勵磁系統(tǒng)簡介

1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)簡介,安徽凱立科技股份有限公司上海合凱電力保護設(shè)備有限公司黃冬華,1. 發(fā)電機基本原理及勵磁系統(tǒng),中學(xué)物理學(xué)告訴我們：導(dǎo)體在磁場中運動、并切割磁場的磁力線時，導(dǎo)體中將會產(chǎn)生電流 —— 這就是最基本的發(fā)電機原理。 這說明，要發(fā)電必須同時滿足兩個條件： 1.） 要有產(chǎn)生磁力線的磁場； 2.） 運動的導(dǎo)體必須切割磁力線。 勵磁系統(tǒng)就是產(chǎn)生發(fā)電機磁場的控制系統(tǒng)。,2. 發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子

2、,發(fā)電機由兩大部分組成。 1.） 轉(zhuǎn)子 —— 轉(zhuǎn)子繞組通以直流電流，用以產(chǎn)生發(fā)電機的磁場； 2.）定子 —— 定子繞組被旋轉(zhuǎn)的磁場之磁力線切割，在定子繞組中產(chǎn)生（發(fā)出）電流。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子被原動機（水輪機、汽輪機、柴油機等）拖動轉(zhuǎn)動，因而轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的磁場也是旋轉(zhuǎn)的，與靜止的定子及定子繞組產(chǎn)生相對運動。,3. 勵磁系統(tǒng)的最基本功用,產(chǎn)生可以任意控制其大小的直流電流（稱為“勵磁電流” ）—— 向發(fā)電機

3、轉(zhuǎn)子繞組輸送，這就是勵磁系統(tǒng)的最基本功用。 實際上的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)比這復(fù)雜得多，是綜合了多門學(xué)科 —— 電力系統(tǒng)及其自動化、電機學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體變流技術(shù)、自動控制原理、電工技術(shù)、工業(yè)自動化、微機原理及接口技術(shù)、C程序語言、繼電保護 等的高科技產(chǎn)品。,4. 同步發(fā)電機現(xiàn)代勵磁系統(tǒng)的功能,1. 發(fā)電機并網(wǎng)前

4、，調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的端電壓； 2. 發(fā)電機并網(wǎng)后，調(diào)節(jié)發(fā)電機承擔(dān)的無功功率； 3. 提高同步發(fā)電機并列運行的靜、動態(tài)穩(wěn)定 3.1 靜態(tài)穩(wěn)定: 采用靈敏快速的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以提高發(fā)電機在小干擾下的穩(wěn)定性（靜態(tài)穩(wěn)定）； 3.2 動態(tài)穩(wěn)定：采用響應(yīng)快速、頂值電壓較高的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以提高發(fā)電機在的大擾動下的穩(wěn)

5、定性（動態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定）； 4. 發(fā)電機事故時，對轉(zhuǎn)子繞組迅速滅磁，以保護發(fā)電機的安全。,5. 勵磁系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),1 國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn) IEC2A（秘13-1978）汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求 IEC（秘593-1982） 關(guān)于同步發(fā)電機勵磁系統(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)電機基本技術(shù)要求 GB/T 7409.3-1997 大、

6、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求3 中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SD271-88 汽輪發(fā)電機交流勵磁機勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件 （“三機”系統(tǒng)） DL/T650-1998 大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件 （“自并激”系統(tǒng)）,6. 勵磁系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù),1 當(dāng)發(fā)電機的勵磁電壓和電流不超過額定勵磁電壓和電流的1.1倍時，

7、勵磁系統(tǒng)保證連續(xù)運行。 2 勵磁系統(tǒng)頂值電壓倍數(shù) ≮ 1.6~1.8 （2.0） 3 勵磁系統(tǒng)允許強勵時間 ≮ 10s （20） 4 勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)比（電壓上升速度） “自并激”系統(tǒng) ≮ 3.5 “三機”系統(tǒng) ≮ 1.6~1.8 （2.0） 5

8、電壓調(diào)整范圍 70~110% 6 電壓調(diào)整精度 ≤± 0.5 % （0.25%） 7 調(diào)差范圍 ±10 % （15%） 8 勵磁系統(tǒng)強行切除率 ≤ 0.1 % 藍色數(shù)字為對一般勵磁系統(tǒng)的要求, 紅色數(shù)字為對大

9、型機組和優(yōu)質(zhì)勵磁系統(tǒng)的要求。,7 . 勵磁系統(tǒng)的主要構(gòu)成,勵磁電源裝置 如直流勵磁機、交流勵磁機、勵磁變壓器、硅二極管整流裝置、可控硅整流裝置等。自動勵磁調(diào)節(jié)裝置 手動勵磁調(diào)節(jié)裝置（可不設(shè)置）自動滅磁裝置發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護裝置（小機組不設(shè)）備用勵磁系統(tǒng) （可不設(shè)置）上述 裝置的控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和測量儀表,8. 目前國內(nèi)常用的勵磁系統(tǒng),1. 直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 多用于

10、七十年代以前的中小型機組。2. 具有與發(fā)電機同軸副勵磁機的交流勵磁機-靜止整流器勵磁系統(tǒng)（“三機”勵磁系統(tǒng)） 多用于六十年代以后100MW以上的大型火電機組。3. 具有與發(fā)電機同軸副勵磁機的交流勵磁機-旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)（“無刷”勵磁系統(tǒng)） 用于八十年代以后的大中小型機組（用量較少）。4. 靜止可控硅自并激勵磁系統(tǒng)（“自并激”勵磁系統(tǒng)） 多用于七十年代以后的水電機組、

11、以及九十年代以后的大中小型火電機組，系優(yōu)質(zhì)勵磁系統(tǒng)。,9. “三機”勵磁系統(tǒng),發(fā)電機交流勵磁機-靜止整流器勵磁系統(tǒng)（“三機”勵磁系統(tǒng)）簡 介,10. “三機”勵磁系統(tǒng)慨述,主勵磁機的交流輸出，經(jīng)硅二極管整流器整流后，供給汽輪發(fā)電機勵磁。 主勵磁機的勵磁，由永磁副勵磁機之中頻輸出經(jīng)可控硅整流器整流后供給。 自動電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)汽輪發(fā)電機之端電壓互感器、電流互感器取得的調(diào)節(jié)信號，控

12、制可控硅整流器輸出的大小，實現(xiàn)機組勵磁的自動調(diào)節(jié)。,11. “三機”勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點,—— 發(fā)電機的勵磁電源取自同軸的交流主勵磁機，不受電力系統(tǒng)運行的情況影響，工作可靠?！?高速大容量交流主勵磁機的設(shè)計制造、運行維護比直流勵磁機容易。 直流勵磁機電樞產(chǎn)生的是交流電勢，經(jīng)過整流子（換向器）的機械整流作用，變成直流電輸出，供給發(fā)電機勵磁?！叭龣C”勵磁系統(tǒng)用靜止硅整流器代替旋轉(zhuǎn)的機械整流子。 —— 永磁式副勵磁

13、機PMG工作可靠，只要機組轉(zhuǎn)動，即可為主勵磁機提供勵磁電流。,12. “三機”勵磁系統(tǒng)的缺點,—— 交流主勵磁機是一“時滯”環(huán)節(jié) 要調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流，必須先調(diào)節(jié)交流主勵磁機的勵磁電流，有“時滯”存在。 —— 副勵磁機波形畸變 可控硅整流橋的負載是交流主勵磁機轉(zhuǎn)子繞組這一電感性負載。因此，勵磁電源副勵磁機的輸出電壓波形將產(chǎn)生畸變，容易出現(xiàn)發(fā)電機調(diào)節(jié)不穩(wěn)定、無功功率跳動或擺動的情況。,13. “

14、三機”勵磁系統(tǒng)原理框圖,14. “三機”勵磁系統(tǒng)設(shè)備成套范圍,1. 交流主勵磁機（發(fā)電機生產(chǎn)廠家制造） 1臺 2. 永磁副勵磁機（發(fā)電機生產(chǎn)廠家制造） 1臺 3. 硅二極管整流裝置 1套 4. 微機勵磁調(diào)節(jié)裝置 1套 5. 滅磁及轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護

15、裝置 1套 6. 主勵磁機手動備用勵磁裝置（可不設(shè)置） 1套,15. 交流主勵磁機,額定容量 根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定額定電壓 根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定額定電流 根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定相數(shù) 三相頻率 100 Hz（用以減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的電感及時間常數(shù)）額定

16、轉(zhuǎn)速 與同軸發(fā)電機相同,16. 永勵副勵磁機,額定容量 根據(jù)發(fā)電機、交流主勵磁機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定 額定電壓 根據(jù)發(fā)電機、交流主勵磁機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定 額定電流 根據(jù)發(fā)電機、交流主勵磁機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定 相數(shù) 三相 頻率 400 或 500

17、 Hz（中頻） 額定轉(zhuǎn)速 與同軸發(fā)電機相同 勵磁方式 永磁式,17. 硅整流裝置,整流方式 三相全波橋式不可控整流整流元件 大功率硅二極管整流橋數(shù)量 1 ~ 2（并聯(lián)）個單個整流橋輸出電壓 ≮ 2 倍發(fā)電機額定勵磁電壓單個整流橋

18、輸出電流 ≮ 2 倍發(fā)電機額定勵磁電流只需單個整流橋即可滿足發(fā)電機強勵需要硅二極管參數(shù)： 額定電流 額定電壓 反向電壓,18. 微機勵磁調(diào)節(jié)裝置,內(nèi)有單通道或雙通道容錯型數(shù)字式（微機型）自動勵磁調(diào)節(jié)器（AER）。 可最大限度地允許調(diào)節(jié)器內(nèi)線路和元件故障。 任一AER皆可單獨滿足包括強勵在內(nèi)的所有運行工況。 可減少因調(diào)節(jié)器故障引起的機組強迫

19、停機率。 可使發(fā)電機工作于恒端電壓的P、PI、PID，恒電流，恒無功，恒功率因素四種模式。正?；驘o特殊要求時，首選恒端電壓的運行方式。 軟件采用C語言編寫。,19. 滅磁及轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護裝置,1. “三機”勵磁系統(tǒng)滅磁方式 —— 發(fā)電機正常停機 主勵磁機：通過可控硅整流橋逆變滅磁 發(fā)電機：通過硅二極管整流橋近似自然滅磁 —— 發(fā)電機事故停機 主勵磁機：通過可控硅整流

20、橋逆變滅磁 發(fā)電機：通過氧化鋅（ZnO）非線性電阻滅磁2. 滅磁裝置：雙斷口磁場斷路器+ZnO非線性電阻3. 過電壓保護裝置 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組： ZnO非線性電阻 硅二極管整流橋： ZnO非線性電阻,20. “三機”勵磁系統(tǒng)的限制和保護功能,低勵磁限制/低勵磁保護反時限過勵磁限制/過勵磁保護V/Hz限制 /V/Hz保護電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS （小機組可不設(shè)）發(fā)電機PT斷線檢測和保護誤強勵檢測和限制

21、發(fā)電機空載過電壓保護可控硅失脈沖檢測硅二極管整流柜（橋）故障的強勵限制,21. “自并激”勵磁系統(tǒng),發(fā)電機靜止可控硅自并激勵磁系統(tǒng)（“自并激”勵磁系統(tǒng)）簡 介,22. 自并激勵磁系統(tǒng)概述,接自汽輪發(fā)電機機端的勵磁變壓器之副邊電壓，經(jīng)可控硅整流器整流后，供給汽輪發(fā)電機勵磁。 自動勵磁調(diào)節(jié)器（AER）控制可控硅整流器輸出的勵磁電流之大小。 自并激勵磁系統(tǒng)沒有旋轉(zhuǎn)部分，屬靜態(tài)勵磁

22、系統(tǒng)。,23. 自并激勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點,運行可靠性高可提高機組軸系的穩(wěn)定性勵磁系統(tǒng)響應(yīng)快可提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平可提高電廠的經(jīng)濟效益可節(jié)約電廠的基建投資,24. 自并激勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點（續(xù)）,?? 運行可靠性高 自并激勵磁系統(tǒng)為靜態(tài)勵磁，沒有旋轉(zhuǎn)部分，運行可靠性高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率可控整流裝置的可靠性已與不可控整流裝置大致相當(dāng)。?? 可提高機組軸系的穩(wěn)定性 由于取

23、消了主、副勵磁機，縮短了汽輪機?發(fā)電機組的軸系長度（例如300MW汽輪發(fā)電機軸長由原“三機”系統(tǒng)的14922mm縮短至11220mm ，減少了3.7m ），提高了機組軸系的穩(wěn)定性、改善了軸系的振動，從而提高了機組安全運行的水平。?? 勵磁系統(tǒng)響應(yīng)快 因為沒有主勵磁機這一時滯環(huán)節(jié)，所以自并激勵系統(tǒng)是一種高起始的快速響應(yīng)勵磁系統(tǒng)。因而技術(shù)指標(biāo)高，性能參數(shù)好。,25. 自并激勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點（續(xù)）,?? 可提高電力系

24、統(tǒng)的穩(wěn)定水平 在小干擾穩(wěn)定方面，自并激勵磁系統(tǒng)配置PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）后，小干擾穩(wěn)定水平較交流勵磁機勵磁系統(tǒng)有明顯的提高； 在大干擾穩(wěn)定方面，電力系統(tǒng)的計算表明，自并激勵磁系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平與交流勵磁機勵磁系統(tǒng)相近或略有提高。 ?? 可提高電廠的經(jīng)濟效益 自并激勵磁系統(tǒng)沒有旋轉(zhuǎn)部分，運行可靠性高、調(diào)整容易、維護簡單、檢修工作量小，因而可提高發(fā)電效益。 ?? 可節(jié)約電廠的基建投資

25、 自并激勵磁系統(tǒng)縮短了汽輪機?發(fā)電機組的軸系長度，因而減少了電廠廠房的長度，節(jié)約了電廠的基建費用。,26. 自并激勵磁系統(tǒng)的缺點,?? 發(fā)電機出口端短路時，將會導(dǎo)致勵磁電源降低或消失 目前，100MW及以上容量的汽輪發(fā)電機，三相輸出端都設(shè)有分相封閉母線，汽輪發(fā)電機出口端短路的現(xiàn)象基本上不存在。?? 發(fā)電機出口端三相短路時，短路電流迅速衰減，繼電保護的配合比較復(fù)雜 首先，三相輸出端分相封閉母線的

26、設(shè)立，使汽輪發(fā)電機出口端短路的現(xiàn)象基本消除。 其次，采用一定的技術(shù)措施后，可以保證繼電保護的動作，將發(fā)電機從電網(wǎng)中切除。,27. 自并激勵磁系統(tǒng)的組成,1 勵磁變壓器 2 自動勵磁調(diào)節(jié)器（AER） 3 可控硅整流器 4 滅磁和過電壓保護裝置 4.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組滅磁裝置 4.2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護裝置 4.3 可控硅整流裝置直流側(cè)過電壓保護裝置 5

27、 發(fā)電機起勵裝置,,28. 勵磁變壓器 功用：將發(fā)電機端電壓降至可控硅整流器（整流橋）所需的輸入值，為發(fā)電機提供足夠的勵磁功率。,額定容量 根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定原邊額定電壓 與發(fā)電機額定輸出電壓參數(shù)相同副邊額定電壓 根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和強勵磁電壓頂值倍數(shù)確定 相數(shù) 三相頻率

28、 50 Hz接線方式 Y/? ?11短路阻抗 5~7 %絕緣等級 B 或F型式 油浸式或干式，自冷 油浸式 ：放置于廠房之外 ； 干式 ： 放置于廠房之內(nèi),29. 微機勵磁調(diào)節(jié)裝置 功用：按要求（機端電壓偏差、恒電流、無

29、功功率或功率因素）自動調(diào)節(jié)可控硅整流裝置輸出的大小和方向。,內(nèi)有單通道或雙通道冗余容錯型數(shù)字式（微機型）勵磁調(diào)節(jié)器（AER）。 可最大限度地容許調(diào)節(jié)器內(nèi)線路和元件故障。 任一AER皆可單獨滿足包括強勵在內(nèi)的所有運行工況。 可減少因調(diào)節(jié)器故障引起的機組強迫停機率。 可使發(fā)電機工作于恒端電壓的P、PI、PID，恒電流，恒無功，恒功率因素四種模式。正?；驘o特殊要求時，首選恒端電壓的運行方式。

30、 軟件采用C語言編寫。,33. 可控硅整流裝置 功用：在勵磁調(diào)節(jié)器的控制下，將勵磁變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓，提供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組勵磁。,整流方式 三相全波橋式可控整流整流元件 大功率可控硅元件（晶閘管）整流橋數(shù)量 1 ~ 2（并聯(lián)）個單個整流橋輸出電壓 ≮ 2 倍發(fā)

31、電機額定勵磁電壓單個整流橋輸出電流 ≮ 2 倍發(fā)電機額定勵磁電流只需單個整流橋即可滿足發(fā)電機強勵需要可控硅元件參數(shù)： 額定電流 額定電壓 反向電壓,34. 滅磁及轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護裝置 功用： 機組事故停機時，對轉(zhuǎn)子繞組用滅磁電阻進行滅磁；發(fā)電機正常運行時，抑制轉(zhuǎn)子繞組各種過電壓；發(fā)電機啟動時，對轉(zhuǎn)子繞組進行初始勵磁。,1 “自并激”勵磁系統(tǒng)滅磁方式 —— 發(fā)

32、電機正常停機：通過可控硅整流橋逆變滅磁 —— 發(fā)電機事故停機：通過氧化鋅（ZnO）非線性電阻滅磁2 滅磁裝置：雙斷口磁場斷路器+ZnO非線性電阻3 過電壓保護裝置： 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組：ZnO非線性電阻 可控硅整流橋： ZnO構(gòu)成的尖峰吸收器4 起勵裝置： 起勵電源直流或交流均可,35. “自并激”勵磁系統(tǒng)的限制和保護功能,低勵磁限制/低勵磁保護 反時限過勵磁限制/過勵磁保護 V/Hz限制 /V/Hz

33、保護 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS（小機組可不設(shè)） 發(fā)電機PT斷線檢測和保護 誤強勵檢測和限制 發(fā)電機空載過電壓保護 可控硅失脈沖檢測 可控硅整流柜（橋）故障的強勵限制,14. 微機自動勵磁調(diào)節(jié)柜（B）,微機勵磁調(diào)節(jié)柜的主要組成（A） 1. 微機自動勵磁調(diào)節(jié)器（AER） 2個 —— 微機勵磁調(diào)節(jié)器采用PC總線的工業(yè)控制機，抗干擾性強；軟件采用C語言編寫。 —

34、— 微機勵磁調(diào)節(jié)器可以使發(fā)電機運行于恒機端電壓、恒勵磁電流、恒無功功率、恒功率因數(shù)四種運行方式。默認(rèn)方式為恒發(fā)電機機端電壓運行。 —— 雙微機勵磁調(diào)節(jié)器采用主從工作制，從調(diào)節(jié)器自動跟蹤主調(diào)節(jié)器工作。當(dāng)主調(diào)節(jié)器發(fā)生故障時，立即發(fā)出報警信號，同時自動退出運行，從調(diào)節(jié)器自動轉(zhuǎn)為主調(diào)節(jié)器工作。,14. 微機自動勵磁調(diào)節(jié)柜（C）,微機勵磁調(diào)節(jié)柜調(diào)節(jié)柜的主要組成（B） 2. 帶液晶顯示屏和操作用觸摸屏的運行工作站 1個運行工作