电机励磁系统PPT课件

1、发电机励磁系统 2005年年6月月 135135MWMW机组培训系列机组培训系列 发电机励磁系统 目 录 1、励磁系统的任务 2、发电机励磁系统的组成 3、常用的励磁方式 7、灭磁 8、励磁系统稳定器 9、电力系统稳定器 4、什么是自并励励磁系统 5、正确评价自并励方式 6、自并励系统的设计选型 10、微机自并励励磁系统 11、回顾与展望 发电机励磁系统 励磁系统的任务 使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。 在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根

2、据发电机所带负荷 的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。 1 增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性 及输电线路的有功功率传输能力。及输电线路的有功功率传输能力。 2 3 4 在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁， 将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。 5 在发电机突

3、然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全 数值，以防止发电机电压过分升高。数值，以防止发电机电压过分升高。 6 在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值 ，以减小故障损坏程度。，以减小故障损坏程度。 7 在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制等，在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制等， 以确保发电机组的安全稳定运行。以确保发电机组的安全稳定运行。 。 发电机励磁系统 发电机励磁系统的组成 （2）励磁调节器。它

4、的作用是感受发电机电压及）励磁调节器。它的作用是感受发电机电压及 运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出的运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出的 励磁电流的大小，以满足系统运行的要求。励磁电流的大小，以满足系统运行的要求。 一般由如下两个基本部分组成一般由如下两个基本部分组成 ： （1）励磁功率单元，包括整流装置及其交流电源。励磁功率单元，包括整流装置及其交流电源。 它的作用是向发电机的励磁绕组提供直流励磁电源。它的作用是向发电机的励磁绕组提供直流励磁电源。 发电机励磁系统 常用的励磁方式 1、 直流励磁机励磁方式。多用于中、小机组直流励磁机励磁方式。多用于中、小机组 。它实际上是一

5、个直流发电机。它实际上是一个直流发电机 优点是比较简单，不易受系统影响，调节比较稳定，但是碳刷、整流子维护优点是比较简单，不易受系统影响，调节比较稳定，但是碳刷、整流子维护 麻烦，尤其是冒火问题很难解决。麻烦，尤其是冒火问题很难解决。 2、交流励磁机励磁方式。其中按功率整流器是静止的还是旋转的又可分为交流励磁机励磁方式。其中按功率整流器是静止的还是旋转的又可分为 交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式 （无刷）两种。多用于容量在（无刷）两种。多用于容量在100MW及以上的汽轮发电机组。及以上的汽轮发电

6、机组。 3、静止励磁方式。其中最具代表性的是自并励励磁方式。也多用于容量在静止励磁方式。其中最具代表性的是自并励励磁方式。也多用于容量在 100MW及以上的汽轮发电机组及以上的汽轮发电机组 按励磁电源的不同分为如下三种方式按励磁电源的不同分为如下三种方式 发电机励磁系统 什么是自并励？什么是自并励？ 从发电机机端电压源取得功率并使用静止可 控整流装置的励磁系统，即电势源静止励磁系统。 由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、灭 磁装置、起励设备、励磁操作设备等组成 。 发电机的励磁电 源由接于发电机 出口的励磁变压 器TE供给，励 磁电流靠自动电 压调节器AVR进 行调节。 发电机励磁系统

7、正确评价自并励正确评价自并励 自并励方式的主要优点自并励方式的主要优点是设备和接线简单、可靠性高、励是设备和接线简单、可靠性高、励 磁调节速度快，如采用三相全控整流电路，可以实现逆变磁调节速度快，如采用三相全控整流电路，可以实现逆变 灭磁，为简化励磁系统创造了条件灭磁，为简化励磁系统创造了条件 。 对发电机轴系安全的影响 自并励磁方式大大缩短汽轮发电机的轴系长度，对减小汽自并励磁方式大大缩短汽轮发电机的轴系长度，对减小汽 轮机的震动是非常有帮助的。若励磁系统为微机化的励磁轮机的震动是非常有帮助的。若励磁系统为微机化的励磁 系统，而不再采用分离元件，其运行更灵活，维护更方便系统，而不再采用分离元

8、件，其运行更灵活，维护更方便 对系统暂态功角稳定的影响 自并励静止励磁系统响应速度快，发电机具有较高强励电压自并励静止励磁系统响应速度快，发电机具有较高强励电压 倍数对系统的暂态电压稳定水平有所改善倍数对系统的暂态电压稳定水平有所改善 。 发电机励磁系统 此时机端电压及整流电源电压严重下降，即使故障 切除时间很短，短路期间励磁电流衰减不大，但在故障 切除后机端电压的恢复需一定的时间，自并励系统的强 励能力有所下降。为解决这一问题，在系统设计中计算 强励倍数时，整流电源电压按发电机额定电压值的80%计 算，即机端电压为额定时强励能力提高25%，且目前大中 型机组发电机出口均采用了封闭母线，发电机

9、端三相短 路可能性基本消除 。 自并励最不利的情况 自并励对继电保护的影响 对主保护影响不大，对发变阻的后备保护影响较大，当发电机外部发生短 路时，机端电压下降，励磁电流也随之减小，发电机短路电流衰减很快。 将导致发电机后备保护不能正常动作。为此，发电机后备保护需增设电流 记忆功能 。 发电机出口 三相短路 发电机励磁系统 自并励系统的设计选型 自并励的应用条件自并励的应用条件 由于励磁输出受发电机端电压的制约，在某些系统严重 故障导致系统电压波动较大的情况时不宜采用。位于主网震 荡中心的发电机不宜采用该系统；位于负载中心或受端机组， 因故障导致系统电压恢复慢，影响强励能力的发挥，导致功 角振

10、荡加大或系统电压过低导致电压崩溃，亦不宜采用 励磁变压器的选择励磁变压器的选择 环氧树脂干式变压器，多采用三角形环氧树脂干式变压器，多采用三角形-星形星形(/Y)接线接线 ， 配备相应的限制操作过电压和过电流保护。配备相应的限制操作过电压和过电流保护。 发电机励磁系统 发电机的起励发电机的起励 利用起励电源对发电机进行励磁，待发电机电压 达到或大于10%时通过切换装置自动退出起励回路, 转换为励磁变压器提供励磁电源 。 在机组调试阶段及机组大修后进行发电机特性试 验时，自并励发电机需要一大容量的试验电源来满 足其空载、短路试验时对动力的要求，一般可考虑 取自厂用高压母线或者通过主变从系统倒送过

11、来 。 自并励发电机的试验电源自并励发电机的试验电源 发电机励磁系统 可控硅励磁功率柜可控硅励磁功率柜 普遍采用可控硅全控桥 ，配置有交流过电压保护 装置，冷却装置。至少配置2套。 在发电机转子回路设置灭磁开关，采用相应的灭磁 方式。转子过压保护装置较多采用非线性电阻(高性 能氧化锌压敏电阻)来实现，这种方式较普遍采用。 灭磁及过压保护装置灭磁及过压保护装置 励磁调节器励磁调节器 投运的新机组都选用微机励磁调节器，向多变量、向非投运的新机组都选用微机励磁调节器，向多变量、向非 线性发展线性发展 。 发电机励磁系统 要求发电机快速灭磁的原因要求发电机快速灭磁的原因 这是因为同步发电机发生内部短路

12、故障时， 虽然继电保护装置能迅速地把发电机与系统断开， 但如果不能同时将励磁电流快速降低到接近零值， 则由磁场电流产生的感应电势将继续维持故障电 流，时间一长，将会使故障扩大，造成发电机绕 组甚至铁心严重受损。因此，当发电机发生内部 故障时，在继电保护动作快速切断主断路器的同 时，还要求发电机快速灭磁。 在整个灭磁过程中，转子电流的衰减在整个灭磁过程中，转子电流的衰减 率保持不变，且由衰减率引起的转子率保持不变，且由衰减率引起的转子 感应过电压等于其容许值感应过电压等于其容许值 理想 灭磁 发电机励磁系统 恒值电阻灭磁特点：恒值电阻灭磁特点：恒值电阻放电灭磁的特点是：转子恒值电阻放电灭磁的特点

13、是：转子 绕组两端的电压等于转子电流与放电电阻的乘积。放电绕组两端的电压等于转子电流与放电电阻的乘积。放电 电阻值可按转子电压小于或等于转子电压容许值的原则电阻值可按转子电压小于或等于转子电压容许值的原则 来选定；灭磁过程时间较长来选定；灭磁过程时间较长 恒值电阻灭磁：恒值电阻灭磁：灭磁开关动作后，其常闭触点首先闭合，灭磁开关动作后，其常闭触点首先闭合， 将放电电阻并接在发电机绕组两端，然后常开触点断开，将放电电阻并接在发电机绕组两端，然后常开触点断开， 将转子绕组与直流励磁电源断开。这时，转子电流将由将转子绕组与直流励磁电源断开。这时，转子电流将由 放电电阻续流，不致产生危险的过电压。之后，

14、转子电放电电阻续流，不致产生危险的过电压。之后，转子电 流在由转子绕组和放电电阻构成的回路中自行衰减到零，流在由转子绕组和放电电阻构成的回路中自行衰减到零， 完成灭磁过程。完成灭磁过程。 灭磁方式（一） 发电机励磁系统 非线性电阻灭磁特点：非线性电阻灭磁特点：灭磁速度快，接近于理想灭磁曲灭磁速度快，接近于理想灭磁曲 线。由于非线性电阻在额定励磁电压和强励电压下，其线。由于非线性电阻在额定励磁电压和强励电压下，其 阻值很大，流过电阻的漏电流很小，因此可以直接并接阻值很大，流过电阻的漏电流很小，因此可以直接并接 于转子绕组的两端，既作为灭磁电阻又作为过电压保护于转子绕组的两端，既作为灭磁电阻又作为

15、过电压保护 器件，还简化了接线和控制回路。器件，还简化了接线和控制回路。 非线性电阻灭磁：非线性电阻灭磁：用非线性电阻代替恒值电阻，可以加用非线性电阻代替恒值电阻，可以加 快灭磁过程，当转子电流大时，其阻值小，当转子电流快灭磁过程，当转子电流大时，其阻值小，当转子电流 小时，其阻值又变大，使电流电阻两者乘积变化不大，小时，其阻值又变大，使电流电阻两者乘积变化不大， 并始终小于或等于转子电压容许值。并始终小于或等于转子电压容许值。 灭磁方式（二） 发电机励磁系统 灭弧栅灭磁特点：灭弧栅灭磁特点：接近理想灭磁。缺点是转子电流较小时接近理想灭磁。缺点是转子电流较小时 不能很快断弧不能很快断弧 灭弧栅

16、灭磁：灭弧栅灭磁：灭弧栅中的电弧电阻实质上也是一种非线性灭弧栅中的电弧电阻实质上也是一种非线性 电阻，当燃弧时，其两端电压与电流大小无关，基本维持电阻，当燃弧时，其两端电压与电流大小无关，基本维持 一定值不变。当熄弧时，其阻值为无穷大，反电动势一定值不变。当熄弧时，其阻值为无穷大，反电动势UsUs愈愈 大，则转子过电压愈高，灭磁过程也愈快。为防止灭弧栅大，则转子过电压愈高，灭磁过程也愈快。为防止灭弧栅 中的电弧在其电流下降到零前同时熄灭而引起过电压，故中的电弧在其电流下降到零前同时熄灭而引起过电压，故 在每一栅片上并联一段电阻。在每一栅片上并联一段电阻。 灭磁方式（三） 发电机励磁系统 灭磁方

17、式（四） 逆变灭磁：逆变灭磁：利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角 从小于从小于9090的整流运行状态突然后退到大于的整流运行状态突然后退到大于9090的某一的某一 适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电动势的形式适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电动势的形式 加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁方法加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁方法 。 逆变灭磁的特点：逆变灭磁的特点：能将转子储能迅速地反馈到三相能将转子储能迅速地反馈到三相 全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，简全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，简 便实用；灭磁可

18、靠；灭磁时间相对较长，但过电压倍数便实用；灭磁可靠；灭磁时间相对较长，但过电压倍数 很低。很低。 发电机励磁系统 转子过电压保护及灭磁设备 该设备与磁场开关配合，作为发电机转子回路故障状态该设备与磁场开关配合，作为发电机转子回路故障状态 下灭磁能量吸收和任何状态下过电压保护。下灭磁能量吸收和任何状态下过电压保护。 磁场断路器柜( A 柜）和灭 磁过电压保护柜（B柜）组 合而成。 发电机励磁系统 非线性电阻在使用中存在的一些问题: 因氧化锌灭 磁电阻正常情况下几乎处于断开状态，目前现场尚无 有效的手段对其进行测量，以确认其性能良好，若氧 化锌在使用过程中发生永久性短路或开路状态，将可 能造成发电

19、机转子绕组或灭磁开关损坏事故。非线 性电阻灭磁系统存在运行方式的适应问题，在强励状 态下，强励电压越高，灭磁时加在与绕组并联连接的 非线性电阻端的电压越低，有可能使非线性电阻不能 导通，而使换流失败。同理，在逆变状态下灭磁，逆 变电压越负，加在非线性电阻两端的电压超高，导致 过分地加重了非线性电阻的负载 灭磁存在的一些问题 发电机励磁系统 励磁回路不能装设快速动作的断路器的原因 由于发电机励磁回路存在电感，而直流电流又没有过零的由于发电机励磁回路存在电感，而直流电流又没有过零的 时刻，当电流一定时突然断路，电弧熄灭瞬间会产生过电时刻，当电流一定时突然断路，电弧熄灭瞬间会产生过电 压。电弧熄灭得

20、越快，电流变化速度越大，过电压值就越压。电弧熄灭得越快，电流变化速度越大，过电压值就越 高，这可能造成励磁回路绝缘被击穿而损坏。因此同步发高，这可能造成励磁回路绝缘被击穿而损坏。因此同步发 电机的励磁回路不能装设快速动作的断路器。电机的励磁回路不能装设快速动作的断路器。 发电机励磁系统 励磁系统稳定器 励磁系统稳定器又称为阻尼器，它是指为将 发电机励磁电压（转子电压）微分，再反馈到综 合放大单元的输入端参与调节所采用的并联校正 的转子电压微分负反馈网络。励磁系统稳定器具 有增加阻尼、抑制超调和消除振荡的作用。 发电机励磁系统 电力系统稳定器（PSS） 所谓电力系统稳定器（Power Syste

21、m Stabilizer，简称PSS） 是指为了解决大电网因缺乏足够的正阻尼转矩而容易发生 低频振荡的问题所引入的一种相位补偿附加励磁控制环节， 即向励磁控制系统引入一种按某一振荡频率设计的新的附 加控制信号，以增加正阻尼转矩，克服快速励磁调节器对 系统稳定产生的有害作用，改善系统的暂态特性。 电力系统稳定器的作用：主要是抑制电力系统0.12.5 Hz的低频振荡。电力系统稳定器的任务是接受这些振荡 信号，并按要求传递给励磁电压调节器，通过电压调节 器的自动控制作用 ，对发电机转子之间的相对振荡提 供正阻尼，以此实现对振荡的抑制。 发电机励磁系统 低频振荡的产生原因 常出现在远距离、重负荷输电线

22、路上，或者互联系统 的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条 件下更容易出现。微机励磁调节器的时间常数小，可改善 电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。但由于自动 励磁调节器产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固 有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值，以至系统 在扰动作用后的功率振荡长久不能平息，甚至导致自发的 低频振荡 。 系统与系统或系统与系统或 机组与系统之机组与系统之 间的失步而解间的失步而解 列列 引起联引起联 络线过络线过 流跳闸流跳闸 发电机励磁系统 微机自并励励磁系统 北京吉思电气有限公司生产的GEC系列微机励磁装置 是具有自主知识产权，具有最简单的硬件结构与

23、最丰富的 软件功能的工业微机励磁装置。GEC系列微机励磁装置依 据先进的非线性控制理论和采用全数字化的微机控制技术， 使产品在改善发电厂和电力系统运行稳定性方面具有明显 的优越性。 微机励磁系统配置常采用双柜配置，柜内包括励磁调节 控制、功率单元、灭磁开关等，外部配有励磁变压器。 全数字化、四种控制方式（NOEC方式非线性最优， LOEC方式线性最优控制， PSS方式电力系统稳定器 ， PID 方式比例、积分、微分 ）、直观的人机接口、完备的保护 功能等 ，可靠性高。 发电机励磁系统 对于微机励磁调节器而言，其大部分功能都软件化了， 即由软件实现。从硬件角度看，微机励磁系统即是由微 机控制器和受控对象（发电机）构成的微机工控系统。 发电机励磁系统 静止式自励励磁系统(GEC-II) 的典型接线的典型接线 发电机励磁系统 励磁系统常见故障 当励磁系统出现故障时，要根据机组是否第一次启励建 压，认真分析启励前后的有关测量参数、信号指示及其变 化情况和系统故障、机组有关保护动作情况，以合理确定 检