發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理_圖文

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)原理水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)1 水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式同步發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為電能,在轉(zhuǎn)換中需要有一個(gè)直流磁場。而產(chǎn)生這個(gè)磁場的直流電流稱為勵(lì)磁電流。勵(lì)磁方式是指發(fā)電機(jī)獲得勵(lì)磁電流的方式:從其它電源獲得勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)稱為他勵(lì)發(fā)電機(jī);從發(fā)電機(jī)本身獲得勵(lì)磁電流的發(fā)電機(jī)稱為自勵(lì)發(fā)電機(jī)。 2由交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式這種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)(GS采用交流勵(lì)磁機(jī)(G1提供勵(lì)磁電流。G1與GS同軸,它輸出的交流電流經(jīng)整流后供GS勵(lì)磁,因此屬于他勵(lì)方式。若G1的勵(lì)磁電流由自身提供,則G1為自勵(lì)方式;若G1的勵(lì)磁電流由另外一臺(tái)勵(lì)磁機(jī)(稱為交流副勵(lì)磁機(jī)G2提供,則G1為他勵(lì)方式。而G2可以是具

2、有自動(dòng)恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī),并且G2輸出的交流電流經(jīng)整流后供G1勵(lì)磁。交流副勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)他勵(lì)永磁機(jī)勵(lì)磁他勵(lì)勵(lì)磁 優(yōu)點(diǎn):設(shè)備少、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便;缺點(diǎn):在發(fā)電機(jī)或系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),由于電壓的大幅下降或消失,導(dǎo)致勵(lì)磁電流的下降或消失,而此時(shí)本應(yīng)大大增加勵(lì)磁(即強(qiáng)行勵(lì)磁來維持電壓的?？紤]到現(xiàn)代大型電網(wǎng)多采用封閉母線,且高壓電網(wǎng)一般都裝有快速保護(hù),認(rèn)為有足夠的可靠性,故采用自并勵(lì)的機(jī)組較多。自復(fù)勵(lì)方式為了克服自并勵(lì)方式在發(fā)生短路時(shí)不能提供較大的勵(lì)磁缺點(diǎn),發(fā)電機(jī)還可采用自復(fù)勵(lì)方式。與自并勵(lì)方式相比,自復(fù)勵(lì)方式除設(shè)有整流變壓器外,還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的大功率電流互感器(亦稱串聯(lián)

3、變壓器。其原理是,當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)電壓降低,但電流卻巨增,則串聯(lián)變壓器的作用是將該電流轉(zhuǎn)換成為勵(lì)磁電流。因此,這種勵(lì)磁方式具有兩種勵(lì)磁電流,即整流變和勵(lì)磁變的勵(lì)磁電流。 2 水輪發(fā)電機(jī)的有關(guān)特性和調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的方法由于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和無功功率的要求,水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流在運(yùn)行中需要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了說明調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的必要性和實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的任務(wù),先作如下討論:1水輪發(fā)電機(jī)的有關(guān)特性調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流是為了實(shí)現(xiàn)電壓和無功功率的調(diào)節(jié): 發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定后,若不及時(shí)減小導(dǎo)葉開度,則轉(zhuǎn)速將升至很高,可使發(fā)電機(jī)遭到破壞。同時(shí),由于f G與f sys不同,發(fā)電機(jī)的定子中將出現(xiàn)很大電流,同樣會(huì)導(dǎo)致

4、發(fā)電機(jī)破壞。此外,并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定,還會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重事故。反之,若在b點(diǎn)運(yùn)行時(shí),擾動(dòng)使角減小,則發(fā)電機(jī)輸出功率增大,出現(xiàn)負(fù)的剩余功率。此時(shí),機(jī)組將減速,繼續(xù)減小,一直到a點(diǎn)。經(jīng)過一系列振蕩后達(dá)到新的平衡狀態(tài)而穩(wěn)定下來。由于發(fā)電機(jī)時(shí)刻在小的擾動(dòng)下運(yùn)行,因此發(fā)電機(jī)不可能在b點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。若發(fā)電機(jī)工作在a點(diǎn)(功角為1,則微小擾動(dòng)使增加時(shí),發(fā)電機(jī)的輸出功率將增大,而出現(xiàn)負(fù)的剩余功率。這樣,機(jī)組將減速,使角減小,最后仍回到a點(diǎn)運(yùn)行;若擾動(dòng)使1減少,則情況相反,但最后也仍回復(fù)到a點(diǎn)運(yùn)行。由上述分析可知,在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和導(dǎo)葉開度不變的條件下,雖然功角特性上有兩個(gè)對應(yīng)于輸入功率Pn的運(yùn)行點(diǎn),但只

5、有其中的a點(diǎn)dP/d0是可以穩(wěn)定運(yùn)行的。 B暫態(tài)穩(wěn)定問題和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題除靜態(tài)穩(wěn)定性之外,電力系統(tǒng)和水電站在運(yùn)行過程中還可能受到較大而又突然發(fā)生的沖擊或擾動(dòng)(如發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線的投入或切除,以及發(fā)生短路或斷線故障等。此時(shí),系統(tǒng)的功率、電流和電壓將突然發(fā)生大幅度的變化,由于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)存在慣性,不能立即改變輸入水輪機(jī)的功率,故在機(jī)組大軸上將出現(xiàn)不平衡力矩,從而使機(jī)組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,結(jié)果功角也發(fā)生變化,變化后,又要相應(yīng)地引起功率、電流和電壓的變化。在這種情況下,一個(gè)保持靜態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)可能遭到破壞。綜合考慮這些變化過程,屬于暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的范圍。暫態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)遭受短時(shí)間大擾動(dòng)后,在第一個(gè)搖

6、擺周期內(nèi),各同步發(fā)電機(jī)保持同步而不失步,并過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的能力。在暫態(tài)穩(wěn)定分析時(shí),認(rèn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和大軸上的輸入力矩為定值。通常對于短路、故障切除、重合閘等,由于機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化不大,只考慮功角的變化,屬于暫態(tài)穩(wěn)定問題。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是指系統(tǒng)受到某些大擾動(dòng)后,在較長期過程中保持和恢復(fù)發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行,由衰減的同步振蕩,過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的能力。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析必須考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)電勢Ed的變化,有時(shí)還應(yīng)考慮負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性和發(fā)電機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩的影響。通常對于大型機(jī)組的啟動(dòng)與制動(dòng)、同步發(fā)電機(jī)的異步運(yùn)行、再同步及非同期合閘等較大而突然發(fā)生的沖擊和擾動(dòng)的分析采用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí),快速增大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流

7、,將對暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定產(chǎn)生有利的影響。 3 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的任務(wù)及其要求1自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置(AVR的任務(wù)維持發(fā)電機(jī)端電壓水平并且合理分配各機(jī)組的無功負(fù)荷;提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和輸電線路的傳輸能力;提高帶時(shí)限動(dòng)作繼電保護(hù)的靈敏度;加速短路后的電壓恢復(fù)過程和改善異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件;改善自同期或發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行時(shí)電力系統(tǒng)的工作條件;防止水輪發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)電壓過度升高。2對自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置(AVR的要求工作可靠AVR裝置本身發(fā)生故障,可能迫使機(jī)組停機(jī),甚至可能對電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。有足夠的輸出容量AVR的容量既要滿足正常運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)的要求,又要滿足發(fā)生短路故障時(shí)強(qiáng)勵(lì)的要求。動(dòng)作迅速采用快速動(dòng)作

8、的AVR對改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高輸送能力具有重要意義。無失靈區(qū)沒有失靈區(qū)的AVR有助于提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。4 強(qiáng)行勵(lì)磁、強(qiáng)行減磁和自動(dòng)滅磁1強(qiáng)行勵(lì)磁發(fā)生短路時(shí),電力系統(tǒng)和水電站的電壓可能大幅度降低。此時(shí),為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和加快切除故障后的電壓恢復(fù),應(yīng)使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流迅速加大到頂值,既實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁。一般而言,具有直流勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī),若調(diào)節(jié)裝置本身的強(qiáng)勵(lì)作用不夠,即需加裝專門的強(qiáng)行勵(lì)磁裝置;采用可控硅整流的他勵(lì)和自勵(lì)發(fā)電機(jī),通常可不再設(shè)專門的強(qiáng)行勵(lì)磁裝置。 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)是指強(qiáng)勵(lì)時(shí)實(shí)際可達(dá)的最高勵(lì)磁電壓Uex.max與額定電壓Uex.n的比值:Kq=Uex.max/Uex.n。Kq值越大越好,采用直流勵(lì)磁機(jī)的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)一般約為1.82.0。強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)與勵(lì)磁機(jī)的飽和程度和勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路的電阻等因數(shù)有關(guān)。采用可控硅勵(lì)磁的發(fā)電機(jī),其強(qiáng)勵(lì)磁倍數(shù)與他勵(lì)方式的直流或交流勵(lì)磁相比,可提高4倍。 3自動(dòng)滅磁發(fā)電機(jī)內(nèi)部或其出口短路時(shí),除了斷開發(fā)電機(jī)出口斷路器外,還必須迅速切斷發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流,以使轉(zhuǎn)子磁場消失,短路電流不復(fù)存在。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子具有很大電感,在切斷電流時(shí),如何在很短的時(shí)間內(nèi)使轉(zhuǎn)子磁場中儲(chǔ)存的大量能量迅速消釋,而不至產(chǎn)生危及轉(zhuǎn)子絕緣的過電壓是一個(gè)重要問題。采用直流勵(lì)磁機(jī)的自動(dòng)滅磁裝置的原理如圖所示。為了切斷轉(zhuǎn)子電流,在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路設(shè)置了滅磁開關(guān)Km。Km具有動(dòng)合接點(diǎn)Km1和