勵(lì)磁限制對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響

摘要：它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)電站出口旁邊發(fā)生短路故障時(shí)，強(qiáng)

勵(lì)實(shí)力強(qiáng)，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故隙切除時(shí)間比較長(zhǎng)、系統(tǒng)容量

相對(duì)小的50、60年頭這一優(yōu)點(diǎn)是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的增大，

快速愛(ài)護(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已不是很明

顯……

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁限制電力系統(tǒng)穩(wěn)定影響

第一章：勵(lì)磁系統(tǒng)概述

第一節(jié)：同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)介紹

它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)電站出口旁邊發(fā)生短路故障時(shí)，強(qiáng)勵(lì)

實(shí)力強(qiáng)，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時(shí)間比較長(zhǎng)、系統(tǒng)容量相

對(duì)小的50、60年頭這一優(yōu)點(diǎn)是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的增大，

快速愛(ài)護(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已不是很明

顯。自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，元部件少，其勵(lì)磁電源來(lái)自機(jī)端

變壓器，無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行牢靠性高，維護(hù)工作量小。且由于變壓器容量的變更

比溝通勵(lì)磁機(jī)的變更更簡(jiǎn)沽、簡(jiǎn)潔，因而更經(jīng)濟(jì)，更簡(jiǎn)潔滿意不同電力系統(tǒng)、不

同電站的暫態(tài)穩(wěn)定水平對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的不同要求。

它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是由于溝通勵(lì)磁機(jī)是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，難以標(biāo)準(zhǔn)化，

即使是同容量的發(fā)電機(jī),尤其是水輪發(fā)電機(jī)，由于水頭、轉(zhuǎn)速的不同，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)

的不同，溝通勵(lì)磁機(jī)的容量、尺寸也不同，因此，價(jià)格較自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)

貴。另外它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)與自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有

旋轉(zhuǎn)部件，牢靠性相對(duì)較低，運(yùn)行維護(hù)量大。自井勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它

的勵(lì)磁電源來(lái)自發(fā)電機(jī)端，受發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變更的影響。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下

降時(shí)其強(qiáng)勵(lì)實(shí)力下降，對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定不利。不過(guò)隨著電力系統(tǒng)中快速愛(ài)

護(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，且自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)可以通過(guò)變壓器敏捷

地選擇強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，可以較好地滿意電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的要求。

綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面因素，舉薦在發(fā)電機(jī)組采納自并勵(lì)快速勵(lì)磁方式。

為驗(yàn)證其正確性，通過(guò)穩(wěn)定計(jì)算探討了滿發(fā)時(shí)發(fā)電機(jī)組采納自并勵(lì)勵(lì)磁方式的穩(wěn)

定狀況，計(jì)算結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)組采納自并勵(lì)勵(lì)磁方式可滿意系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，

但必需同時(shí)加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。

直流機(jī)勵(lì)磁方式是采納直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源，供應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)

磁電流。其中直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵(lì)磁機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是與無(wú)勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)比較，廠用

電率較低。缺點(diǎn)是直流勵(lì)磁機(jī)存在整流環(huán)，功率過(guò)大時(shí)制造有肯定困難，100MW

以上汽輪發(fā)電機(jī)組難以采納。直流勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸，勵(lì)磁電流通過(guò)換向

器和電刷供應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁電流，形成有碳刷勵(lì)磁。直流機(jī)勵(lì)磁方式又可分為自

勵(lì)式和它勵(lì)式。特地用來(lái)給同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路供電的直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)稱為直流

勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)，

它勵(lì)直流勵(lì)磁方式，就是在它勵(lì)系統(tǒng)中增加副勵(lì)磁機(jī)，用來(lái)供應(yīng)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)

磁電流，副勵(lì)磁機(jī)FL為主勵(lì)磁機(jī)JL的勵(lì)磁機(jī)，副勵(lì)磁機(jī)與主勵(lì)磁機(jī)均與發(fā)電機(jī)

同軸。與自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)比較，自勵(lì)與他勵(lì)的區(qū)分是對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式

而言的。他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)比自勵(lì)勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)多用了一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)，所用設(shè)備

增多，占用空間大，投資大。但是提高了勵(lì)磁機(jī)的電壓增長(zhǎng)速度，因而減小了勵(lì)

磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)。他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一般只用在水輪發(fā)電機(jī)組上。

自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖

H動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖

采納直流勵(lì)磁供電的勵(lì)磁方式，在過(guò)去的十幾年間，是同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)

磁方式。目前大多數(shù)中小型同步發(fā)電機(jī)仍采納這種勵(lì)磁方式。長(zhǎng)期的運(yùn)行閱歷證

明，這種勵(lì)磁方式具有獨(dú)立的，不受外系統(tǒng)干擾的勵(lì)磁電源。勵(lì)磁牢靠性高，且

調(diào)整便利的優(yōu)點(diǎn)。但換向器和電刷的維護(hù)工作量大。近年來(lái)，隨著電力生產(chǎn)的發(fā)

展，同步發(fā)電機(jī)的容量愈來(lái)愈大，要求勵(lì)磁功率也相應(yīng)增大，而大容量的直流勵(lì)

磁機(jī)無(wú)論在換向問(wèn)題或電機(jī)的結(jié)構(gòu)上都受到限制。因此，直流勵(lì)磁方式愈來(lái)愈不

能滿意要求。目前，在100MW及以上發(fā)電機(jī)上很少采納。我廠為保證勵(lì)磁系統(tǒng)的

高牢靠性而配備的備用勵(lì)磁機(jī)就是它勵(lì)直流機(jī)勵(lì)勵(lì)磁方式。

其次節(jié)：溝通機(jī)勵(lì)磁方式

用直流機(jī)作為勵(lì)磁電源，不僅維護(hù)困難，而且在應(yīng)用上也有限制。采納溝通

機(jī)勵(lì)磁方式，由于勵(lì)磁機(jī)容量相對(duì)較小，只占同步發(fā)電機(jī)容量的0.3?0.5,且時(shí)

間常數(shù)也較?。错憫?yīng)速度快）。因此在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的大容量發(fā)電機(jī)（如200州、

300MW等），都采納溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)在大容量的發(fā)電機(jī)，要求勵(lì)磁系統(tǒng)有很

高的牢靠性和很快的響應(yīng)速度。而直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)存在的整流環(huán)是平安運(yùn)行的薄

弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，所以100MW及以上容量機(jī)組都用溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)。

溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)的核心設(shè)備是溝通勵(lì)磁機(jī)，其容量相對(duì)較小，只占同步發(fā)電機(jī)容

量的0.3%?0.5%。由于要求其響應(yīng)速度很快，所以大型機(jī)組的溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)一

般采納他勵(lì)方式，既有主勵(lì)磁機(jī)，也有副勵(lì)磁機(jī)。

溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)是采納特地的溝通勵(lì)磁機(jī)代替了直流勵(lì)磁機(jī)，并與發(fā)電機(jī)同

軸。它運(yùn)行發(fā)出的溝通電，經(jīng)整流電路后變成直流，供應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。

第三節(jié)：其他勵(lì)磁方式

1.1自勵(lì)溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)

自勵(lì)溝通勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電源從本機(jī)出口電壓干脆獲得。為了維持端電壓的恒

定用可控硅整流元件。因此，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器的調(diào)整電流輸出至何處向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

子送電：

方案中，自勵(lì)的溝通勵(lì)磁機(jī)經(jīng)可控硅整流橋B向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子送電，自動(dòng)勵(lì)磁

調(diào)整器限制此可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)整其輸出電流，以維持發(fā)電機(jī)端電壓的恒定。

溝通勵(lì)磁機(jī)本身則經(jīng)過(guò)令一個(gè)反饋回路，由自身的恒壓?jiǎn)卧獊?lái)保證其溝通勵(lì)磁電

壓的恒定。由于這種方案完全不考慮勵(lì)磁機(jī)的時(shí)間常數(shù)，因而，勵(lì)磁電壓響應(yīng)速

度比較快，時(shí)間常數(shù)小，但是，對(duì)其容量要求較大。

1.2無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)

在他勵(lì)和自勵(lì)溝通勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流全部由可捽硅（或二極

在方案一中，考慮到勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組LLQ的時(shí)間常數(shù)，其響應(yīng)速度較慢。為

了提高響應(yīng)速度可以采納方案二，就是將可控硅整流橋裝設(shè)旋轉(zhuǎn)部分，代替方案

一旋轉(zhuǎn)部件中的二極管整流橋。方案二中由中頻副勵(lì)磁機(jī)ZPF供電給溝通主勵(lì)磁

機(jī)JL的直流勵(lì)磁繞組JLLQ?？煽毓璧挠|發(fā)脈沖由同軸旋轉(zhuǎn)的觸發(fā)脈沖發(fā)生器PG

供應(yīng)。PG也是一個(gè)由多相繞組組成的電樞，它的磁場(chǎng)由d、q兩個(gè)相互垂直的繞

組的磁場(chǎng)合成，因此當(dāng)d、q磁場(chǎng)的大小作各種不同的變更時(shí)，PG的合成磁場(chǎng)（相

對(duì)JLLQ磁場(chǎng)）就在作不同角度的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的范圍為90°。這樣就使得PG的觸

發(fā)脈沖與主勵(lì)磁機(jī)JL各相溝通電壓之間，產(chǎn)生不同的相角變更，從而限制主勵(lì)

磁機(jī)送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流的大小，以達(dá)到維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定的目

的。

在方案二中，不必考慮主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組JLLQ時(shí)間常數(shù)的影響，所以其響

應(yīng)速度比方案一快，其自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器的輸出與其他勵(lì)磁系統(tǒng)不同，顯得較為困

難一些，但并不難實(shí)現(xiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)是：革除了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部

分。其缺點(diǎn)是：在監(jiān)視與修理上有其不便利之處。由于與轉(zhuǎn)子回路干脆連接的元

件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子回路的電壓電流都不能用一般的直流電壓表、直流電流

表干脆進(jìn)行監(jiān)視,轉(zhuǎn)子繞組的絕緣狀況也不便監(jiān)視，二極管與可控硅的運(yùn)行狀況,

接線是否開(kāi)脫，熔絲是否熔斷等等都不便監(jiān)視。因而在運(yùn)行維護(hù)上不太便利。但

隨著科技的發(fā)展，監(jiān)視問(wèn)題正在得到逐步解決。

1.3無(wú)勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)

勵(lì)磁機(jī)本身就是牢靠性不高的元件，可以說(shuō)它是勵(lì)磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，

因勵(lì)磁機(jī)故障而迫使發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行的事故并非鮮見(jiàn)，故相應(yīng)地出現(xiàn)了不用勵(lì)磁

機(jī)的勵(lì)磁方案。如下圖所?。喊l(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源干脆由發(fā)電機(jī)端電壓獲得，經(jīng)過(guò)

限制整流后，送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，作為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，以維持發(fā)電機(jī)瑞電

壓恒定的勵(lì)磁方式，是無(wú)勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)自勵(lì)系統(tǒng)。最簡(jiǎn)潔的發(fā)電機(jī)自勵(lì)系統(tǒng)是

干脆運(yùn)用發(fā)電機(jī)的端電壓作勵(lì)磁電流的電源，由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整器限制勵(lì)磁電流的

大小，稱為自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱自并勵(lì)系統(tǒng)。自并勵(lì)系統(tǒng)中，除去轉(zhuǎn)子

本體極其滑環(huán)這些屬于發(fā)電機(jī)的部件外，沒(méi)有因供應(yīng)勵(lì)磁電流而采納的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)

或機(jī)械接觸類元件，所以又稱為全靜止式勵(lì)磁系統(tǒng)。下圖為無(wú)勵(lì)磁機(jī)發(fā)電機(jī)自并

勵(lì)系統(tǒng)框圖，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流電源由接于發(fā)電機(jī)機(jī)端的整流變壓器ZB

供應(yīng)，經(jīng)可控硅整流向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供應(yīng)勵(lì)磁電流，可控硅元件SCR由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)

整器限制。系統(tǒng)起勵(lì)時(shí)須要令加一個(gè)起勵(lì)電源。

起

勵(lì)

元

件

器

磁調(diào)節(jié)

自動(dòng)勵(lì)

框圖

勵(lì)系統(tǒng)

機(jī)自并

機(jī)發(fā)電

無(wú)勵(lì)磁

，運(yùn)行

簡(jiǎn)潔

，系統(tǒng)

磁機(jī)

軸勵(lì)

要同

不須

是：

優(yōu)點(diǎn)

統(tǒng)的

勵(lì)系

機(jī)自并

發(fā)電

磁機(jī)

無(wú)勵(lì)

；由可

維護(hù)

檢修

機(jī)的

于主

有利

資及

建投

了基

，削減

長(zhǎng)度

組的

了機(jī)

；縮短

性高

牢靠

端

機(jī)機(jī)

發(fā)電

度；由

應(yīng)速

壓響

磁電

的勵(lì)

較快

獲得

，可以

電壓

轉(zhuǎn)子

限制

干脆

元件

控硅

壓

的過(guò)電

，機(jī)組

荷時(shí)

甩負(fù)

機(jī)組

，發(fā)電

相比

系統(tǒng)

勵(lì)磁

磁機(jī)

軸勵(lì)

，與同

能量

勵(lì)磁

獲得

夠的

乏足

時(shí)，缺

較長(zhǎng)

時(shí)間

切除

故障

路而

端短

口近

機(jī)出

：發(fā)電

點(diǎn)是

。其缺

一些

也低

。

有利

方式

勵(lì)磁

其它

不如

影響

定的

統(tǒng)穩(wěn)

力系

，對(duì)電

實(shí)力

勵(lì)磁

強(qiáng)行

發(fā)電

統(tǒng)大型

電力系