核電發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1、3.1.5 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)（GEX）一、系統(tǒng)功能發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)GEX的作用是保證發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁建立轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前用以調(diào)節(jié)同步所需的空載電壓，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后用以調(diào)節(jié)與電網(wǎng)交換的無功功率.也就是實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁-給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，調(diào)壓-調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓，監(jiān)測-監(jiān)測發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)的磁場，限制-限制轉(zhuǎn)子、定子電流以保證穩(wěn)定與不發(fā)熱，保證-保證安全、保證供電的質(zhì)量。具體功能如下：1、數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）它對(duì)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流提供數(shù)字控制，并由此控制主發(fā)電機(jī)組的端電壓在電壓設(shè)定器（內(nèi)部記憶）設(shè)置的設(shè)定值上，此電壓控制為AVR的固有功能。另一磁場控制功能是將勵(lì)磁電流維持在一個(gè)由手動(dòng)

2、電壓設(shè)定器（內(nèi)部記憶）設(shè)置的設(shè)定值上（也稱為手動(dòng)運(yùn)行）。2、發(fā)電機(jī)磁場接地探測（61E1）由輔助滑環(huán)和安裝在勵(lì)磁機(jī)上的線圈驅(qū)動(dòng)的刷子（可自動(dòng)改變方向），提供一個(gè)有外電源的外部電路，來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的磁場接地探測。3、勵(lì)磁機(jī)磁場接地探測（64E）利用橋式電路的原理，采用動(dòng)圈式線圈繼電器，對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁線圈進(jìn)行監(jiān)測，有接地時(shí)，給出報(bào)警，并顯示接地點(diǎn)的極性。本系統(tǒng)不屬于與核安全相關(guān)系統(tǒng)。二、系統(tǒng)描述1、系統(tǒng)組成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由主勵(lì)磁機(jī)（即無刷勵(lì)磁機(jī)，包括二極管整流橋）、副勵(lì)磁機(jī)（即永磁發(fā)電機(jī)）、數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（包括可控硅整流橋）、輔助電壓互感器、輔助電流互感器等部件組成，系統(tǒng)如圖1

3、所示，勵(lì)磁機(jī)布置如圖2所示。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理是：（1） 汽機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)大軸、副勵(lì)磁機(jī)的永磁鐵及主勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁機(jī)之間不用滑環(huán)與碳刷；（2） 副勵(lì)磁機(jī)（永磁發(fā)電機(jī)）有8對(duì)磁極，故在副勵(lì)磁機(jī)的定子中產(chǎn)生三相400Hz、274V、320A的交流電，向數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器供電，并經(jīng)可控硅整流橋整流后供給主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁；（3） 接在發(fā)電機(jī)端的輔助電壓互感器PT和電流互感器CT將發(fā)電機(jī)的電壓、電流信號(hào)引至數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，由數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制三相橋式全控可控硅整流電路向主勵(lì)磁機(jī)固定勵(lì)磁線圈的供電，建立主勵(lì)磁機(jī)的固定磁場；（4） 主勵(lì)磁機(jī)

4、的固定磁場有4對(duì)磁極，故其旋轉(zhuǎn)電樞產(chǎn)生三相200Hz、417V、3820A的交流電；（5） 旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋?qū)χ鲃?lì)磁機(jī)產(chǎn)生的交流電進(jìn)行三相全波整流，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁電流，建立轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場；（6） 主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三相50Hz、20kV、36111A交流電；（7） 主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓和電流反饋給數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器；（8） 數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器以自動(dòng)或手動(dòng)控制使發(fā)電機(jī)端電壓保持為20kV。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)無功輸出增加，引起發(fā)電機(jī)電壓下降時(shí)，數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）使可控硅控制角減少，可控硅輸出增加，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增大，發(fā)電機(jī)電壓回升，最后穩(wěn)定在給定水平。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路或突然增負(fù)

5、荷時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓突然下降和定子電流突然增加，數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）使可控硅控制角迅速減少，可控硅處于全開放狀態(tài)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁。發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，端電壓突然升高，控制回路可使可控硅控制角迅速增大，可控硅處于逆變狀態(tài)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行減磁，有效地抑制發(fā)電機(jī)的電壓升高。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)內(nèi)部短路時(shí)，由繼電保護(hù)動(dòng)作，通過控制回路使可控硅處于逆變狀態(tài)，主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流迅速下降，隨后滅磁裝置動(dòng)作，將可控硅輸出回路切斷并將主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組短接在滅磁電阻上，勵(lì)磁電流最后逐漸降至零。發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率調(diào)節(jié)的物理機(jī)理是：（1） 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場使固定的定子繞組產(chǎn)生交流感生電動(dòng)勢，其大小取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

6、、定子繞組的匝數(shù)和轉(zhuǎn)子磁場的磁通。磁通的大小取決于轉(zhuǎn)子電流；（2） 當(dāng)發(fā)電機(jī)接上負(fù)載時(shí)，在感生電動(dòng)勢作用下，就有交流電流流過負(fù)載和定子繞組；（3） 如果是純電阻性的負(fù)載時(shí)，在負(fù)載內(nèi)和定子繞組內(nèi)流過的是有功電流，有功電流的方向與感生電勢的方向相合。這個(gè)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場，其磁通穿過轉(zhuǎn)子磁極軸線，使轉(zhuǎn)子磁場有點(diǎn)偏斜和減弱，使發(fā)電機(jī)端電壓略有下降。但總的看來，影響不大。（4） 如果是純電感性的負(fù)載時(shí)，在負(fù)載內(nèi)和定子繞組內(nèi)流過的是純感性的無功電流，它落后于感生電勢90。，所產(chǎn)生的磁場磁通與轉(zhuǎn)子磁場的磁通方向相反，起去磁作用，使發(fā)電機(jī)端電壓下降。為了維持端電壓不變，必須增加發(fā)電

7、機(jī)勵(lì)磁電流，也就是增加發(fā)電機(jī)的無功功率。（5） 如果是純電容性的負(fù)載時(shí)，在負(fù)載內(nèi)和定子繞組內(nèi)流過的是純?nèi)菪缘臒o功電流，它超前于感生電勢90。，所產(chǎn)生的磁場磁通與轉(zhuǎn)子磁場的磁通方向相同，起助磁作用，使發(fā)電機(jī)端電壓升高。為了維持端電壓不變，必須減少發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，也就是減少發(fā)電機(jī)的無功功率。（6） 實(shí)際上，發(fā)電機(jī)的負(fù)載不可能是純電阻性的、純電感性的或純電容性的，而是綜合性的。流過負(fù)載和定子繞組的電流與感生電勢的相位關(guān)系也不是90。，但上述對(duì)端電壓的影響趨勢的分析還是適用的，發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率調(diào)節(jié)的機(jī)理還是相同的。2、設(shè)備說明（1）勵(lì)磁機(jī)組無刷勵(lì)磁機(jī)組包括為汽輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，并

8、直接連接在汽輪發(fā)電機(jī)上。機(jī)組有一臺(tái)具有永磁的轉(zhuǎn)子和固定定子的400 Hz三相交流永磁發(fā)電機(jī)。從永磁發(fā)電機(jī)定子輸出的400 Hz三相交流電在數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的控制下進(jìn)行整流，它的直流輸出供給主勵(lì)磁機(jī)磁場線圈。另有一臺(tái)具有200Hz三相交流旋轉(zhuǎn)電樞和靜態(tài)直流磁場的主勵(lì)磁機(jī)，它向旋轉(zhuǎn)整流器（二極管整流橋）供電。從主勵(lì)磁機(jī)電樞線圈輸出的200Hz三相交流電供給旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行整流。從旋轉(zhuǎn)整流器輸出的直流電，通過勵(lì)磁機(jī)引線和汽輪發(fā)電機(jī)軸中心的膛孔以及轉(zhuǎn)子聯(lián)軸節(jié)處的外部接線，被送到汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，由此提供勵(lì)磁電流，并使汽輪發(fā)電機(jī)輸出要求的兆伏安。勵(lì)磁開關(guān)（41E）是一個(gè)空氣滅弧斷路器，其控制電源是1

9、10VDC，它有一個(gè)合閘線圈，兩個(gè)跳閘線圈，勵(lì)磁開關(guān)與滅磁開關(guān)連鎖動(dòng)作。（2）數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）是一個(gè)基于微機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，有四個(gè)控制柜。它供給并控制主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，從而控制主發(fā)電機(jī)端電壓。其基本工作原理是數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器通過控制主勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞的輸出，來控制發(fā)電機(jī)出口端電壓，它取電壓參考值（操縱員通過電壓設(shè)定器給定）和發(fā)電機(jī)電壓（電壓互感器測量并傳送到AVR）二者之間的誤差來調(diào)整所需的可控硅整流橋?qū)ń?，以改變可控硅整流橋供給主勵(lì)磁機(jī)固定繞組的電流，來控制主勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)電樞輸出電流的大小，從而控制了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電流的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電

10、壓的目的。數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的覆蓋范圍，包括從電壓互感器二次側(cè)電壓的探測到給可控硅整流器（供電單元）輸出控制用的導(dǎo)通脈沖的產(chǎn)生。它有兩個(gè)系列，每個(gè)系列都能完全控制端電壓。每個(gè)系列包括同步變壓器，CPU，觸發(fā)單元和可控硅單元等；兩個(gè)系列的共用部分有輔助電流互感器，輔助電壓互感器及400 Hz調(diào)試電源等。另外，還有發(fā)電機(jī)磁場接地監(jiān)測，主勵(lì)磁機(jī)磁場接地監(jiān)測。（3）發(fā)電機(jī)磁場接地探測有兩個(gè)輔助滑環(huán)，一個(gè)接在勵(lì)磁機(jī)軸上，另一個(gè)接在勵(lì)磁機(jī)交流側(cè)中心點(diǎn)上。有兩個(gè)回路：由110V直流供電的探測流過滑環(huán)電流的探測回路和由三個(gè)計(jì)時(shí)器（64T、64T1、64T2）組成的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)刷子并改變其極性的自動(dòng)探測回路。64

11、T每24小時(shí)一個(gè)循環(huán)，每6小時(shí)開啟一次，每次開啟時(shí)間15分鐘。64T首先被激勵(lì)，滑環(huán)開始工作，兩滑環(huán)之間感應(yīng)出電壓，測量開始，同時(shí)探測回路接通，繼電器64E1根據(jù)探測到的電流自動(dòng)動(dòng)作；15s后64T2持續(xù)激勵(lì)15s，改變滑環(huán)的極性；再15s后64T1被激勵(lì)，自動(dòng)測量結(jié)束。（4）勵(lì)磁機(jī)磁場接地探測探測回路與主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁線圈并聯(lián)連接，主要部件是D-5型直流動(dòng)圈式線圈繼電器（D-5）,另外還有非線性電阻（VR），線性電阻（R1、R2），輔助繼電器（TA,發(fā)出報(bào)警信號(hào)）和兩個(gè)指示接觸開關(guān)（ICS-1、ICS-2）。接地故障時(shí)，勵(lì)磁線圈與探測回路形成一個(gè)不平衡橋式回路，D-5根據(jù)流過的電流，判斷接地點(diǎn)

12、的極性，使相應(yīng)的ICS-1或ICS-2動(dòng)作，并給出極性顯示。同時(shí)TA動(dòng)作，發(fā)出報(bào)警，TA的輔助觸點(diǎn)斷開流過D-5的電流。VR的作用是消除了橋式電路的死區(qū)。三、 系統(tǒng)運(yùn)行1、 數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)GEX正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁開關(guān)閉合，滅磁開關(guān)斷開，勵(lì)磁回路接通，滅磁回路斷開，數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的一個(gè)系列處于工作狀態(tài)，另一個(gè)系列處于備用狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)端電壓，并對(duì)發(fā)電機(jī)和主勵(lì)磁機(jī)的磁場進(jìn)行接地監(jiān)測。工作系列出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換至備用系列。雙CPU均故障時(shí)可啟動(dòng)后備手動(dòng)運(yùn)行：通過使設(shè)定值增加/減少的外部命令來改變設(shè)定值。數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器故障不會(huì)自動(dòng)投入工頻手動(dòng)勵(lì)磁。數(shù)字式

13、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的輔助電壓互感器和輔助電流互感器將發(fā)電機(jī)的電壓互感器和電流互感器信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙籄VR接受的信號(hào)水平（10V），提供給AVR的每個(gè)系列；同步變壓器產(chǎn)生同步信號(hào)，使導(dǎo)通脈沖與主回路電源同步；數(shù)字控制由AVR的核心，CPU/觸發(fā)單元，來實(shí)現(xiàn)；有風(fēng)扇冷卻的可控硅整流器向無刷勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁線圈提供直流電，通過觸發(fā)單元發(fā)出的導(dǎo)通脈沖信號(hào)對(duì)永磁機(jī)的輸出電流實(shí)行控制和整流；AVR有兩種運(yùn)行模式，用AVR開關(guān)（類似于模擬式AVR中的“AVR自動(dòng)/手動(dòng)”開關(guān)）選擇。在“恒壓”模式，AVR控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓在電壓設(shè)定器設(shè)定的水平，一般在此模式下運(yùn)行，電壓設(shè)定范圍為空載時(shí)10%110%，帶載時(shí)95%105

14、%。在“恒定勵(lì)磁”模式，AVR根據(jù)電壓設(shè)定器的要求產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁磁場，試驗(yàn)時(shí)在此模式下運(yùn)行，或當(dāng)電壓互感器熔絲熔斷或模擬卡2系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)從恒壓模式切換至此模式。操縱員通過電壓設(shè)定器開關(guān)增加/降低“恒壓”模式或“恒定勵(lì)磁”模式時(shí)的設(shè)定值。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器開關(guān)使電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）投入，根據(jù)探測到的功率波動(dòng)改變勵(lì)磁電流，迅速將功率波動(dòng)穩(wěn)定下來，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；低壓時(shí)（0.3額定電壓），發(fā)電機(jī)電壓的增加/降低（超過10%）暫時(shí)閉鎖PSS。最小勵(lì)磁限制器（MEL）調(diào)整勵(lì)磁電流，防止發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行超過穩(wěn)定性限制。過勵(lì)磁限制器（OEL）限制勵(lì)磁電流不超過105%額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流值，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在勵(lì)磁線圈能承受的范圍內(nèi)，防止遲相運(yùn)行超過限值。兩種可供選擇的額外功能：（1） V/F限制器（VFL）限制電壓與頻率的比值不大于某定值，防止發(fā)電機(jī)、主變等的過激磁；（2） 線路壓降的補(bǔ)償可補(bǔ)償主變高壓側(cè)由于感性電流的滯后性而引起的電壓降。2、發(fā)電機(jī)磁場接地探測正常運(yùn)行時(shí)，由三個(gè)計(jì)時(shí)器控制運(yùn)行時(shí)間，每24小時(shí)一個(gè)循環(huán)，每6小時(shí)啟動(dòng)一次，每次啟動(dòng)15分鐘，正、負(fù)極各測量15秒。有兩個(gè)選擇開關(guān)：43-64-1：正常運(yùn)行時(shí)打到“AUTO”位置，探測回路由自動(dòng)測量回路控制有規(guī)律地運(yùn)行。打到“measurement(+)”或“measurement（-）”位置時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)探測回路。43-64-2：正常運(yùn)