山大電氣考研復(fù)試——電力系統(tǒng)自動(dòng)控制(課件)2-2

1、1第二節(jié) 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式2勵(lì)磁方式：供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源的方式。勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式：調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的方式。3對(duì)勵(lì)磁電源的要求（1）一個(gè)可控的直流電源；（2）必須具備足夠的調(diào)節(jié)容量；（3）具有一定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)和和勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度；（4）高可靠性；（5）起勵(lì)方式力求簡(jiǎn)單方便。4勵(lì)磁方式的分類直流勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)靜止電源供電自勵(lì)他勵(lì)自勵(lì)他勵(lì)自并勵(lì)自復(fù)勵(lì) 在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機(jī)的容量不大，勵(lì)磁電流由與發(fā)電機(jī)組同軸的直流電機(jī)供給，即所謂直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 隨著發(fā)電機(jī)容量的提高，所需勵(lì)磁電流也相應(yīng)增大，機(jī)械整流子在換流方面遇到了困難，而大功率半導(dǎo)體整流元件制造工藝卻日益成熟，于是大容量機(jī)組的勵(lì)

2、磁功率單元就采用了交流發(fā)電機(jī)和半導(dǎo)體整流元件組成的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。 不論是直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)還是交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，一般都是與主機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，為了縮短主軸長(zhǎng)度，降低造價(jià)，減少環(huán)節(jié)，又出現(xiàn)用發(fā)電機(jī)自身作為勵(lì)磁電源的方法，即發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)，又稱為靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。5一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是過(guò)去常用的一種勵(lì)磁方式。由于它是靠機(jī)械整流子換向整流的，當(dāng)勵(lì)磁電流過(guò)大時(shí)，換向就很困難，所以這種方式只能在10萬(wàn)萬(wàn)kW以下中小容量機(jī)組中采用。直流勵(lì)磁機(jī)大多與發(fā)電機(jī)同軸，它是靠剩磁來(lái)建立電壓的；按勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組供電方式的不同，又可分為自勵(lì)式和他勵(lì)式兩種。6（一）自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)圖215自勵(lì)直

3、流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖 FLQIRCLLQILQIZTLRcYHF 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 =L7（二） 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)IZTL FLYHFLILQ= 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器IRC圖216他勵(lì)直流勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖8 自勵(lì)與他勵(lì)的區(qū)別在于勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式不同，他勵(lì)比自勵(lì)多用了一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)。由于他勵(lì)方式取消了勵(lì)磁機(jī)的自并勵(lì)，勵(lì)磁單元的時(shí)間常數(shù)就是勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)，與自勵(lì)方式相比，時(shí)間常數(shù)減小了，即提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓增長(zhǎng)速率（第三節(jié)討論）。他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)一般用于水輪發(fā)電機(jī)組。 直流勵(lì)磁機(jī)有電刷、整流子等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件，運(yùn)行維護(hù)繁雜，從可靠性來(lái)說(shuō)，它又是勵(lì)磁系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。在直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中以往常

4、采用電磁型調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器以磁放大器作為功率放大和綜合信號(hào)的元件，反應(yīng)速度較慢，但工作較可靠。 9二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 近代，300MW、600MW、1000MW及更大容量的機(jī)組相繼出現(xiàn)，這些大型機(jī)組在電力系統(tǒng)中擔(dān)任了重要的角色。其勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性與快速響應(yīng)問(wèn)題更加受到重視。因直流勵(lì)磁機(jī)有整流環(huán)，是安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，故近代100MW以上的發(fā)電機(jī)組都改用交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)了。 交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)的核心設(shè)備是交流勵(lì)磁機(jī)。由于勵(lì)磁機(jī)的容量相對(duì)較小，只占同步發(fā)電機(jī)容量的0.30.5，但要求其響應(yīng)速度很快，所以現(xiàn)在用作大型機(jī)組的交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一般都采用他勵(lì)的方式，有交流主勵(lì)磁機(jī)也有交流

5、副勵(lì)磁機(jī)，其頻率都大于50Hz，一般主勵(lì)磁機(jī)為100Hz或更高，有試驗(yàn)用300Hz以上的。 交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)勵(lì)磁機(jī)電源整流方式及整流器狀態(tài)的不同又可分為以下幾種。10（一）自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（一）自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)1、自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 與自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)一樣，自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源也是從本機(jī)直接獲得的，所不同的是，直流勵(lì)磁機(jī)為了調(diào)整電壓需用一個(gè)磁場(chǎng)電阻；而自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)為了維持其端電壓恒定，則改用了可控整流元件。圖2-13 自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止可控整流器勵(lì)磁接線TRTV滑環(huán)AEVS起勵(lì)電源AVRG自動(dòng)恒壓元件電壓起勵(lì)元件11圖2-14 自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁接線A

6、EVSTRTV起勵(lì)電源電壓起勵(lì)元件G勵(lì)磁調(diào)節(jié)器VG2、自勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng)12（二）他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)AEG觸 發(fā) 器放 大 器調(diào) 差電 壓 檢 測(cè)交 流 副 勵(lì) 磁 機(jī)起 勵(lì) 電 源400 Hz自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器可控整流器交 流 勵(lì) 磁 機(jī)100 H zV磁 場(chǎng) 開 關(guān)滑 環(huán)交 流 發(fā) 電 機(jī)TATV勵(lì) 磁 調(diào) 節(jié) 器圖2-15 他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線13圖2-16 永磁式副勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)圖GG勵(lì)磁調(diào)節(jié)器GSNGGG永磁式感應(yīng)子中頻發(fā)電機(jī)14（三）無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) 他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的一種系統(tǒng)。它有一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)滑環(huán)?；h(huán)是一種滑動(dòng)接觸元件、隨著發(fā)電機(jī)容量的

7、增大，轉(zhuǎn)子電流也相應(yīng)增大，這給滑環(huán)的正常運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了困難。為了提高勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性，就必須設(shè)法取消滑環(huán)，使整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)都無(wú)滑動(dòng)接觸元件，即所謂無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng) 。圖2-17 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖TVNSAEG勵(lì)磁調(diào)節(jié)器勵(lì)磁開關(guān)永磁發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)元件可控硅整流器TAG15 此種勵(lì)磁系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)為：（1）無(wú)炭刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量可大為減少。（2）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁由勵(lì)磁機(jī)獨(dú)立供電，供電可靠性高。并且由于無(wú)刷，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性更高。（3）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制是通過(guò)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)的，因而勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢。為提高其響應(yīng)速度，除前述勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子采用疊片結(jié)構(gòu)外，還采用減小繞組電感取消極面阻尼繞組等措施。

8、另外，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制策略上還采取相應(yīng)措施增加勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組頂值電壓，引入轉(zhuǎn)子電壓深度負(fù)反饋以減小勵(lì)磁機(jī)的等值時(shí)間常數(shù)。16（4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及其勵(lì)磁電路都隨軸旋轉(zhuǎn)，因此在轉(zhuǎn)子回路中不能接入滅磁設(shè)備，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接滅磁，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的常規(guī)檢測(cè)（如轉(zhuǎn)子電流、電壓，轉(zhuǎn)子絕緣，熔斷器熔斷信號(hào)等），必須采用特殊的測(cè)試方法。（5）要求旋轉(zhuǎn)整流器和快速熔斷器等有良好的機(jī)械性能，能承受高速旋轉(zhuǎn)的離心力。（6）因?yàn)闆]有接觸部件的磨損，所以也就沒有炭粉和銅末引起的對(duì)電機(jī)繞組的污染，故電機(jī)的絕緣壽命較長(zhǎng)。17三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁機(jī)本身就是可靠性不高的元件，它是勵(lì)磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)致以，因勵(lì)磁機(jī)故

9、障而迫使發(fā)電機(jī)退出工作的事故并非鮮見。 靜止勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源不用勵(lì)磁機(jī)，而由機(jī)端勵(lì)磁變壓器供給整流裝置。這類勵(lì)磁裝置采用大功率晶閘管元件，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，故稱靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。 故相應(yīng)出現(xiàn)了不用專門勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式。181、自并勵(lì)勵(lì)磁方式概念：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，經(jīng)勵(lì)磁變壓器、晶閘管整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。由于勵(lì)磁變壓器是并聯(lián)在發(fā)電機(jī)端的，且發(fā)電機(jī)向自己提供勵(lì)磁電源，所以稱為自并勵(lì)勵(lì)磁方式。 圖2-18 自并勵(lì)勵(lì)磁方式接線原理圖 TRG勵(lì)磁調(diào)節(jié)器件元?jiǎng)?lì)起TV起勵(lì)電源滑環(huán)VSG19自并勵(lì)勵(lì)磁的特點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)（從取消勵(lì)磁機(jī)分析）發(fā)電機(jī)主軸長(zhǎng)度縮短、造價(jià)降低、占地減少；（2）缺點(diǎn)（

10、從勵(lì)磁電源取自機(jī)端分析）時(shí)間常數(shù)較大，使響應(yīng)速度受到不利影響； 沒有了機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)或機(jī)械接觸類元件，使用元件數(shù)目減少，可靠性增加； 在故障情況下，強(qiáng)勵(lì)不能充分發(fā)揮，發(fā)電機(jī)不能向系統(tǒng)提供充分的無(wú)功功率，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的反事故能力是十分有害的。 自并勵(lì)勵(lì)磁方式具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，被推薦用于大型發(fā)電機(jī)組，特別是水輪發(fā)電機(jī)組。國(guó)外某些公司把這種方式列為大型機(jī)組的定型勵(lì)磁方式。20 （1）由于短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)是否能正確的動(dòng)作；對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的疑惑：（2）自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的頂值電壓受發(fā)電機(jī)端和系統(tǒng)側(cè)故障的影響，在發(fā)電機(jī)近端三相短路而切除時(shí)間又較長(zhǎng)的情況下，不能及時(shí)提供足夠的勵(lì)磁，以致影響電力系

11、統(tǒng)的穩(wěn)定。21 國(guó)內(nèi)外的分析研究和試驗(yàn)表明，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)并非原先設(shè)想的那么嚴(yán)重。對(duì)于大、中容量的機(jī)組。由于其轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)較大，轉(zhuǎn)子電流要在短路0.5s后才顯著衰減。因此，在短路剛開始的0.5s內(nèi)自并勵(lì)勵(lì)磁方式和他勵(lì)方式的勵(lì)磁電流是很接近的，只是在短路0.5s后，才有明顯的差別。考慮到高壓電網(wǎng)中重要設(shè)備的主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間都在0.1s之內(nèi)，且都設(shè)雙重保護(hù)，因此沒有必要擔(dān)心。至于接在地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī)，由于短路電流衰減快，繼電保護(hù)的配合較為復(fù)雜，要采取一定的技術(shù)措施以保證其正確動(dòng)作。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)特別適宜用于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間有升壓變壓器的單元接線中。由于發(fā)電機(jī)引出線采用封閉母線，機(jī)端電壓引出故障的可能性極小，設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮在變壓器高壓側(cè)三相短路時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)有足夠的電壓即可。 222、自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式 把發(fā)電機(jī)電流取出一部分經(jīng)過(guò)整流后作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，這種方式