勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則

1、NEPDI東北電力設(shè)計(jì)院技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Q/DB 1-10-20 發(fā)布交流同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則2007-10-30 實(shí)施中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院發(fā)布Q/DB 1-D011-2007目次前言 III1 范圍 12 規(guī)范性文件 13 總則 24 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用和性能要求 24.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用 24.2 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有的性能 35 同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁種類和對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求 35.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的分類 35.2 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求 36 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)電流、電壓采集的基本要求 56.1 對(duì)電流互感器的要求 56.2 對(duì)電壓互感

2、器的要求 57 目前大中型汽輪發(fā)電機(jī)的常用勵(lì)磁方式 57.1 三機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn) 57.2 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn) 77.3 國(guó)內(nèi)大中型汽輪發(fā)電機(jī)的常用勵(lì)磁方式的應(yīng)用情況 98 自并勵(lì)方式的優(yōu)勢(shì) 98.1 勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性增強(qiáng) 98.2 電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定水平提高 99 大中型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì) 109.1 自并勵(lì)系統(tǒng)的應(yīng)用條件 109.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的選擇 109.3 發(fā)電機(jī)起勵(lì)問題 119.4 可控硅勵(lì)磁功率柜的選擇 119.5 滅磁及過壓保護(hù)裝置的配置 129.6 勵(lì)磁變壓器及勵(lì)磁回路繼電保護(hù) 129.7 勵(lì)磁變壓器和整流裝置的一些要求 149.8 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)

3、有關(guān)設(shè)施和措施 149.9 有關(guān)的技術(shù)條件和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 159.10 勵(lì)磁變壓器及相關(guān)設(shè)備配置選擇原則 169.11 勵(lì)磁變壓器的計(jì)算及選擇實(shí)例 1910 結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 23附錄 A 汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書 243前言勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，它的技術(shù)性能及運(yùn)行的可靠性，對(duì)供電質(zhì)量、繼電保護(hù)可靠動(dòng)作和發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行都有重大的影響，為規(guī)范設(shè)計(jì)程序、 提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)成品質(zhì)量，特制定本標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù) Q/DB-2-A001-2006 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制導(dǎo)則的有關(guān)規(guī)定編制。隨著技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)手段的進(jìn)步，本標(biāo)準(zhǔn)將不斷充實(shí)和完善。本導(dǎo)則由東北電力設(shè)計(jì)院電氣室提出。本

4、導(dǎo)則由東北電力設(shè)計(jì)院質(zhì)量技術(shù)部歸口。本導(dǎo)則由東北電力設(shè)計(jì)院電氣室負(fù)責(zé)解釋。本導(dǎo)則主要起草及校審人員如下：批準(zhǔn)：安力群審核：聶君校核：李巖山編制：孫建平Q/DB 1-D011-2007交流同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則1 范圍本導(dǎo)則針對(duì)大中型火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用和性能、常用勵(lì)磁方式、勵(lì)磁設(shè)備選型、設(shè)計(jì)原則、接口范圍等等進(jìn)行了論述。并介紹了設(shè)計(jì)的方法和技巧，使設(shè)計(jì)者能較快的完成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的計(jì)算和設(shè)計(jì)工作。本導(dǎo)則適用于容量為300MW600WM 火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)變壓器組二次接線圖設(shè)計(jì)，對(duì)于小于300MW 機(jī)組或大于600WM 機(jī)組的工程，可參照使用。本導(dǎo)則適用于新建或擴(kuò)建電廠的設(shè)計(jì)，改

5、造工程的設(shè)計(jì)，也可參照使用。2 規(guī)范性文件火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定透平同步電機(jī)技術(shù)要求大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)變壓器類產(chǎn)品型號(hào)編制方法(J B T3837)電力變壓器(GBl094(idt IEC76) 干式電力變壓器(GB6450(idt IEC726) 變流變壓器(GB Tl8494 1(idt IEC61378 1)電力變流變壓器(JB T8636)半導(dǎo)體變流器基本要求的規(guī)定(GB T 3859 1-93)半導(dǎo)體變流應(yīng)用導(dǎo)則(GB T 3859 2-93)半導(dǎo)體變流器變壓器和電抗器(6B3859 3-93)電力工程直流系

6、統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程發(fā)電廠、變電所電纜選擇與敷設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)程電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程電測(cè)量?jī)x表裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程火力發(fā)電廠電力網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣二次部分3 總則為確?；鹆Πl(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)針對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)的安全可靠、快速反應(yīng)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)必須保證技術(shù)先進(jìn)成熟、經(jīng)濟(jì)合理、符合電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)的特殊要求，并不斷總結(jié)設(shè)計(jì)運(yùn)行和制造上的經(jīng)驗(yàn)，積極慎重的采用和推廣經(jīng)過鑒定的新產(chǎn)品和新技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件允許的情況下可采用進(jìn)口設(shè)備。4 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用和性能要求目前在電力能源領(lǐng)域的主導(dǎo)發(fā)電設(shè)備是交流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)根據(jù)激磁方式和運(yùn)行特性可分為兩類，

7、即同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）。異步發(fā)電機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率較高、制造容易、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但它需要從電網(wǎng)汲取滯后的無功電流作為勵(lì)磁源，致使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。基于這個(gè)缺點(diǎn)，它不可能成為電網(wǎng)的主力發(fā)電機(jī)組。因此，異步發(fā)電機(jī)只能應(yīng)用于小容量的以風(fēng)力或潮汐為驅(qū)動(dòng)源的發(fā)電設(shè)備?，F(xiàn)在，全世界的發(fā)電量幾乎全部是由同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的，同步發(fā)電機(jī)的最大特點(diǎn)就是需要一個(gè)外部穩(wěn)定的直流電源為其勵(lì)磁，這就是本導(dǎo)則論述的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。所謂勵(lì)磁系統(tǒng)是指同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的供電電源，它包括（產(chǎn)生勵(lì)磁電壓）主回路的有關(guān)設(shè)備，自動(dòng)/手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，強(qiáng)行勵(lì)磁，強(qiáng)行減磁和磁場(chǎng)開關(guān)、過電壓保護(hù)裝置等。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁

8、方式種類較多，應(yīng)該說是同步發(fā)電機(jī)工藝技術(shù)水平發(fā)展過程中的一個(gè)重要課題，不同的勵(lì)磁方式直接影響到發(fā)電機(jī)的各方面的性能優(yōu)劣、運(yùn)行可靠性和電力生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。4.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有如下主要作用：4.1.1 在正常運(yùn)行條件下，供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，并根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載情況作出相應(yīng)的調(diào)整，以維持發(fā)電機(jī)機(jī)電壓或電網(wǎng)某點(diǎn)電壓為一定水平。4.1.2 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障或其他原因使電壓嚴(yán)重下降時(shí)，能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁，來提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。4.1.3 當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能夠強(qiáng)行減磁，以限制發(fā)電機(jī)端電壓的過度增高。4.1.4 當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部短路故障時(shí)，能

9、夠進(jìn)行滅磁以減少發(fā)電機(jī)損壞程度。4.1.5 能夠使得并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的無功功率得到合理分配。4.2 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有的性能根據(jù)上述同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)提出以下要求：4.2.1 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能保證提供發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期工作條件下各種運(yùn)行工況所需的勵(lì)磁電流，并保證一定裕度。4.2.2 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足所要求的頂值電壓和勵(lì)磁增長(zhǎng)速度。4.2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有快速減磁和滅磁的性能。4.2.4 對(duì)兩臺(tái)及以上并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有成組調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無功功率的可能 性。4.2.5 勵(lì)磁裝置不應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓波形產(chǎn)生有害影響。4.2.6 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具有一定的溫度補(bǔ)償能力，以減少發(fā)電機(jī)冷熱態(tài)的電

10、壓偏差。一般情況下，還要求勵(lì)磁系統(tǒng)反應(yīng)快速，運(yùn)行可靠，接線和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修調(diào) 整方便，電能損耗小，設(shè)備成本低和體積小等。5同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁種類和對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求5.1 勵(lì)磁系統(tǒng)的分類5.1.1 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)分他勵(lì)和并勵(lì)兩種方式。5.1.2 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)分交流勵(lì)磁機(jī)-靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)-靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì) 磁機(jī)-旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)三種方式。5.1.3 靜止勵(lì)磁系統(tǒng)分電壓源-可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)、復(fù)勵(lì)-可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng)兩種方式。復(fù)勵(lì)方式又可 分為交流側(cè)串聯(lián)復(fù)勵(lì)、交流側(cè)并聯(lián)復(fù)勵(lì)、直流側(cè)串聯(lián)復(fù)勵(lì)、直流側(cè)并聯(lián)復(fù)勵(lì)四種方式。5.2 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求勵(lì)磁系統(tǒng)主

11、要包括勵(lì)磁電源裝置（如直流勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器及整流裝 置等）、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置、手動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置、自動(dòng)滅磁裝置、勵(lì)磁繞組過電壓裝置及 上述裝置的控制、信號(hào)、測(cè)量等。發(fā)電機(jī)的招標(biāo)訂貨工作一般在發(fā)電廠可行性研究和初步設(shè)計(jì)兩個(gè)階段之間完成，在發(fā) 電機(jī)訂貨之后，它的勵(lì)磁方式、勵(lì)磁接線就已經(jīng)確定，因此在施工圖設(shè)計(jì)階段，主要工作 是遵循發(fā)電機(jī)廠制造廠提供的勵(lì)磁系統(tǒng)資料做好該系統(tǒng)與控制、信號(hào)、測(cè)量、保護(hù)等接口設(shè)計(jì)工作。5.2.1 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求5.2.1.1 當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和電壓不超過其額定值的1.1 倍時(shí)， 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證連續(xù)運(yùn)行。5.2.1.2 磁系統(tǒng)的頂值電壓倍數(shù)、頂值電流倍數(shù)、允許強(qiáng)

12、勵(lì)時(shí)間、電壓響應(yīng)比不應(yīng)低于規(guī)定值。5.2.1.3 當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不超過其額定值的1.1 倍時(shí)， 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組兩端所加的整流電壓最大瞬時(shí)值不應(yīng)大于規(guī)定的勵(lì)磁繞組出廠試驗(yàn)電壓幅值的30% 。5.2.1.4 滅磁開關(guān)及其與勵(lì)磁繞組之間的電氣組件，當(dāng)發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓為500V 及以下時(shí)，其出廠實(shí)驗(yàn)電壓為10 倍額定勵(lì)磁電壓，最低不小于1500V ；當(dāng)發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓大于500V時(shí)，其出廠實(shí)驗(yàn)電壓為2倍額定勵(lì)磁電壓再加上4000V。其余與勵(lì)磁繞組連接的電氣組件，當(dāng)發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓為350V 及以下時(shí)，其出廠實(shí)驗(yàn)電壓為10 倍額定勵(lì)磁電壓，最低不小于1500V ；當(dāng)發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓大于350V

13、 時(shí)，其出廠實(shí)驗(yàn)電壓為2倍額定勵(lì)磁電壓再加上2800V。5.2.1.5 安裝工地現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收電壓為出廠實(shí)驗(yàn)電壓的75%； 允許反復(fù)實(shí)驗(yàn)電壓及維修后的實(shí)驗(yàn)電壓為出廠實(shí)驗(yàn)電壓的65% 。5.2.2 對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的要求5.2.2.1 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)空載電壓整定范圍為額定值的70%110% 。5.2.2.2 手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)整范圍為空載勵(lì)磁電流的20%至額定勵(lì)磁電流110% 。5.2.2.3 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置的給定電壓變化每秒不大于發(fā)電機(jī)額定電壓的1%，不小于發(fā)電機(jī)額定電壓的0.3%。5.2.2.4 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)差

14、率。對(duì)于電子型裝置要求為+-10%；對(duì)于電磁型裝置要求為+-5%。5.2.2.5 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)端電壓的靜差率。對(duì)于電子型裝置要求不大于1% ；對(duì)于電磁型裝置要求不大于3%。5.2.2.6 發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)在額定電壓工況下，突增階躍響應(yīng)+-10% 時(shí)，常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)超調(diào)量不應(yīng)大于階躍量的50% ；快速勵(lì)磁系統(tǒng)超調(diào)量不應(yīng)大于階躍量的30% 。5.2.2.7 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)突然零起升壓時(shí)電壓超調(diào)量不得超過額定值的 15% ，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于10S 。5.2.2.8 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下，頻率變化范圍在額定值的± 1% 時(shí)， 發(fā)電機(jī)端電壓

15、的變化率。對(duì)于電子型裝置要求不大于額定電壓± 0.25% ； 對(duì)于電磁型裝置要求不大于額定電壓± 2%。5.2.2.9 自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置應(yīng)裝設(shè)遠(yuǎn)距離給定及控制設(shè)備。對(duì)于電子型裝置還應(yīng)裝設(shè)過勵(lì)、 欠勵(lì)、 電壓回路斷線及過激磁等限制與保護(hù)裝置和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等必要的附加裝置。6 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)電流、電壓采集的基本要求交流同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)（ AVR） 必定要實(shí)時(shí)跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)的電流、電壓、 頻率、有功功率和無功功率等信息，這就要求必須能夠正確反映發(fā)電機(jī)電流、電壓、頻率的電流互感器和電壓互感器的接入。6.1 對(duì)電流互感器的要求6.1.1 AVR 宜采用誤差不低于0.5

16、 級(jí)的測(cè)量級(jí)電流互感器。6.1.2 復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁裝置的AVR 應(yīng)接于發(fā)電機(jī)出口電流互感器，不應(yīng)接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流互感器。其原因是為了防止發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)斷開時(shí)，由發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障引起的誤強(qiáng)勵(lì)。6.1.3 AVR 不宜與測(cè)量、保護(hù)等回路合用電流互感器；當(dāng)采用微機(jī)型獨(dú)立雙通道的AVR時(shí)，必須采用獨(dú)立的電流互感器接入各自通道。6.2 對(duì)電壓互感器的要求6.2.1 AVR 宜采用誤差不低于0.5 級(jí)的測(cè)量級(jí)電壓互感器。6.2.2 復(fù)勵(lì)式勵(lì)磁裝置的AVR 應(yīng)接于發(fā)電機(jī)出口電壓互感器，原因同3.1.2 的說明。6.2.3 AVR 不宜與測(cè)量、保護(hù)等回路合用電壓互感器的二次線圈；當(dāng)采用微機(jī)型獨(dú)立雙通道的 AVR

17、時(shí)，必須采用獨(dú)立的電壓互感器的二次線圈進(jìn)入各自通道。6.2.4 AVR 使用的電壓互感器的二次線圈，應(yīng)在就地接地，其二次回路不宜裝設(shè)熔斷器或自動(dòng)空氣開關(guān)等保護(hù)設(shè)備。其原因主要考慮是AVR 無論什么情況都不能失去電壓跟蹤。7 目前大中型汽輪發(fā)電機(jī)的常用勵(lì)磁方式因?yàn)槭軇?lì)磁容量的影響，目前大中型汽輪發(fā)電機(jī)基本上采用兩種勵(lì)磁方式：三機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)和自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。這兩種勵(lì)磁方式都是推薦使用的，由于它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體工程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇采用哪一種勵(lì)磁方式。勵(lì)磁方式對(duì)汽機(jī)房的空間布置影響非常大，因此在發(fā)電機(jī)的選型的同時(shí)，最好確定勵(lì)磁方式，為火力發(fā)電廠的初步設(shè)計(jì)階段的開展創(chuàng)造必要的條件。7.1 三機(jī)

18、旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)7.1.1 三機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理如下圖所示，G為發(fā)電機(jī)；EG為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī);FEG為輔助父流勵(lì)磁發(fā)電機(jī);KG為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元；FKG為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元；AVR為勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元； CT為發(fā)電機(jī)出口電流互感器；VT為發(fā)電機(jī)出口電壓互感器；N-S為永久磁鐵；MT為主 變壓器。不難看出，輔助交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) FEG是一個(gè)永磁機(jī)，為其勵(lì)磁的永久磁鐵是旋轉(zhuǎn)的， 它的電樞繞組是靜止的；而交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)EG正好相反，為其勵(lì)磁的磁場(chǎng)繞組是靜止的， 它的電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的；交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) EG電樞繞組發(fā)出的三相交流電經(jīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整 流單元KG整流后，直接送到發(fā)電機(jī) G磁場(chǎng)繞組上。由

19、于永久磁鐵、交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) EG 電樞繞組、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 KG、發(fā)電機(jī)G磁場(chǎng)繞組都在同一軸上旋轉(zhuǎn)，所以不需要 任何滑環(huán)和電刷等接觸部件，也就是實(shí)現(xiàn)了無刷勵(lì)磁。7.1.2 三機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)由于大中型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流比較大，需要的滑環(huán)和電刷數(shù)量也比較多，很容易產(chǎn)生 滑環(huán)過熱這一問題，同時(shí)需要對(duì)滑環(huán)和電刷進(jìn)行必要的維護(hù)和更換，采用無刷勵(lì)磁無疑使 這些問題迎刃而解，這也是無刷勵(lì)磁的最顯著優(yōu)點(diǎn)。但是三機(jī)旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁系統(tǒng)在布置上的缺點(diǎn)也是顯而易見的，由于輔助交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) FEG、交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)EG和發(fā)電機(jī)G處于同一軸線上，這無疑將加大汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的 大軸縱向長(zhǎng)度，使得汽機(jī)房面積和體積的增大，

20、必將造成建筑上投資的增加。在無刷勵(lì)磁系統(tǒng)中，由于和同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，那么對(duì) 這些元件（永久磁鐵、交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) EG電樞繞組、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 KG、發(fā)電機(jī) G磁場(chǎng)繞組）制造工藝上的要求必然會(huì)很高，制造成本也就水漲船高了；在運(yùn)行過程中， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流和電壓都不能直接測(cè)量；轉(zhuǎn)子繞組的絕緣、整流元件和短路保護(hù)設(shè)備也都不便監(jiān)視。還有很重要的一點(diǎn)，由于轉(zhuǎn)子供電回路是旋轉(zhuǎn)的，也就無法在外部命令的觸發(fā)下，利用開關(guān)設(shè)備直接進(jìn)行滅磁操作?；谶@一原因，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR,只能針對(duì)交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 FKG進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)、增磁、減磁和滅磁操

21、作。其調(diào)節(jié)過程是，由交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 FKG調(diào)控交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)EG,由交 流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)EG發(fā)出交流電流的大小決定發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 KG整流后的直流電流（即 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電流）的大小，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)AVR的響應(yīng)速度也必定是比較慢的。7.2 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)7.2.1 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理如下圖所示，G為發(fā)電機(jī)；ET為勵(lì)磁變壓器；SE為起勵(lì)電源投入裝置；KG為發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁整流單元；AVR勵(lì)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元；CT為發(fā)電機(jī)出口電流互感器；VT為發(fā)電 機(jī)出口電壓互感器； MT為主變壓器。其勵(lì)磁過程是這樣的，必須從外部給一個(gè)直流（或交流）起勵(lì)電源，由 AVR控制其 導(dǎo)通投

22、入（或整流導(dǎo)通投入），使發(fā)電機(jī)G磁場(chǎng)繞組上取得電源，在汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，發(fā) 電機(jī)G電樞繞組出口將發(fā)出交流電，電樞繞組發(fā)出的三相交流電經(jīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 KG整流后，直接送到發(fā)電機(jī) G磁場(chǎng)繞組上。從結(jié)構(gòu)上來講，除發(fā)電機(jī) G的磁場(chǎng)繞FL呼*仆以加DCj組（轉(zhuǎn)子繞組）是隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的以外，發(fā)電機(jī) G的其他所有勵(lì)磁設(shè)備都是靜止 的，因此必須需要滑環(huán)和電刷等接觸部件作為靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分的電路連接，是典型的 有刷勵(lì)磁。其勵(lì)磁過程是這樣的，必須從外部給一個(gè)直流（或交流）起勵(lì)電源，由 AVR控制其導(dǎo)通投入（或整流導(dǎo)通投入），使發(fā)電機(jī)G 磁場(chǎng)繞組上取得電源，在汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)電機(jī) G 電樞繞組出口將發(fā)出

23、交流電，電樞繞組發(fā)出的三相交流電經(jīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元KG 整流后，直接送到發(fā)電機(jī)G 磁場(chǎng)繞組上。從結(jié)構(gòu)上來講，除發(fā)電機(jī)G 的磁場(chǎng)繞組（轉(zhuǎn)子繞組）是隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的以外，發(fā)電機(jī)G 的其他所有勵(lì)磁設(shè)備都是靜止的，因此必須需要滑環(huán)和電刷等接觸部件作為靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分的電路連接，是典型的有刷勵(lì)磁。7.2.2 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)從 7.1 節(jié)的論述可知，大中型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流大、滑環(huán)和電刷數(shù)量多、容易產(chǎn)生過熱，以及滑環(huán)和電刷的維護(hù)和更換不便等等問題，無疑是自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的最主要缺點(diǎn)。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新型耐磨堅(jiān)固型材料的采用，以及制造結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，滑環(huán)和電刷的制造工藝水平的也在逐步提

24、高，使其過熱減少，維護(hù)和更換的周期變長(zhǎng)，使得自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加廣闊。由于自并勵(lì)靜止系統(tǒng)與三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相比，取消了主、副勵(lì)磁機(jī)，縮短了機(jī)組長(zhǎng)度，減少了大軸聯(lián)接環(huán)節(jié)，因而縮短了軸系長(zhǎng)度，提高了軸系穩(wěn)定性，再者除發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組（轉(zhuǎn)子繞組）是隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的以外，發(fā)電機(jī)的其他所有勵(lì)磁設(shè)備都是靜止的，也就決定了勵(lì)磁設(shè)備之間都可以通過電纜或封閉母線進(jìn)行連接，這就會(huì)使勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備布置起來非常靈活，有利于汽機(jī)房面積和體積的充分利用，縮短汽機(jī)房長(zhǎng)度，減少建筑上的工程量和材料量，節(jié)省機(jī)組投資。同三機(jī)無刷勵(lì)磁系統(tǒng)相反，由于和同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是靜止的，那么對(duì)這些元件（勵(lì)磁變壓器 E

25、T、起勵(lì)電源投入裝置SE、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元 KG、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元AVR）制造工藝上不必要求太高，制造成本也就會(huì)下降；在運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流和電壓都可直接測(cè)量；整流元件和短路保護(hù)設(shè)備也都可直接監(jiān)視。雖然發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是隨發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的，但是其供電回路是通過滑環(huán)和電刷等接觸部件與靜止的勵(lì)磁電源相聯(lián)系，因此可以利用開關(guān)設(shè)備直接進(jìn)行滅磁操作，這樣也就最大限度的保證機(jī)組在轉(zhuǎn)子回路在異常情況下的安全。基于同樣原因，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)AVR，可直接針發(fā)電機(jī)勵(lì)磁整流單元KG 進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)、增磁和減磁操作，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)AVR 的響應(yīng)速度也必定是比較迅速的。自并勵(lì)靜止勵(lì)磁

26、系統(tǒng)在性能上所具有的這種高勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度，易于實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)高起始響應(yīng)性能，對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行所帶來的益處是顯而易見的。這方面內(nèi)容將在以后的章節(jié)中詳細(xì)敘述。7.3 國(guó)內(nèi)大中型汽輪發(fā)電機(jī)的常用勵(lì)磁方式的應(yīng)用情況在 300MW 、 600MW 等級(jí)大中型汽輪發(fā)電機(jī)投入使用之初，由于滑環(huán)和電刷的制造工藝沒有很好的解決，當(dāng)時(shí)的大多數(shù)機(jī)組均采用三機(jī)勵(lì)磁方式。比如我院設(shè)計(jì)的鐵嶺發(fā)電廠新建工程（4X300MW）、哈爾濱第三發(fā)電廠二期工程（2X600MW）、丹東發(fā)電廠新建工程 （2>00MW）等等。近年來，隨著滑環(huán)和電刷的制造工藝水平的提高，幾乎所有的大中型汽輪發(fā)電機(jī)都采用自并勵(lì)

27、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，如我院本世紀(jì)初以來設(shè)計(jì)的遼寧發(fā)電廠技術(shù)改造工程（2>50MW ）、利港發(fā)電廠三期工程（4X600MW ）、通遼發(fā)電廠三期工程（1 X600MW ） 等等?；谧圆?lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)越性，一些舊有的三機(jī)勵(lì)磁機(jī)組進(jìn)行了改造或者正在醞釀改造，如我院上世紀(jì)九十年代設(shè)計(jì)的鐵嶺發(fā)電廠新建工程（4>00MW）、哈爾濱第三發(fā)電廠二期工程（2X600MW）、雙遼發(fā)電廠新建工程（2>00MW）等等。由于三機(jī)無刷勵(lì)磁主要的設(shè)計(jì)選型工作量是在發(fā)電機(jī)廠，設(shè)計(jì)院的工作主要是接受發(fā)電機(jī)廠資料，和院內(nèi)汽機(jī)房歸口專業(yè)協(xié)調(diào)配合。三機(jī)無刷勵(lì)磁的一些設(shè)計(jì)方法在電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣二次部分P376P

28、393 有詳細(xì)論述，本導(dǎo)則不再重復(fù)。因此自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的選型和計(jì)算將是本導(dǎo)則論述的重點(diǎn)。8 自并勵(lì)方式的優(yōu)勢(shì)8.1 勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)部分發(fā)生的事故在以往勵(lì)磁系統(tǒng)事故中占相當(dāng)大的一部分，但由于自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式取消了旋轉(zhuǎn)部件，大大減少了事故隱患，可靠性明顯優(yōu)于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，而且自并勵(lì)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用冗余結(jié)構(gòu)，故障元件可在線進(jìn)行更換，有效地減少停機(jī)概率。該勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行、維護(hù)的要求相對(duì)較低。8.2 電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定水平提高由于自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)速度快，電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性大大提高。自并勵(lì)方式保持發(fā) 電機(jī)端電壓不變，對(duì)單機(jī)無窮大系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限功率為：Pmax =VgVs/

29、Xe，（ 8.2-1 ）式中Vg-機(jī)端電壓；Vs-系統(tǒng)電壓；Ve-發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的等值電抗。而常規(guī)系統(tǒng)在故障過程中只能保持發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)Eq'不變，其極限功率為：Pmax' =E 0/（Xe+Xd',）（8.2-2）式中 Eq-發(fā)電機(jī)Q軸暫態(tài)電勢(shì)；Xd-發(fā)電機(jī)D軸暫態(tài)電抗。根據(jù)公式(5.2-1)和 (5.2-2)計(jì)算得出Pmax 大于 P max ，說明大大提高了靜態(tài)穩(wěn)定極限。對(duì)于可能引起的系統(tǒng)低頻震蕩，可采用先進(jìn)的控制規(guī)律或配置PSS 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器加以解決。發(fā)電機(jī)出口三相短路是自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)最不利的工況，此時(shí)機(jī)端電壓及整流電源電壓嚴(yán)重下降，即使故障切除時(shí)間很短，短

30、路期間勵(lì)磁電流衰減不大，但在故障切除后機(jī)端電壓的恢復(fù)需一定的時(shí)間，自并勵(lì)系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力有所下降。為解決這一問題，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中計(jì)算強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)時(shí)，整流電源電壓按發(fā)電機(jī)額定電壓值的80% 計(jì)算， 即機(jī)端電壓為額定時(shí)強(qiáng)勵(lì)能力提高25% ， 且目前大中型機(jī)組發(fā)電機(jī)出口均采用了封閉母線，發(fā)電機(jī)端三相短路可能性基本消除。因此，自并勵(lì)系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)高，電壓響應(yīng)速度快，再加上選擇先進(jìn)的控制規(guī)律，能夠有效地提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。9 大中型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)大中型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、選型、 調(diào)試、 運(yùn)行中需要注意以下問題，才能充分發(fā)揮其響應(yīng)快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，真正提高機(jī)組、電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平

31、。9.1 自并勵(lì)系統(tǒng)的應(yīng)用條件由于勵(lì)磁輸出受發(fā)電機(jī)端電壓的制約，在某些系統(tǒng)嚴(yán)重故障導(dǎo)致系統(tǒng)電壓波動(dòng)較大的情況時(shí)不宜采用。它的應(yīng)用通常取決于機(jī)組在系統(tǒng)中的地位、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分布等因素。電力系統(tǒng)有關(guān)研究表明：位于主網(wǎng)震蕩中心的發(fā)電機(jī)不宜采用該系統(tǒng)；位于負(fù)載中心或受端機(jī)組，因故障導(dǎo)致系統(tǒng)電壓恢復(fù)慢，影響強(qiáng)勵(lì)能力的發(fā)揮，導(dǎo)致功角振蕩加大或系統(tǒng)電壓過低導(dǎo)致電壓崩潰，亦不宜采用，所以應(yīng)考慮整個(gè)電網(wǎng)情況，大中型機(jī)組的勵(lì)磁方式不能單一化，需多種方式并存。設(shè)計(jì)規(guī)劃部門應(yīng)考慮電廠在系統(tǒng)中位置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性等因素，根據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果科學(xué)地設(shè)計(jì)、選擇發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式。9.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的選擇隨著計(jì)算機(jī)技

32、術(shù)的發(fā)展，勵(lì)磁控制已向數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與老式的模擬調(diào)節(jié)器相比，在功能、可靠性等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)時(shí)投運(yùn)的新機(jī)組及舊機(jī)組改造都已選用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，并已取得很好的效果和豐富的經(jīng)驗(yàn)。而且隨著勵(lì)磁控制規(guī)律中單變量向多變量、線性向非線性發(fā)展，使得勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠在改善機(jī)組、電網(wǎng)穩(wěn)定性方面起到更大的作用。國(guó)內(nèi)廠家在勵(lì)磁控制方面的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，其中南瑞集團(tuán)、清華大學(xué)、南自集團(tuán)和武漢洪山公司的勵(lì)磁控制產(chǎn)品是其中的佼佼者。9.3 發(fā)電機(jī)起勵(lì)問題9.3.1 在發(fā)電機(jī)電壓建立前（只有當(dāng)發(fā)電機(jī)組起動(dòng)后發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到一定數(shù)值， 相應(yīng)勵(lì)磁 電壓達(dá)到空載勵(lì)磁電壓的20%30%時(shí)，才能提供勵(lì)磁

33、電源）,勵(lì)磁變壓器不能提供勵(lì)磁 電源，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮起勵(lì)回路及相應(yīng)設(shè)備。通常方式是首先利用起勵(lì)電源對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁，待發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到或大于10%時(shí)通過切換裝置自動(dòng)退出起勵(lì)回路， 轉(zhuǎn)換 為勵(lì)磁變壓器提供勵(lì)磁電源，需要考慮設(shè)置起勵(lì)電源會(huì)相應(yīng)增加交流廠用電源或直流蓄電 池容量。9.3.2 發(fā)電機(jī)第一次啟動(dòng)及大修結(jié)束后，需要作發(fā)電機(jī)短路、空載試驗(yàn)，并且需對(duì)勵(lì)磁系 統(tǒng)做全面檢查，此時(shí)必須為自并勵(lì)系統(tǒng)提供一試驗(yàn)電源，通常做法是從380 V廠用電源直接拉電纜至可控硅整流橋以提供整流電源，亦可在發(fā)電機(jī)升壓變壓器中取抽頭至勵(lì)磁變壓 器高壓側(cè)以提供整流電源，但投資相對(duì)較大。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到將來試驗(yàn)時(shí)

34、采取何種 方案并做相應(yīng)準(zhǔn)備工作。9.3.3 起勵(lì)電源的選擇一般有兩種方案可供選擇：一是由機(jī)組直流系統(tǒng)220V蓄電池組引接，由蓄電直接供 給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組。但注意在蓄電池至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組間引線上加隔離二極管和限流電 阻，以保證直流系統(tǒng)安全；二是取自機(jī)組廠用交流380V/220V電源，起勵(lì)過程中由廠電源 經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組。不論采用那種方案，均需根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁參數(shù)確定所需起勵(lì)電源的容量，以選擇相應(yīng)的設(shè)備。一般由發(fā)電機(jī)制造廠根據(jù)用戶要求配套提供起勵(lì)設(shè)備，用戶應(yīng)根據(jù)起勵(lì)參數(shù)選擇 供電電源相關(guān)設(shè)備。9.4 可控硅勵(lì)磁功率柜的選擇9.4.1 勵(lì)磁功率整流橋的接線方式一般為全控或半控整流橋，較普遍采

35、用可控硅全控橋。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大容量、高參數(shù)的勵(lì)磁功率柜相繼問世，其特點(diǎn)是在單個(gè) 可控硅元件選擇上向大電流、高電壓方向發(fā)展以簡(jiǎn)化由過多的用、并聯(lián)元件組成的整流橋，據(jù)有關(guān)資料，單個(gè)可控硅元件的參數(shù)已達(dá) 2000 A/4000 V ,使得可控硅整流橋得以簡(jiǎn)化， 方便裝置檢修、運(yùn)行，同時(shí)使各支路均流、均壓?jiǎn)栴}相對(duì)易解決。9.4.2 可控硅勵(lì)磁功率柜中應(yīng)配置有交流過電壓保護(hù)裝置，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用風(fēng)冷、水冷等 不同的冷卻方式，并采取一定措施保證并聯(lián)整流柜均流系數(shù)達(dá)到要求。9.4.3 為滿足并聯(lián)功率柜投入和切除操作需要，可在可控硅整流橋支路的交流側(cè)及直流側(cè) 設(shè)置高絕緣水平刀閘或斷路器（空氣開關(guān)

36、多為500V以下的低壓電器，易發(fā)生開關(guān)、整流柜事故）；但有些制造廠考慮高絕緣水平刀閘或斷路器發(fā)熱和占整流柜空間比較大等不利因數(shù)，不加裝開關(guān)設(shè)備。9.4.4 現(xiàn)時(shí)較多的廠家產(chǎn)品中，功率柜數(shù)量多少不等，有些廠家每個(gè)功率柜只安放一可控硅整流橋，功率柜數(shù)即是并聯(lián)支路數(shù)；但在水電站或火電廠汽機(jī)房空間緊張的情況，有時(shí)將兩個(gè)甚至三個(gè)可控硅橋支路安裝在同一功率柜中，使得在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)功率柜中一支路發(fā)生故障需退出并檢修時(shí)，因該柜其他支路、元件仍處于運(yùn)行狀態(tài)，且位于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路，運(yùn)行、 檢修人員較難進(jìn)行有關(guān)檢修工作。只能將該故障支路所在的功率柜退出，一定程度上影響了機(jī)組運(yùn)行。如果現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件允許，應(yīng)盡量讓

37、每個(gè)功率柜只安放一可控硅整流橋，方便功率柜的投入、切除操作，以利運(yùn)行、檢修。9.5 滅磁及過壓保護(hù)裝置的配置通常在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路設(shè)置滅磁開關(guān)，配備相應(yīng)的線性或非線性滅磁電阻。轉(zhuǎn)子過壓保護(hù)裝置較多采用非線性電阻（壓敏電阻）來實(shí)現(xiàn)，這種方式較普遍采用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)滅磁及過壓保護(hù)裝置的配置有較多的形式及產(chǎn)品，并且均有一定的運(yùn)行記錄，應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況選用。9.6 勵(lì)磁變壓器及勵(lì)磁回路繼電保護(hù)9.6.1 勵(lì)磁回路的相關(guān)特點(diǎn)9.6.1.1 勵(lì)磁變高壓側(cè)不設(shè)置斷路器，因此，勵(lì)磁變應(yīng)視為發(fā)變組的一部分，勵(lì)磁變故障時(shí)發(fā)變組或勵(lì)磁變保護(hù)動(dòng)作時(shí)應(yīng)停機(jī)。9.6.1.2 勵(lì)磁變壓器容量相對(duì)發(fā)電機(jī)是很小的（1%左右），

38、 高壓側(cè)引線或低側(cè)勵(lì)磁柜中裝設(shè)發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)用大變比的電流互感器是不可能的。9.6.1.3 由于勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)短路電流很大，對(duì)電流互感器動(dòng)穩(wěn)定要求很高，目前制造廠所能提供的（勵(lì)磁變壓器用保護(hù)和測(cè)量的電流互感器，變比過?。o法滿足勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)短路動(dòng)穩(wěn)定的要求。上述幾點(diǎn)在考慮相關(guān)問題時(shí)必須給予重視。9.6.2 勵(lì)磁變壓器繼電保護(hù)9.6.2.1 勵(lì)磁變高壓側(cè)不設(shè)發(fā)電機(jī)組（或主變壓器、發(fā)變組）差動(dòng)用電流互感器，即實(shí)際上機(jī)組差動(dòng)為不完全差動(dòng)；而其定值為 0.10.3（發(fā)電機(jī)差動(dòng)）或0.20.5（主變或發(fā)變組差 動(dòng) ），勵(lì)磁變高壓側(cè)或內(nèi)部部分短路故障時(shí)，不平衡電流極大，通過提高保護(hù)的靈敏系數(shù)，使保護(hù)

39、正確動(dòng)作，從而啟動(dòng)停機(jī)和斷開故障；但對(duì)勵(lì)磁變低壓側(cè)短路，由于勵(lì)磁變?nèi)萘枯^小，短路阻抗也在7%8%,因而上述不完全差動(dòng)的不平衡電流較小而不足以啟動(dòng)這些保護(hù)， 因此必須考慮裝設(shè)勵(lì)磁變保護(hù)（如差動(dòng)或速斷）。 主要原因是，一般按勵(lì)磁變?nèi)萘繛?.2%的發(fā)電機(jī)容量，按上述一般情況下的數(shù)據(jù)，此不平衡電流不到發(fā)電機(jī)額定電流的15% ，即使對(duì)最靈敏的發(fā)電機(jī)差動(dòng)，靈敏系數(shù)也不能保證。9.6.2.2 關(guān)于勵(lì)磁變是否裝設(shè)本身的繼電保護(hù)裝置，由于上述電流互感器的穩(wěn)定問題，科研、設(shè)計(jì)和制造、調(diào)試、用戶等各方面存在不同看法，如：ABB 公司等歐洲國(guó)家或公司，不配置勵(lì)磁變本身的保護(hù)裝置，勵(lì)磁變高壓側(cè)不裝相應(yīng)的電流互感器。日本

40、、美國(guó)的一些公司則配置相應(yīng)設(shè)備。我國(guó)有關(guān)規(guī)定，如 DL T650 1998 大型汽車發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件要求按 GB 4285 93繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程配置相應(yīng)保護(hù)。裝設(shè)的理由一是勵(lì)磁變回路故障直接影響發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行；二是高壓側(cè)電流互感器由于動(dòng)穩(wěn)定不足損壞時(shí)可再更換。因此國(guó)內(nèi)一般按裝設(shè)相應(yīng)設(shè)備考慮。9.6.2.3 勵(lì)磁變壓器繼電保護(hù)配置對(duì)大容量機(jī)組，考慮勵(lì)磁變的特點(diǎn)及容量大于2000kVA,宜裝設(shè)下列保護(hù)：差動(dòng)保護(hù)。按躲過勵(lì)磁變低壓側(cè)外部短路故障整定，按勵(lì)磁變低壓側(cè)內(nèi)部二相短路校驗(yàn)靈敏系數(shù)；過電流保護(hù)?？杉孀霭l(fā)電機(jī)勵(lì)磁過負(fù)荷保護(hù)，其速斷段應(yīng)躲過強(qiáng)勵(lì)電流，過電流段宜與發(fā)電機(jī)

41、勵(lì)磁過負(fù)荷特性相配合，過負(fù)荷信號(hào)段可按躲過l 1 倍發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流整定（按國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路過負(fù)荷10可長(zhǎng)期運(yùn)行）。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意整流裝置交直流側(cè)電流變換所引起的非線性因素以及勵(lì)磁變高低壓側(cè)變比的影響因素。按照上述保護(hù)配置以及勵(lì)磁回路測(cè)量和勵(lì)磁調(diào)節(jié)的要求，勵(lì)磁變和勵(lì)磁交流回路電流回路的配置如下：勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)套管內(nèi)共三組CT：差動(dòng)保護(hù)用1 組： 5P30 級(jí)，過電流保護(hù)用l 組： 5P30 級(jí)，（當(dāng)保護(hù)按微機(jī)雙重化設(shè)置時(shí)，保護(hù)用電流互感器的數(shù)量應(yīng)為兩組，每組均含差動(dòng)和過電流保護(hù)）測(cè)量用（電度、電流）1 組： 0.5 級(jí)。勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)（勵(lì)磁柜中）共二組：差動(dòng)保護(hù)用l 組：5P30

42、 級(jí)（當(dāng)保護(hù)按微機(jī)雙重化設(shè)置時(shí)，為兩組）勵(lì)磁調(diào)節(jié)用1 組：0.5 級(jí)9.6.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路保護(hù)保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地故障和勵(lì)磁回路的過負(fù)荷保護(hù)，其主要功能和技術(shù)要求如下：9.6.3.1 轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)要滿足無勵(lì)磁狀態(tài)下測(cè)量要求，返回系數(shù)不大于1.3;9.6.3.2 轉(zhuǎn)子繞組不同地點(diǎn)發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，在同一整定值下，其動(dòng)作值誤差為：當(dāng)整定值為1 k Q- 5 k Q時(shí)允許誤差±0.5 k *當(dāng)整定值大于5 k Q時(shí)允許誤差+0%;最小整定范 圍為 1 k Q-20kQ;9.6.3.3 勵(lì)磁回路的保護(hù)應(yīng)設(shè)有定時(shí)限和反時(shí)限兩部分，以便和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組過熱特性近似匹配 ;9.6.

43、3.4 過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)具有可選的直流或交流測(cè)量功能;9.6.3.5 過負(fù)荷保護(hù)的返回系數(shù)不小于0.95；固有延時(shí)（1.2 倍整定值時(shí)）不大于70ms；電流整定值允許誤差± 2.5%； 反時(shí)限長(zhǎng)延時(shí)應(yīng)可整定到1000s； 反時(shí)限延時(shí)允許誤差± 5%。9.7 勵(lì)磁變壓器和整流裝置的一些要求9.7.1 由于勵(lì)磁變壓器的繞組間存在寄生電容，勵(lì)磁變壓器的電源投入或切除以及大氣過電壓均會(huì)在變壓器中產(chǎn)生過電壓，所以必須采取相應(yīng)措施來限制操作過電壓，目前的解決措施在一、二次繞組間加隔離屏蔽層，在二次繞組接入對(duì)地電容、安裝過電壓吸收裝置等。同時(shí)還需要考慮變壓器的阻抗、過載能力等因素。9.7.2

44、 由于變壓器負(fù)載為可控硅整流橋及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，直流側(cè)短路等效于勵(lì)磁變壓器二次繞組短路，對(duì)此故障保護(hù)方式有很多種，如采用快速熔斷器、快速過流檢測(cè)繼電器、在直流側(cè)串入扼流電抗等措施。9.7.3 勵(lì)磁變壓器側(cè)（交流）斷開設(shè)施：為便于檢修隔離，考慮并聯(lián)運(yùn)行的整流柜可單獨(dú)退出運(yùn)行，每個(gè)整流柜交流側(cè)宜設(shè)一斷開設(shè)備（如刀開關(guān)或空氣斷路器），此設(shè)備不必作為短路故障時(shí)切斷短路電流之用，即只作為負(fù)荷開關(guān)用。因勵(lì)磁回路繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)僅斷開發(fā)電機(jī)組主回路斷路器和滅磁開關(guān)；另外，可控硅元件過電流保護(hù)由整流柜設(shè)置在相應(yīng)整流支路串接的快速熔斷器承擔(dān)。9.8 發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)有關(guān)設(shè)施和措施發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)端三相短接，即失

45、去勵(lì)磁電源，因此，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮相應(yīng)措施，對(duì)相關(guān)設(shè)施進(jìn)行選擇，滿足發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)需要。9.8.1 勵(lì)磁電源引自廠用電（一般來自6kV）:即需將勵(lì)磁變高壓側(cè)自發(fā)電機(jī)回路拆開轉(zhuǎn)接至廠用電供電?？紤]此處對(duì)斷開設(shè)備（隔離開關(guān)、斷路器）要求很高 （如 600MW 機(jī)動(dòng)穩(wěn)定要求可達(dá) 500kA 水平），很難選擇可裝設(shè)的設(shè)備，故應(yīng)設(shè)置連接片作可拆接措施。9.8.2 6kV供電電纜的選擇：應(yīng)按發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)工況，發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)時(shí)。發(fā)電機(jī)定子電流最大為額定電流，可由發(fā)電機(jī)短路特性查得相應(yīng)勵(lì)磁電流，再考可控硅整流橋變換系數(shù)求得勵(lì)磁變次級(jí)(付邊)電流和電壓毫考慮勵(lì)磁變變比(高壓側(cè)為廠用電壓時(shí))即可再求得勵(lì)磁變高壓側(cè)電壓

46、和電流，電纜截面可據(jù)此選擇。工程設(shè)計(jì)時(shí)，可從電機(jī)制造廠索取上有關(guān)數(shù)據(jù)后，再選擇電纜。9.8.3 對(duì)勵(lì)磁變電壓分接頭的要求：有的工程根據(jù)勵(lì)磁參數(shù)及勵(lì)磁變額定變比的數(shù)據(jù)，由短路試驗(yàn)所需的勵(lì)磁變付邊電壓折算到高壓側(cè)電壓與6kV 相差較大，需在勵(lì)磁變低壓側(cè)設(shè)置電壓分接頭，以調(diào)整對(duì)應(yīng)的付邊電壓值，滿足發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)的需要。9.9 有關(guān)的技術(shù)條件和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為更好地應(yīng)用自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，原電力部于1998 年頒布了DL/T 650-1998 大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件；同時(shí)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)還必須滿足GB/T 7409-1997同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求。所有國(guó)產(chǎn)變壓器的型號(hào)命名上都應(yīng)符合變壓器

47、類產(chǎn)品型號(hào)編制方法(J B T3837)之規(guī)定。在目前一些設(shè)計(jì)文件和產(chǎn)品說明文件中，許多勵(lì)磁變壓被以ZS或Z甚至SCB等命名， 實(shí)際上都是不符合國(guó)家有關(guān)規(guī)定的，根據(jù) 變壓器類產(chǎn)品號(hào)編制方法(JB T3837) 6.3條的規(guī)定，勵(lì)磁用變壓器是有其專用的型號(hào)的，具型號(hào)應(yīng)為ZLS(三相式)或ZLD(單 相式)。勵(lì)磁變壓器、可控硅元件等還必須滿足有關(guān)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件。如：電力變壓器(GBl094(idt IEC76) ；干式電力變壓器(GB6450(idt IEC726) ；變流變壓器(GB Tl8494 1(idt IEC61378 1) ；電力變流變壓器(JB T8636) ；半導(dǎo)體變流器基本

48、要求的規(guī)定(GB T 3859 1-93)；半導(dǎo)體變流應(yīng)用導(dǎo)則(GB T 3859 2-93) ；半導(dǎo)體變流器變壓器和電抗器(6B3859 3-93)等等這些技術(shù)條件、標(biāo)準(zhǔn)為自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型、調(diào)試驗(yàn)收及運(yùn)行改造提供了 依據(jù)。9.10 勵(lì)磁變壓器及相關(guān)設(shè)備配置選擇原則勵(lì)磁變壓器的計(jì)算和選擇應(yīng)考慮以下幾方面：9.10.1 勵(lì)磁變壓器型式初期的勵(lì)磁變壓器多為油冷式或普通絕緣干式變壓器，隨著技術(shù)進(jìn)步和價(jià)格的變化，現(xiàn)在已逐漸使用環(huán)氧樹脂干式變壓器，一般采用空氣自然冷卻，不配外殼，戶內(nèi)使用，亦可根據(jù)實(shí)際情況加裝外殼，配置風(fēng)冷系統(tǒng)，同時(shí)需要設(shè)置溫控及溫顯系統(tǒng)，便于監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。9.10.

49、2 勵(lì)磁變壓器接線組別考慮發(fā)電機(jī)電壓回路為不接地或高阻接地系統(tǒng)，勵(lì)磁變高壓側(cè)（原邊）和低壓側(cè)（付邊）繞組接線只能在Y 或 二種中選擇。分析如下：9.10.2.1 不應(yīng)采用Y/Y 接線原邊勵(lì)磁電流為正弦波，鐵芯飽和時(shí)磁通中含三次諧波。對(duì)由 3 個(gè)單相變壓器組成的三相變壓器線，每相三次諧波分量可在各自獨(dú)立的鐵芯中成回路而使相電壓波形畸變，數(shù)值升高面危害絕緣。雖然由于繞組為Y 接線，可隔離線電流中的零序電流和三次諧波電流分量，線電壓波形為正弦波，波形較好，此類接線也不能采用；對(duì)三相三柱式變壓器，雖然鐵芯對(duì)三次諧波磁通無通路，避免上述問題，但由于三次諧波磁通只能通過磁阻較大的外殼等附件形成回路，引起發(fā)

50、熱，降低效率。特別對(duì)付邊供電的可控硅回路，電壓會(huì)有許多高次諧波，上述缺陷將更為嚴(yán)重。因此，不應(yīng)采用Y/Y 接線。9.10.2.2 推薦采用Y/接線采/或或Y/接線，由于繞組提供零序、三次諧波（或其倍數(shù)）分量通路，不反應(yīng)在線電流中，因此可避免上述問題，減少對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響。但在高壓側(cè)（發(fā)電機(jī)電壓側(cè)）采用接線是不經(jīng)濟(jì)的（相電壓等于線電壓）o因而多采用Y/接線以消除高次諧波的影響，并可改善可控硅整流橋電壓波形，同時(shí)也可得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。9.10.3 勵(lì)磁變壓器容量和電壓勵(lì)磁變壓器容量和電壓應(yīng)按強(qiáng)勵(lì)工況選擇。從計(jì)算式中可知，所選容量應(yīng)以大于額定工況和允許的持續(xù)過載10%工況的容量作為控制條件。9.1

51、0.3.1 勵(lì)磁變壓器副邊電壓：勵(lì)磁變壓器的副邊電壓主要應(yīng)滿足以下要求：滿足正常運(yùn)行工況的要求；滿足發(fā)電機(jī)端電壓在額定值時(shí)的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)要求并留有適當(dāng)?shù)脑６龋粍?lì)磁變壓器網(wǎng)側(cè)接廠用6kV 或 10kV 時(shí)應(yīng)滿足發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)要求。對(duì)于第 1 條， 在實(shí)際選擇計(jì)算時(shí)幾乎無一例外的忽略不計(jì)：因?yàn)樗皇强刂茥l件。實(shí)際成為控制條件的是第2 和第 3 條。 通常采用第2 條作為初算條件，然后用第3 條進(jìn)行校驗(yàn)。不同的勵(lì)磁設(shè)備供貨商在考慮線路壓降和整流器的換弧壓降時(shí)取的系數(shù)不同。在滿足上述要求的情況下，付邊電壓應(yīng)盡可能采用低值，以便在正常運(yùn)行時(shí)具有較大的導(dǎo)通角，使得控制較為容易、諧波較小，從而提高控制精度、降低

52、勵(lì)磁變壓器的發(fā)熱。一般勵(lì)磁變壓器的付邊額定電壓按下式計(jì)算：U2=Ku(Kc*Ufu+ U)/N u*Nfu(9.10-1)式中：U2-勵(lì)磁變壓器付邊線電壓Ku-裕度系數(shù)，取Ku=1.1 ，以考慮各類諧波的影響。Kc-強(qiáng)勵(lì)電壓倍數(shù)，按工程要求取值，一般取Kc =2Ufu-發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓 U-直流回路壓降，取 U=2VN u 一可控硅整流橋電壓變換系數(shù)，Nu=Ud/ U2Ud 為整流輸出直流電壓對(duì)三相全波橋式整流回路Nu=1.35cos(a),a 為可控硅控制角；強(qiáng)勵(lì)時(shí)應(yīng)aw。，以防止在自然換相點(diǎn)處提前觸發(fā)出現(xiàn)負(fù)電位，一般a角僅為幾度，實(shí)用計(jì)算近似取Nu=1.35Nfu-確定強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)時(shí)要求的發(fā)

53、電機(jī)電壓的標(biāo)么值。一般要求發(fā)電機(jī)電壓為其額定電壓的0.8 倍時(shí)能保證強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，即Nfu=0.8。 考慮此系數(shù)是為提高付邊電壓值，在發(fā)電機(jī)電壓由于外部短路電壓降低時(shí)仍能滿足強(qiáng)勵(lì)的要求，一般情況下，當(dāng)按 DL/T650 1998大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件選擇時(shí)，Nfu=1 。9.10.3.2 勵(lì)磁變壓器付邊線電流：勵(lì)磁變壓器的付邊額定電流主要應(yīng)滿足以下要求：滿足正常運(yùn)行工況的要求；滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)要求。根據(jù)三相全控整流電路理論，勵(lì)磁變壓器的付邊額定電流應(yīng)不小于下式：I2=Ki*Ni*Ifn(9.10-2)式中：I2-勵(lì)磁變壓器付邊線電流Ki-裕度系數(shù)，取Ki=1.3Ni-可控硅整流橋電

54、流換算系數(shù) Ki=l2/ID, ID為整流輸出直流電流。按上述強(qiáng)勵(lì)條件和整流回路接線Ni=0.817Ifn-發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流需要說明的是，計(jì)算I 2時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流未選用強(qiáng)勵(lì)電流而用額定勵(lì)磁電流，是因?yàn)閺?qiáng)勵(lì)時(shí)間較短（勵(lì)磁設(shè)備強(qiáng)勵(lì)時(shí)間按10s-20s 給定），利用變壓器的過負(fù)荷能力滿足強(qiáng)勵(lì)的工況，以減少勵(lì)磁變?nèi)萘亢统叽?。按?qiáng)勵(lì)電流倍數(shù)為2.0，計(jì)入Ki=1.3 的影響，則勵(lì)磁變壓器過負(fù)荷能力至少應(yīng)不低于 1.54倍20s 0建議按1.6倍20s校驗(yàn)（DL/T650 1998大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件規(guī)定強(qiáng)勵(lì)時(shí)間不小于10s） 。若按照大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件（DL/T 650-1998） 4.1 條 “當(dāng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流不超過其額定值的1.1 倍時(shí)， 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行”的要求，上式還應(yīng)乘以1.1 的系數(shù)。9.10.3.3 勵(lì)磁變壓器容量在確定了勵(lì)磁變壓器的付邊額定電壓和付邊額定電流后，勵(lì)磁變壓器的付邊額定容量就可以按下式計(jì)算得到：S>V3*UI2（9.10-3）根據(jù) GB/Tl8494.1-2001 第 4.1 條 “變壓器的額定容量（指網(wǎng)側(cè)）是由電壓電流的基波分量來決定的”。因此上述計(jì)算出的付邊額定電壓和付邊額定電流需要計(jì)算