第二章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)-電力系統(tǒng)自動(dòng)化

第2章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)2.1概述基本知識(shí)點(diǎn)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)電壓調(diào)節(jié)無(wú)功分配提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性提高電力系統(tǒng)運(yùn)行性能勵(lì)磁系統(tǒng)的要求一、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)1系統(tǒng)組成勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁調(diào)節(jié)器同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)2同步發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁電流3同步發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行相量圖二、機(jī)端直接并聯(lián)的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行

1、兩臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功電流增加:I1G.Q、I2G.Q↑→調(diào)節(jié)器感受電壓U‘G↑（因正調(diào)差單元）→調(diào)節(jié)器的輸出↓→發(fā)電機(jī)勵(lì)磁↓→I1G.Q、I2G.Q↓

無(wú)功電流引起擾動(dòng)時(shí)，正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)可維持無(wú)功電流的穩(wěn)定分配，能穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行，并保持并聯(lián)點(diǎn)母線電壓在整定水平。兩臺(tái)正調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)在機(jī)端直接并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，其電壓偏差相同，調(diào)差系數(shù)較小的發(fā)電機(jī)承擔(dān)較多的無(wú)功電流增量。因此容量大調(diào)差系數(shù)小。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)正調(diào)差特性2、一臺(tái)無(wú)差特性發(fā)電機(jī)與正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行無(wú)功負(fù)荷變化時(shí)，第二臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流I2G.Q保持不變，而第一臺(tái)發(fā)電機(jī)承擔(dān)全部無(wú)功負(fù)荷的變動(dòng)。

一臺(tái)無(wú)差特性的發(fā)電機(jī)可以與一臺(tái)或多臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。

對(duì)于兩臺(tái)無(wú)差特性的發(fā)電機(jī)，是不能在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行的。

一臺(tái)無(wú)差特性與一臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行3、一臺(tái)負(fù)調(diào)差特性發(fā)電機(jī)與一臺(tái)正調(diào)差特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行I1G.Q↑→調(diào)節(jié)器感受電壓U'1G↓（因負(fù)調(diào)差關(guān)系）→調(diào)節(jié)器的輸出↑→發(fā)電機(jī)勵(lì)磁↑→I1G.Q↑↑所以具有負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)不能參與機(jī)端直接并聯(lián)運(yùn)行。負(fù)調(diào)差特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行4、發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)功負(fù)荷分配的計(jì)算發(fā)電機(jī)無(wú)功電流波動(dòng)量的標(biāo)幺值IGQ*相等，這就要求在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)具有相同的調(diào)差系數(shù)。

例3-1某電廠有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)在公共母線上并聯(lián)運(yùn)行，一號(hào)機(jī)的額定功率為25MW，二號(hào)機(jī)的額定功率為50MW。兩臺(tái)機(jī)組的額定功率因數(shù)都是0.85，調(diào)差系數(shù)為0.05。如果系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷使電廠無(wú)功功率的增量為它們總無(wú)功容量的20%，問(wèn)各機(jī)組承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？

一號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二號(hào)機(jī)額定無(wú)功功率為QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)的調(diào)差系數(shù)均為0.05，所以公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)Kadj也為0.05。因此母線電壓波動(dòng)為

ΔU*=-Kadj∑ΔQ∑*=-0.05×0.2=-0.01各機(jī)組無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)量:ΔQ1*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ1=ΔQ1*QG1=0.02×15.49=3.10(Mvar)ΔQ2*=-ΔU*/Kadj=-(-0.01/0.05)=0.02ΔQ2=ΔQ2*QG2=0.02×30.99=6.20(Mvar)一號(hào)機(jī)組無(wú)功負(fù)荷增加3.10Mvar,二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)增加6.20Mvar。因?yàn)檎{(diào)差系數(shù)相等，無(wú)功負(fù)荷的波動(dòng)量與它們的容量成正比。解：例3-2在例3-1中，若一號(hào)機(jī)的調(diào)差系數(shù)為0.04，二號(hào)機(jī)調(diào)差系數(shù)仍為0.05。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)時(shí)仍使電廠總無(wú)功增加20%，問(wèn)各機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增量是多少？母線上的電壓波動(dòng)是多少？

解：首先應(yīng)求出公共母線上等值機(jī)的調(diào)差系數(shù)，為此推導(dǎo)如下：=

等值調(diào)差系數(shù)為

母線電壓波動(dòng)為

各機(jī)組的無(wú)功增量

(Mvar)(Mvar)一號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加3.56Mvar，二號(hào)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷增加5.73Mvar。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)承擔(dān)的無(wú)功負(fù)荷增量較大。

三、經(jīng)升壓變壓器后發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行則對(duì)并聯(lián)點(diǎn)的高壓母線Usys:Usys=U1G－I1G.QXT1

Usys=U2G－I2G.QXT2

接線圖外特性U0IG·QI2G·QXT2I1G·QXT1122‘1’34負(fù)調(diào)差特性可補(bǔ)償變壓器阻抗上的壓降2.2同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁）交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁）發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)（靜止勵(lì)磁系統(tǒng)）一、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1原理GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自勵(lì)：REE→IEE→UEF勵(lì)磁機(jī)→發(fā)電機(jī)他勵(lì)：REE→IEE→UEF副勵(lì)→主勵(lì)→發(fā)電機(jī)2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：控制方便缺點(diǎn)：有滑環(huán)、電刷易產(chǎn)生火花，可靠性不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護(hù)3應(yīng)用中小容量機(jī)組（≤100MW）舊型機(jī)組二、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1他勵(lì)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（1）原理500Hz副勵(lì)磁機(jī)100Hz主勵(lì)磁機(jī)50Hz發(fā)電機(jī)起勵(lì)電源副勵(lì)~~~自勵(lì)恒壓調(diào)節(jié)器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主勵(lì)交流發(fā)電機(jī)（2）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快（相對(duì)DC）；容量較大（相對(duì)DC）缺點(diǎn)：有滑環(huán)、電刷易產(chǎn)生火花，可靠性不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維護(hù)（3）應(yīng)用中等容量機(jī)組（100MW~300MW）我國(guó)舊型機(jī)組2無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)(1)原理副勵(lì)磁機(jī)：電樞靜止，磁極（勵(lì)磁）旋轉(zhuǎn)主勵(lì)磁機(jī)：電樞旋轉(zhuǎn)，磁極（勵(lì)磁）靜止發(fā)電機(jī)：電樞靜止，磁極（勵(lì)磁）旋轉(zhuǎn)副勵(lì)~~~勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主勵(lì)交流發(fā)電機(jī)（2）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量少；可靠性高無(wú)接觸磨損，電機(jī)絕緣壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢不能直接滅磁對(duì)機(jī)械性能要求高（3）應(yīng)用大容量機(jī)組（600MW）因?yàn)闆](méi)有滑動(dòng)器件三、靜止勵(lì)磁系統(tǒng)1原理起勵(lì)電源~勵(lì)磁調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)工作量少；可靠性高主軸長(zhǎng)度短，基建投資少電壓響應(yīng)速度快過(guò)電壓低缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，缺乏足夠的強(qiáng)勵(lì)能力繼電保護(hù)的動(dòng)作會(huì)受一定影響3應(yīng)用大容量機(jī)組（600MW）水輪機(jī)組因?yàn)闆](méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)勵(lì)磁2.3勵(lì)磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的建立與滅磁基本內(nèi)容掌握強(qiáng)勵(lì)、滅磁的定義及作用，分析繼電強(qiáng)勵(lì)接線及工作原理；比較滅磁的三種方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)強(qiáng)勵(lì)、滅磁的定義及作用一、同步發(fā)電機(jī)繼電強(qiáng)行勵(lì)磁（一）強(qiáng)勵(lì)的定義及作用：定義：電力系統(tǒng)短路故障時(shí)，為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性迅速將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁增加到最大值。作用：有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；有助于繼電保護(hù)的正確動(dòng)作；有助于縮短電力系統(tǒng)短路故障切除后母線電壓的恢復(fù)時(shí)間；并有助于用戶電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)過(guò)程。（二）繼電強(qiáng)勵(lì)裝置（AEI）1．接線及工作原理當(dāng)系統(tǒng)故障，機(jī)端電壓降低到80%~85%額定值時(shí)，低電壓繼電器的動(dòng)作，通過(guò)KM1、KM2啟動(dòng)接觸器KM，通過(guò)KM的觸頭將R1、Rm短接，勵(lì)磁機(jī)的端電壓迅速上升到頂值，起到強(qiáng)勵(lì)作用。1）防止勵(lì)磁機(jī)的過(guò)電壓，ROV強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作后仍保留；

4）為使強(qiáng)勵(lì)裝置動(dòng)作后有關(guān)勵(lì)磁設(shè)備不致過(guò)熱，一般考慮強(qiáng)勵(lì)時(shí)間為20s左右

繼電器強(qiáng)勵(lì)系統(tǒng)接線原理圖3）為保證G在起動(dòng)時(shí)或事故跳閘后滅磁過(guò)程中，強(qiáng)勵(lì)裝置不發(fā)生誤動(dòng)，串入發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)QF的輔助觸點(diǎn)和自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)SD的輔助觸點(diǎn)及逆變滅磁繼電器K動(dòng)斷觸點(diǎn)閉鎖。2）為防止TV二次惻熔斷器熔斷時(shí)造成的誤強(qiáng)勵(lì)，KM1、KM2分別由KVU1和KVU2啟動(dòng)且觸點(diǎn)相串聯(lián)再起動(dòng)KM；2．參數(shù)整定低電壓繼電器：返回電壓Ur:Ur<UN或Ur=UN/Krel動(dòng)作電壓:Uact=（80%~85%）UN

3．接線原則1）.繼電強(qiáng)勵(lì)裝置，應(yīng)分別接入不同名的相間電壓上2）.繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置所接相別，應(yīng)優(yōu)先選擇某些類(lèi)型的相間短路情況下，AER不能保證的強(qiáng)行勵(lì)磁

3）.采用正序電壓或復(fù)合電壓起動(dòng)的繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置。

4）.電壓互感器一次或二次側(cè)發(fā)生斷線故障時(shí)，繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置不應(yīng)誤動(dòng)作。5.）當(dāng)備用勵(lì)磁機(jī)代替工作勵(lì)磁機(jī)時(shí)，繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置應(yīng)切換到備用勵(lì)磁機(jī)上。（三）強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)1．強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)KHSE強(qiáng)勵(lì)時(shí)，實(shí)際能達(dá)到的勵(lì)磁最高電壓UEmax與額定勵(lì)磁電壓UE.N的比值KHSE值愈大，強(qiáng)勵(lì)效果愈好

2．勵(lì)磁電壓響應(yīng)比：反映勵(lì)磁響應(yīng)速度的大小，表示勵(lì)磁電壓的響應(yīng)能力。

（一）滅磁定義及對(duì)滅磁要求定義使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)盡快地減弱到最低程度。對(duì)滅磁要求：1）滅磁時(shí)間要短；2）滅磁過(guò)程中勵(lì)磁繞組的電壓不應(yīng)超過(guò)允許值。

（二）滅磁方法1、勵(lì)磁繞組對(duì)常數(shù)電阻放電滅磁在勵(lì)磁繞組中接入一常數(shù)電阻Rm，將勵(lì)磁繞組所儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏牡簟?/p>

二、同步發(fā)電機(jī)滅磁發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)—變壓器組內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)在繼電保護(hù)動(dòng)作將發(fā)電機(jī)斷路器跳開(kāi)的同時(shí)，還應(yīng)迅速滅磁。

正常運(yùn)行時(shí)SD的動(dòng)合觸頭閉合。滅磁時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，SD的動(dòng)斷觸頭先閉合，使勵(lì)磁繞組接入滅磁電阻，而后動(dòng)合觸頭再斷開(kāi)，從而防止勵(lì)磁繞組接入滅磁電阻時(shí)由于發(fā)生開(kāi)路在滅磁過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)電壓。

Rm增大時(shí)，

減?。坏獷U·max增大

2、勵(lì)磁繞組對(duì)非線性電阻放電1）理想滅磁條件：

電流在相當(dāng)大范圍內(nèi)變化時(shí)，兩端電壓保持不變.2）快速滅磁開(kāi)關(guān)滅磁過(guò)程中，磁場(chǎng)電流就以等速衰減，直到為零

3、全控整流橋的逆變滅磁控制角α在90°～150°范圍內(nèi)整流橋處于逆變運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量就以續(xù)流形式經(jīng)全控橋的逆變狀態(tài)反送到交流電源，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量不斷減少，這樣就達(dá)到了滅磁.小結(jié)發(fā)電機(jī)的滅磁實(shí)際上是將勵(lì)磁繞組儲(chǔ)存的能量消耗掉。采用常數(shù)電阻滅磁時(shí)，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，消耗在該電阻上；采用非線性電阻（滅弧柵）滅磁時(shí)，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀∠脑跍缁胖?；采用整流橋逆變滅磁時(shí)，儲(chǔ)能饋送給勵(lì)磁電源。復(fù)習(xí)與作業(yè)

1.何謂強(qiáng)勵(lì)？說(shuō)明比例型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和補(bǔ)償型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)作用？各自的強(qiáng)勵(lì)效果如何？2.強(qiáng)勵(lì)的基本作用是什么？衡量強(qiáng)勵(lì)性能的指標(biāo)是什么？3.繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置在實(shí)施接線時(shí)應(yīng)注意哪些原則？4.何謂滅磁？常見(jiàn)的三種滅磁方法是什么，并加以比較。

2.4勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理一、對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜特性調(diào)整的基本要求及組成：1．基本要求

1）保證發(fā)電機(jī)在投入和退出電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)能平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移無(wú)功負(fù)荷，不要引起對(duì)電網(wǎng)的沖擊；

2）保證并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配。2．組成：電壓整定和調(diào)差單元

二、具有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)外特性的合成1、發(fā)電機(jī)外特性：指發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流IG·Q與端電壓UG的關(guān)系曲線。2．具有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)的外特性合成：UG=f(IG·Q)為｛IAER=f(UG)+IG。Q=f(IE)｝。

0IG·QIAERIG·QUGUG=UG·NabRP大RP大RP小RP小三、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器靜特性IAER=f(UG)調(diào)整內(nèi)容：1）平移發(fā)電機(jī)的外特性——改變RP值，即Uset整定。實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的將發(fā)電機(jī)投入和退出電網(wǎng)運(yùn)行2）改變發(fā)電機(jī)的外特性的斜率——調(diào)整調(diào)差系數(shù)Kadj，保證并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間無(wú)功功率的合理分配。四、調(diào)整調(diào)差系數(shù)Kadj（一）定義：在某一RP值下，無(wú)功負(fù)荷電流從零變至額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。

（3-18）

由3-46（c）圖可得發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流IGQ也可表示為用標(biāo)幺值表示為:即當(dāng)母線電壓波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)無(wú)功的增量與電壓偏差成正比，與調(diào)差系數(shù)成反比，式中的負(fù)號(hào)表明無(wú)功增大時(shí)機(jī)端電壓下降。（二）調(diào)差系數(shù)的調(diào)整1、改變極性：

*1）正調(diào)差接線

2）負(fù)調(diào)差接線將UA1、UA2極反接即可得到負(fù)調(diào)差接線，此時(shí)?A、?C流向與圖3-47中相反，調(diào)差單元輸出、輸入電壓間關(guān)系為同上分析可得：輸入線電壓的關(guān)系為

2、改變大?。赫{(diào)整電阻R值。（二）調(diào)差系數(shù)的調(diào)整1、改變極性：

1）正調(diào)差接線

（三）有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)的外特性1．特性1自然調(diào)差系數(shù)：當(dāng)調(diào)差單元退出工作時(shí)，發(fā)電機(jī)外特性的調(diào)差系數(shù)，用Kadjo表示2．接入調(diào)差單元后發(fā)電機(jī)的外特性:1）特性2的Kadj>0，為正調(diào)差系數(shù)，特性下傾當(dāng)無(wú)功電流增大時(shí)，調(diào)節(jié)器感受到的電壓在上升調(diào)節(jié)裝置降低發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，驅(qū)使發(fā)電機(jī)電壓降低，

R值增大，外特性下傾的程度增大，調(diào)差系數(shù)也增大。因此正調(diào)差特性主要用來(lái)穩(wěn)定并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無(wú)功電流的分配，也稱為電流穩(wěn)定環(huán)節(jié)。

特性3的Kadj=0，為無(wú)差特性，特性呈水平，發(fā)電機(jī)端電壓不隨無(wú)功電流而變化，是恒定值。特性4的Kadj<0，為負(fù)調(diào)差系數(shù)，當(dāng)無(wú)功電流增大時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器感受到的電壓在下降調(diào)節(jié)裝置增加了發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，驅(qū)使