《励磁系统培训》PPT课件.ppt

内蒙古电力科学研究院,电力系统技术研究所 发电机励磁系统,主要内容,第一部分 励磁系统概述第二部分 发电机励磁系统基本原理及组成第三部分 常用励磁系统型式第四部分 励磁调节器AVR第五部分 功率柜第六部分 灭磁及转子绕组过电压保护装置第七部分 励磁系统的主要技术指标 及执行的国标,电力系统技术研究所,第一部分 励磁系统概述 同步发电机运行时,必须在励磁绕组中通入直流电流,以便建立磁场,这个电流称为励磁电流,而供给电流的整个系统称为励磁系统。由于励磁绕组又称发电机转子,故励磁电流也叫转子电流。在电力系统的运行中,同步发电机是电力系统的无功功率主要来源之一,通过调节励磁电流可以改变发电机的无功功率,维持发电机端电压。不论在系统正常运行还是故障情况下,同步发电机的直流励磁电流都需要控制,因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。励磁系统的安全运行,不仅与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关,而且与发电机及电力系统的运行稳定性密切相关。,第二部分 发电机励磁系统基本原理及构成2.1励磁系统基本原理导体在磁场中运动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流 这就是最基本的发电机原理。励磁系统就是用来给发电机建立磁场的一套控制系统。,电力系统技术研究所,电力系统技术研究所,2.2励磁系统的主要构成励磁电源装置 如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器、硅二极管整流装置、可控硅整流装置等。自动励磁调节装置 手动励磁调节装置（可不设置）自动灭磁装置发电机转子绕组过电压保护装置（小机组不设）备用励磁系统（可不设置）信号系统、测量仪表,电力系统技术研究所,第三部分 常用励磁系统型式 1.直流励磁机励磁系统 多用于七十年代以前的中小型机组。2.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静止整流器励磁系统（“三机”励磁系统）多用于六十年代以后100MW以上的大型火电机组。3.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-旋转整流器励磁系统（“无刷”励磁系统）用于八十年代以后的大中小型机组（用量较少）。4.静止可控硅自并激励磁系统（“自并激”励磁系统）多用于七十年代以后的水电机组、以及九十年代以后的大中小型火电机组，系优质励磁系统。,3.1直流励磁机励磁系统 直流励磁机系统的接线有自励式和他励式。在自励式接线中，应用并激直流发电机作为励磁机，利用剩磁自励；在他励式接线中，除主励磁机外，尚有副励磁机，副励磁机供给主励磁机励磁。励磁机、副励磁机大多与主机同轴旋转。励磁回路都装有调节电阻R，改变R的大小，既可改变直流励磁机的电压，从而改变发电机的励磁电流。,电力系统技术研究所,优点：由于励磁机一般和发电机同轴相连，所以系统中发生短路或电压发生巨变时住机惯性很大，励磁机转速不受影响，能够照常励磁；由于励磁机可以改变极性，所以在切断负荷时能快速去磁；当系统发生故障时，在发电机励磁绕组上感应的交流电形成闭环回路，不会发生转子过电压。缺点：整流子集电环电刷的维护工作量太大，且往往是故障的根源；同轴高速励磁机由于受到机械强度和换相困难等限制，极限容量在300500kW，所以不能用于大型机组；直流励磁机有较大的时间常数，因此电压响应速度较慢。,3.2 三机励磁系统 主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。,电力系统技术研究所,3.2.1 三机励磁系统的优缺点 优点：发电机的励磁电源取自同轴的交流主励磁机，不受电力系统运行的情况影响，工作可靠；高速大容量交流主励磁机的设计制造、运行维护比直流励磁机容易（直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，供给发电机励磁。“三机”励磁系统用静止硅整流器代替旋转的机械整流子）；永磁式副励磁机电源独立、工作可靠（只要机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流）。缺点：交流主励磁机是一“时滞”环节（要调节发电机励磁电流，必须先调节交流主励磁机的励磁电流，有“时滞”存在）；副励磁机波形畸变（可控硅整流桥的负载是交流主励磁机转子绕组这一电感性负载。因此，励磁电源副励磁机的输出电压波形将产生畸变，容易出现发电机调节不稳定、无功功率跳动或摆动的情况）。,电力系统技术研究所,3.2.2“三机”励磁系统主体设备1.交流主励磁机（发电机生产厂家制造）1台 2.永磁副励磁机（发电机生产厂家制造）1台 3.硅二极管整流装置 1套 4.微机励磁调节装置 1套 5.灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套 6.主励磁机手动备用励磁装置（可不设置）1套,电力系统技术研究所,3.3 无刷励磁系统 用同轴旋转的交流励磁机作为励磁电源，励磁机的电枢绕组是旋转的而它的励磁绕组是静止的，因此旋转电枢输出的多相交流电与装在同轴轮架上的整流器直接连接，整流器是旋转的，这样整流后的直流电流不经过滑环和电刷，可直接与发电机的励磁绕组相连。,电力系统技术研究所,无刷励磁系统的优缺点：优点：没有滑动接触，结构紧凑，占地面积小，成本低；可靠性高，运行维护简单，不会由于励磁电流过大使滑环发生冒火花等现象。缺点：由于二极管装在旋转圆盘上，因此必须考虑能承受强大离心力的机械强度；由于励磁电源到发电机转子绕组都是旋转的，所以不可能直接测量发电机励磁绕组任何量，也不可能直接对主整流桥进行检测，必须采用间接的特殊测量手段；灭磁时只能将交流励磁机快速灭磁，使发电机磁场电流自然衰减，这样灭磁速度很慢；任一元件故障或需要更换必须是机组停电，无法利用备用励磁。,电力系统技术研究所,无刷励磁系统的组成1.交流主励磁机（发电机生产厂家制造）1台2.永磁副励磁机（发电机生产厂家制造）1台3.旋转整流器（发电机生产厂家制造）1台4.微机励磁调节装置 1套5.灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套,电力系统技术研究所,3.4自并激励磁系统 接自汽轮发电机机端的励磁变压器之副边电压，经可控硅整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。自动励磁调节器（AER）控制可控硅整流器输出的励磁电流之大小。自并激励磁系统没有旋转部分，属静态励磁系统。,电力系统技术研究所,自并激励磁系统优点 1.运行可靠性高。自并激励磁系统为静态励磁，没有旋转部分，运行可靠性高。随着电力电子技术的发展，大功率可控整流装置的可靠性已与不可控整流装置大致相当。2.可提高机组轴系的稳定性。由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机发电机组的轴系长度（例如300MW汽轮发电机轴长由原“三机”系统的14922mm缩短至11220mm，减少了3.7m），提高了机组轴系的稳定性、改善了轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。3.励磁系统响应快。因为没有主励磁机这一时滞环节，所以自并激励系统是一种高起始的快速响应励磁系统。因而技术指标高，性能参数好。4.可提高电力系统的稳定水平。在小干扰稳定方面，自并激励磁系统配置PSS（电力系统稳定器）后，小干扰稳定水平较交流励磁机励磁系统有明显的提高；在大干扰稳定方面，电力系统的计算表明，自并激励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁系统相近或略有提高。5.可提高电厂的经济效益。自并激励磁系统没有旋转部分，运行可靠性高、调整容易、维护简单、检修工作量小，因而可提高发电效益。6.可节约电厂的基建投资。自并激励磁系统缩短了汽轮机发电机组的轴系长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基建费用。,电力系统技术研究所,自并激励磁系统的缺点 1.发电机出口端短路时，将会导致励磁电源降低或消失。目前，100MW及以上容量的汽轮发电机，三相输出端都设有分相封闭母线，汽轮发电机出口端短路的现象基本上不存在。2.发电机出口端三相短路时，短路电流迅速衰减，继电保护的配合比较复杂。首先，三相输出端分相封闭母线的设立，使汽轮发电机出口端短路的现象基本消除。其次，采用一定的技术措施后，可以保证继电保护的动作，将发电机从电网中切除。,电力系统技术研究所,电力系统技术研究所,自并激励磁系统的组成 1、励磁变压器 2、自动励磁调节器（AER）3、可控硅整流器 4、灭磁和过电压保护装置 4.1、发电机转子绕组灭磁装置 4.2、发电机转子绕组过电压保护装置 4.3、可控硅整流装置直流侧过电压保护装置 4.4、尖峰脉冲吸收装置 5、发电机起励装置,电力系统技术研究所,自并激励磁系统的保护和限制 低励磁限制/低励磁保护 反时限过励磁限制/过励磁保护 V/Hz限制/V/Hz保护 电力系统稳定器PSS（小机组可不设）发电机PT断线检测和保护 误强励检测和限制 发电机空载过电压保护 可控硅失脉冲检测 可控硅整流柜（桥）故障的强励限制,电力系统技术研究所,第四部分 励磁调节器（AVR）,数字式和模拟式AVR的特性比较,AVR的简单原理集成电路还是微机励磁调节器，首先将电压、电流等模拟量和一些必要的开关量采进来，其运算及控制均有单片机、DSP或工控机来实现，最后输出模拟量控制或开关量控制指令。,电力系统技术研究所,CPU,DI,AI,DO,AO,第五部分 功率柜5.1功率柜功率柜就是发电机励磁电源的变换装置，多采用三相二极管或全控变流器。,电力系统技术研究所,5.2可控硅指标以采用美国GE 公司技术生产的KPX1650A/4200V晶闸管为例,电力系统技术研究所,5.3检查可控硅好坏的方法判断可控硅好坏的简单方法有两个，第一是用万用表电阻档测可控硅的电阻。一般来说，可控硅A 极和K 极的电阻很大，至少100K以上。G 极和K 极的电阻很小，在10200之间。第二是用两个对线灯检测，具体方法是：用第一个对线灯的正极接可控硅A 极，其负极接K 极，此时该对线灯不亮，因为没有触发信号；用第二个对线灯的正极接可控硅的G极，其负极接K 极，此时两个对线灯都亮，表明这个可控硅可以被触发；最后断开第二个对线灯的接线，如果第一个对线灯仍然还亮，表明这个可控硅不仅可以被触发，还可以维持导通，是一个好可控硅。反之，表明这个可控硅的维持电流很大。,电力系统技术研究所,第六部分 灭磁及转子绕组过电压 保护装置6.1灭磁灭磁的概念 当发电机组的内部或发电机出口端发生故障以及正常停机时都要快速切断励磁电源,由于发电机转子绕组是个储能的大电感，因此励磁电流突变势必在转子绕组两端引起相当大的暂态过电压，造成转子绝缘击穿，所以必须尽快将转子电感中的磁能快速消耗，这就是通常所说的灭磁。,电力系统技术研究所,灭磁方法通常使用的灭磁方法有：线性电阻灭磁、灭磁开关灭磁、逆变灭磁和非线性电阻灭磁。现在比较常见的是逆变灭磁与非线性电阻灭磁相结合的方法。非线性电阻的材料一般用碳化硅和氧化锌。,电力系统技术研究所,电力系统技术研究所,6.2过电压保护装置跨接器的基本原理（图见灭磁）励磁跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量。,电力系统技术研究所,尖峰过电压吸收器（SPA）励磁跨接器就是转子过电压保护装置，其基本电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量。,电力系统技术研究所,第六部分 励磁系统的主要试验出厂试验静态试验动态试验参数测试及pss,电力系统技术研究所,第七部分 励磁系统的主要技术指标 及执行的国标7.1励磁系统的主要技术指标 1、当发电机的励磁电压和电流不超过额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。2、励磁系统顶值电压倍数（2.0）3、励磁系统允许强励时间 10s（20）4、励磁系统电压响应比（电压上升速度）“自并激”系统 3.5“三机”系统 1.6-1.8（2.0）5、电压调整范围 自动70-110%手动20-110%6、电压调整精度 0.5%（0.25%）7、调差范围 10%（15%）8、励磁系统强行切除率 0.1%括号内为对大型机组和优质励磁系统的要求。,电力系统技术研究所,7.2励磁系统执行的国标 中华人民共和国国家标准GB/T 7409.17409.3-1997 同步电机励磁系统 中华人民共和国电力行业标准DL/843-2003大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件,