1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡介，安徽金鐘仁麗技術(shù)有限公司上海合凱電力保護(hù)設(shè)備有限公司黃東華，1。發(fā)電機(jī)基本原理和勵(lì)磁系統(tǒng)，中學(xué)物理告訴我們導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)，切斷磁場的磁力線時(shí)導(dǎo)體產(chǎn)生電流。表明要生產(chǎn)電力，兩個(gè)條件都必須滿足。也就是說，必須有產(chǎn)生磁力線的磁場。2.)移動(dòng)的導(dǎo)體必須切割磁力線。勵(lì)磁系統(tǒng)是產(chǎn)生發(fā)電機(jī)磁場的控制系統(tǒng)。2.發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子、發(fā)電機(jī)主要由兩種構(gòu)成。1.)轉(zhuǎn)子繞組用于通過直流電流對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生磁場。2.)定子繞組旋轉(zhuǎn)的磁場的磁線電火花在定子繞組中產(chǎn)生(發(fā)出)電流。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子被原動(dòng)機(jī)(渦輪、渦輪、柴油機(jī)等)拖動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁場也旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生相對(duì)于靜態(tài)定子和定子繞組的運(yùn)動(dòng)。3.勵(lì)磁系統(tǒng)最

2、基本的功能是，將可任意控制其大小的直流電流(“勵(lì)磁電流”)傳送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，這是勵(lì)磁系統(tǒng)最基本的功能。事實(shí)上，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)要復(fù)雜得多，是集成了多領(lǐng)域電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電氣技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)原理和接口技術(shù)、c編程語言、繼電保護(hù)等的高新技術(shù)產(chǎn)品。4 .同步發(fā)電機(jī)現(xiàn)代勵(lì)磁系統(tǒng)的功能，1。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出端電壓；調(diào)整發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)負(fù)擔(dān)的無功功率。3.提高同步發(fā)電機(jī)并行運(yùn)行的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性3.1靜態(tài)穩(wěn)定性：可以使用靈敏、快速的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在小干擾下提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性(靜態(tài)穩(wěn)定性)。3.2動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：利用響

3、應(yīng)速度快、高電壓的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在大擾動(dòng)下提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性(動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性)。4.發(fā)生發(fā)電機(jī)事故時(shí)，為了保護(hù)發(fā)電機(jī)安全，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的快速自毀。勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，1國際電氣技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC2A(秘密13-1978)汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求IEC(秘密593-1982)關(guān)于同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的若干規(guī)定2中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB755-87旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求GB/T 7409.3-勵(lì)磁系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，1發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和電流不超過額定勵(lì)磁電壓和電流的1.1倍時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)保證連續(xù)運(yùn)行。2勵(lì)磁系統(tǒng)頂部電壓倍數(shù)1.61.8 (2.0) 3勵(lì)磁系統(tǒng)允許勵(lì)磁時(shí)間10s (20) 4勵(lì)磁

4、系統(tǒng)電壓響應(yīng)比(電壓上升速度)磁-勵(lì)磁系統(tǒng)3.5 3機(jī)器系統(tǒng)1.61.8 (2.0) 5電壓曹征范圍7010% 6電壓曹征精度0，7 .勵(lì)磁系統(tǒng)的主要配置，直流勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器、硅二極管整流器、晶閘管整流器等勵(lì)磁電源裝置。自動(dòng)勵(lì)磁曹征裝置手動(dòng)勵(lì)磁曹征裝置(設(shè)定渡邊杏)自動(dòng)磁切斷裝置發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)裝置(小裝置有設(shè)定渡邊杏)備用勵(lì)磁系統(tǒng)(設(shè)定渡邊杏箱)上述裝置的控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)和測(cè)量裝置，8 .目前國內(nèi)常用的女子系統(tǒng)，1 .直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)更多地用于70年代以前的中小型設(shè)備。2.與發(fā)電機(jī)同軸二次勵(lì)磁機(jī)的交流勵(lì)磁機(jī)-靜態(tài)整流勵(lì)磁系統(tǒng)(“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng))，60年代以后主要用

5、于100MW以上的大型火電廠。發(fā)電機(jī)同軸勵(lì)磁機(jī)-旋轉(zhuǎn)整流勵(lì)磁系統(tǒng)(“無刷”勵(lì)磁系統(tǒng))自20世紀(jì)80年代以來用于大中型小型設(shè)備(使用量少)。4.靜態(tài)SCR磁及勵(lì)磁系統(tǒng)(“磁勵(lì)磁系統(tǒng)”)主要用于70年代以后的水電站，以及90年代以后的大中型小型火力發(fā)電廠，是高質(zhì)量的勵(lì)磁系統(tǒng)。9 .“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)-靜態(tài)整流勵(lì)磁系統(tǒng)(三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng))簡，10。“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)由主勵(lì)磁機(jī)交流輸出，硅二極管整流器整流后，汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁供應(yīng)。永磁勵(lì)磁機(jī)的中頻輸出通過晶閘管整流器提供。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)末端電壓互感器、變流器帶來的曹征信號(hào)，控制晶閘管整流裝置輸出大小，實(shí)現(xiàn)設(shè)備勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)節(jié)。11 .

6、“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源不受電源系統(tǒng)運(yùn)行影響，同軸交流主勵(lì)磁機(jī)，運(yùn)行可靠。高速大容量交流主勵(lì)磁機(jī)的設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行和裴珉姬維修比直流勵(lì)磁機(jī)容易。直流勵(lì)磁機(jī)電樞產(chǎn)生交流電位，經(jīng)過換向器(換向器)的機(jī)械整流作用，成為直流輸出，供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)使用靜態(tài)硅整流器代替旋轉(zhuǎn)機(jī)械整流器。永磁二次勵(lì)磁機(jī)PMG運(yùn)行可靠性，如果設(shè)備旋轉(zhuǎn)，可以提供主勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流。12.“三期”勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)，交流主勵(lì)磁機(jī)是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的“時(shí)間延遲”鏈路，首先調(diào)節(jié)交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，才會(huì)存在“時(shí)間延遲”。二次勵(lì)磁機(jī)波形畸變晶閘管整流橋的負(fù)載是交流主勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電感負(fù)載。因此，勵(lì)磁電源輔助勵(lì)磁

7、裝置的輸出電壓波形失真，可以容易地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定、無功功率跳動(dòng)或晃動(dòng)的情況。13.“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)框圖，14 .“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)成套設(shè)備，1 .交流主勵(lì)磁機(jī)(發(fā)電機(jī)制造商)1比2。永磁勵(lì)磁機(jī)(發(fā)電機(jī)制造商)1比3。硅二極管整流器1組4。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置1套5。1套火磁和轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)裝置6。主勵(lì)磁機(jī)手動(dòng)備用勵(lì)磁裝置(無法設(shè)定)1套，15套。交流主勵(lì)磁機(jī)，額定容量根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定額定電壓根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定額定電流根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定相位數(shù)3相頻率確定100 Hz(用于減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電感和時(shí)間常數(shù))額定速度與同軸發(fā)電機(jī)相

8、同，16 .永磁勵(lì)磁機(jī)，額定容量基于發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定額定電壓發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定額定電流基于發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定相位數(shù)3相頻率400或500 Hz (if)額定速度與同軸發(fā)電機(jī)相同勵(lì)磁方式永磁，17硅整流，整流三相全波橋不可控整流組件高功率硅二極管整流橋數(shù)1 2(并行)單整流橋輸出電壓2倍發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓單整流橋輸出電流2倍發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流單整流橋只需發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)磁要求硅二極管參數(shù)要求：額定電流額定電壓逆電壓，18。單通道或雙通道容錯(cuò)數(shù)字(基于微機(jī))自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AER)?？梢宰畲蠡{(diào)節(jié)器內(nèi)的線路

9、和組件故障。所有AER都可以單獨(dú)滿足所有操作條件，包括強(qiáng)有力的激勵(lì)措施?？梢詼p少調(diào)節(jié)器故障引起的單位強(qiáng)制停止率?？梢栽诠潭ńK端電壓下運(yùn)行發(fā)電機(jī)的四種模式：p、PI、PID、恒定電流、恒定無功、恒定功率因素。沒有正?；蛱厥庖髸r(shí)，首選恒電壓操作方式。軟件用c語言編寫。19 .土豆和轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)裝置，1 .“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)土豆系統(tǒng)正常關(guān)機(jī)主勵(lì)磁機(jī)：通過SCR整流橋的逆變土豆發(fā)電機(jī)：通過硅二極管整流橋的自然磁切斷發(fā)電機(jī)事故停機(jī)主勵(lì)磁機(jī)：通過晶閘管整流橋逆變器的磁切斷發(fā)電機(jī)：通過氧化鋅(ZnO)的非線性電阻切斷2。磁性切斷裝置：雙擊穿磁場斷路器ZnO非線性電阻3。過電壓保護(hù)裝置發(fā)電機(jī)子繞組線：Z

10、nO非線性電阻硅二極管整流橋：ZnO非線性電阻，20 .“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)的限制和保護(hù)功能、低勵(lì)磁限制/低勵(lì)磁保護(hù)半小時(shí)過流限制/過流保護(hù)V/Hz限制/V/Hz保護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS(不含小型單元)發(fā)電機(jī)PT單線檢測(cè)和保護(hù)故障勵(lì)磁檢測(cè)和保護(hù)發(fā)電機(jī)空載過壓保護(hù)晶閘管損失脈沖檢測(cè)硅二極管整流柜“磁激”勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)靜態(tài)晶閘管磁激磁系統(tǒng)(磁激系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng))簡單，22。磁和激勵(lì)磁系統(tǒng)概述，汽輪發(fā)電機(jī)末端勵(lì)磁變壓器的二次電壓，由晶閘管整流器整流后汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁供應(yīng)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AER)控制晶閘管整流器輸出的勵(lì)磁電流的大小。磁和激勵(lì)磁系統(tǒng)沒有旋轉(zhuǎn)部分，是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。23 .自身和勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，

11、高工作可靠性提高了機(jī)組軸系的穩(wěn)定性提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)速度提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了電廠的基礎(chǔ)設(shè)施投資，24 .自激磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(續(xù))，工作可靠性高，勵(lì)磁磁系統(tǒng)靜態(tài)勵(lì)磁，無旋轉(zhuǎn)部分，工作可靠性高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率控制整流器的可靠性已與未控制整流器接近。提高單位軸的穩(wěn)定性由于主輔激振器的消除，渦輪發(fā)電機(jī)組的軸長縮短(例如，300MW渦輪軸長從原“三機(jī)”系統(tǒng)的14922mm縮短到11220mm，減少3.7m)，提高單位軸的穩(wěn)定性，提高軸振動(dòng)，提高單位安全運(yùn)行水平。女子系統(tǒng)響應(yīng)速度主女子機(jī)的瞬間沒有停滯，因此，磁性和這里的系統(tǒng)是高啟動(dòng)快響應(yīng)的女子系統(tǒng)。因此，

12、技術(shù)指標(biāo)高，性能參數(shù)好。25 .自系統(tǒng)配置PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)以來，自系統(tǒng)配置PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)以來，小干擾穩(wěn)定性水平明顯提高(繼續(xù))，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；在大干擾穩(wěn)定性方面，電力系統(tǒng)計(jì)算表明，磁和勵(lì)磁磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性水平與交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)相似或略高。提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性，激勵(lì)其系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，從而提高發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)高運(yùn)行可靠性，易于曹征，簡單的裴珉姬管理，少裴珉姬維修工作。節(jié)約發(fā)電廠的基礎(chǔ)設(shè)施投資，激勵(lì)磁系統(tǒng)，縮短汽輪發(fā)電機(jī)組的軸長，縮短發(fā)電廠長度，降低發(fā)電廠的基礎(chǔ)設(shè)施成本。26 .自身和勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)，發(fā)電機(jī)出口短路時(shí)可能導(dǎo)致勵(lì)磁功率下降或熄滅，目前，容量超過100兆瓦的汽輪

13、發(fā)電機(jī)，三相輸出都有斷相總線，汽輪發(fā)電機(jī)出口短路的現(xiàn)象基本不存在。發(fā)電機(jī)出口部如果三相短路，短路電流會(huì)迅速減少，繼電保護(hù)的配合更為復(fù)雜。首先，由于三相輸出部設(shè)立相位關(guān)閉總線，渦輪發(fā)電機(jī)輸出部短路的現(xiàn)象基本消除。第二，采取特定技術(shù)措施后，可以保證繼電保護(hù)措施，將發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中移除。27 .磁和勵(lì)磁磁系統(tǒng)的組成，1勵(lì)磁變壓器2自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(AER) 3晶閘管整流4土豆和過電壓保護(hù)裝置4.1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組土豆裝置4.2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)裝置4.3晶閘管整流直流側(cè)過電壓保護(hù)裝置5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置28。勵(lì)磁變壓器功能：將發(fā)電機(jī)末端電壓降低為晶閘管整流器(整流橋)所需的輸入值，為發(fā)電機(jī)提供足夠的勵(lì)磁

14、功率。額定容量根據(jù)發(fā)電機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定，與原始側(cè)額定電壓和發(fā)電機(jī)額定輸出電壓參數(shù)相同的排便額定電壓發(fā)電機(jī)參數(shù)和強(qiáng)勵(lì)磁電壓頂值的倍數(shù)確定相位數(shù)3相頻率50 Hz布線方法Y/11段阻抗57%絕緣等級(jí)b或f型油浸或干、自冷油浸：放在工廠外；干：放在工廠內(nèi)部，29 .微機(jī)勵(lì)磁曹征設(shè)備功能：根據(jù)要求(最終電壓偏差、恒電流、無功或功率因素)自動(dòng)調(diào)整SCR整流器輸出的大小和方向。單通道或雙通道雙通道雙通道雙容錯(cuò)數(shù)字(基于微型計(jì)算機(jī))此處有調(diào)節(jié)器(AER)。最大限度地允許調(diào)節(jié)器內(nèi)的線路和組件故障。所有AER都可以單獨(dú)滿足所有操作條件，包括強(qiáng)有力的激勵(lì)措施。可以減少調(diào)節(jié)器故障引起的單位強(qiáng)制停止率

15、?？梢栽诠潭ńK端電壓下運(yùn)行發(fā)電機(jī)的四種模式：p、PI、PID、恒定電流、恒定無功、恒定功率因素。沒有正?；蛱厥庖髸r(shí)，首選恒電壓操作方式。軟件用c語言編寫。33 .晶閘管整流功能：在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制下，將勵(lì)磁變壓器二面角的交流電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓，提供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁。整流模式三相全波橋控制整流組件大功率晶閘管整流橋數(shù)1 2(并行)單整流橋輸出電壓2倍發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓單整流橋輸出電流2倍發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流單整流橋滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)磁要求晶閘管組件參數(shù)：額定電流額定電壓反向電壓，34。切斷和轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)裝置功能：發(fā)生裝置事故時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的磁阻切斷；發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)抑制轉(zhuǎn)子繞組的各種過電壓。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的初始勵(lì)磁。1“磁-激發(fā)”勵(lì)磁系統(tǒng)火磁模式發(fā)電機(jī)正常關(guān)機(jī)：通過晶閘管整流橋的逆變火磁發(fā)電機(jī)事故停機(jī)：通過氧化鋅(ZnO)的非線性電阻切斷2磁停用裝置：雙擊穿磁場斷路器ZnO非線性電阻3過電壓保護(hù)裝置：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組：ZnO非線性電阻晶閘管整流橋“自-女”勵(lì)磁系統(tǒng)的限制和保護(hù)功能、低勵(lì)磁限制/低勵(lì)磁保護(hù)逆時(shí)間和勵(lì)磁限制/過勵(lì)磁保護(hù)V/Hz限制/V/Hz保護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定