核電廠應急柴油發(fā)電機

1、華北電力大學（保定） 碩士學位論文 核電廠應急柴油發(fā)電機電氣運行關鍵問題研究 姓名：梁傳富 申請學位級別：碩士 專業(yè)：電氣工程 指導教師：趙成勇 2011-06 華北電力大學碩士學位論文 摘 要 隨著我國核電行業(yè)的蓬勃發(fā)展，核電廠最為關鍵的問題之一應急柴油 發(fā)電機的電能質量也顯得越來越重要和緊迫。 論文主要從應急柴油發(fā)電機電氣運行關鍵問題方面分析、論證改善應急柴 油發(fā)電機電能質量的主要措施。首先介紹了應急柴油發(fā)電機電能質量的基本要求；接著對核電廠應急柴油發(fā)電機的一般繼電保護設置給出實例，作出歸納， 并對應急工況下的繼電保護跳閘設置進行分析，優(yōu)先推薦低電壓保護；然后對 柴油發(fā)電機的勵磁

2、系統(tǒng)作出較為深入的介紹，建議以后選用微機型勵磁調節(jié)器、 采用較為成熟的帶永磁機的三機無刷勵磁系統(tǒng)；最后，對負載組合要求其兼顧 可接受的電壓降，提出可采取的措施有 6kV 電動機啟動時間錯開、適當調整起 動順序、合理選擇柴油機和發(fā)電機的容量等。 通過這些措施的改善，可給核電廠應急柴油發(fā)電機在應急工況下的程序帶 載提供更好的電能質量，也能對我國后續(xù)應急柴油發(fā)電機的引進提供技術指標 參考。 關 鍵 詞 ： 應急柴油發(fā)電機；關鍵問題；核電廠 I 選題背景及其意義 2008 年聯(lián)合國波蘭氣候大會，對替代碳機的各種清潔能源進行排名，按照 合理利用、成熟性、經濟性和競爭力劃分了四個檔次，排在第一檔次第一位的

3、是 核能，可見，發(fā)展核電已成為清潔能源必走之路。根據全球氣候變暖的形勢以及 節(jié)能減排和環(huán)境保護的要求，我國政府就提出“積極發(fā)展核電”的方針，規(guī)劃到 2020 年大陸核電裝機容量達到 4000 萬 kW 以上，占總發(fā)電量將有 1.4提高到 4 左右1。毫無疑問，中國核電正迎來行業(yè)的大發(fā)展。 但美國的三哩島核事故、前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核事故、特別是今年的東日本 大地震引起的福島核電站事故，再一次牽動著全世界的神經。這表明核電廠核安 全事故后果的難以消除性、 國內國際社會公眾的極度敏感性以及核安全的極其重 要性。 核電廠應急柴油發(fā)電機作為全廠應急安全電源與核安全直接相關， 目的是為 了在核電

4、站的廠用工作電源和輔助電源都發(fā)生故障時， 確保機組安全停堆和防止 關鍵設備損壞。 從而在保護燃料元件不受損壞和保證核安全方面發(fā)揮非常重要的作用2。 應急柴油發(fā)電機在全廠失電時從接到啟動指令后： 1) 一般應在 1015s 內啟動并達到額定電壓和頻率，并按事先規(guī)定的帶載 程序分批次帶載； 2) 頻率恢復到其額定值的 98%以及電壓恢復到其額定值的 90%的時間應小 于這一程序步驟開始和下一程序步驟開始之間的時間間隔的 40%； 3) 負荷加載期間，頻率不應下降到額定值的 95%（47.5Hz）以下； 4) 電壓不應下降到額定值的 75%（4.95kV）以下； 5) 加載的每一步驟之后，運行條件的

5、瞬變均不應導致柴油發(fā)電機組轉速的 增加超出超速跳閘最小整定值與額定轉速之差的 75%3。 我國的核電廠運行經驗表明， 確有全廠斷電事故而緊急啟動應急柴油發(fā)電機 的情況發(fā)生 4。倘若在此時應急柴油發(fā)電機的應急運行電能質量不符合上述標準而跳閘,后果將不堪設想.目前我國現(xiàn)有核電柴油發(fā)電機組幾乎全部從德國MTU/AREVA 和法國 ALSTOM 進口，國內目前尚不具備自主設計和制造能力。因此深入分析核電廠 應急柴油發(fā)電機的電氣運行關鍵問題有著很強的國內核電建設運營背景和防止 發(fā)生類似日本福島核電站核事故的現(xiàn)實意義。1.2 國內外研究動態(tài) 核電廠應急柴油發(fā)電機的特點是：大容量、高可靠性（啟動成

6、功率不小于 99%）、快速啟動（十幾秒鐘內建立合格的電壓和功率），良好的帶載性能 1。目前，國際上柴油機生產制造行業(yè)已發(fā)生了劇烈的并購和重組，同時，由于歐美的核電發(fā)展不前，使得研究、生產核電應急柴油發(fā)電機的廠家、機構日益減少，甚 至有些應急柴油發(fā)電機組產品系列已經停產，只剩下了德國的 MTU 公司和法國 的 ALSTOM 公司能生產 1E 級柴油發(fā)電機組。 我 國 現(xiàn) 有 的 核 電 機 組 除 秦 山 一 期 以 外 全 部 從 法 國 ALSTOM 和 德 國 MTU/AREVA 進口，新建核電項目正在進行國產化引進：陜柴與 MTU 成立陜 西北方安特優(yōu)發(fā)動機有限公司合資企業(yè)承接福清、方家

7、山項目；陜柴與 MTU/AREVA 組成聯(lián)合體承接陽江項目；陜柴-ALSTOM/MAN 組成聯(lián)合體承接 寧德、紅沿河項目，通過合作生產逐步掌握技術。 可以說，目前國內、外的核電應急柴油發(fā)電機組面對新形勢下的核電發(fā)展需 要，還要不斷的創(chuàng)新。尤其是國內在這方面的研究，還有很長的路要走。 核電廠應急柴油發(fā)電機電氣運行關鍵問題的最終體現(xiàn)是應急供電的質量。 應 急運行時，應急柴油發(fā)電機的電壓建立、暫降以及供電連續(xù)性等方面由于有其十 分特殊的意義直接涉及到核安全， 故核電廠應急柴油發(fā)電機的電氣運行關鍵 問題研究是核電電氣從業(yè)者的共同心聲。 在我國核電應急柴油發(fā)電機組的引進中，對繼電保護的配置、勵

8、磁選擇、程 序帶載時負載搭配、柴油機與發(fā)電機的容量搭配等方面存在的差距較大，而國內 沒有可查詢的依據或者相關標準， 根據核電廠應急柴油發(fā)電機的最終使用目的 提供較高的應急電能質量，來研究核電廠應急柴油發(fā)電機的電氣方面配置，是 我們核電電氣工作者必然要面對的現(xiàn)實問題。 電能質量，從普遍意義上講是指優(yōu)質供電，可定義為：導致用電設備故障或 不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容包括頻率偏差、電壓波動與閃 變、電壓偏差、三相不平衡、波形畸變（諧波） 、暫時或瞬態(tài)過電壓、電壓暫降、 中斷、暫升以及供電連續(xù)性等 5-7。在我國目前運行的核電廠中，應急柴油發(fā)電 機應急運行時的電壓建立、中斷、暫降和恢復

9、已成為核電廠最重要的電能質量問 題 8。 1.3 課題研究內容本課題主要是對我國已運行核電廠應急柴油發(fā)電機電氣運行關鍵問題進行探討， 以便進一步提高應急柴油發(fā)電機應急帶載的電能質量及為后續(xù)應急柴油發(fā) 電機建設提供參考。研究內容如下: 1)  核電廠應急柴油發(fā)電機應急運行供電質量要求。核電廠設置應急安全電 源的目的是為了在核電站的廠用工作電源和輔助電源同時發(fā)生故障時， 確保機組 安全停堆和防止關鍵設備損壞；目前在我國二代堆型中，應急柴油發(fā)電機對保護 燃料元件不受損壞和保證核電廠核安全方面發(fā)揮非常重要的作用 2。本章對核電 廠應急柴油發(fā)電機的作用和應急運行時的技術要求作出歸納， 明確改善

10、應急柴油 發(fā)電機電氣運行關鍵問題的方向。 2) 應急柴油發(fā)電機的繼電保護設置。目前，我國大陸核電廠的應急柴油發(fā) 電機繼電保護設置差異比較大，通過本節(jié)的研究，給出應急柴油發(fā)電機的繼電保 護設置部分實例、一般方法及工程經驗反饋，對應急模式下的繼電保護配置作出 論證和改進，使柴油發(fā)電機的應急供電能力得到進一步的提高。在應急情況下， 低電壓保護由于能較好的反映柴油發(fā)電機因嚴重故障而不能繼續(xù)帶載運行， 故本 節(jié)通過論證推薦其為應急方式下唯一允許跳閘的電氣信號。 3)  核電廠應急柴油發(fā)電機的勵磁調節(jié)系統(tǒng)。在國內核電廠眾多的應急柴油 發(fā)電機勵磁調節(jié)器中，屬于數(shù)字式勵磁調節(jié)器的并不多，起勵電路、勵

11、磁方式等 也各有差異。而在提高柴油發(fā)電機供電穩(wěn)定性方面，勵磁方式的選擇、勵磁調節(jié) 器的選型、 起勵電路的設計以及勵磁的限制與保護是提高勵磁系統(tǒng)供電穩(wěn)定性的 先天條件， 關系重大。 通過本章節(jié)的探討， 結合應急柴油發(fā)電機的特殊工作環(huán)境， 對不同勵磁方式性能作出對比，論證帶永磁機的三機無刷勵磁方式的優(yōu)點，也對 勵磁保護方面作出一些歸納等，為后續(xù)建設的應急柴油發(fā)電機勵磁系統(tǒng)提供參考。 4) 應急柴油發(fā)電機的程序帶載試驗及改善方法分析。程序帶載試驗是應急 柴油發(fā)電機設計功能的最終檢驗。試驗模擬全廠斷電情況下，自動觸發(fā)柴油發(fā)電 機應急啟機，及時建立電壓并按事先設計的帶載順序逐一帶載。本章節(jié)通過對程 序帶

12、載的負載結構、電動機起機引起的電壓降、柴油機和發(fā)電機的容量配置等方 面的研究，提出降低電壓暫降可采取的措施為：啟動時間錯開，避免多臺 6kV 電動機的同時起動；在兼顧了相對緊急程度的情況下，調整起動順序；合理選擇 柴油機和發(fā)電機的容量；經濟許可情況下，可適當提高柴油發(fā)電機的容量，改善 程序帶載過程中的電壓降，提高應急供電性能。 最后希望我國的核電廠應急柴油發(fā)電機的電氣運行關鍵方面研究能夠完全 自主、建立一套自己的標準、規(guī)范。 第2章  核電廠應急柴油發(fā)電機應急運行供電質量要求 2.1 核電廠應急柴油發(fā)電機的作用2.1.1 核電廠應急柴油發(fā)電機的認識在核電廠中，利用

13、235 U的裂變來產生熱量。由于裂變產物衰變放出緩發(fā) 射線，堆芯成為強放射源，因此在反應堆停止運行時，堆芯除了裂變產物的衰變 熱外， 還自行存在放熱， 形成總的堆芯余熱。 典型堆心余熱曲線圖如圖 2-1 所示： 圖 2-1 典型堆芯余熱曲線圖0停堆后長期存在的剩余發(fā)熱是影響裂變反應堆安全問題的關鍵因數(shù)。 由于堆 芯余熱的存在，如果不能有效冷卻，就會足以導致堆芯持續(xù)升溫以致熔化，自發(fā) 突破反應堆設計中的多重實體屏障，將大量放射性物質釋放到環(huán)境中，發(fā)生災難 日本福島核電站的部分堆芯熔化就是因為堆芯余熱未能及時有效導性的后果。 在我國現(xiàn)役及在建的二代堆型中，余熱導出采用的途徑是設置外動力 源持續(xù)驅動

14、相關系統(tǒng)，不斷冷卻堆芯，導出余熱。這種外動力源就是核電廠應急 柴油發(fā)電機。 核電廠的應急柴油發(fā)電機組是能夠自動快速啟動、 按程序帶載的應急交流電 源。一般情況下，核電廠每臺機組配備 24 臺相互獨立的應急柴油發(fā)電機組， 當高壓廠用變壓器提供的正常電源和高壓廠用輔助變壓器提供的后備電源失效 時、或發(fā)生安全殼壓力高高時、或發(fā)生安注動作，它們能夠立即緊急啟動，并自 動對相應的 6kV 專設安全設施供電，為應急電源供電的設備提供可靠的電源， 以確保反應堆安全關閉、堆芯余熱的及時順利導出、以及一回路壓力邊界的完整 性，從而阻止放射性物質向大氣泄漏。柴油發(fā)電機是一種小型發(fā)電設備， 以柴油機為原動機帶動發(fā)電

15、機發(fā)電的動力機械。一般由柴油機、發(fā)電機、燃油箱、控制柜、控制用蓄電池、保護裝置等部 件組成整套機組。 核電廠應急柴油發(fā)電機的容量一般比較大，除主要組件外，要使其正常、安 全而又穩(wěn)定地運轉，還必須保證氣、油、水的充分供應和循環(huán)。其中機械部分主 要包括燃油系統(tǒng)、高溫水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、低溫水系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、 空氣啟動系統(tǒng)及其有關裝置。 電氣部分主要包括發(fā)電機、 勵磁機、 勵磁調節(jié)系統(tǒng)、 繼電保護裝置、同期裝置等部件。儀控部分主要有各種探頭表計、儀控控制 柜、速度控制器等。這些裝置在日常維護保養(yǎng)中往往要對它進行大量工作，否則 將影響柴油機正常工作，甚至造成嚴重事故。 世界各核電廠

16、的概率安全評價表明：應急電源系統(tǒng)失效導致電廠完全失電， 進而喪失堆芯冷卻能力是導致堆芯損壞最為可信的事件序列之一。 2.1.2 應急柴油發(fā)電機的作用 應急柴油發(fā)電機作為核電廠最后一道應急電源， 在應急工況下有著不可替代 的核安全功能和設備保護功能，主要作用如下： 1) 核電廠應急安全電源設置的目的是為了在核電站的廠用工作電源和輔助 電源同時發(fā)生故障時，確保機組安全停堆和防止關鍵設備損壞。 2) 應急電源對保護燃料元件不受損壞和保證核電廠核安全方面發(fā)揮非常重 要的作用。 3) 2.1.3 應急柴油發(fā)電機的設備屬性 目前我國已運行核電廠及大部分在建核電廠的應急柴油發(fā)電機一般都具有 核安全保護的功能

17、，屬于核級設備，在設計、制造、調試、運行、維護等方面有 著嚴格的要求，以保證應急運行的可靠性，以下是設備屬性的表現(xiàn)方面：1) 應急柴油發(fā)電機屬于 1E 級設備，所帶系統(tǒng)設備大多屬安全級設備。2) 安全級設備對地震、火災、臺風等要求有較高的抗御能力，因此在設計、 建造、調試、運行中都有其特殊要求。 3) 目前市場上能滿足 1E 級核電站應急柴油發(fā)電機要求的潛在供貨商只有 法國 ALSTOM 和德國 MTU/AREVA 公司。2.2 應急柴油發(fā)電機的技術要求 2.2.1 應急加載期間的要求 應急帶載是核電廠應急柴油發(fā)電機設計功能的最終體現(xiàn)，由于涉及到核 安全，因此有著嚴格的技術要求，主要如下： 1

18、) 接到啟動指令后應一般應在 1015 秒鐘內啟動并達到額定電壓和頻率； 2) 負荷加載期間：頻率不應下降到額定值的 95%（47.5Hz）以下；電壓不 應下降到額定值的 75%（4.95kV）以下；頻率恢復到其額定值的 98%以及電壓 恢復到其額定值的 90%的時間應小于這一程序步驟開始和下一程序步驟開始之 間的時間間隔的 40%； 3) 切除最大的單個負載，或在按程序加載的每一步驟之后，運行條件的瞬 變均不應導致柴油發(fā)電機組轉速的增加超出超速跳閘最小整定值與額定轉速之 差的 75%； 4) 空壓系統(tǒng)在應急情況下（不補氣）能保證連續(xù)啟動 5 次，每次不大于 10 秒； 5) 重要系統(tǒng)、設備采

19、取冗余配置。 歸納起來說：大容量（5000kW6500kW） 、高可靠性（啟動成功率不小于 99%） 、快速啟動（1015 秒內建立合格的電壓和功率） 、良好的帶載性能。 2.2.2 承受異常/事故運行工況的能力要求 應急柴油發(fā)電機除了在核安全方面有著特殊要求以外， 還必需符合以下一般 發(fā)電機承受異常、事故運行工況能力的要求3： 1) 由柴油發(fā)電機供電的 6.6kV 供電系統(tǒng)有一相接地時能正常啟動和運行； 2) 發(fā)電機組具有承受以下故障的能力： 由外部故障引起的發(fā)電機端子處小于 5S 的三相或兩相短路； 1.2 倍額定轉速下超速運行 5 秒鐘； 頻率約 50Hz，1.4 倍額定過電壓持續(xù) 4

20、秒鐘； 頻率約 50Hz，1.2 倍額定過電壓持續(xù) 3 分鐘； 相位差從 120°到 180°的非同期并網至少 2 次。 2.3 應急柴油發(fā)電機運行電氣關鍵問題 應急柴油發(fā)電機運行電氣關鍵問題就是電能質量符合要求。 在柴油發(fā)電機做 應急運行時，對電能質量方面涉及的內容如電壓偏差、電壓波動與閃 變 、三相不平衡、暫時或瞬態(tài)過電壓、波形畸變（諧波）、暫升 12-15等方面的要求較低， 主要是對啟動時電壓建立、程序帶載時的繼電保護動作、程序帶載時 6kV 電動 機啟動引起的電壓暫降等有嚴格的限制。 本節(jié)就是對影響這些限制的因數(shù)作出探 討，采取合理的方式進行改善。例如采用性能良好的

21、勵磁調節(jié)器、適當調整 6kV 電機的啟動批次、采用能真實反映故障的電氣繼電保護跳閘信號等等，以保障應 急柴油發(fā)電機應急運行的穩(wěn)定性。 總結起來影響應急柴油發(fā)電機運行的電氣關鍵問題可從以下幾個方面進行 改善： 1) 正確選擇應急柴油發(fā)電機的繼電保護設置； 2) 合理設計勵磁方式和選擇性能優(yōu)良的勵磁調節(jié)器； 3) 合理調整程序帶載的負荷批次和柴油機的容量等。第 3 章 應急柴油發(fā)電機繼電保護設置 本章分析國內部分核電廠應急柴油發(fā)電機的保護配置和計算。通過這些分 析，建立一種基于核電廠應急柴油發(fā)電機的一般合理繼電保護配置規(guī)律，為后續(xù) 的核電廠建設提供應急柴油發(fā)電機保護配置參考。 先以電力系統(tǒng)來參考，

22、電力系統(tǒng)故障是產生供電中斷的最主要原因。造成系 統(tǒng)故障的原因很多，包括電氣設備質量缺陷、人員誤操作、繼電保護誤動作、運 行管理水平低下以及自然災害等。 統(tǒng)計資料表明， 導致系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞的故障中， 最直接的原因分別是：由設備質量缺陷引起的占 32、人員誤操作引起的占 17 、繼電保護誤動作引起的占 13.2、運行管理水平低引起的占 21.2、自然災 害引起的占 16.6。 雖然應急柴油發(fā)電機的啟動帶載失敗還沒有類似權威的統(tǒng)計， 但做好繼電保 護的設計、減少繼電保護的誤動作，對提高應急柴油發(fā)電機的應急運行供電連續(xù) 性有很大的好處。 3.1 應急柴油發(fā)電機的運行模式 應急柴油發(fā)電機作為事故發(fā)電機，

23、具有特殊的運行方式，因此發(fā)電機的繼電 保護配置，應與其運行方式相適應。一般核電廠應急柴油發(fā)電機具有兩種運行方 式：應急方式和試驗方式16（有的廠稱為正常方式）。應急方式由反應堆保護、應急母線失壓、安全殼壓力高等信號觸發(fā)啟動柴油 發(fā)電機，在這種情況下，保證反應堆的冷卻最為重要，所以發(fā)電機的保護應強調 動作的可靠性，防止保護誤動，只有在柴油發(fā)電機發(fā)生嚴重故障情況下，失去了供電能力，方可跳閘。試驗方式由就地控制柜或主控室啟動，試驗目的是為了檢驗柴油發(fā)電機處于 正常狀態(tài)，可在事故應急情況下啟動并能程序帶載。試驗工況下需帶負荷，為了 能正確反映發(fā)電機的各種故障和不正常運行狀態(tài)，需要強調發(fā)電機保護動作的靈

24、敏性。 3.2 試驗方式繼電保護配置 通過收集國內核電站應急柴油發(fā)電機的保護配置， 可得出試驗方式時配置的 電氣保護有：發(fā)電機差動保護、定子接地保護、失磁、逆功率、過負荷、過流、 過電壓、低電壓、頻率高、頻率低、勵磁故障、負序過流、低阻抗等。以下是試驗方式的繼電保護配置實例1718。 3.2.1 發(fā)電機差動保護 我國規(guī)程規(guī)定發(fā)電機功率超過 1MW 應裝設差動保護 19，作為發(fā)電機的主 保護。發(fā)電機縱差保護用的是 10P 級電流互感器，在額定一次電流和額定二次負 荷條件下的比誤差為±3%。因此，縱差保護在正常負荷狀態(tài)下的不平衡電流不 大于 6。但隨著外部短路電流的增大及非周期暫態(tài)電流的

25、影響，電流互感器將 會飽和，不平衡電流急劇增大，實際不平衡電流與短路電流的關系曲線如圖 3-1 中曲線 OED 所示：發(fā)電機外部短路時，差動保護的最大不平衡電流可由下式進行估算：I unb.max = K ap K cc K er I k(3) na .max 式中 Kap非周期分量系數(shù)，取 1.52.0；Kcc互感器同型系數(shù)，取 0.5； Ker互感器比誤差系數(shù)，取 0.1； I(3)k.max最大外部三相短路電流周期分量。 比率制動特性縱差保護需要整定計算以下三個參數(shù)： 1) 確定差動保護最小動作電流，即確定圖 3-1 中 A 點縱坐標 IOP.0： IOP.O = Kkel ×

26、 2 × 0.03Ign / na 或 IOP.O = KkelIunb.0 式中 Kkel可靠系數(shù)，取 1.5; Ign發(fā)電機額定電流； Iunb.0發(fā)電機核定負荷狀態(tài)下，實測差動保護中的不平衡電流。 實際可取 IOP。 O（0.100.30）Ign/na，一般宜選用（0.100.20）Ign/na，如 果實測值 Iunb.0 較大，則應盡快查清 Iunb.0 增大的原因，并予以消除，避免因 Iunb.0 過大而導致一、二次設備的隱患或缺陷被掩蓋。 發(fā)電機內部短路，特別是靠近中性點經過渡電阻短路時，中性點或機端側的 三相電流不一定大，為保證內部短路時的靈敏度，最小動作電流 IOP。

27、O不應無根據地增大。 2) 拐點 B 制動特性確定。定子電流等于或小于額定電流時，差動保護可不 具備制動特性，因此B點的橫坐標 3) Ires.0 = (0.8 1.0) Ign / na 當 Ires.0 Ign/na 時，應調整保護內部參數(shù)，使其滿足上式。3) 確定制動特性的 C 點（條件是按最大外部短路電流下差動保護不誤動）并計算最大制動系數(shù)。Iop.max 為 C 點對應的最大動作電流，其值為： Iop. max = KrelIunb. max 式中 Krel可靠系數(shù)，取 1.31.5。 C點對應的最大短路電流 I(3)k.max 與最大制動電流 Ires.max 相對應。點的最大制動

28、系數(shù) Kres.max 按下式計算： Kres. max = Iop. max/ Ires. max = KrelKapKccKer 上式的計算值 Kres.max 0.15，可確保在最大外部短路時差動保護不誤動。但 考慮到電流互感器的飽和或其暫態(tài)特性畸變的影響，為安全計，宣適當提高制動 系數(shù)值。圖 3-1 中，取 C 點的 Kres.max 0.30。該比率制動特性的斜率 S 為 S=（ Iop. max -Iop.0 ）(I (3) k . max/ na -Ires.0 )由上述 A、 B、 C 三點計算確定的制動特性，能保證在最大外部短路暫態(tài)過 程和負荷狀態(tài)中可靠不誤動。 當發(fā)電機機端

29、兩相金屬性短路時，按上述原則整定的比率制動特性，差動保 護的 Ksen 一定滿足2.0 的要求，可不進行靈敏度校驗。 以下有2種國內某核電廠的柴油發(fā)電機差動保護。 1) 7UT512 型差動保護 ,該保護采用比率制動原理，能夠反映各種相間和接 地故障 ，在發(fā)電機內部故障時保護可靠動作，差動特性包括兩段制動曲線以適 應不同的運行工況，當外部故障時，流過 CT 的電流較大， CT 飽和 ，造成差 流增大，為了保證可靠制動，保護設置了一個增加制動區(qū) 20 ，以防止外部故障 時保護誤動，動作特性曲線如圖 3-2 中“增加制動區(qū)”所示： 差動啟動電流 IdZ 應能躲過正常運行的最大不平衡電流，其中包括

30、CT 變比 誤差、不同 CT 引起的不平衡等，常規(guī)發(fā)電機的啟動電流一般為 0.10.2Ign，對于 應急柴油發(fā)電機，防止在應急情況下保護不誤動，另外差動保護的 CT 取自不同 的廠家，誤差相對較大，將啟動電流設為 0.2 InGe。差動保護的斜率為了與運行 工況相對應，現(xiàn)一般設為兩段，斜率 K1、 K2 分別設為 0.3、 0.5。相對于圖 3-1 的拐點 B，跟一般發(fā)電機相同，設為 1InGe 。 1) DMS7001 型差動保護裝置 該保護采用比率制動原理，保護范圍從定子繞組的末端到發(fā)電機出口開關下口側，包含了6kV 連接電纜。縱差保護作為柴油機的電氣主保護，不管是應急 還是試驗工況下,只

31、要動作就跳柴油發(fā)電機出口開關和滅磁開關。縱差保護差動 動作特性如圖 3-3 所示：其中，ZONE1 區(qū)為差動啟動值，定值為 0.2x573÷800xIN，即 0.2x0.72xIN， 可躲過正常運行最大不平衡電流；ZONE2 區(qū)的斜率為 0.2，不經過原點，拐點為 1In； ZONE3 區(qū)將有高故障電流通過，此時 CT 的測量精度下降，廠家根據試驗 11 華北電力大學碩士學位論文 結果將斜率固化為 0.65，直線經過原點，拐點設計值為 2In；高定值區(qū)是用來消 除極端故障情況，此時只要 ID 大于 5IN 就迅速跳閘。由于發(fā)電機的額定電流為 573A,CT 變比為 800/1A，所以

32、 IP 與 IS 值均需除以 0.72，其中 IP 為柴油發(fā)電機 ； 機端電流， IS 為柴油發(fā)電機中性點電流。動作電流： ID IP IS（矢量相減） 制動電流： IZ=（ IP IS） /2。差動保護動作時間已被固化為 0s，實測 值在 40ms 左右。為提高電流測量的穩(wěn)定性，差動保護裝置加裝三相穩(wěn)定電阻。 對于其它形式的差動保護，如標積制動式縱差保護、故障分量比率制動式縱 差保護、不完全縱差保護等沒有引用。作為一種反映發(fā)電機內部繞組及引出線短路故障的保護，縱差保護具有反映靈敏、動作快等優(yōu)點。應急柴油發(fā)電機作為一種非常重要的核級電源，對某些質量要求（如諧波、瞬態(tài)過電壓等）不是很高，但對應急

33、供電可靠性卻顯得特別重要，因此若差動保護作為應急情況下的跳閘信號，差動保護相比傳統(tǒng)的發(fā)電機差動保護還有許多可改進的地方，如增加一個延 時、增加制動區(qū)、定值稍大、設置兩套差動保護且在兩個差動保護都動作的情況下才跳閘等改進措施。 3.2.2 定子接地保護 發(fā)電機最常見的故障之一是定子繞組的單相接地， 即定子繞組與鐵芯間的絕 緣遭到破壞，定子接地后，接地電流經故障點、對地電容及定子繞組構成回路。 當接地電流過大時，能在故障點引起電弧，損毀鐵芯和定子繞組，危害更大的匝 間、相間短路也有可能引起。 我國發(fā)電機中性點接地方式主要有以下四種21： 1) 不接地(含經單相電壓互感器接地)； 2) 經消弧線圈(

34、欠補償)接地； 3) 經配電變壓器高阻接地； 4) 中性點經低阻接地方式。 在發(fā)電機單相接地故障時，不同的中性點接地方式，將有不同的接地電流和 動態(tài)過電壓以及不同的保護出口方式。 發(fā)電機單相接地電流允許值22如表 3-1 所示。 當機端單相金屬性接地電容電流 I c 小于允許值時，發(fā)電機中性點應不接 地，單相接地保護帶時限動作于信號；若 I c 大于允許值，宜以消弧線圖 ( 欠補 償 ) 接地，補償后的殘余電流 ( 容性 ) 小于允許值時，保護仍帶時限動作于信號； 但當消弧線圈退出運行或由于其他原因使殘余電流大于允許值時，保護應動 作于停機。 發(fā)電機單相接地允許電流值 發(fā)電機額定電壓/kV 6

35、.3 10.5 發(fā)電機額定容量/MW 50 汽輪發(fā)電機 水輪發(fā)電機 13.815.75 1820 汽輪發(fā)電機 水輪發(fā)電機 300600 50100 10100 125200 40225 1 氫冷為 2.5，其余為 2 故障電流允許值/A 4 3 發(fā)電機中性點經配電變壓器高阻接地時，接地故障電流大于 21/2Ic，一股情 況下均將大于允許值，所以單相接地保護應帶時限動作于停機其時限應與系統(tǒng) 接地保護相配合。 目前國內核電廠應急柴油發(fā)電機的出口電壓都為 6.6kV，接至中壓廠用電系 統(tǒng)。鑒于有的廠中壓系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)，而有的廠是經變壓器高阻接地，所以柴 油機發(fā)電機的接地保護需與各核電廠的中壓接地方

36、式相配合。 6.6kV 系統(tǒng)是接 若 地系統(tǒng)時，采用零序電壓或零序電流比較方便；若 6.6kV 系統(tǒng)是不接地系統(tǒng)時， 需采用注入式定子接地保護。 下面是某廠柴油發(fā)電機的定子接地保護。 該廠的 6 kV 中壓系統(tǒng)經配電變壓器高阻接地，柴油發(fā)電機中性點可經電阻 直接接地（并網時中性點地刀退出、孤網時投入） ，本柴油發(fā)電機的定子接地保 護通過中性點零序電流互感器的基波零序電流（可濾掉三次諧波）來反映接地故 障。對于小型發(fā)電機不需要裝設 100定子接地保護，經驗表明只要覆蓋 95的 定子接地保護區(qū)域即可。 發(fā)電機出口側發(fā)生單相完全接地時，中性點 CT 流經電流為：式中 Rn 為中性點接地電阻，值為 4

37、00 歐。 已知 CT精度為0.99、繼電器精度為 0.95、保護范圍為 95、 變比為 5/10、 CT 可靠系數(shù)取 0.95，故： 結合繼電保護裝置定值設置步長設定定子接地保護定值為 0.05IN，動作時間 采用定時限為 0.1s。若柴油發(fā)電機采用注入式定子接地保護，一定要注意發(fā)電機的定子接地保護與6kV母線段的定子接地保護相互干擾，影響測量結果。 3.2.3 負序過流保護 當發(fā)電機發(fā)生不對稱短路時，發(fā)電機的定子繞組中將有負序電流流過，且在 發(fā)電機中產生以兩倍同步轉速對轉子旋轉的磁場，使轉子中產生倍頻電流。由于 集膚效應的作用，倍頻電流主要在轉子表面流通，形成過熱點，導致轉子表層金 屬材料

38、強度下降，甚至燒傷轉子，危及機組的安全。此外，護環(huán)與轉子本體的溫 差超過允許限度，將導致其松脫，造成更加嚴重的破壞。 發(fā)電機有一定的承受負序電流的能力，只要負序電流不超過規(guī)定的限度，轉 子就不會遭受損傷。根據發(fā)電機的一般設計標準，負序電流符合以下定律： (INeg/In)2*t=C ，其中 C 為常數(shù)，在 840 之間選擇。 某廠柴油發(fā)電機承受負序電流特性為：正常情況下定子可接受的最大負序電 流 I2 是 8 Ingen，暫態(tài)情況下符合公式(I2gen/Ingen)2×t，如圖 3-4 所示： 圖 3-4 負序電流保護特性曲線 由圖 3-4 取點計算可知柴油發(fā)電機的常數(shù)C為 20s,

39、為使保護動作更靈敏， 設 計中取定值 C 8s。又 故取 I2>>設定值為 5。從保護裝置的試驗結果： I2 1A 時， t=200s 及 I2 2A 時，t=49.99s 看與公式 T=8/( I2/ In)2 非常相符。 3.2.4 失磁保護 發(fā)電機失磁的原因有：滅磁開關開路、勵磁繞組短路及勵磁調節(jié)器故障等。發(fā)電機失磁后將過渡到異步運行，轉子出現(xiàn)轉差，定子電流增大、電壓下降，有 功功率下降，無功功率反向，引起系統(tǒng)電壓下降，發(fā)電機的定子端部、轉子及邊 14 華北電力大學碩士學位論文 段鐵芯過熱等。 發(fā)電機低勵失磁保護的動作主判據可分為： a) 系統(tǒng)側主判據三相同時低電壓繼電器，本

40、判據主要用于防止由發(fā)電 機低勵失磁故障引發(fā)系統(tǒng)無功儲備不足造成系統(tǒng)電壓崩潰及大面積停電事故， 其 動作判據為： Uop.3 ph = (0.85 0.90)Uh. min 式中 Uop.3ph三相同時低電壓繼電器動作電壓(此值應經調度部門確定); Uh.min高壓系統(tǒng)最低正常運行電壓。 經輔助判據“與門”輸出，短延時動作于發(fā)電機解列。 b) 發(fā)電機側主判據： 1) 靜穩(wěn)極限阻抗繼電器；2) 靜穩(wěn)極限勵磁低電壓繼電器； 3) 異步邊界阻抗繼電器。 c) 低勵失滋保護的輔助判據： 1) 負序電壓元件； 2) 延時元件；3) 勵磁低電壓元件。 圖 3-5 是某廠柴油發(fā)電機使用異步邊界阻抗測量原理來檢

41、測失磁故障。 當進 入圖 3-5 中的失磁阻抗圓時，即判定為失磁故障。 此柴油發(fā)電機的同步電抗 Xd 為 182.7、暫態(tài)電抗 Xd 為 19.1、視在功率 為 6.25MVA 及額定電壓為 6.3kV。故： 因此 X2 的設定值選 14%Zn?？紤]設置步長，X1 設定值選 250%Zn,時間設定值選為 2s。 失滋異步運行情況下，動作于發(fā)電機解列的延時，由電網和發(fā)電機生產廠共 同決定允許發(fā)電機帶 (0.4 0.5)Pgn 的失磁異步運行時間。 發(fā)電機轉入異步運行的 低勵失磁保護動作后，應斷開滅磁開關，防止有損大軸的同步功率繼續(xù)存在。異步邊界阻抗圓動作判據主要用于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的發(fā)電機失磁故障

42、檢測， 能反應失磁情況下機端的最終阻抗，但動作可能較遲些。 顯然正常并網運行的柴油發(fā)電機，短暫的失磁影響不大，時間可視情況適度 增加。若柴油發(fā)電機帶載非并網的情況下失磁，其動作時間應稍短些。 3.2.5 低阻抗保護 對于中小型機組，不要求裝設雙重主保護，但應配置常規(guī)后備保護，并使其 對所連接母線和相鄰設備的相間短路故障具有必要的靈敏度。 低阻抗保護一般作為內部相間故障和相鄰母線、設備故障的后備保護。以下是某廠柴油發(fā)電機的低阻抗定值設定。 柴油發(fā)電機出口電壓殘存 10為參考量計算阻抗值，在此時的電壓情況下 機組柴油發(fā)電機的運行已經沒有任何意義， 因此不管是試驗還是應急方式下都必須跳閘，以防止柴油

43、機的燒毀。 故 Z<</Z n = 3.22 /11.547 27.9% 結合裝置設定步長選 Z<<為 26Zn,此后備保護的動作時間設為 2S。 3.2.6 過、低頻保護 頻率保護用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片及其拉金的斷裂事故，對于極端 工況，還將威脅廠用電的安全。汽輪機的葉片有一自振頻率，如果發(fā)電機的頻率 變化到自振頻率時，將導致共振，使材料疲勞，造成嚴重事故。在電力系統(tǒng)發(fā)生事故期間，系統(tǒng)頻率必須限制在允許的范圍內，以免損壞機 組。根據國內已投入運行的 300MW 及以上部分大型汽輪發(fā)電機組允許的頻率偏 移范圍的調查結果，提出“大機組頻率異常運行允許時間建議值 2

44、4”如表 3-2 所 示。 雖然不是 300MW 以上的大型汽輪發(fā)電機組，但同屬并網設備，可參考以上 建議值，某廠柴油發(fā)電機過頻保護的定值是 51.5Hz,時間為 3.0S；低頻保護的定 值是 47.5Hz，時間也為 3.0S。 3.2.7 過、低壓保護 非正常運行情況下的過電壓將導致柴油機的絕緣老化。而手動勵磁調節(jié)不正 確或者勵磁調節(jié)器故障，將導致過電壓情況的出現(xiàn)。故需設置過電壓保護。低電壓保護主要在啟機、同期控制過程中起作用，電流速斷保護為其后備保 護。低電壓定值設為 0.7Un，動作時間為 1s。過電壓動作值設為 1.2Un,時間固 化為 0s。 3.2.8 逆功率保護逆功率保護主要保護

45、柴油機本身。在試驗方式下、柴油發(fā)電機與廠用電系統(tǒng) 并列運行，如果柴油機燃油系統(tǒng)等故障造成發(fā)電機無原動力輸出，將造成發(fā)電機 變?yōu)殡妱訖C運行，這樣容易損壞柴油機活塞等，所以機組柴油發(fā)電機設置逆功率保護是有必要的。 逆功率保護定值一般設置為 5 Sn,時間設置可稍長。本柴油機 逆功率保護定值設置為 5Sn,時間 5S。 3.2.9 過載保護 在應急情況下，機組柴油機不會過載，只有在并網運行試驗工況下，柴油機 才有可能過載。過載能力按 1.05 倍的額定功率計算?？紤]到 CT、PT、綜合保護 裝置的測量精度為 0.95，再取一可靠系數(shù) 0.95，可計算過載電流為： I 1.05 × 573

46、÷ 0.95 ÷ 0.95 ÷ 0.95 ÷ 0.95 × 5 ÷ 800 4.62 A or 0.92 I n 結合過載保護設置步長為 0.1In，取 I>為 1In,作為不正常運行工況的后備保 護，其跳閘時間設為 5S。 3.3 應急方式繼電保護配置 通過收集國內核電站應急柴油發(fā)電機的保護配置， 可得出應急方式時配置的 電氣保護主要有：發(fā)電機差動保護、發(fā)電機低電壓保護、低阻抗保護等（由于低 阻抗保護裝置采用的很少，以下討論中主要討論差動保護和低電壓保護） 。但一 般每臺柴油發(fā)電機在應急方式下只設置一種繼電保護用來跳閘， 如嶺

47、澳核電站在 應急情況下只設置低電壓保護用來跳閘， 田灣核電站在應急情況下只設置差動保 護用來跳閘。差動保護和低電壓保護的設置在上節(jié)已講到了。 3.3.1 應急方式下繼電保護的選擇比較 在應急方式下， 顯然繼電保護動作的可靠性要比繼電保護動作的靈敏性要求 更高，因此對差動保護和低電壓保護都有相應的改進。如差動保護裝置增加為兩個，只有兩個差動保護裝置都同時動作時才允許應急情況下跳閘；低電壓保護采 用3取2的方式，只有兩個以上的低電壓保護裝置同時動作時才允許應急情況下 跳閘。 到底采用差動保護還是低電壓保護， 主要看兩者所反映的柴油發(fā)電機的電能 質量是否符合繼續(xù)帶載的要求， 若能更真實的反映出柴油發(fā)

48、電機的電能質量狀況 已經完全不能滿足繼續(xù)帶載時，我們就應該選擇此種保護。 在國內目前還沒有可借鑒的資料或者文獻來描述或規(guī)定這種繼電保護該如 何設置， 現(xiàn)分析一下差動保護 （即柴油發(fā)電機的縱差保護） 和低電壓保護的特點。 縱差保護反映的故障為：反映發(fā)電機內部的定子繞組不同相之間的相間短 路；在發(fā)電機中性點經大電阻接地時，若發(fā)生定子單相接地，發(fā)電機差動保護也 有可能動作；在發(fā)電機內部沒有故障時，不管外部發(fā)生什么短路，均不動作。 低電壓保護反映的故障為：預定當被測量點的電壓由于短路、接地等原因低于規(guī)定值時執(zhí)行相應保護動作。 判斷柴油發(fā)電機在應急情況下應不應該跳閘的標準不是柴油發(fā)電機發(fā)沒發(fā)生故障,而是

49、看柴油發(fā)電機還能不能繼續(xù)提供使所帶設備繼續(xù)運行所需的電能。 當發(fā)電機定子繞組發(fā)生相間短路時，若故障較為輕微,如靠近發(fā)電機中性點 側或相間短路的過渡電阻較大時，柴油發(fā)電機還可繼續(xù)運行，提供不少于 80 的發(fā)電機出口電壓，則柴油發(fā)電機在此種工況下的應急帶載應仍可繼續(xù)。而柴油 發(fā)電機的頻率較低時，現(xiàn)在的低壓繼電器一般也能很好的反映出電壓大小，不會引起誤動。很顯然，選擇差動保護時必然跳閘，而選擇低電壓時還可繼續(xù)運行。 當發(fā)生定子單相接地時，若發(fā)電機中性點經大電阻接地，差動保護有可能跳 閘（如接地電阻取 100 ,發(fā)電機應急加載時發(fā)生出口母線單相接地，再加上帶載 期間的電動機啟動電流引起兩側 CT 變比

50、誤差，在圖 3-2 的 K1 段容易發(fā)生誤動 作 28-29） ；而低電壓保護可取相電壓，由于采取了 3 取 2 的跳閘邏輯，可不跳閘； 且實際上，定子接地保護雖然能動作，但在應急情況下是不跳閘的，這一點也與 采用的低電壓保護動作結果相吻合。 當發(fā)生發(fā)電機外部短路時，不管短路有多嚴重，發(fā)電機差動保護不動作。而 6kV 母線除了弧光保護以外也沒有可動作的保護，此時，若出口電壓質量已不能 滿足負載應急運行時的起碼要求， 應急柴油發(fā)電機在有一臺冗余的情況下可以跳 閘。低電壓保護由于能反映電壓降（低于 80 Un） ，在電壓質量已不能滿足負載 應急運行的起碼要求時能夠跳閘。 3-3 是核電廠應急柴油發(fā)

51、電機應急情況下低 表 電壓保護和差動保護動作可靠性對比。 綜上，由于低電壓保護能真切的反映柴油發(fā)電機的電能質量能否滿足應急情況下的帶載基本需求，且作為 1E 級電氣設備簡單容易實現(xiàn)，本文推薦后續(xù)建設的核電廠應急柴油發(fā)電機應急模式下的電氣保護跳閘采用低電壓保護跳閘。 3.3.2 應急情況下跳閘保護的改進方式 應急情況下跳閘， 不管最終采用那一種保護， 都應該對保護進行適當?shù)母倪M， 以提高可靠性。 3-4 是核電廠應急柴油發(fā)電機應急情況下差動保護和低電壓保護的動作可靠性改進方式。 3.4 本章小結 本章主要描述了應急柴油發(fā)電機的一般繼電保護設置方法和部分實例， 并對 應急工況下的繼電保護配置作出論

52、證， 推薦使用低電壓保護作為應急工況下的電 氣保護跳閘，以使柴油發(fā)電機的應急供電能力得到進一步的提高。 第 4 章 應急柴油發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)為了保證柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定可靠運行，需采用一定的控制措施。由于使用 的柴油機組是同步發(fā)電機，在眾多改善同步發(fā)電機穩(wěn)定運行的措施中，提高勵磁 系統(tǒng)的控制性能是公認的經濟而有效的手段之一。 4.1 勵磁控制器 4.1.1 勵磁控制器的作用 同步發(fā)電機勵磁控制器的主要作用包括以下幾個方面： 1) 在正常情況下，根據電力系統(tǒng)的負荷狀況，維持發(fā)電機機端電壓在給定 水平上。當電力系統(tǒng)發(fā)生短路事故或其它原因導致發(fā)電機機端電壓嚴重下降時， 對發(fā)電機強勵，以減少端電壓下降幅

53、度，提高電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定極限和繼電保 護裝置動作的靈敏度和準確性；當發(fā)電機突然甩負荷時，強行減磁，以限制發(fā)電 機端電壓過度升高；當發(fā)電機內部及其引出線上出現(xiàn)短路時，勵磁控制裝置迅速 滅磁，防止事故擴大。2) 當兩臺或以上發(fā)電機在同一母線上并列運行時，合理分配無功功率。對 于無調差的多臺發(fā)電機，不能并聯(lián)運行。當它們具有調差特性時，發(fā)電機輸出的 無功功率與其調差特性有關。調差大的機組分配到的無功少，調差小的機組分配 到的無功多。通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流可改變其調差特性，也就是說，可改變 發(fā)電機的輸出無功。3) 保持同步發(fā)電機穩(wěn)定運行。電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題可歸結為三類：靜態(tài)、 動態(tài)及暫態(tài)穩(wěn)定。良好的

54、勵磁控制系統(tǒng)對這三類穩(wěn)定性都有一定的改善作用。 核電廠中的應急柴油發(fā)電機作為應急電源使用時， 不存在并網和無功分配問 題， 此時柴油發(fā)電機勵磁控制器的作用主要是程序加載期間和加載后維持發(fā)電機 機端電壓處在給定水平上 ,當有波動時，能夠自校正 31-32；當應急柴油發(fā)電機在 試驗工況下并網運行時，應具有上述同步發(fā)電機勵磁控制器的所有功能。 4.1.2 勵磁控制器的發(fā)展 勵磁控制器經歷了從簡單到復雜、從單一到多種功能的發(fā)展歷史33-34。 1) 由磁性放大元件和整流器件組成的電磁式勵磁控制器。此勵磁控制器響 應時間長、超調量大、動態(tài)性能差、無保護及限制功能，已基本淘汰。 2) 以運算放大器和半導體

55、器件為核心組成的半導體勵磁控制器。此種控制 21 華北電力大學碩士學位論文 器響應速度快、動態(tài)性能好，但其熱穩(wěn)定性能較差、抗干擾能力弱，經常出現(xiàn)無 功大幅度擺動現(xiàn)象，目前己較少使用。3) 集成模塊化勵磁控制器。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，半導體勵磁控制 器被集成模塊化勵磁控制器替代了，與前者相比，集成模塊化勵磁控制器由于電 路集成度高，并且按功能作用進行了模塊化分割，在有限空間內可最大限度的增 加裝置的功能，盡可能多的設置補償電路，大幅度的提高了穩(wěn)定性及性能。 4) 微機勵磁控制器。它是以經典和現(xiàn)代控制與微機技術相結合的近代新型 勵磁控制器，不但具有常規(guī)控制器的全部調節(jié)控制功能，還具有許多其它保

56、護、 控制、限制和容錯等功能。近年來由于數(shù)字控制技術的飛躍發(fā)展，使得微機型勵 磁控制器有著優(yōu)異的性能價格比和高度的穩(wěn)定性，是現(xiàn)代勵磁控制系統(tǒng)的首選 35 。 4.1.3 勵磁控制器的選型 微機勵磁調節(jié)器與老式的調節(jié)器相比 , 在功能、穩(wěn)定性等方面具有極大的優(yōu)勢。近幾年來, 微機勵磁調節(jié)器以其硬件結構簡單、清晰、設備通用性好、標準 化程度高、軟件靈活、能夠方便實現(xiàn)多種功能和滿足各種控制規(guī)律的要求等優(yōu)點 , 在許多電廠得到了廣泛的應用 ,并已取得很好的效果和豐富的經驗。但在國內的 核電廠中，并不是所有應急柴油發(fā)電機的勵磁調節(jié)器是微機型的勵磁調節(jié)器，雖 然這些柴油發(fā)電機的無功運行也正常， 但鑒于微機

57、型勵磁調節(jié)器還有許多其它的 保護、控制、限制和容錯等功能，因此新建核電廠應急柴油發(fā)電機引進中一定要 求采用數(shù)字式勵磁調節(jié)器。 勵磁調節(jié)器的通道 ,可考慮采用雙自動通道數(shù)字勵磁調節(jié)器 ,通道間互為備用 , 故障后自動切換 ,切換過程無擾動。應具有自動到自動、自動到手動、手動到自 動之間的切換功能。 4.2 發(fā)電機的主要勵磁方式 發(fā)電機的主要勵磁方式有三種：直流勵磁機勵磁方式；交流勵磁機勵磁 方式，又分為旋轉整流器勵磁方式（無刷勵磁）和靜止整流器勵磁方式（有刷勵 磁） ；靜止勵磁方式（如自并勵勵磁方式） 。 1) 直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 60 年代以前，汽輪發(fā)電機的勵磁方式均采用同軸直流發(fā)電機作為勵磁

58、機， 通過勵磁調節(jié)器改變直流勵磁機的勵磁電流， 進而改變發(fā)電機轉子繞組的勵磁電 壓、調節(jié)轉子的勵磁電流，達到調節(jié)發(fā)電機機端電壓的目的。其中直流發(fā)電機稱 為直流勵磁機，直流勵磁機一般與發(fā)電機同軸，勵磁電流通過換向器和電刷供給 22 華北電力大學碩士學位論文 發(fā)電機轉子勵磁電流，形成有碳刷勵磁。直流機勵磁方式又可分為自勵和它勵方 式。專門用來給同步發(fā)電機轉子回路供電的直流發(fā)電機系統(tǒng)稱為直流勵磁機系 統(tǒng)。其優(yōu)點與無勵磁機系統(tǒng)比較，廠用電率較低。直流勵磁機的原理圖之一如圖 4-1 所示。隨著機組容量的不斷增大，直流勵磁機勵磁方式表現(xiàn)出了明顯的缺陷 36 ： 一是受換向器所限其制造容量不可能大， 100MW 以上發(fā)電機組已難以采用；二 是整流子、碳刷及滑環(huán)磨損，環(huán)境有污染，維護麻煩；三是勵磁調節(jié)速度慢，可 靠性低，直流勵磁機勵磁方式已無法適應需要。 2) 交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng) 發(fā)電機、主勵磁機和副勵磁機三臺交