化復(fù)雜交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)激勵磁系統(tǒng)勵磁電壓變壓器ZB（并聯(lián)變）的副方電壓與勵磁電流變壓器GLH（串聯(lián)變）的副方電壓相聯(lián)（相量相加），然后加在可控硅整流橋KZ上。當(dāng)發(fā)電機負(fù)載情況變化時，例如電流增大或功率數(shù)降低，則加到可控硅整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵磁方式具有相復(fù)勵作用。靜止無刷勵磁系統(tǒng)

組成：主勵磁機（ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機（PMG）是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉(zhuǎn)的交流發(fā)電機。無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。但旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉(zhuǎn)子電流、電壓及溫度不便直接測量等。這些都是需要研究解決的問題旋轉(zhuǎn)

勵磁調(diào)節(jié)器原理圖

移相觸發(fā)器原理：Ut＋Uk＝觸發(fā)脈沖

模擬式移相電路：余弦移相、鋸齒波移相

AVR（自動）恒電壓閉環(huán)自動電壓調(diào)節(jié)器

ECR（手動）恒電流閉環(huán)勵磁電流調(diào)節(jié)器電壓給定Ugref電流給定IfrefPID調(diào)節(jié)計算限制功能控制電壓Uk恒無功閉環(huán)：AVR的輔助控制1、優(yōu)點： 自并勵磁的優(yōu)點主要有，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行維護方便，主機軸系短，正常運行時性能良好。 2、缺點： 自并勵磁的缺點一是當(dāng)電力系統(tǒng)短路時，尤其是機端短路時供電電壓將嚴(yán)重下降，使勵磁系統(tǒng)強勵能力受到很大的影響，甚至?xí)斐蓹C組失磁。并且由于短路電流的迅速衰減，可能使帶時限繼電保護拒絕動作，這是自并勵勵磁方式的弱點。其次，勵磁碳刷因電流大容易產(chǎn)生環(huán)火而造成停機事故。另為是增加了對碳刷的維護，但是根據(jù)有關(guān)專家的研究和試驗表明，在電力系統(tǒng)發(fā)生短路的0.5s以內(nèi)，同樣的強勵倍數(shù)下，自并勵方式的缺點才表現(xiàn)出來。因此只要采取適當(dāng)?shù)目焖俦Ｗo，快速，可靠地切除在發(fā)電機近端發(fā)生的短路故障，并在調(diào)節(jié)器中裝備不受端電壓影響的電源裝置或低電壓觸發(fā)裝置，自并勵勵磁方式的性能是能滿足電力系統(tǒng)運行的要求的，碳刷產(chǎn)生環(huán)火的問題可通過運行監(jiān)視和調(diào)節(jié)得到緩解。而且通過對大型汽輪發(fā)電機勵磁方式的應(yīng)用比較和發(fā)電機勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、繼電保護、發(fā)電機軸系安全性等的影響以及經(jīng)濟性等方面進行分析，提出大型發(fā)電機組推薦采用自并勵勵磁系統(tǒng)，因此自并勵方式越來越普遍地得到采用。勵磁系統(tǒng)概述

我公司汽輪發(fā)電機組采用廣州電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000型靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，由勵磁變壓器、勵磁功率柜、勵磁調(diào)節(jié)柜、滅磁開關(guān)柜、起勵裝置、過電壓保護裝置等組成。 其基本工作原理為：發(fā)電機出口所接的勵磁變壓器變壓后的交流電經(jīng)可控硅整流裝置整流后，供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，從而發(fā)出電能，AVR微機勵磁調(diào)節(jié)器經(jīng)檢測發(fā)電機出口電壓、電流、轉(zhuǎn)子勵磁電壓、電流后，改變可控硅整流裝置導(dǎo)通角的大小，從而改變勵磁電流的大小，以達到自動調(diào)壓的目的。采用非線性電阻滅磁。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)表3.2發(fā)電機技術(shù)規(guī)范項目 單位 技術(shù)參數(shù)型號 － QFSN-330-2－20B額定容量 MVA 388.2額定功率 MW 330最大連續(xù)輸出功率 MW 350功率因素COSΦ － 0.85額定定子電壓 kV 20額定定子電流 A 11207額定轉(zhuǎn)子電壓 V 324額定轉(zhuǎn)子電流 A 2696自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)表3.3發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范序號 名稱 單位 設(shè)計值1 勵磁系統(tǒng)基本參數(shù) 額定勵磁電壓 V 332 額定勵磁電流 A 2720 發(fā)電機空載時勵磁電壓 V -- 發(fā)電機空載時勵磁電流 A -- 勵磁頂值電壓倍數(shù) 2 電壓響應(yīng)比 大于3.58倍/秒 強勵時間 Sec 50 勵磁方式 自并勵2 整流裝置 額定電壓（直流側(cè)） V 332 額定電流（直流側(cè)） A 2500 時間特性 0.004 整流裝置接線方式（串、并聯(lián)） 串聯(lián) 串聯(lián)個數(shù) 1 并聯(lián)支路數(shù) 3自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)表3 磁場斷路器 ABB 額定電壓 V 1000 額定電流 A 3200 開斷電流 KA 100 斷弧電壓 V 2000 開斷電壓 V 1600 控制電壓（直流） V 2204 AVR性能 型式 數(shù)字式 電壓調(diào)整范圍 ％ 5～130 手動調(diào)整范圍 ％ 5～110 調(diào)整偏差（精度） ％ ≤±0.5 冗余度 2AVR+2FCR+A/FCR 附加功能 PSS2A自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)表5 勵磁變壓器 型式 環(huán)氧樹脂澆注干式 型號 ZSCB9-3000/20 額定容量 kVA 3000 額定電壓 V 680 初級 kV 20 次級 kV 0.666 頻率 Hz 50 相數(shù) 3 連接方式 高壓離相封母進線數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器概述 該勵磁調(diào)節(jié)器具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)和保護功能完善、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強、調(diào)試運行維護簡便（數(shù)字化的免維護特性，系統(tǒng)內(nèi)無一個可調(diào)整電位器）、可靠性高等特點。發(fā)電機自動零起升壓過程中可做到電壓基本無超調(diào)、無振蕩，并具備下列四種運行方式：機端恒壓運行方式、恒勵磁電流運行方式、恒無功功率運行方式、恒功率因數(shù)運行方式。一、系統(tǒng)概述 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)利用可控硅整流器通過控制勵磁電流來調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的端電壓，整個系統(tǒng)可分為四個模塊：勵磁變壓器、兩套相互獨立的勵磁調(diào)節(jié)器、可控硅整流單元、起勵單元和滅磁單元。 在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)（常稱自并勵或機端勵磁）中，勵磁電源取自發(fā)電機機端。發(fā)電機的磁場電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流器供給。勵磁變壓器將發(fā)電機端電壓降低到可控硅整流器所要求的輸入電壓、在發(fā)電機端電壓和磁場繞組之間提供電絕緣、與此同時起著可控硅整流器的整流阻抗作用?？煽毓枵髌鲗⒔涣麟娏鬓D(zhuǎn)換為受控的直流電流I。

。在起勵過程開始時，充磁能量來源于發(fā)電機端殘壓。可控硅整流器的輸入電壓達到10V～20V后，可控硅整流器和勵磁調(diào)節(jié)器就可以正常工作了。隨之而來的是AVR控制的軟起勵過程，以下章節(jié)將作更詳細(xì)的說明。 并網(wǎng)后，勵磁系統(tǒng)可以在AVR模式下工作，調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓和無功功率，或者可以在一種疊加的模式下工作，如恒無功功率因數(shù)調(diào)節(jié)、恒無功調(diào)節(jié)等。此外，它也可以接受電廠的成組調(diào)節(jié)指令。 滅磁設(shè)備的作用是將磁場回路斷開并盡可能快地將磁場能量釋放掉。滅磁回路主要由磁場斷路器、滅磁電阻和晶閘管跨接器（以及相關(guān)的觸發(fā)單元）組成。 根據(jù)系統(tǒng)的要求，勵磁調(diào)節(jié)器可以采取單通道的結(jié)構(gòu)或者雙通道的結(jié)構(gòu)。一個通道主要由一個控制板（COB）和測量單元板（MUB）構(gòu)成，形成一個獨立的處理系統(tǒng)。每個通道含有發(fā)電機端電壓調(diào)節(jié)、磁場電流調(diào)節(jié)、勵磁監(jiān)測/保護功能和可編程邏輯控制的軟件。在單通道結(jié)構(gòu)中，利用一個被稱為擴展的門極控制器（EGC）的分離單元作為備用通道，也就是一個手動通道?？煽毓枵髌鞑捎萌鄻蚴饺卣麟娐?，具有逆變能力。采用一套雙通道調(diào)節(jié)器帶三臺可控硅整流柜運行方式，當(dāng)一臺整流柜故障退出運行時，能保證發(fā)電機在包括強勵在內(nèi)的所有運行方式下連續(xù)運行。每個可控硅元件設(shè)快速熔斷器保護，以便及時切除短路故障電流。并能檢測熔斷器熔斷信號，故障橋臂有自動退出功能。每個可控硅功率柜采用單橋設(shè)計，可控硅元件無串無并，交流側(cè)設(shè)置過電壓保護措施以抑制尖峰過電壓和換向過電壓?？煽毓枵餮b置采用強迫風(fēng)冷，并設(shè)置備用冷卻風(fēng)機，工作風(fēng)機故障時備用風(fēng)機能自動投運。每個整流柜均設(shè)置低噪聲風(fēng)機，在柜旁一米處感受到的噪音水平不大于80db(A)。勵磁變壓器勵磁變壓器采用三相戶內(nèi)式環(huán)氧樹脂澆注干式勵磁變壓器。勵磁變壓器高低壓繞組之間有靜電屏蔽并接地。變壓器為F級絕緣,冷卻方式為自然冷卻。勵磁變壓器三相不對稱電壓不大于6％，承受二倍額定電流下的過載時間大于20s，并考慮繞組中諧波電流引起的附加發(fā)熱。勵磁變壓器繞組的接線方式為Ｙd11，防護等級為IP21。勵磁變壓器初級額定電壓必須與發(fā)電機機端電壓等級相符。并滿足汽輪發(fā)電機空載試驗時130%額定機端電壓的要求。勵磁變壓器能通過6.3kV廠用電，對發(fā)變組進行空、短特性試驗。滅磁裝置勵磁系統(tǒng)裝設(shè)自動滅磁裝置及開關(guān)。在任何需要滅磁的工況下（包括發(fā)電機空載和強勵情況下），自動滅磁裝置及開關(guān)能快速可靠滅磁。機組正常停機時勵磁調(diào)節(jié)器自動進行逆變滅磁，機組事故停機采用跳滅磁開關(guān)滅磁。滅磁開關(guān)采用快速滅弧的斷路器，在發(fā)電機內(nèi)部或系統(tǒng)發(fā)生事故時滅磁。滅磁開關(guān)的分?jǐn)嗄芰M足發(fā)電機強勵在內(nèi)的一切工況要求，有一定裕度，滅磁開關(guān)應(yīng)能保證在80%額定電壓時可靠合閘，在30-65%額定電壓之間應(yīng)能可靠分閘。滅磁電阻采用碳化硅非線性電阻，其容量確保能快速吸收從強勵頂值電流直到10％額定勵磁電流范圍內(nèi)磁場能量。轉(zhuǎn)子回路過電壓保護采用碳化硅非線性電阻，以限制機組異常工況下轉(zhuǎn)子過電壓不超過磁場繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的40％。滅磁裝置的防護等級為IP31起勵 裝置正常能夠從殘壓起勵。在起勵過程中，在可控硅整流器的輸入端僅需要約10V～20V的電壓即可正常工作。如果電壓低于10V～20V，可控硅整流器就會被連續(xù)地觸發(fā)（二極管工作模式）以達到該值。然而，如果在幾秒內(nèi)殘壓起勵失敗，則啟動備用起勵回路，這個備用回路設(shè)計用于達到所需要的10V～20V電壓。在機端電壓達到發(fā)電機電壓的10％時，備用起勵回路自動退出，立即開始軟起勵過程并建壓到預(yù)定的電壓水平。整個起勵過程和順序控制是通過AVR軟件實現(xiàn)的。發(fā)電機勵磁回路原理圖交流側(cè)過壓保護 置于每個整流橋的交流側(cè)過電壓保護回路吸收由晶閘管整流而引起的電壓尖峰。AC過電壓保護主要由一個三相二極管整流橋和一個連接在DC側(cè)的電容而成。對于高頻過電壓而言，電容代表一個低阻抗并且起濾波器的作用。與電容并聯(lián)的有一個放電電阻器，在電容放電時吸收能量幻燈片29如圖所示直流側(cè)過電壓保護 發(fā)電機端出現(xiàn)故障，如短路、非同期或異步運行，會引起反向的感應(yīng)磁場電流，該電流在轉(zhuǎn)子回路中會產(chǎn)生過電壓，過電壓必須被限制到足夠安全的水平，而且應(yīng)低于整流器可控硅的峰值反向電壓。 跨接器電路通常用于直流側(cè)過壓保護，該保護采用雪崩二極管用于探測轉(zhuǎn)子回路中的正向和反向過電壓，當(dāng)雪崩二極管被擊穿，相連的可控硅則被觸發(fā)，立即將滅磁電阻器并聯(lián)連接到轉(zhuǎn)子回路上，同時發(fā)出跳閘使磁場斷路器立即斷開，如圖所示幻燈片23。轉(zhuǎn)子接地保護轉(zhuǎn)子接地保護的目的是監(jiān)測轉(zhuǎn)子繞組對地的絕緣水平。該功能可根據(jù)要求包含在勵磁系統(tǒng)設(shè)備中，測量原理是該橋路中由兩個電容建立起測量橋的平衡：一個電容連接在正引線和地之間，另一個連接在負(fù)引線和地之間。利用這個繼電器，不僅能探測到場繞組的絕緣水平，而且還能探測到所有電力設(shè)備包括勵磁變壓器的次級線圈的隔離水平。運行操作運行操作運行操作運行操作操作及顯示開機前對勵磁系統(tǒng)的檢查開機前對勵磁調(diào)節(jié)器的操作開機前功率柜的操作開機前滅磁開關(guān)的檢查起勵操作通道跟蹤與切換功率柜的操作狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息開機流程停機流程發(fā)變組恢復(fù)熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作勵磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)開關(guān)1調(diào)節(jié)柜24V電源I開關(guān)QF012調(diào)節(jié)柜24V電源II開關(guān)QF023勵磁調(diào)節(jié)器A電源開關(guān)QF034勵磁調(diào)節(jié)器B電源開關(guān)QF04發(fā)變組恢復(fù)熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作滅磁電阻內(nèi)開關(guān)功率柜通風(fēng)交流電源I路QF61功率柜通風(fēng)交流電源II路QF62勵磁系統(tǒng)直流操作電源1QF63勵磁系統(tǒng)直流操作電源2QF64直流啟勵電源開關(guān)QF65發(fā)變組恢復(fù)熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作合上勵磁進線柜電源刀閘QS51勵磁功率柜內(nèi)開關(guān)QF3至切除位檢查三臺勵磁功率柜盤后各風(fēng)機電源開關(guān)合上發(fā)電機升壓的注意事項

在汽輪機沖轉(zhuǎn)前，應(yīng)將發(fā)電機-變壓器組恢復(fù)到熱備用狀態(tài)，并正確投入發(fā)變組保護，退出短引線保護。在定子冷卻水的電導(dǎo)率不合格或冷卻水量，氫壓不正常及發(fā)電機轉(zhuǎn)速未達到2950轉(zhuǎn)/分以上且穩(wěn)定之前，禁止投入勵磁系統(tǒng)。在檢查勵磁系統(tǒng)一次設(shè)備正常后，開啟功率柜冷卻系統(tǒng)，合上交直流側(cè)及勵磁系統(tǒng)的開關(guān)、刀閘、，送上起勵電源，檢查脈沖切除小開關(guān)斷開。檢查勵磁系統(tǒng)Us電壓跟蹤功能退出。檢查勵磁調(diào)節(jié)器所有信號表計指示正常，電壓給定在最低位。發(fā)電機升壓的注意事項

在升壓過程中增減電壓應(yīng)緩慢進行，升壓過程中應(yīng)注意三相電壓應(yīng)平衡，三相定子電流指示為零，當(dāng)自動勵磁調(diào)節(jié)器的輸出在空載額定值時，定子電壓達到額定值，檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓、電流為空載額定值。如果發(fā)電機異常，應(yīng)立即手動滅磁。對于額定轉(zhuǎn)速下已經(jīng)升壓等待并網(wǎng)或進行其它試驗等情況下，如出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降到2950轉(zhuǎn)/分以下時，應(yīng)立即斷開滅磁開關(guān)。如果同期裝置在并網(wǎng)過程中合閘指示燈亮，而主開關(guān)未合閘，應(yīng)立即退出同期裝置，查明原因。發(fā)電機升壓的注意事項

并網(wǎng)瞬間要密切監(jiān)視三相電流、負(fù)序電流、有功、無功等主要參數(shù)，防止并網(wǎng)時主開關(guān)非全相動作。在發(fā)電機升壓過程中，發(fā)現(xiàn)定子有電流或出現(xiàn)定子電壓失控，立即對發(fā)電機進行滅磁。在發(fā)電機升壓過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流已達空載值，而定子電壓未達到額定值時，或出現(xiàn)報警、跳閘信號，應(yīng)停止操作，查明原因。在發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率相差在0.5HZ之內(nèi)時方可投入同期裝置。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的異常處理一、發(fā)電機起勵失敗 現(xiàn)象： 起勵命令發(fā)出后，8秒內(nèi)發(fā)電機沒有成功建壓，調(diào)節(jié)器即判斷起勵失敗，發(fā)“起勵失敗”信號、切除起勵電源。 處理： 檢查起勵回