励磁系统的基本概念和凌津滩电厂微机励磁系统简介

1、2励磁系统的基本概念 和凌津滩电厂微机励磁系统简介o 一. 电力系统电压和无功功率控制的必要性o 二. 电力系统电压和无功功率的自动控制o 三. 发电机励磁控制系统的主要任务和对它 的基本要求 o 四. 发电机励磁系统的静态特性和动态特性 o 五. 发电机励磁系统的基本组成o 六. 凌津滩电厂励磁系统简介3一.电力系统电压和无功功率控制的必要性1. 电力系统电压控制的必要性电力系统电压控制的必要性 2. 电力系统无功功率控制的必要性电力系统无功功率控制的必要性 41.电力系统电压控制的必要性 （一）一） 电压偏移对电力用户的影响电压偏移对电力用户的影响 1、异步电动机：转矩与端电压的平方成正比

2、。电压过低，电动机拖动能力下降，电流增大，绕组温度上升，加速绝缘老化； 2、电炉：有功功率与电压的平方成正比，电压下降，冶炼时间增加，影响产量； 3、照明设备：电压下降，发光率和亮度大幅度下降。51.电力系统电压控制的必要性电力系统电压控制的必要性 （二）电压偏移对电力系统的影响（二）电压偏移对电力系统的影响 1、电厂厂用机械：电压下降，电动机转速下降，出力减少，电厂出力下降； 2、电力系统：无功功率严重短缺，电压水平过于低下,使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界值之下时，母线电压有微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大于系统向该点提供的无功功率增加,使无功缺额进一步增大，电压进一步下降。

3、如此恶性循环的结果，会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平，即“电压崩溃”。 62.电力系统无功功率控制的必要性 （一）维持电力系统电压在允许范围之内（一）维持电力系统电压在允许范围之内 电力系统电压是靠电力系统中无功功率平衡维持的。无功功率平衡关系式可用下式表示： QG=QL+QK QG=QL+QK QG QG无功电源向电力系统提供的无功功率 QL QL负荷消耗的无功功率 QK QK电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率 72.电力系统无功功率控制的必要性说明说明：如果电力系统电压运行在额定电压UE，则系统负荷所消耗的无功功率为QE，如果系统中所有无功电源所发出的无功功率的总和QGQG

4、也等于QE ，电力系统就会维持在额定电压运行；如果系统所有无功电源只能发出QA这么多的无功功率，系统负荷就只能消耗这么多，这时系统将运行在A点。E点和A点都是电力系统的无功功率平衡点，即系统即可以稳定在电压UE运行，也可以稳定在电压UA运行。所以，要控制电力系统在额定电压运行，就要控制电力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所需消耗的无功功率，如果这个“等于”关系不能满足，电力系统就会偏离额定电压运行。可见，维持电力系统电压在允许范围之内是靠控制电力系统无功电源的出力实现的。 E AQ QGA GA QaQaQ QG G QeQeUA Ue82.电力系统无功功率控制的必要性

5、（二）（二）提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 合理配置无功电源，不仅可以提高电力系统的电压质量，而且还会减少无功功率传输过程中造成的无功和有功功率的损耗，因而可以提高电力系统运行的经济性。（三）（三）维持电力系统稳定维持电力系统稳定o静态稳定：合理选用自动励磁调节器，维持发电机出口某一电抗后面的电压不变，提高电力系统静态稳定性；o暂态稳定：采用高励磁顶值、快速响应的励磁系统，会使发电机在加速过程中迅速增大励磁电流，从而有效的改善电力系统的暂态稳定性；o低频振荡：励磁系统加入电力系统稳定器（PSS）。 9二.电力系统电压和无功的自动控制1.电力系统的电压控制电力系统的电压控制 2

6、.电力系统的无功功率控制电力系统的无功功率控制 10二.电力系统电压和无功的自动控制 （一）电力系统的电压控制 1.1.电力系统的无功负荷电力系统的无功负荷电力系统正常运行时的电压变化主要由负荷无功功率变化引起的。2.2.电力系统的电压控制电力系统的电压控制 电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近；其次是控制电力系统各接点电压在允许的范围之内。限制冲击性和间歇性负荷引起电压波动的措施：由大容量变电站以专用母线单独供电、设置串联电容器、设置调相机和串联电抗器、设置静态补偿器。 电力系统

7、电压的监视和控制是通过监视和控制电压中枢点的电压实现的。所谓电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线电压。电力系统电压控制就是控制各电压中枢点的电压偏移不超过允许范围。发电机是电力系统中的主要无功电源。通过调节发电机的励磁电流可以调节发电机的端电压及其输出的无功功率，从而改变电力系统的无功平衡关系，控制系统电压的总体水平。调相机的容量可以做的很大，而且调节方便、灵活，是一种很好的无功电源，但投资大；并联电容器和电抗器以及静态补偿器的容量比较小，而且一般只能改变并联这些补偿装置的结点的电压和与之相连接的线路的无功潮流。 11二.电力系统电压和无功的自动控制 （二）电力

8、系统的无功功率控制 1.1.电力系统无功电源的最优分布电力系统无功电源的最优分布 在对电力系统无功功率最优补偿之前，应先提高负荷的自然功率因数。主要措施：限制电动机空载运行、以同步电动机代替异步电动机。 优化无功电源分布的目的在于降低电网中的有功功率损耗，按照网损微增率相等来布置无功电源，电网的有功损耗最小。 2.2.无功功率负荷的最优补偿无功功率负荷的最优补偿 主要内容包括：最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和补偿顺序的选择等。等网损微增率是无功电源最优分布的准则，而最优网损微增率则是衡量无功功率负荷最优补偿的准则。综合运用这两个准则就可统一解决无功电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿

9、问题。 12三. 励磁系统的主要任务和基本要求 1.同步发电机励磁控制系统的主要任务同步发电机励磁控制系统的主要任务 2.同步发电机励磁控制系统的基本要求同步发电机励磁控制系统的基本要求 13Iq三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务 o 控制电压控制电压 （1 1）发电机单机运行）发电机单机运行发电机单机带负荷运行时，励磁控制系统的电压调节作用如图4-5所示： G负负荷荷UL ILFLQIG Eq jIGXdIGEq UGXdIpIGUG jIGXd（1）原理图 （2）等效电路图 （3）向量图 14三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系

10、统的主要任务 图1中FLQ是发电机励磁线圈，UG和IG分别为发电机定子电压和电流。正常情况下，流经FLQ的励磁电流IL在同步发电机内建立磁场，使定子绕组产生空载感应电势Eq，改变IL可使Eq发生相应变化；图2为发电机稳态运行时的等值电路图，可表示为： EqEq=UG+=UG+jIGXdjIGXd (式中Xd发电机直轴电抗) 图3是发电机向量图，为Eq和UG之间的夹角，即发电机的功率角；为发电机的功率因数角；由上图可得出： EqcosEqcos=UG+=UG+IqXdIqXd 一般很小，cos1，则EqEq=UG+=UG+IqXd IqXd UG = UG = EqEq IqXdIqXd 从上式

11、可以看出：Eq和发电机励磁电流成正比，当励磁电流不变时，发电机无功电流Iq变化将引起UG变化，即发电机单机带负荷运行时，电压变化主要由定子电流的无功分量Iq的变化引起；如果发电机无功电流Iq不变，改变励磁电流可以改变Eq，进而改变UG，即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。 15三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务 o 控制电压控制电压 （2 2）发电机并入电力系统运行）发电机并入电力系统运行 XLGUGXBUB Xd XB XL IGEq Ux（2）等效电路图 （1）原理图 16三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的

12、主要任务 从上图可以看出： UG UGUxUx+ +IqIq(XB+XL)(XB+XL) UB UBUxUx+ +IqXLIqXL Iq Iq( (EqEq- -UxUx)/()/(XdXd+XB+XL)+XB+XL) 其中：XBXB、XLXL变压器漏抗和输电线路电抗变压器漏抗和输电线路电抗 UB UB、UxUx变压器高压侧电压和电力系统电压变压器高压侧电压和电力系统电压 从上式可以看出： 1.通过调节励磁电流来调节发电机电势EqEq可以改变发电机无功电流IqIq，从 而调节发电机电压UGUG变压器高压侧电压UBUB，维持发电机端电压UGUG或系统 内某一点电压在给定水平； 2.发电机接入无穷

13、大电力系统，XB=0XB=0、XL=0XL=0，则发电机电压等于系统电压， 随系统电压的变化而变化，调节发电机励磁电流不再会引起发电机电压 的变化。 17三.励磁系统的主要任务和基本要求o 合理分配并联运行发电机间的无功功率合理分配并联运行发电机间的无功功率 （1 1）发电机无功功率控制的原理）发电机无功功率控制的原理 并网后的发电机：PG=PG=常数常数（有功功率只受调速器控制） UG=UG=常数常数（端电压不随负荷变化而变化） PG= UGIGCOS=PG= UGIGCOS=常数常数 (功率因数角) PG=PG=EqUGsinEqUGsin/XdXd= =常数常数（功率角） （一）同步发电

14、机励磁控制系统的主要任务18 Eq1 Eq2 A jIG1Xd三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务K2 IG Eq UGXdIp(B)IG1IG2(B1) jIG2XdUG（1）原理图 （2）向量图 说明：励磁电流ILIL 增加时，有功电流IpIp不会变，无功电流则由IG1IG1变为IG2 IG2 所以发电机发出的无功功率就增加； 同理，当励磁电流减少时，发电机发出的无功功率会减少。 19三.励磁系统的主要任务和基本要求（2 2）合理分配并联运行发电机间的无功功率）合理分配并联运行发电机间的无功功率 发电机的外特性发电机的外特性：由发电机励磁系统形成的一种发

15、电机静态特性，表 征发电机电压UGUG和无功电流IqIq的关系。 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务G1G2IqIq1Iq2Iq1A B F1 F1 F2 Iq1Iq2UGUM1UM2UGUM1UM2Iq2Iq（1）并联机组无功分配图 （2）外特性相等时的无功分配 （3）外特性不等时的无功分配 Iq20三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务（2 2）合理分配并联运行发电机间的无功功率）合理分配并联运行发电机间的无功功率 1.发电机母线电压下降时，发电机发出的无功电流会增加； 2.如果两台机组的外特性相等，则无功电流的增量也相等。否则则不相等； 3.发电机外

16、特性曲线斜率的大小，决定发电机无功功率变化的大小。 21三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁控制系统的主要任务o提高电力系统的稳定性 o改善电力系统的运行条件1.改善异步电动机的自启动条件 发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复，有效的改善电动机自启动 条件；2.为同步发电机异步运行创造条件 如果系统中其他发电机组能够提供足够的无功功率，以维持电压水平，使失 磁的发电机在一定时间内以异步运行方式维持运行。3.提高继电保护装置工作的正确性 励磁控制系统可以通过调节发电机励磁电流来增大短路电流，使继电保护正 确动作。 22三.励磁系统的主要任务和基本要求 （一）同步发电机励磁

17、控制系统的主要任务o防止水轮发电机过电压 1.水轮发电机过电压产生的原因 水轮发电机组突然甩负荷时转速会升得很高，而励磁绕组中的电流又不能很快衰减下 来，由于发电机电压与励磁电流和转速成正比，所以端电压会上升的很高。2.防止过电压的方法 励磁调节器具有较强的强行减励能力。 23三.励磁系统的主要任务和基本要求 （二）同步发电机励磁系统的基本要求 o具有十分高的可靠性 o保证发电机具有足够的励磁容量 当同步发电机的励磁电流和电压不超过其额定电压和电流的1.1倍时，励磁系统应保持能连续运行。 o具有足够的强励能力 强励是在发电机电压下降较多时，励磁系统快速的将励磁系统电流和电压升到顶值的一种运行行

18、为。 24三.励磁系统的主要任务和基本要求 （二）同步发电机励磁系统的基本要求o强励指标包括励磁顶值电压励磁顶值电压、励磁系统允许强励时间励磁系统允许强励时间和励磁系统标称响应，励磁系统标称响应，励磁顶值电压分为励磁系统空载顶值电压励磁系统空载顶值电压和负载顶值电压负载顶值电压。o励磁系统负载顶值电压励磁系统负载顶值电压是指“当提供励磁系统顶值电流时，从励磁系统端部可能提供的最大直流电压”；o励磁系统顶值电流励磁系统顶值电流是指“在规定的时间内，励磁系统从它的端部能够提供的最大直流电流”；o励磁系统电压响应时间励磁系统电压响应时间是指“在发电机额定工况下运行，励磁系统起始电压为发电机额定励磁电

19、压条件下，励磁系统达到顶值电压与额定励磁电压之差的95%所需时间的秒数；o从改善电力系统运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁系统具有较高励磁系统具有较高的励磁顶值电压倍数和较小的电压响应时间的励磁顶值电压倍数和较小的电压响应时间。o国家标准规定：5050MWMW及以上水轮发电机励磁顶值电压不低于及以上水轮发电机励磁顶值电压不低于2 2倍，励磁系统允许强倍，励磁系统允许强励时间应不小于励时间应不小于1010S S。 25三.励磁系统的主要任务和基本要求 （二）同步发电机励磁系统的基本要求o保证发电机电压调差率有足够的整定范围 发电机端电压调差率也称无功电流补偿率，它是指在自动励磁调节器

20、的调差单元投入、电压给定值固定、发电机功率因数为零的情况下，发电机无功负荷从零变化到额定值时发电机端电压的变化率。 （% %）= =（UG0-UUG0-U）/UG0/UG0100%100% UG0UG0发电机空载额定工况下的发电机端电压，发电机空载额定工况下的发电机端电压，V V U U发电机无功电流等于额定值时的发电机端电压发电机无功电流等于额定值时的发电机端电压国家标准规定：励磁系统应保证同步发电机端电压调差率为励磁系统应保证同步发电机端电压调差率为10%10% o保证发电机电压有足够的调节范围 国家标准规定：自动单元：自动单元：70%70%110% 110% 手动单元：手动单元：20%2

21、0%110%110% 26o保证发电机励磁自动控制系统具有良好的调节特征 （1 1）保证发电机端电压调节精度不大于规定值）保证发电机端电压调节精度不大于规定值发电机端电压调节精度用励磁控制系统的静差率表示。励磁系统的静差率励磁系统的静差率是指发电机励磁自动控制系统投入运行、励磁系统调差单元切除、发电机电压的给定值不进行调节的情况下，原动机转速及功率因数在规定的范围内变化，发电机负载从额定变化到零时发电机端电压变化率。 （% %）= =（UG0-UG0-UGeUGe）/ /UGeUGe100%100% UG0UG0发电机空载额定工况下的发电机端电压，发电机空载额定工况下的发电机端电压，V V U

22、GeUGe发电机额定工况下的发电机端电压发电机额定工况下的发电机端电压国家标准规定：励磁系统应保证发电机端电压静差率为励磁系统应保证发电机端电压静差率为1%1%3%3%（2 2）保证励磁自动控制系统具有良好的动态特性）保证励磁自动控制系统具有良好的动态特性国家标准规定：在空载额定电压时，当发电机给定阶跃为10%时，发电机电压超调量应50%、摆动次数3次、调节时间10S；当发电机突然零起升压时，励磁调节器应保证发电机端电压超调量15Ue、电压摆动次数3次、调节时间10S。三.励磁系统的主要任务和基本要求 （二）同步发电机励磁系统的基本要求27四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁

23、系统的静态特性o发电机电压调节特性同步发电机励磁控制系统的静态工作特性静态工作特性是指在没有人工参与调节的情况下，发电机机端电压与发电机电流的无功分量之间的静态特性。（发电机端电压调差率用表示） （1 1）0 0，称为正调差称为正调差 （2 2）0 0，称为负调差称为负调差 （3 3）=0=0，称为零调差称为零调差000UGUG0 U Iqe Iq28四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的静态特性o发电机调压精度 发电机调压精度发电机调压精度是指发电机励磁自动控制系统投入运行、励磁系统调差单元切除、发电机电压的给定值不进行调节的情况下，原动机转速及功率因数在规定的范围内变

24、化，发电机负载从零变化到额定时发电机端电压变化率。（发电机调压精度用表示） （% %）= =（UG0-UG0-UGeUGe）/ /UGeUGe100%100% UGUG01 2UGe Iqe IqUG=f2(IL)Iq=k Iq=0Iq= Iqe IL= f1(UG) IL Ile IL01、发电机空载运行，Iq=0,Ug=Ug1,发电机励磁电流IL0，发电机励磁控制系统的稳定工作点为1点；2、当发电机无功电流Iq由零增加到Iqe时，由于Ug=EqIqXd，所以Ug将下降，但由于励磁系统的自动调节作用，励磁电流会增加，系统最终会稳定在2点运行；3、连接1、2点，得到一条直线，这条直线就是励磁调

25、节器不接入调差单元时发电机的电压调节特性。4、一般来说，对于大中型发电机要求自动励磁调节器应保证发电机调压精度不大于0.5-1%。 29o励磁调节器的调差单元 一般说来，励磁调节器均可以保证发电机有较高的调压精度，自然调差特性基本是一条与横轴平行的直线，这种特性不能使发电机并联稳定运行，也不能在并联运行机组间合理分配运行机组间的无功负荷，所以在励磁调节器中必须设有调差单元。1 1、发电机带纯无功负荷、发电机带纯无功负荷 励磁调节器增加调差单元后，输入励磁调节器测量比较单元的发电机电压值会随着发电机电流的增加而增加，按照励磁系统的工作特性，调节器会自动减少发电机的励磁电流，使发电机电压下降，于是

26、就形成了下斜的发电机电压调节特性。2 2、发电机带纯有功负荷、发电机带纯有功负荷 发电机的励磁电流不会随发电机有功电流的变化而变化，所以：励磁调节器的调差励磁调节器的调差单元只反映发电机无功功率变化而基本不反映有功功率变化。单元只反映发电机无功功率变化而基本不反映有功功率变化。四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的静态特性30o励磁调节器的调差单元 3 3、发电机电压调差特性测量试验法、发电机电压调差特性测量试验法(1)将发电机并入电力系统，发电机无功Iq=Iqe，发电机频率为额定值，调节发电机 有功等于零，记录此时的发电机电压Ug2；(2)发电机与系统解列，当机组稳定运

27、行后，记录发电机电压Ug1；(3)将以上1、2点连接，就得到发电机的调差特性曲线。 四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的静态特性31四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的静态特性o发电机电压调节特性的平移 发电机并入电网运行后需要增加无功功率；退出电网运行前需要减少无功功率；并网运行时需要随时调整无功功率；解决以上问题时通过平移发电机电压调节特性实现的。平移发电机电压调节特性实现的。 UgUg1 2Ug1 1Ug2 Iq IqeUg=f2(IL)/Iq=k Iq=0 Iq=Iqe A B A EIL=f(Ug) B EIL UgUmIq2 Iq1

28、Iq123（1）发电机电压调节特性与无功功率的关系 （2）发电机电压调节特性平移的原理示意图32o发电机电压调节特性的平移 1、发电机并入电网前应将电压调节特性调到图1中曲线3位置，发电机并网后无功电流为零，并网对电网没有冲击，并网后再由运行人员手动调节使电压调节特性向上平移，逐渐增加发电机无功功率。 2、图2中直线AB和AB是励磁调节器中调差单元的作用形成的，它表示当发电机无功电流增加时励磁系统输出的电流会减小；曲E所示为合成励磁调节器工作特性的平移。 3、平移发电机的电压调节特性是通过自动装置调节励磁调节器的电压给定值实现的。 四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的静

29、态特性33四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）同步发电机励磁系统的动态特性o概述 同步发电机励磁自动控制系统是一个反馈自动控制系统，其动态特性动态特性是指在外界干扰信号作用下，该系统从一个稳定工作状态变化到另一个稳定工作状态的时间响应特征国标要求为： （1）同步发电机在空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10S； （2）当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证发电机端电压超调量不得超过额定值的15%，调节时间不应大于10S，电压摆动次数不应大于3次。 34四.励磁系统的静态特性和动态特性 （一）

30、同步发电机励磁系统的动态特性o动态特性曲线2%pUG10 0 t tp ts t(s)（1）超调量pp p p=Ug(tp)-Ug()/Ug()100% 式中tp发电机电压峰值时间； Ug(tp)发电机峰值电压； Ug()发电机电压稳态值；（2）调节时间ts 从给定信号到发电机端电压值和稳态值的偏差不大于稳态值的2%所经历的时间，单位为S； （3）摆动次数N 在调节时间ts内，发电机端电压摆动的周期数。 35四.励磁系统的静态特性和动态特性 （三）同步发电机的空载/短路特性o动态特性曲线UGEE0 0I IKNKNI IK K 0 I If f I IfN fN I If f （1）空载特性

31、当空载运行时，励磁电势随励磁电流变化的关系E E0 0=f=f（I If f）称为同步发电机的空载特性（2）短路特性 发电机运行在同步转速时，将电枢绕组三相短路后加上励磁电流，电枢短路电流IK与IF之间的变化关系I IK K= f= f（I If f）即为短路特性 （3）空载特性结合短路特性可以求取同步发电机的同步电抗XdXd XdXd=E=E0 0/I/IK K（4）发电厂通过测取空载特性来判断发电机三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。 气隙线气隙线 E0=fE0=f（IfIf） C IK= f C IK= f （IfIf）36五.同步发电机励磁系统的基本组成 （一）同步发电机励磁系统的基本

32、构成及分类o同步发电机励磁系统的基本构成及分类示意图 同步发电机励磁系统 励磁功率单元 自动励磁调节器 励磁变压器 交流励磁机 整流电路 静止整流 旋转整流交流电源励磁直流电源励磁自励直流励磁机它励直流励磁机 交流电源 旋转（不）可控硅整流静止（不）可控硅整流 发电机自并励 自励交流励磁机 发电机自复励 它励交流励磁机 数字式励磁调节器 模拟式励磁调节器 电磁式励磁调节器37五.同步发电机励磁系统的基本组成 （二）同步发电机自并励励磁系统的基本组成o自并励励磁系统原理框图GIF励磁功率单元CTUGPT 辅助控制信号IG励磁系统是向发电机供给励磁电流系统，主要由励磁功率单元和励磁调节器组成，它根

33、据发电机电压和电流的变化以及其他输入信号，根据励磁调节器事先确定的调节准则控制励磁功率单元输出励磁电流。自并励励磁系统的励磁电流通过励磁变压器取自发电机的机端，其特点是反应灵敏、调节速度快。 励磁调节器T38五.同步发电机励磁系统的基本组成 （二）同步发电机自并励励磁系统的基本组成o自并励励磁系统的基本组成（1 1）励磁功率单元）励磁功率单元 功能：将交流功率电源变换作为发电机励磁的直流功率电源，向发电机转子输出励 磁电流 组成：励磁变压器、可控硅整流桥、功率单元保护元件（交流过压保护、过流保护 温度保护）（2 2）灭磁及过电压保护回路）灭磁及过电压保护回路 功能：投切励磁电源、机组灭磁吸收发

34、电机的磁场能量、转子过电压保护回路 组成：灭磁开关、灭磁电阻、转子过电压保护装置39五.同步发电机励磁系统的基本组成 （二）同步发电机自并励励磁系统的基本组成o自并励励磁系统的基本组成（3 3）起励回路）起励回路 功能：向发电机转子绕组提供起励励磁电流 组成：起励变压器、二极管整流桥、起励接触器（4 4）励磁调节器）励磁调节器 功能：根据发电机电压和电流的变化以及其他输入信号，根据励磁调节器事先确定 的调节准则控制励磁功率单元输出励磁电流 组成：硬件（CPU模块、信号处理模块、I/O接口模块、电源模块、功率界面模块、 通讯模块） 软件（主程序、调节控制程序、电压调节计算程序、限制判别程序、限制

35、控 制程序）40五.同步发电机励磁系统的基本组成 （二）同步发电机自并励励磁系统的基本组成o可控硅励磁系统的功率单元（1 1）分类）分类 三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路。（2 2）三相桥式全控整流电路）三相桥式全控整流电路 LR456231eaebecT可控硅的导通顺序：1/61/2 3/2 3/4 5/4 5/6 1/6 U Ud=U UdocosaU Udo:控制角a=0时的最大输出平均电压。Ud41五.同步发电机励磁系统的基本组成 （二）同步发电机自并励励磁系统的基本组成o励磁系统的调节器（1 1）组成原理框图）组成原理框图 励磁功率单元G调差单元稳压

36、电源综合放大测量比较 稳定器 限制器 补偿器移相触发 CTPT QF基本装置 辅助装置 a42六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统概况 凌津滩电厂的机组励磁系统采用的是ABB公司生产的数字式静止自并激励磁系统，系统型号为：AFT-0/U211-D1250。整套装置主要具有以下一些特点： 1、系统采用了自并激励磁接线方式。励磁变压器接在发电机出口开关内侧，它提供两组可控硅整流桥的电源。 2、系统采用双CPU和双整流桥的双重冗余整流系统。每个CPU的模拟量（发电机电压、发电机电流、励磁电流）测量都由各自的测量单元进行测量，无公共量。两个CPU通道可互相通讯，互相切换，并进行故障监视相互切换。 3、控制

37、和调节器电源供电采用交、直流双电源供电方式，交流电源由接于励磁变低压的电源变压器供给，直流电源由厂用220V直流系统供电并经过DC/DC变换，任一路电源故障时均可发出电源故障信号。 4、整体结构紧凑，通用性强。整套装置由一块调节控制屏、一块起励灭磁屏和两块整流屏组成，全部安装在每台机组的机旁小室内。 43附1：凌津滩电厂励磁系统组成原理框图44六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成 整套系统由励磁变压器、励磁功率单元、起励回路、灭磁及过电压保护回路、励磁调节器等几大部分组成。 1.励磁变压器 (1)(1)励磁变基本参数励磁变基本参数 型号： 干式、浇铸 容量：760KVA 变比：10.5KV/5

38、40V 绕组接线： Y/ 二次额定电流：880A (2)(2)散热及冷却方式散热及冷却方式 励磁变采用空气自然冷却，室内安装使用 (3)(3)温控、温显系统温控、温显系统 励磁变温控器采用T-154型温控显示器，安装在励磁变外壳上。温度传感器采用RTC PT100型温度传感器，预埋在励磁变低压侧绕组内。这套系统能同时监视4个通道，实时显示每个绕组温度，并能输出报警、跳闸以及装置本身故障信号。励磁变绕组温度报警值整定为90，跳闸值整定为119，通过温控器面板上的按键可对两个值重新整定。 45六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成2.励磁功率单元 励磁功率单元由两个功率柜组成，两个功率柜的元件完全相

39、同，互相独立，互为备用，所以功率单元是100%冗余。任何时刻，只有主用功率柜的整流桥工作，而备用功率柜整流桥的控制脉冲被封锁，当主用桥出现故障时，由调节器执行切换过程：首先封锁主用桥触发脉冲，再开放备用桥的触发脉冲投入备用桥，系统运行不会中断。 (1)(1)功率单元基本参数功率单元基本参数 可控硅整流桥：双三相全控 最大允许持续励磁电流： 1000A 冷却方式：空气自然冷却 顶值励磁电压： 正为688V 、负为703V 可控硅参数：500A/2800V 顶值电压时的励磁电流：1820A (2)(2)功率单元基本组成功率单元基本组成 RC阻容保护装置 整流桥五极隔离开关 三相全控桥 励磁电压、电

40、流、同步电压测量板 可控硅保护用快速熔断器 脉冲放大板 46六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成2.励磁功率单元(3)(3)功率回路的监控和保护功率回路的监控和保护 a.过电流保护 每个整流桥桥臂的快速熔断器可作为可控硅的过电流保护。 b.交流侧过电压保护 交流侧过电压保护装置为接在可控硅交流侧的一套RC阻容浪涌电压吸收装置 c.整流桥保护 连接在可控硅整流桥上的综合测量板U10/U20，它测取可控硅整流桥的三相交流 输入、可控硅的输出以及整流桥的温度（由铂电阻R57测取），并输入到CPU进 行控制逻辑处理后，作为整流桥交流侧过电压保护、温度保护、直流浪涌保护。 47附2：励磁系统功率单元组成

41、原理框图测量板脉冲放大板测量板脉冲放大板2GA2GBQ02转子绕组Q15T15外部电源板励磁电流同步电压励磁电压48附3：励磁功率单元的保护配置图456231TR57RC阻容保护（交流过电压）桥臂快速熔断器（过电流保护）F4F6F2F5F3F1F2C1R10F1049六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成3.灭磁及过电压保护回路 整个回路包括灭磁开关、灭磁电阻以及转子过电压保护装置.(1)(1)灭磁开关灭磁开关 型号: SACE F1S/EG 额定电流: 1250A 三秒短时载流容量： 8000A 电压等级: 1500V 操作电压: 220VDC(2)(2)灭磁电阻灭磁电阻 采用非线性碳化硅灭磁

42、电阻，型号为RA482 1/34，共两个 (3)(3)转子过电压保护装置转子过电压保护装置 采用一种称为跨接器的电路（CROWBAR）。该装置由转子过电压保护电流监视器、转子过电压保护可控硅跨接器、转子极柱保护可控硅跨接器以及相应的触发模块组成。整个电路配置了三个可控硅，其中两个作正向导通，一个作反向导通，当转子过电压（无论正向或反向）达到整定值时，过电压保护可控硅的触发模块将触发相应的可控硅，可控硅导通后经非线性电阻对过电压进行抑制，而且电流监视器还能对回路中的电流进行监视，一旦电流超过40A且持续0.5秒以上，将会直接跳灭磁开关并停机。 50附4：励磁系统转子过电压保护原理图II灭磁开关

43、极柱保护 F02.2 过电压保护 F02.1 T02 F04转子绕组 R06 R02分流器转子电压测量保险+-51六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成3.灭磁及过电压保护回路（4 4）机组灭磁方式）机组灭磁方式 机组灭磁采用了逆变灭磁和非线性电阻灭磁两种方式。正常情况下，在接到励磁退出命令后，装置将首先进行逆变灭磁1.5秒，然后跳灭磁开关同时触发非线性电阻灭磁。事故情况下，将直接跳灭磁开关同时触发非线性电阻灭磁。 4.起励回路 起励回路由起励变压器、二极管整流桥和起励接触器组成。起励电源由厂用400V系统提供。在正常开机过程中，当转速达到额定转速的95%时，励磁装置投入，灭磁开关合上，系统开始

44、起励。400V起励电源由起励变压器变压为22VAC经二极管整流桥整流后提供约100A的起励电流，当可控硅整流桥交流侧的电压达到5V左右时，整流桥开始工作，当发电机电压上升到额定电压的30%时，起励退出，如果在10秒钟内，起励不成功，励磁系统将跳闸。另外系统还提供了残压起励功能。 52附5：励磁起励回路接线图T励磁功率单元灭磁开关 二极管整流桥V30 起励接触器 K30 起励变压器 T30 起励电源开关 Q30 AC380V/22V DC26V/100A53六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成5.励磁调节器 励磁调节器为数字式调节器，由调节器硬件和软件两大部分组成，其组成原理框图如下图所示： 实

45、际值测量板实际值测量板实际值测量板实际值测量板I/O接口板接口板外部电源板外部电源板外部电源板外部电源板A通道通道 B通道通道信号处理板信号处理板信号处理板信号处理板内部电源板内部电源板内部电源板内部电源板脉冲脉冲放大板放大板测量板测量板脉冲脉冲放大板放大板测量板测量板控制板控制板控制板控制板通讯板通讯板通讯板通讯板调试笔记本调试笔记本现地控制盘现地控制盘现地控制盘现地控制盘调试笔记本调试笔记本功率界面板功率界面板功率界面板功率界面板54六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成(1)调节器硬件调节器硬件由控制板SDCS-CON-1、内部电源板SDCS-POW-1、外部电源板UNS0861、功率界面

46、板、信号处理板UNS1860、AC实际值测量板UNS0862、I/O接口板UNS0863、通讯板SDCS-DOM1组成。a.控制板控制板SDCS-CON-1SDCS-CON-1组成：主要由80C186微处理器和ASIC型主电路板DC94L01组成；功能：系统程序及参数存储、系统故障检测、数据测量、可控硅触发脉冲的形成A/D-D/A转换控制、 电源电压监控以及通讯功能。b.b.内部电源板内部电源板SDCS-POW-1SDCS-POW-1功能:产生内部电路控制所需要的所有直流电压（+48V、+24V、15V、10V、+5V）。c.c.外部电源板外部电源板UNS0861UNS0861组成：由220V

47、DC/220VDC、220VDC/24VDC电源变换器和交、直流电源监视回路组成功能:将220VDC直流电压和220VAC交流电压变换成220VDC和24VDC电压，向内部电源板提供220VDC和220VAC双路电源，并对交、直流电源进行监视，当其中任何一路故障时输出故障信号。 55六.凌津滩电厂励磁系统简介o系统组成d.d.功率界面板功率界面板组成：脉冲放大板SDCS-PIN-41和测量板SDCS-PIN-51；脉冲放大板的功能:将主控板输出的可控硅触发脉冲进行放大、输出；测量板的功能:采集励磁电压、励磁电流，经过处理后输送给主控板SDCS-CON-1。e.e.信号处理板信号处理板UNS1860UNS1860主要功能：数字量输入（16点）、数字量输出（19点）、信号处理（包括发电机电压、发电机电流、 发电机频率）、PSS功能、逻辑电平转换（24V/5V和15V/5V）、有功电流和无功电流测量；f.f.实际值测量板实际值测量板UNS0862UNS0862功能:测量发电机三相电压、发电机单相电流，并将处理后的数据送到I/O接口板UNS0863。g.I/Og.I/O接口板接口板UNS0863UNS0863功能：数字量输入/输出，模拟量输入/输出，并对信号处理板UNS1860的模拟量实际值进行检测。h.h.通讯板通讯