發(fā)電機勵磁系統(tǒng)課件

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)課件金志宏勵磁系統(tǒng)的任務根據(jù)發(fā)電機負荷的變化相應的調節(jié)勵磁電流，以維持機端電壓為給定值；控制并列運行各發(fā)電機間無功功率分配；提高發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性；提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；在發(fā)電機內部出現(xiàn)故障時，進行滅磁，以減小故障損失程度；根據(jù)運行要求對發(fā)電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限制。勵磁系統(tǒng)應滿組以下要求（一）對功能方面的要求應具備能穩(wěn)定和調節(jié)機端電壓的功能應具備能合理分配或轉移機組間的無功功率的功能能迅速反映本系統(tǒng)故障，并有必要的勵磁限制，滅磁及自我保護功能能迅速反應電力系統(tǒng)故障，具備強勵等控制功能，以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和改善電力系統(tǒng)運行條件（二）對性能方面要求1具有足夠的調節(jié)容量，以滿組各種運行工況要求2具有足夠的勵磁頂值電壓，勵磁頂值電流及電壓上升速度勵磁頂值電壓，勵磁頂值電流是指勵磁功率單元在強行勵磁時，可能提供的最高輸出電壓和電流值，該值與額定工況下的勵磁電壓勵磁電流之比為強勵倍數(shù);將強勵動作后勵磁電壓在最初0.5S內上升的平均速率定義為勵磁電壓響應比。運行要求勵磁系統(tǒng)應有較高的強勵倍數(shù)和快速的響應能力3運行穩(wěn)定，調節(jié)平滑及有足夠的電壓調節(jié)精度4反應靈敏迅速，時間常數(shù)小，無失靈區(qū)運行可靠，維護方便勵磁系統(tǒng)的組成與分類自動電壓調節(jié)器AVR、ECR/FCR（勵磁調節(jié)器）勵磁電源（勵磁機、勵磁變壓器）整流器（AC/DC變換，SCR、二極管）滅磁與轉子過電壓保護 按勵磁電源分類：直流勵磁機勵磁系統(tǒng)交流勵磁機勵磁系統(tǒng)自并勵勵磁系統(tǒng)按響應速度分類：慢速勵磁系統(tǒng)快速勵磁系統(tǒng)高起始勵磁系統(tǒng)

交流勵磁機系統(tǒng)（三機它勵）組成：交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都與發(fā)電機同軸。副勵磁機是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經(jīng)整流后供電。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機它勵勵磁系統(tǒng)。

優(yōu)點：它勵，勵磁電源不受系統(tǒng)電源的影響缺點：調節(jié)速度慢，軸系長度長，易引發(fā)軸系振蕩同軸交流勵磁機系統(tǒng)（二機它勵）組成：交流主勵磁機經(jīng)過可控硅整流裝置向發(fā)電機轉子回路提供勵磁電流；AVR控制可控硅的觸發(fā)角，調整其輸出電流，亦稱為兩機它勵勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)沒有副勵磁機，交流勵磁機的勵磁電源由發(fā)電機出口電壓經(jīng)勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調節(jié)器控制可控硅磚觸發(fā)角，以調節(jié)交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經(jīng)硅二極管整流后接至發(fā)電機轉子，亦稱為兩機一變勵磁系統(tǒng)。

優(yōu)點：取消副勵磁機，軸系長度縮短；缺點：調節(jié)速度慢同軸自勵系統(tǒng)（并勵、復勵）自并勵勵磁系統(tǒng)組成：勵磁變壓器、大功率可控硅整流柜、滅磁及過電壓保護、起勵設備、自動電壓調節(jié)器優(yōu)點：結構簡單、響應速度快缺點：強勵時系統(tǒng)電壓變化復雜交流側串聯(lián)自復激勵磁系統(tǒng)勵磁電壓變壓器ZB（并聯(lián)變）的副方電壓與勵磁電流變壓器GLH（串聯(lián)變）的副方電壓相聯(lián)（相量相加），然后加在可控硅整流橋KZ上。當發(fā)電機負載情況變化時，例如電流增大或功率數(shù)降低，則加到可控硅整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵磁方式具有相復勵作用。靜止無刷勵磁系統(tǒng)

組成：主勵磁機（ACL）電樞是旋轉的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉子回路。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機（PMG）是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉的交流發(fā)電機。無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。但旋轉半導體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉子電流、電壓及溫度不便直接測量等。這些都是需要研究解決的問題旋轉

勵磁調節(jié)器原理圖

移相觸發(fā)器原理：Ut＋Uk＝觸發(fā)脈沖

模擬式移相電路：余弦移相、鋸齒波移相

AVR（自動）恒電壓閉環(huán)自動電壓調節(jié)器

ECR（手動）恒電流閉環(huán)勵磁電流調節(jié)器電壓給定Ugref電流給定IfrefPID調節(jié)計算限制功能控制電壓Uk恒無功閉環(huán)：AVR的輔助控制1、優(yōu)點： 自并勵磁的優(yōu)點主要有，結構簡單，造價低，運行維護方便，主機軸系短，正常運行時性能良好。 2、缺點： 自并勵磁的缺點一是當電力系統(tǒng)短路時，尤其是機端短路時供電電壓將嚴重下降，使勵磁系統(tǒng)強勵能力受到很大的影響，甚至會造成機組失磁。并且由于短路電流的迅速衰減，可能使帶時限繼電保護拒絕動作，這是自并勵勵磁方式的弱點。其次，勵磁碳刷因電流大容易產(chǎn)生環(huán)火而造成停機事故。另為是增加了對碳刷的維護，但是根據(jù)有關專家的研究和試驗表明，在電力系統(tǒng)發(fā)生短路的0.5s以內，同樣的強勵倍數(shù)下，自并勵方式的缺點才表現(xiàn)出來。因此只要采取適當?shù)目焖俦Ｗo，快速，可靠地切除在發(fā)電機近端發(fā)生的短路故障，并在調節(jié)器中裝備不受端電壓影響的電源裝置或低電壓觸發(fā)裝置，自并勵勵磁方式的性能是能滿足電力系統(tǒng)運行的要求的，碳刷產(chǎn)生環(huán)火的問題可通過運行監(jiān)視和調節(jié)得到緩解。而且通過對大型汽輪發(fā)電機勵磁方式的應用比較和發(fā)電機勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、繼電保護、發(fā)電機軸系安全性等的影響以及經(jīng)濟性等方面進行分析，提出大型發(fā)電機組推薦采用自并勵勵磁系統(tǒng)，因此自并勵方式越來越普遍地得到采用。勵磁系統(tǒng)概述

我公司汽輪發(fā)電機組采用廣州電器科學研究院生產(chǎn)的EXC9000型靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，由勵磁變壓器、勵磁功率柜、勵磁調節(jié)柜、滅磁開關柜、起勵裝置、過電壓保護裝置等組成。 其基本工作原理為：發(fā)電機出口所接的勵磁變壓器變壓后的交流電經(jīng)可控硅整流裝置整流后，供給發(fā)電機轉子勵磁，從而發(fā)出電能，AVR微機勵磁調節(jié)器經(jīng)檢測發(fā)電機出口電壓、電流、轉子勵磁電壓、電流后，改變可控硅整流裝置導通角的大小，從而改變勵磁電流的大小，以達到自動調壓的目的。采用非線性電阻滅磁。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)表3.2發(fā)電機技術規(guī)范項目 單位 技術參數(shù)型號 － QFSN-330-2－20B額定容量 MVA 388.2額定功率 MW 330最大連續(xù)輸出功率 MW 350功率因素COSΦ － 0.85額定定子電壓 kV 20額定定子電流 A 11207額定轉子電壓 V 324額定轉子電流 A 2696自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)表3.3發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術規(guī)范序號 名稱 單位 設計值1 勵磁系統(tǒng)基本參數(shù) 額定勵磁電壓 V 332 額定勵磁電流 A 2720 發(fā)電機空載時勵磁電壓 V -- 發(fā)電機空載時勵磁電流 A -- 勵磁頂值電壓倍數(shù) 2 電壓響應比 大于3.58倍/秒 強勵時間 Sec 50 勵磁方式 自并勵2 整流裝置 額定電壓（直流側） V 332 額定電流（直流側） A 2500 時間特性 0.004 整流裝置接線方式（串、并聯(lián)） 串聯(lián) 串聯(lián)個數(shù) 1 并聯(lián)支路數(shù) 3自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)表3 磁場斷路器 ABB 額定電壓 V 1000 額定電流 A 3200 開斷電流 KA 100 斷弧電壓 V 2000 開斷電壓 V 1600 控制電壓（直流） V 2204 AVR性能 型式 數(shù)字式 電壓調整范圍 ％ 5～130 手動調整范圍 ％ 5～110 調整偏差（精度） ％ ≤±0.5 冗余度 2AVR+2FCR+A/FCR 附加功能 PSS2A自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術數(shù)據(jù)表5 勵磁變壓器 型式 環(huán)氧樹脂澆注干式 型號 ZSCB9-3000/20 額定容量 kVA 3000 額定電壓 V 680 初級 kV 20 次級 kV 0.666 頻率 Hz 50 相數(shù) 3 連接方式 高壓離相封母進線數(shù)字式勵磁調節(jié)器概述 該勵磁調節(jié)器具有響應速度快、調節(jié)精度高、調節(jié)和保護功能完善、結構緊湊、抗干擾能力強、調試運行維護簡便（數(shù)字化的免維護特性，系統(tǒng)內無一個可調整電位器）、可靠性高等特點。發(fā)電機自動零起升壓過程中可做到電壓基本無超調、無振蕩，并具備下列四種運行方式：機端恒壓運行方式、恒勵磁電流運行方式、恒無功功率運行方式、恒功率因數(shù)運行方式。一、系統(tǒng)概述 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)利用可控硅整流器通過控制勵磁電流來調節(jié)同步發(fā)電機的端電壓，整個系統(tǒng)可分為四個模塊：勵磁變壓器、兩套相互獨立的勵磁調節(jié)器、可控硅整流單元、起勵單元和滅磁單元。 在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)（常稱自并勵或機端勵磁）中，勵磁電源取自發(fā)電機機端。發(fā)電機的磁場電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場斷路器和可控硅整流器供給。勵磁變壓器將發(fā)電機端電壓降低到可控硅整流器所要求的輸入電壓、在發(fā)電機端電壓和磁場繞組之間提供電絕緣、與此同時起著可控硅整流器的整流阻抗作用?？煽毓枵髌鲗⒔涣麟娏鬓D換為受控的直流電流I。

。在起勵過程開始時，充磁能量來源于發(fā)電機端殘壓?？煽毓枵髌鞯妮斎腚妷哼_到10V～20V后，可控硅整流器和勵磁調節(jié)器就可以正常工作了。隨之而來的是AVR控制的軟起勵過程，以下章節(jié)將作更詳細的說明。 并網(wǎng)后，勵磁系統(tǒng)可以在AVR模式下工作，調節(jié)發(fā)電機的端電壓和無功功率，或者可以在一種疊加的模式下工作，如恒無功功率因數(shù)調節(jié)、恒無功調節(jié)等。此外，它也可以接受電廠的成組調節(jié)指令。 滅磁設備的作用是將磁場回路斷開并盡可能快地將磁場能量釋放掉。滅磁回路主要由磁場斷路器、滅磁電阻和晶閘管跨接器（以及相關的觸發(fā)單元）組成。 根據(jù)系統(tǒng)的要求，勵磁調節(jié)器可以采取單通道的結構或者雙通道的結構。一個通道主要由一個控制板（COB）和測量單元板（MUB）構成，形成一個獨立的處理系統(tǒng)。每個通道含有發(fā)電機端電壓調節(jié)、磁場電流調節(jié)、勵磁監(jiān)測/保護功能和可編程邏輯控制的軟件。在單通道結構中，利用一個被稱為擴展的門極控制器（EGC）的分離單元作為備用通道，也就是一個手動通道?？煽毓枵髌鞑捎萌鄻蚴饺卣麟娐?，具有逆變能力。采用一套雙通道調節(jié)器帶三臺可控硅整流柜運行方式，當一臺整流柜故障退出運行時，能保證發(fā)電機在包括強勵在內的所有運行方式下連續(xù)運行。每個可控硅元件設快速熔斷器保護，以便及時切除短路故障電流。并能檢測熔斷器熔斷信號，故障橋臂有自動退出功能。每個可控硅功率柜采用單橋設計，可控硅元件無串無并，交流側設置過電壓保護措施以抑制尖峰過電壓和換向過電壓?？煽毓枵餮b置采用強迫風冷，并設置備用冷卻風機，工作風機故障時備用風機能自動投運。每個整流柜均設置低噪聲風機，在柜旁一米處感受到的噪音水平不大于80db(A)。勵磁變壓器勵磁變壓器采用三相戶內式環(huán)氧樹脂澆注干式勵磁變壓器。勵磁變壓器高低壓繞組之間有靜電屏蔽并接地。變壓器為F級絕緣,冷卻方式為自然冷卻。勵磁變壓器三相不對稱電壓不大于6％，承受二倍額定電流下的過載時間大于20s，并考慮繞組中諧波電流引起的附加發(fā)熱。勵磁變壓器繞組的接線方式為Ｙd11，防護等級為IP21。勵磁變壓器初級額定電壓必須與發(fā)電機機端電壓等級相符。并滿足汽輪發(fā)電機空載試驗時130%額定機端電壓的要求。勵磁變壓器能通過6.3kV廠用電，對發(fā)變組進行空、短特性試驗。滅磁裝置勵磁系統(tǒng)裝設自動滅磁裝置及開關。在任何需要滅磁的工況下（包括發(fā)電機空載和強勵情況下），自動滅磁裝置及開關能快速可靠滅磁。機組正常停機時勵磁調節(jié)器自動進行逆變滅磁，機組事故停機采用跳滅磁開關滅磁。滅磁開關采用快速滅弧的斷路器，在發(fā)電機內部或系統(tǒng)發(fā)生事故時滅磁。滅磁開關的分斷能力滿足發(fā)電機強勵在內的一切工況要求，有一定裕度，滅磁開關應能保證在80%額定電壓時可靠合閘，在30-65%額定電壓之間應能可靠分閘。滅磁電阻采用碳化硅非線性電阻，其容量確保能快速吸收從強勵頂值電流直到10％額定勵磁電流范圍內磁場能量。轉子回路過電壓保護采用碳化硅非線性電阻，以限制機組異常工況下轉子過電壓不超過磁場繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的40％。滅磁裝置的防護等級為IP31起勵 裝置正常能夠從殘壓起勵。在起勵過程中，在可控硅整流器的輸入端僅需要約10V～20V的電壓即可正常工作。如果電壓低于10V～20V，可控硅整流器就會被連續(xù)地觸發(fā)（二極管工作模式）以達到該值。然而，如果在幾秒內殘壓起勵失敗，則啟動備用起勵回路，這個備用回路設計用于達到所需要的10V～20V電壓。在機端電壓達到發(fā)電機電壓的10％時，備用起勵回路自動退出，立即開始軟起勵過程并建壓到預定的電壓水平。整個起勵過程和順序控制是通過AVR軟件實現(xiàn)的。發(fā)電機勵磁回路原理圖交流側過壓保護 置于每個整流橋的交流側過電壓保護回路吸收由晶閘管整流而引起的電壓尖峰。AC過電壓保護主要由一個三相二極管整流橋和一個連接在DC側的電容而成。對于高頻過電壓而言，電容代表一個低阻抗并且起濾波器的作用。與電容并聯(lián)的有一個放電電阻器，在電容放電時吸收能量幻燈片29如圖所示直流側過電壓保護 發(fā)電機端出現(xiàn)故障，如短路、非同期或異步運行，會引起反向的感應磁場電流，該電流在轉子回路中會產(chǎn)生過電壓，過電壓必須被限制到足夠安全的水平，而且應低于整流器可控硅的峰值反向電壓。 跨接器電路通常用于直流側過壓保護，該保護采用雪崩二極管用于探測轉子回路中的正向和反向過電壓，當雪崩二極管被擊穿，相連的可控硅則被觸發(fā)，立即將滅磁電阻器并聯(lián)連接到轉子回路上，同時發(fā)出跳閘使磁場斷路器立即斷開，如圖所示幻燈片23。轉子接地保護轉子接地保護的目的是監(jiān)測轉子繞組對地的絕緣水平。該功能可根據(jù)要求包含在勵磁系統(tǒng)設備中，測量原理是該橋路中由兩個電容建立起測量橋的平衡：一個電容連接在正引線和地之間，另一個連接在負引線和地之間。利用這個繼電器，不僅能探測到場繞組的絕緣水平，而且還能探測到所有電力設備包括勵磁變壓器的次級線圈的隔離水平。運行操作運行操作運行操作運行操作操作及顯示開機前對勵磁系統(tǒng)的檢查開機前對勵磁調節(jié)器的操作開機前功率柜的操作開機前滅磁開關的檢查起勵操作通道跟蹤與切換功率柜的操作狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息狀態(tài)和報警信息開機流程停機流程發(fā)變組恢復熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作勵磁調節(jié)柜內開關1調節(jié)柜24V電源I開關QF012調節(jié)柜24V電源II開關QF023勵磁調節(jié)器A電源開關QF034勵磁調節(jié)器B電源開關QF04發(fā)變組恢復熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作滅磁電阻內開關功率柜通風交流電源I路QF61功率柜通風交流電源II路QF62勵磁系統(tǒng)直流操作電源1QF63勵磁系統(tǒng)直流操作電源2QF64直流啟勵電源開關QF65發(fā)變組恢復熱備用勵磁系統(tǒng)進行以下操作合上勵磁進線柜電源刀閘QS51勵磁功率柜內開關QF3至切除位檢查三臺勵磁功率柜盤后各風機電源開關合上發(fā)電機升壓的注意事項

在汽輪機沖轉前，應將發(fā)電機-變壓器組恢復到熱備用狀態(tài)，并正確投入發(fā)變組保護，退出短引線保護。在定子冷卻水的電導率不合格或冷卻水量，氫壓不正常及發(fā)電機轉速未達到2950轉/分以上且穩(wěn)定之前，禁止投入勵磁系統(tǒng)。在檢查勵磁系統(tǒng)一次設備正常后，開啟功率柜冷卻系統(tǒng)，合上交直流側及勵磁系統(tǒng)的開關、刀閘、，送上起勵電源，檢查脈沖切除小開關斷開。檢查勵磁系統(tǒng)Us電壓跟蹤功能退出。檢查勵磁調節(jié)器所有信號表計指示正常，電壓給定在最低位。發(fā)電機升壓的注意事項

在升壓過程中增減電壓應緩慢進行，升壓過程中應注意三相電壓應平衡，三相定子電流指示為零，當自動勵磁調節(jié)器的輸出在空載額定值時，定子電壓達到額定值，檢查發(fā)電機轉子電壓、電流為空載額定值。如果發(fā)電機異常，應立即手動滅磁。對于額定轉速下已經(jīng)升壓等待并網(wǎng)或進行其它試驗等情況下，如出現(xiàn)轉速下降到2950轉/分以下時，應立即斷開滅磁開關。如果同期裝置在并網(wǎng)過程中合閘指示燈亮，而主開關未合閘，應立即退出同期裝置，查明原因。發(fā)電機升壓的注意事項

并網(wǎng)瞬間要密切監(jiān)視三相電流、負序電流、有功、無功等主要參數(shù)，防止并網(wǎng)時主開關非全相動作。在發(fā)電機升壓過程中，發(fā)現(xiàn)定子有電流或出現(xiàn)定子電壓失控，立即對發(fā)電機進行滅磁。在發(fā)電機升壓過程中，當轉子電流已達空載值，而定子電壓未達到額定值時，或出現(xiàn)報警、跳閘信號，應停止操作，查明原因。在發(fā)電機頻率與系統(tǒng)頻率相差在0.5HZ之內時方可投入同期裝置。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的異常處理一、發(fā)電機起勵失敗 現(xiàn)象： 起勵命令發(fā)出后，8秒內發(fā)電機沒有成功建壓，調節(jié)器即判斷起勵失敗，發(fā)“起勵失敗”信號、切除起勵電源。 處理： 檢查起勵回