励磁系统课件-肖宇.ppt

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1、发电机励磁系统,内蒙古岱海发电有限责任公司,讲课人：肖 宇,首先提出三个问题,1.励磁系统的作用是什么？2.励磁系统是由哪些设备组成的？3.励磁系统检查项目？,主要内容,一励磁系统概述二.发电机静止可控硅自并激励磁系统简介 三励磁系统的组成及原理四励磁系统的作用五励磁系统的主要设备六励磁系统的附属设备七励磁系统的巡检检查八励磁系统的主要操作,一、励磁系统概述,1.发电机基本原理及励磁系统,中学物理学告诉我们：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。这说明，要发电必须同时满足两个条件：1.）要有产生磁力线的磁场；2.）运动的导体必须切割磁力线。励磁系

2、统就是产生发电机磁场的控制系统。,2.发电机的转子和定子,发电机由两大部分组成。1.）转子 转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；2.）定子 定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。,3.励磁系统的最基本功用,产生可以任意控制其大小的直流电流（称为“励磁电流”）向发电机转子绕组输送，这就是励磁系统的最基本功用。实际上的发电机励磁系统比这复杂得多，是综合了多门学科 电力系统及其自动化、电机学、模拟电子技术、数字电子技术、半导体变流技术、自动控

3、制原理、电工技术、工业自动化、微机原理及接口技术、C程序语言、继电保护 等的高科技产品。,4.同步发电机励磁系统的功能,1.发电机并网前，调节发电机输出的端电压；2.发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；3.提高同步发电机并列运行的静、动态稳定 3.1 静态稳定:采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；3.2 动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）；4.发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。,5.励磁系统的主要技术参数,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

4、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 1.61.8（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 1.61.8（2.0）5 电压调整范围 70110%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%蓝色数字为对一般励磁系统的要求,红色数字为对大型机组和优质励磁系统的要求。,6、励磁系统的分类,7.目前国内常用的励磁系统,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”

5、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。,二、发电机静止可控硅自并激励磁系统（“自并激”励磁系统）简 介,（一）、自并激励磁系统概述,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。,

6、（二）、自并激励磁系统的优点,运行可靠性高可提高机组轴系的稳定性励磁系统响应快可提高电力系统的稳定水平可提高电厂的经济效益可节约电厂的基建投资,（二）、自并激励磁系统的优点（续）,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。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。励磁系统响应快 因为没

7、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。,（二）、自并激励磁系统的优点（续）,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。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。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

8、的基建费用。,三、励磁系统的组成及原理,（一）、励磁系统的组成,供给发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统。它分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。,（二）、励磁系统的原理,从发电机端部经三相封闭母线连接到励磁变的一次侧；20KV降压为900V并经三相封闭母线连接到可控硅整流桥，可控硅整流桥输出连接到与发电机转子绕组直接相连的滑环。UNITROL 5000调节器根据测量到的发电机电压、电流可算出有功、无功、功率因数并根据实际运行工况计算出所需脉冲，控制可控硅整流桥的输出，即控制

9、发电机励磁，从而达到控制发电机运行。,UNITROL 5000调节器可根据电厂或电网的需要实现PID或恒无功或恒功率因数调节及PSS稳定控制。自并励系统在发电机无电压输出或电压低于5%空载额定电压时可控硅整流桥不工作即无整流电压输出。此时起励装置借助于厂用220V交流电经整流二极管、接触器、限流电阻送入发电机转子绕组中，起励电压可用软件参数设定，一般建立发电机的端电压不超过5%空载额定.在起励阶段，AVR测量到发电机电压达到预先设定的某一个值，就即刻自行切换到AVR控制，即起励装置的输出自行断开,由AVR控制可控硅整流桥输出保持着发电机电压达到预设值。如果采用零起升压，在上述过程中AVR会继续

10、升压，一直升至发电机电压额定值20KV。(基本过程:起励-切换-自动升压-自动停在设定电压值)。,（二）、励磁系统的原理,静止的励磁电流通过集电环送入旋转的发电机励磁绕组中。在自并励系统中，要求励磁控制装置具有很高的安全可靠性的同时，集电环的合理结构和足够的安全裕度；性能良好的碳刷等也是整个系统直至发电机转子绕组安全可靠的保证。（链接到图）,（二）、励磁系统的原理,四、励磁系统的作用,四、励磁系统的作用,励磁系统的主要作用有：根据发电机负荷变化相应地调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；控制并列运行各发电机组间无功功率分配；提高发电机并列运行的静态稳定性；提高发电机并列运行的暂态稳定性；在发电

11、机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；根据运行要求对发电机实行强大励磁限制及最小励磁限制。,五、励磁系统的主要设备,五、励磁系统的主要设备,励磁型号为:Q5S-0/U251-S6000,为双通道设计两个通道互为备用,如果运行中两个自动通道全部故障,则自动切换至两个独立手动通道中的任一个继续运行;五个可控硅整流桥采用n-1形式运行,即运行中可以允许任何一个桥退出.退出的数不超过3,灭磁开关最大的断开电流可达100KA、灭磁采用带跨接器的非线性电阻。,1.励磁变压器：,型 式三相干式容 量32200KVA额定电压比 20Kv/900v额定电流比 190.5A/4233.9A连接方式 D/

12、Y-5短路阻抗 8%安装环境 户内冷却方式自然风冷,功用：将发电机端电压降至可控硅整流器（整流桥）所需的输入值，为发电机提供足够的励磁功率。额定容量 根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定原边额定电压 与发电机额定输出电压参数相同副边额定电压 根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定,励磁调节器可以使发电机运行于恒机端电压、恒励磁电流、恒无功功率、恒功率因数四种运行方式。默认方式为恒发电机机端电压运行。AVR采用双通道数字式，具有微调节和提高发电机暂态稳定的特性。具有手动和双自动通道，各通道之间相互独立，可随时停用任一通道进行检修。各备用通道可相互跟踪，保证无扰动切换。AVR与DCS接口实现控制

13、室内对AVR的远方操作。AVR采用强迫通风，风机故障时能保证AVR正常运行。AVR柜为封闭式，进风口有空气过滤器，柜体的保护接地与工作接地分开。,2.励磁电压调节装置(AVR),AVR设有远方和就地给定装置；过励磁限制；过励磁保护；低励限制；电力系统稳定器（PSS）；V/H限制器；功率因数控制器；PT断线保护、导通监视、定子电流限制、磁场电流限制等附加功能。AVR的自动调节模式为端电压PID，手动调节采用PI方式。AVR各通道设恒电流调节手动单元，手动跟踪自动，切换无扰动。AVR两个通道，各通道装设独立的PT接口，每个通道功能齐全，都具有独立工作能力。AVR可方便地显示和修改参数并可故障自检。

14、AVR工作逻辑：正常时，双通道自动运行，同时发脉冲。一个自动通道故障时，故障通道无扰动退出、发信。,2.励磁电压调节装置(AVR),采用三相全波桥式整流，由六个臂组成。共有五个功率柜组成；可控硅整流桥通过一个门极驱动板（GDI）去驱动可控硅，进行整流。整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障，并发出信号。当一个功率柜退出运行时能满足发电机强励和1.1倍额定电流运行的要求。当两个功率柜退出运行时，能提供发电机额定工况所需的励磁容量,不能进行强励。如果三台功率柜故障则自动切断励磁。,3.可控硅整流装置：,运行中严禁打开功率柜的门，否则，该功率柜将自动退出运行。标准整流器(n

15、=5)具有五个并联的可控硅整流桥，其中至少有一个冗余的（n-1）配置。（n-1）的含义是当一个可控硅故障时，系统仍能满足最大励磁功率。冷却方式：带双冗余风机的强迫冷却。采用可靠的低噪音风机,具有100%备用。在风压或风量不足时备用风机能自动投入。提供二路冷却风机电源，二路电源能自动切换。当两台冷却风机都退出运行时，该整流柜退出运行。,3.可控硅整流装置：,六励磁系统的附属设备,六励磁系统的附属设备,起励装置灭磁与过电压保护集电环装置及碳刷,起励装置由小型开关、二极管模块、接触器及限流电阻组成。其作用是在发电机额定转速时，利用厂用220V交流电源，短时向发电机转子绕组提供励磁，使之建立空载电压当

16、DAVR检测到发电机端电压到达一定值时，自动断开接触器，输出脉冲触发可控硅整流桥并使之输出电流，使发电机电压连续上升并达到设定值。,（一）、起励装置,灭磁与过电压保护装置主要由单极直流磁场开关、跨接器及相串的非线性电阻（触发电子板、雪崩二极管、两个正反相连接的可控硅）、碳化硅组成。其作用是：在发电机正常或故障时迅速切除励磁电源并灭磁、抑制正向和反向转子过电压或出现大滑差和非全相运行时保护转子。发电机正常停机时：可切断灭磁开关或使可控硅桥逆变退励；发电机故障时：DAVR接受到信号瞬时起跳灭磁开关同时接通跨接器，使发电机磁场回路与可控硅断开，而与非线性电阻短接成回路。当发电机转子回路中产生正或反向

17、过电压时，跨接器中的雪崩二极管被击穿，相连的可控硅被触发，立即将灭磁电阻器串联到转子回路中。,（二）、灭磁与过电压保护,1、集电环装置 集电环装置是自并励系统之外的机械旋转装置（也称滑环），其转轴与发电机转轴连在一起，可将静止的励磁电流输送至旋转的发电机转子绕组中，它主要结构有：集电环转轴、刷握及刷架、集电环风扇及通风系统、碳刷。集电环表面要有等距离的矩形螺纹槽。它能迫使碳刷与滑环接触面的每一部分轮流传导电流，刷面负荷较均匀；时又迫使每一部分轮流断开电流得到冷却的机会，减少刷面局部过热；它也使高速旋转的集电环与静止的碳刷接触面间的“气垫”作用减弱，降低他们之间的接触电阻及由此产生的热量。两集电

18、环在每一端通过短路铜排、径向、轴向引线与转子绕组接通。另外，两集电环间的离心风扇提供足够的冷却风量，带走集电环、碳刷、等产生的热量，它们不超过额定工况下的温度限制。,（三）、集电环装置及碳刷,2、碳刷 碳刷是以天然石墨为基料的多种添加剂及粘结剂的混合体。性能好的碳刷必须有较低的弹性模量，摩擦系数，较高的自润滑能力和载流能力，能适应7080m/s线速度下运行，而滑环表面温度一般不超过100度。它对产生和保持环膜厚度等方面有决定性影响；环膜的性质和厚度决定集电环运行性能。因此，碳刷对集电环主要性能具有直接影响。特别注意：碳刷切不可混用或随意更换牌号。非正式厂家生产的或其他牌号不要使用，避免产生事故

19、。,（三）、集电环装置及碳刷,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 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,（四）、励磁系统的限制和保护功能,七励磁系统的巡检检查,七励磁系统的巡检检查,1、发电机功率因数、电压、无功及励磁电流、励磁电压指示正常且稳定。2、励磁操作界面没有运行限制器动作告警。3、工作调节器的设定点没有达到限制值。4、励磁系统投入自动位置，未发生自动切换现象，通道间平衡，切换准备就绪。5、起动后应定期在励磁专职人员监护下，将调节器通道快速

20、切换以便正确检验其功能。6、调节器无异音，调节器柜没有任何报警，各仪表指示正常。7、整流柜各冷却系统工作正常，空调运行正常，空气进出风口无杂物堵塞,励磁间温度控制在30度左右。8、整流柜均流正常，均流偏差不大于10。,9、AVR控制柜、整流柜就地显示无红灯告警。10、运行及维护人员定期检查励磁小间温度和记录励磁就地面板运行数据。11、无异常干扰,移动电话及对讲机等无线收发设备应远离励磁系统控制小间。12、机组正常运行中有特殊工作时，AVR柜门可打开外，其他任何柜门严禁打开。13、当励磁系统出现告警信号和异常运行情况，应及时告知设备维护人员。14、励磁柜无非正常运行的噪音。15、励磁系统运行中的

21、投切，参照励磁系统运行相关切换要求执行。,七励磁系统的巡检检查,八励磁系统的主要操作,六励磁系统的主要操作,1、励磁开关（Q02）接通/断开 2、励磁接通/断开（EXCI ON/OFF）3、起励成功必备的条件 4、通道1 与通道2 之间切换5、自动/手动方式之间切换(AVR CHOOSE AUTO/MANUAL)6、切换到应急通道,运行工作站的作用有以下四点：通过触摸屏控制励磁系统完成包括并网和解列在内的各种操作；显示发电机和励磁系统各种参数及状态；通过触摸屏改变励磁系统和发电机的运行参数；显示、记录发电机及励磁系统的各种故障情况。,接通命令：在有跳闸信号的前提下，点击接通命令“ON”，就可闭

22、合励磁开关。断开命令：断开磁场开关。如果发电机主开关已经断开(发电机在空载条件下运行)。励磁开关只能由远方控制来切断。,励磁接通命令(EXCITATION ON)：用于发电机初始励磁。励磁系统向发电机转子馈电，所以发电机电压能迅速建立到额定值。只要跳闸命令存在，励磁接通命令就被闭锁。只有在灭磁开关闭合以后才能实现励磁接通，励磁电流才开始流动。断开励磁命令(EXCITATION OFF)：立即切断发电机励磁。此时，励磁系统整流器转换为交流逆变运行(磁场能量反馈)，同时放电电阻切换到与转子绕组并联，以使发电机转子能量通过整流器逆变和放电电阻迅速放电。,励磁开关必须已经接通。没有断开命令和无跳闸信号

23、存在。发电机转速应保持额定转速3000r/min。,励磁系统具有两个完全相同的调节器和控制通道(通道1 及通道2)，因此可以自由地选择通道1或通道2作为工作通道。备用通道(不工作的通道)总是自动地与工作通道跟踪匹配。除了下述情况以外，可以在任何时间进行通道切换：（1）如果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。此时，再不可能切回到已经故障的通道，一直到故障修复方可切回。（2）如果不工作的通道故障，不能从工作通道手动切换到不工作通道。（3）切换延缓 a）工作通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。若此时自动切换到不工作的通道，不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止发电

24、机电压动态扰动的延续，不工作的通道跟随发电机电压设置有一段延时和相应的迟缓 b）从工作通道向不工作通道的手动切换时，为保证在切换过程中实现无扰动也设置了相应的迟缓特性。,励磁系统每个通道都有一个自动调节器(自动方式)和一个手动调节器(手动方式)。在自动方式中，励磁系统调节发电机电压，保证发电机机端产生恒定的电压。在手动方式中，发电机励磁(磁场电流)保持恒定随着发电机负荷的变化，发电机励磁(磁场电流给定点)必须手动调整，以使发电机电压不变。励磁系统正常运行在自动方式，严禁人为无故切至手动运行方式。由于不工作调节器总是跟随工作调节器，所以在任何时间手动运行/自动运行方式之间的切换都可能发生，所以运

25、行人员应当加强画面监视同时特别注意以下几点：（1）如果在自动方式下检测到故障，紧急切换到手动方式，此时不会再自动地切回到自动方式，故障已经消除后才能再切回到自动方式。（2）如果手动方式有故障，闭锁从自动方式切换到手动方式。（3）发电机可以在自动方式极限但又允许的运行范围内运行，但这个范围已经超出手动方式允许的运行范围。在这种情况下，手动调节器不再跟随自动调节器。反馈指示允许手动调节器跟随检查校验。（4）由于故障，自动切换到手动方式，若再切换到原来的运行情况故障还会发生。为此，手动调节器的跟随控制具有延迟和相应地减缓励磁电流改变的作用。（5）为了保证在各种情况下都能实现无扰动切换，从自动向手动方式切换，手动调节器具有相对延缓跟随特性，且直接跟随励磁电流的变化。,励磁系统除两个主要通道之外，附加了两个自应急的通道。应急通道与主通道的手动方式相类似，装有一个励磁电流调节器。应急通道还装有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。内置的过电压保护作为主通道保护的后备。应急通道的励磁电流调节器仅仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。应急通道的励磁电流调节器自动跟随主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自动地进行无扰动切换。,励磁系统原理方框图,