发电厂励磁系统原理PPT学习课件

1、励磁的基本概念 E=4.44fN 牛牛文库文档分享 G Active Power（P） Frequency（f） Reactive Power（Q） Terminal Voltage（Ug） Governor Static or Brushless Excitation 励磁的基本任务 ？1：小机组P、Q同时动；大机组并 网时Q突变。 牛牛文库文档分享 水轮发电厂原理 牛牛文库文档分享 Turbine Governor Voltage Regulator Pe PSS Vt It n, P G 3 Turbine - - Vf Vtref Peref h 汽轮发电机调节原理 牛牛文库文档分享

2、发电机空载特性 n励磁作用重要体现之一 ？2：发变组伏安特性 牛牛文库文档分享 发电机短路特性 n励磁作用重要体现之二 ？3：n下降的短路特性 牛牛文库文档分享 Excitation System Excitation Control System Synchronous Machine Regulator Exciter Synchronous Machine Power System 励磁系统 励磁控制系统 励磁重要概念 牛牛文库文档分享 Generator U , I f f U , I E E Voltage Regulator AVR 110 V DC 400 V AC Potent

3、ial Transformers Current Transformers Output of Excitation System Main Exciter 自并励励磁系统 For Example 励磁机励磁与自并励 IGBT 牛牛文库文档分享 自并励磁系统 牛牛文库文档分享 现代励磁基础 开关励磁 牛牛文库文档分享 开关励磁原理 AC变DCDC变AC 非相控电路 不需要同步 小功率 小励磁 牛牛文库文档分享 开关励磁原理示意 牛牛文库文档分享 可控硅励磁原理 三相全控桥电路 =00:强励状态，AC变DC =0:整流状态，AC变DC =1500:逆变状态，DC变AC 牛牛文库文档分享 全控桥与

4、半控桥 全控桥： 整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定 If线性衰减 灭磁快 半控桥： 整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流 Uf0 If非线性衰减 灭磁慢 续流二极管 牛牛文库文档分享 可控硅组件与整流柜 ？4：可控硅及其组件内部结构 牛牛文库文档分享 三相全控桥电路要点三相全控桥电路要点 ？5：逆 变能量去 向 牛牛文库文档分享 三相全控桥实际电路波形三相全控桥实际电路波形 ？6：交直流尖峰关系 牛牛文库文档分享 同步发电机励磁的作用 牛牛文库文档分享 电力系统稳定简介 电力系统稳定分为三个电量的稳定：电压稳定、频率稳定、功角稳 定。 励磁系统提高电力系统的稳定主

5、要是提高电压的稳定，其次是提高 功角稳定。频率稳定由调速器负责。 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。 静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性； 暂态稳定是大扰动后系统在随后的12个周波的稳定性； 动态稳定是小扰动后或者是大扰动12周波后的，并且采取技术措 施后的稳定性，也就是PSS研究的稳定性。 牛牛文库文档分享 ？7 7：EqEq和和EqEq励磁调节器？励磁调节器？ 牛牛文库文档分享 单机无限大母线系统 (b)短路故障下，功率特性曲线的变化：初始工作曲线1；短 路后3；故障切除2 暂态稳定性决定于加速面积abedabcd是否小于或等于减速 面积dfed 提高暂态稳定性有两种方

6、法 1、减小加速面积：加快故障切除时间 2、增大减速面积：提高励磁电压响应比；提高强励电压倍 数，使故障切除后的发电机内电势Eq迅速上升，增加功率 输出，以达到增加减速面积的目的。 正常工作曲线1；短路曲线3；强励使功率特性曲线增加到 bc段（减少了加速面积）；2时故障切除；强励使曲线2 的dehg增加到dehg （增大减速面积）；转子功角最大值 由m降到m。 励磁顶值电压越高，电压响应比越快，励磁调节对改善暂 态稳定的效果越明显。 牛牛文库文档分享 当发电机与系统的外接电抗较小，并 且发电机的输出功率较低时，系数K5为 正，这时AVR的作用是引入了一个负的同 步转矩和一个正的阻尼转矩，有利于

7、动态 稳定； 当发电机与系统的外接电抗较大，并且 发电机的输出功率较高时，系数K5为负， 这时AVR的作用是引入了一个正的同步转 矩和一个负的阻尼转矩不利于动态稳定； 快速励磁系统以及特定参数条件下造成 动态稳定性恶化的原因是由于励磁系统和 发电机励磁绕组的滞后特性所致。 牛牛文库文档分享 功角稳定比喻 腕中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果这个腕的高度很矮， 像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高腕的高度 最经济的办法就是采用自动电压调节器。 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快速的继电保护。继保 的作

8、用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球就 不会一下子掉下来。自动电压调节器此时作用相当于自动改变这个腕的坡度，当这个球上升时 增加坡度，当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。 如果这个腕和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间就很长，特别是，如 果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动 甚至掉下来，我们就说这个系统的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这 个来回不断施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动电压调节 器在电力系统的动态稳定中起

9、坏作用，产生负阻尼，使整个系统阻尼减少。当我们在自动电压 调节器中增添PSS装置，PSS就把自动电压调节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加 腕和球的摩擦系数，使球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。 牛牛文库文档分享 励磁系统的组成与分类 牛牛文库文档分享 交流励磁机系统（三机它励） 同轴同轴 牛牛文库文档分享 交流励磁机系统（二机它励） 组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；AVR控制可控硅的触发 角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源 由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控

10、制可控硅砖触发角，以调节交流励磁机 励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。 优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢 同轴同轴 牛牛文库文档分享 自励系统（并励、复励） 自并励励磁系统 组成：励磁变压器、大功率可控硅整流柜、灭磁 及过电压保护、起励设备、自动电压调节器 优点：结构简单、响应速度快 缺点：强励时系统电压变化复杂 交流侧串联自复激励磁系统 励磁电压变压器ZB（并联变）的副方电压与励磁电 流变压器 GLH（串联变）的副方电压相联（相量相 加），然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载 情况变化时，例如电流增大或功率数降低，则加到

11、 可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式 具有相复励作用。 静止静止 机端短路对于自并励的影响？机端短路对于自并励的影响？ 牛牛文库文档分享 无刷励磁系统 组成：主励磁机（ACL） 电枢是旋转的，它发出的三 相交流电经旋转的二极管整 流桥整流后直接送发电机转 子回路。 无刷励磁系统中的副励磁机 （PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它 是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。 无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工 作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭 磁

12、，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题 旋转旋转 牛牛文库文档分享 励磁调节器原理图 移相触发器原理：UtUk触发脉冲 模拟式移相电路：余弦移相、锯齿波移相 AVRAVR（自动） 恒电压闭环 自动电压调节器 ECRECR（手动） 恒电流闭环 励磁电流调节器 电压给定Ugref 电流给定Ifref PID调节计算 限制功能 控制电压Uk 恒无功闭环：AVR的辅助控制 牛牛文库文档分享 励磁调节器构成 牛牛文库文档分享 移相原理 模拟电路移相原理 数字移相原理之一 1、首先计算角； 2、将角转换为计数器的计数时间T； 3、由同步点启动计数器，计数时间就是角； 4、计数时间

13、到，触发相应的可控硅； 5、每隔600再触发下一个可控硅，共6个可控硅； 6、每发一个脉冲，启动脉宽中断，控制脉冲宽度。 牛牛文库文档分享 励磁调节器输出脉冲 脉冲变压器作用 隔离 功率匹配 脉冲发展形式 宽脉冲 双脉冲 宽高频脉冲 双高频脉冲 ？8：脉冲列的优势 牛牛文库文档分享 励磁调节器功能简介 无功补偿（调差）无功补偿（调差） 强励电流限制（快速限制、强励电流限制（快速限制、 倍数限制）倍数限制） 过励限制（励磁电流慢速、过励限制（励磁电流慢速、 反时限）反时限） 欠励限制（欠励限制（P-Q） 定子电流限制（过无功限制）定子电流限制（过无功限制） （差别？差别？） 伏赫限制（伏赫限制（

14、V/HZ、U/F） （过激磁）（过激磁） 软起励功能软起励功能 PSS功能功能 电制动功能电制动功能 PT断线保护断线保护 ？10：怎样 进行PT断线 保护 牛牛文库文档分享 励磁调差原理与应用 牛牛文库文档分享 全控桥强励与强减 强励=15=150 0 强减=150=1500 0 ？11：误强励误强励/ /空载误强励空载误强励 牛牛文库文档分享 强励限制与过励限制 牛牛文库文档分享 欠励限制 发电机进相不能太深，否则定子绕组的端部、磁轭等部件可能过热，将严重影响发电机的运行安全，失磁保护将动作 停机。为了保证机组的稳定运行，低励限制器必须在机组超过限制区之前将定子电压升高，以使机组运行点回到

15、允许 的允许范围之内。 牛牛文库文档分享 定子电流限制（过无功限制、过励限制） 定子电流限制还可以采用根据发电机输出的有功功率来确定发电机允许 输出无功功率的方式来实现，即过无功限制 当发电机电流超过了限制区，如果 此时机组运行在进相状态，则限制 器动作，增加励磁电流；如果此时 机组在迟相运行，则限制动作，减 少励磁电流。总之，定子电流限制 器的作用是调节发电机定子电流中 的无功分量，使发电机电流回到限 制区以内运行。 进 相 运 行 超 过 限 制 区迟 相 运 行 超 过 限 制 区 发 电 机 定 子 电 流 有 功 电 流 分 量 无 功 电 流 分 量 调 节 死 区 10 功 率

16、因 数 1附 近 没 有 操 作 牛牛文库文档分享 伏赫限制以及其他辅助功能 设计U/F限制器是为了保护机组及与机组相连的变压器过激磁。当机组频率降低的时候，为了使机组的机端电压 保持恒定，励磁系统将会增加励磁电流，此时，如果机组在低频率的情况下使机端电压保持在额定值，那么对机 组及所有与机组相连的变压器而言，将有可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从而对机组及变压器造成损 坏。 其他辅助控制功能 1、 PT断线保护功能； 2、软起励功能； 3、主开关容错功能； 4、同步电压断线保护 牛牛文库文档分享 P 1 摆动 阻尼 2 稳定 q Ug AVR作用小、反应慢 Uf小 If小 P（力矩象限

17、不明） 对影响极 小。 q Ug AVR作用大、反应快 Uf大 If大 P（力矩第二象限） 产生负阻尼使 原来的阻尼变小，对负面影响。 q Ug AVR作用大、反应快 Uf大 If大， P（力矩第一象限） 产生正阻尼使原 来的阻尼变大，对正面影响。 牛牛文库文档分享 v本机振荡模式 v地区性振荡模式（local model）：频率一般 在0.52.0Hz； v区域间振荡模式（interarea model、 tieline model）：频率一般在0.10.5Hz）。 小系统： 0.52.5Hz； 大系统： 0.22.5Hz； 全国联网： 0.12.0Hz； 解决励磁产生负阻尼，造成系统产生低

18、频振荡的方法是附加控制，即电力系统稳定器，线性最优励磁控制器，各种 智能控制器。 依据F.D.迪米洛和C.康柯迪亚理论设计的电力系统稳定器(Power system stabilizer)，简称PSS，即为抑制系统低 频振荡和提高电力系统动态稳定性而设置的。 牛牛文库文档分享 建立平面坐标系 T1：励磁产生的电磁力矩 T2：PSS产生的电磁力矩 PSS:附加励磁控制信号 AVR(PID)PSS产生的电磁力矩 PSS输入信号 、Pe、P、f 测量轴转速，测量和处理比较复杂, 轴系扭转的处理更加困难，使用较少 测量过剩功率P，测量和处理更加复杂,输入信号多，使用也少 测量电功率Pe，在假定机械功率

19、不变的情况下，可以得到过剩功率P，使用广泛，效果不错。但在原动机 功率变化时会出现反调现象。 测量机端电压频率f，克服了测量处理上的困难，但由于发电机电抗的影响，f与频差不完全一致， 因而效果上稍差 ？12： P /f坐标 牛牛文库文档分享 PSS模型简介 输入量、优缺点、反调 加速电功率型PSS PSS1A PSS2A PSS2B ？13： 为什么又要超前又 要滞后 牛牛文库文档分享 ？14： 频域分析与 时域分析 牛牛文库文档分享 励磁调节器自动控制原理简图 Ugset为机端电压设定值，Ugact为机端电压实际值，Uk为控制电压，Vs为励磁电源 电压，T c为机端电压采样时间常数，TF为发

20、电机励磁电压反馈时间常数，PI为比例- 积分控制，TSCR、Tg分别为可控硅整流桥等效时间常数和发电机等效时间常数 牛牛文库文档分享 励磁调节器手动控制原理简图 Ifset和Ifact分别表示转子电流的设定值和实际值,Uk为控制电压，Vs为励磁电源电压，T c为机端电压采样 时间常数，TF为发电机励磁电压反馈时间常数，PI为比例-积分控制，TSCR、Tg分别为可控硅整流桥等效时 间常数和发电机等效时间常数 牛牛文库文档分享 励磁调节器控制模型简化 牛牛文库文档分享 AVR与各限制器关系 牛牛文库文档分享 西门子励磁调节器与各限制器关系 牛牛文库文档分享 励磁调节器三种控制模式结构 牛牛文库文档

21、分享 机组无功调节原理框图 牛牛文库文档分享 励磁调节器硬件简介 牛牛文库文档分享 励磁调节器软件简介 软件语言发展 汇编语言 C语言 可编程语言 列表语言 图形语言 组态语言技术 （ABB UNITROL5000励磁组态 语言） 牛牛文库文档分享 发电机事故灭磁 灭磁的主要目的 在机组故障情况下断开灭 磁开关、导通灭磁回路 (a,b,c,d 4) 快速吸收转子能量 衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。 其要求是速度快即灭磁时间短，灭磁电压不能超过转子允许 电压值。 最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定 ，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才 最短。最

22、优的灭磁系统称为理想灭磁系统 发电机 发电机出口开关 灭磁电阻RE 可控硅整流桥 c d If, Uf p.u. t t=0 b a 理想灭磁、SIC灭磁、线性电阻灭磁 牛牛文库文档分享 灭磁开关的种类 灭磁开关分类：灭磁开关分类：单断口、双断口、单断口、双断口、 多断口（主断口、弧断口、放电断口即常闭触头）多断口（主断口、弧断口、放电断口即常闭触头） 牛牛文库文档分享 灭磁开关结构选择 1、具有常闭辅助断口的灭磁开关最适合具有常闭辅助断口的灭磁开关最适合 放电灭磁方式，也是专用灭磁开关的标志放电灭磁方式，也是专用灭磁开关的标志 ； 2、双断口灭磁开关比单断口灭磁开关更双断口灭磁开关比单断口灭

23、磁开关更 加适合励磁回路的应用，检修试验方便；加适合励磁回路的应用，检修试验方便； 3、设置专用的弧触头有利于保护主触头设置专用的弧触头有利于保护主触头 ，维护工作量少；，维护工作量少； 4、采用短电弧栅灭弧原理，即采用金属采用短电弧栅灭弧原理，即采用金属 灭弧栅灭弧罩，吸热好，电弧稳定；电磁灭弧栅灭弧罩，吸热好，电弧稳定；电磁 吹弧简单吹弧简单 DMX和CEX灭磁开 关结构最好、是专 业灭磁开关，推荐 使用 牛牛文库文档分享 灭磁电阻的种类 v线性电阻线性电阻1（大功率）（慢）（大功率）（慢） v非线性电阻（低场强大电流非线性电阻（低场强大电流） 碳化硅灭磁电阻碳化硅灭磁电阻2 （SiC）

24、（稍快）（稍快） 氧化锌灭磁电阻氧化锌灭磁电阻3 （ZnO）（最快）（最快） 灭磁电阻伏安特性曲线灭磁电阻伏安特性曲线 ？15： 线性电阻与非线性电 阻并联特性 牛牛文库文档分享 灭磁方式种类 串联灭磁串联灭磁 、并联灭、并联灭 磁磁电路原电路原 理比较理比较 牛牛文库文档分享 LP UZ + - MK + UK - IK - + UL RV LQ IL u IRV v灭磁换流公式 vUk Uz UL v整流：Uk Uz UL ，Uk要求高，不推荐使用； v逆变：Uk Uz UL ，Uk要求低，直流灭磁推荐； v封脉冲： Uk Uz UL， Uz交变，交流灭磁推荐。 a90Uz波形 牛牛文库文

25、档分享 K A + K A - L B IA IB IC M KA M KB M KC K B + K B - K C + K C - U L Q IL R V 灭磁换流公式：Uk Uz UL 牛牛文库文档分享 KA+ KA- LB IA IB IC MKA MKB MKC KB+ KB- KC+ KC- U LQ IL RV A -A B C -C -B 导通周期120 60 灭磁过程简述： 1、KA+、KB+导通时分开关； 2、MKB分断； MKA和MKC无法 关断，电弧燃烧； 3、KB+不导通，KA+无法关断； 4、KA-导通、KC-被关断； 5、KA+和KA-导通，电流续流； 6、 M

26、KA 、MKC关断。 SCR关断条件 脉冲顺序 牛牛文库文档分享 1 1、在交流灭磁过程中，如果能够切除脉冲，励磁变二次侧交 流电压的负半波就会引导励磁电流进入灭磁电阻，使得交流灭 磁开关安全分断，快速灭磁任务完成。 2 2、在脉冲正常的条件下进行交流灭磁，会造成励磁电流经同 相可控硅短路，尽管交流灭磁开关也可以安全分断，但灭磁电 阻无法投入工作，放电灭磁变为续流灭磁，达不到快速灭磁的 目的。 牛牛文库文档分享 灭磁命令 逆变 励磁电流下降到 零 闭锁脉冲逆变终 止 合S107跳S102 跳S101 中间 继电器 牛牛文库文档分享 1、转子过电压保护配置：非线性电阻、跨接器、 阻容保护、一体化

27、阻容保护、阻断式阻容保护； 2、跨接器原理接线、BOD元件原理； 3、压敏电阻、可控硅阻容保护等配置原则。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 转子结构不同：空心与实心转子结构不同：空心与实心 灭磁要求就不同：快速与慢速灭磁要求就不同：快速与慢速 转子绕组：转子绕组： 励磁绕组、阻尼绕组、励磁绕组、阻尼绕组、 d绕组、绕组、q绕组绕组 阻尼绕组作用阻尼绕组作用 UgUg IfIf tt t 水轮机快速灭磁 t 汽轮机快速灭磁 时域分析 牛牛文库文档分享 碳化硅与氧化锌电阻灭磁波形区别 牛牛文库文档分享 重要励磁录波图 甩负荷甩负荷 甩负荷灭磁甩负荷灭磁 发电机三相突然短路发电机三相突然短路 牛

28、牛文库文档分享 UNITROL5000 瑞士瑞士ABB公司（上海公司（上海ABB、广科院、东方电机厂）、广科院、东方电机厂） 牛牛文库文档分享 EX2100 美国美国GE公司（北京光耀、哈尔滨电机厂、南瑞电控、洪山公司（北京光耀、哈尔滨电机厂、南瑞电控、洪山 电工、能达电气）电工、能达电气） 牛牛文库文档分享 南瑞电控大型励磁系统 FWL/B-600/800励磁系统 牛牛文库文档分享 FWL/B-600/800励磁框图 牛牛文库文档分享 广科院大型励磁系统 EXC-9000励磁系统 牛牛文库文档分享 EXC-9000励磁框图 GS 模拟量总线板900E 开关量总线板900H Channel A

29、 Channel B Channel C 900C DSPCPUI/O 接 口 板 900A DSPCPUI/O 接 口 板 900A A/DD/A 900P 900N 人 机 接 口 900J 900K CANBUS QFG PULSE BUS 900K 900M LCD Q80 SA02 SA01 T02 EXCITATION TRANSFORMER T05 Q02 F05 U BATT. AC AUX. BUS AC BUS DC BUS VI01 VI02 DC24V BUS Q90 U AUX. R03 V03 Q03 R02 F02 G31 G34 G33 G32 M LCD 90

30、0G900I LCD 串 行 通 讯输 出 信 号 IPC 牛牛文库文档分享 调调 辅助辅助 直流灭磁直流灭磁 灭磁灭磁 制动制动 节节 控制控制 整流柜（功率柜）整流柜（功率柜） 开关柜开关柜 电阻柜电阻柜 整流整流 器器 柜柜 S101 S101 S106+S107S106+S107 柜柜 牛牛文库文档分享 调调 辅助辅助 整流柜（功率柜）整流柜（功率柜） 直流灭磁直流灭磁 灭磁灭磁 节节 控制控制 制动整流柜制动整流柜 开关柜开关柜 电阻柜电阻柜 器器 柜柜 （柔性制动）（柔性制动） S101 S101 S106+S107S106+S107 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 转子过电压

31、保护跳闸转子过电压保护跳闸 转子温度测量转子温度测量 V/Hz引起饱和引起饱和 温度跳闸温度跳闸报警报警 过载过载 励磁系统保护监测报警功能 硬件自监报警跳闸硬件自监报警跳闸 软件自监报警跳闸软件自监报警跳闸 内部供电报警跳闸内部供电报警跳闸 外部故障跳闸外部故障跳闸 AVR电源报警电源报警 故障信息记录故障信息记录 限制动作记录限制动作记录 面板显示面板显示 内部短路内部短路 可控硅过载可控硅过载 单柜退出单柜退出 可控硅监测可控硅监测 报警报警 停停风报警风报警 单柜退出单柜退出 PT信号信号 断线报警断线报警 牛牛文库文档分享 谢谢大家！谢谢大家！ 发电机励磁原理介绍发电机励磁原理介绍 欢迎浏览中国励磁专业欢迎浏览中国