发电机励磁系统简介课件

1、发电机发电机励磁系统简介励磁系统简介 安徽凯立科技股份有限公司安徽凯立科技股份有限公司上海合凯电力保护设备有限公司上海合凯电力保护设备有限公司黄冬华黄冬华 中学物理学告诉我们：中学物理学告诉我们：导体在磁场中运导体在磁场中运动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流生电流 这就是最基本的发电机原理。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：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；要有产生磁力线的磁场； 2.） 运动的导体必须切割磁力线。运动的导体必须切割磁力线。 励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统。励磁

2、系统就是产生发电机磁场的控制系统。 发电机由两大部分组成。发电机由两大部分组成。 1.） 转子转子 转子绕组通以直流电流，转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；用以产生发电机的磁场； 2.）定子定子 定子绕组被旋转的磁场之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）磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。电流。 发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、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场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。相对运动。 产生可以任

3、意控制其大小的产生可以任意控制其大小的直流直流电流电流（称为（称为“励磁电流励磁电流” ） 向向发发电机转子绕组输送，这就是励磁系统的电机转子绕组输送，这就是励磁系统的最基本功用。最基本功用。 实际上的发电机励磁系统比这复杂得多，实际上的发电机励磁系统比这复杂得多，是综合了多门学科是综合了多门学科 电力系统及其自动电力系统及其自动化、电机学、模拟电子技术、数字电子技术、化、电机学、模拟电子技术、数字电子技术、半导体变流技术、自动控制原理、电工技术、半导体变流技术、自动控制原理、电工技术、工业自动化、微机原理及接口技术、工业自动化、微机原理及接口技术、C程序程序语言、继电保护语言、继电保护 等的

4、高科技产品。等的高科技产品。 1. 发电机并网前，调节发电机输出的端电压；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；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、动态稳定提高同步发电机并列运行的静、动态稳定 3.1 静态稳定静态稳定: 采用灵敏快速的励磁调节系统，可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）；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：动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励采用响应快速、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磁调节系

5、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）；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，以保发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。护发电机的安全。1 国际电工委员会标准国际电工委员会标准 IEC2A（秘（秘13-1978）汽轮发电机励磁系统技术要求）汽轮发电机励磁系统技术要求 IEC（秘（秘593-1982） 关于同步发电机励磁系统的若干规关于同步发电机励磁系统的若干规定定2 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准 GB755-87 旋转电机基本技术要求旋转电机基本技术要求 GB/T 7409.3-1997 大、中型同步发电机励磁

6、系统技术大、中型同步发电机励磁系统技术要求要求3 中国电力行业标准中国电力行业标准 SD271-88 汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件 （“三三机机”系统）系统） DL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件技术条件 （“自并激自并激”系统）系统） 1 当发电机的励磁电压和电流不超过额定励磁电压和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电流的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。倍时，励磁系统保证连续运行。 2 励磁系统顶值电压倍数励磁系统顶值电压倍数 1.61.8 （2.0） 3 励磁系统允许

7、强励时间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）励磁系统电压响应比（电压上升速度） 3.5 1.61.8 （2.0） 5 电压调整范围电压调整范围 70110% 6 电压调整精度电压调整精度 0.5 % （0.25%） 7 调差范围调差范围 10 % （15%） 8 励磁系统强行切除率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蓝色数字为对一般励磁系统的要求, , 红色数字为对红色数字为对大型机组和优质励磁系统的要求。大型机组和优质励磁系统的要求。励磁电源装置励磁电源装置 如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器、如直流励磁机、交流励磁机、励

8、磁变压器、硅二极管整流装置、可控硅整流装置等。硅二极管整流装置、可控硅整流装置等。自动励磁调节装置自动励磁调节装置 手动励磁调节装置手动励磁调节装置（可不设置）（可不设置）自动灭磁装置自动灭磁装置发电机转子绕组过电压保护装置发电机转子绕组过电压保护装置（小机组不（小机组不设）设）备用励磁系统备用励磁系统 （可不设置）（可不设置）上述上述 装置的控制系统、信号系统和测量仪装置的控制系统、信号系统和测量仪表表 1. 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 多用于七十年代以前的中小型机组。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具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静

9、静止整流器励磁系统（止整流器励磁系统（“三机三机”励磁系统）励磁系统） 多用于六十年代以后多用于六十年代以后100MW以上的大型火电机组。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具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-旋旋转整流器励磁系统（转整流器励磁系统（“无刷无刷”励磁系统）励磁系统） 用于八十年代以后的大中小型机组（用量较少）。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（静止可控硅自并激励磁系统（“自并激自并激”励励磁系统）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

10、火电机组，系优质励磁系统。大中小型火电机组，系优质励磁系统。发电机发电机交流励磁机交流励磁机- -静止整流器励磁系统静止整流器励磁系统（“三机三机”励磁系统励磁系统）简简 介介 主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。后，供给汽轮发电机励磁。 主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。出经可控硅整流器整流后供给。 自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整感器、电流互感器取得的调节信号，控制可

11、控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。 发电机的励磁电源取自同轴的交流主励发电机的励磁电源取自同轴的交流主励磁机，不受电力系统运行的情况影响，工磁机，不受电力系统运行的情况影响，工作可靠。作可靠。 高速大容量交流主励磁机的设计制造、高速大容量交流主励磁机的设计制造、运行维护比直流励磁机容易。运行维护比直流励磁机容易。 直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，供给发电机励磁。供给发电机励磁。“三机三机”励磁系统用静止硅整励

12、磁系统用静止硅整流器代替旋转的机械整流子。流器代替旋转的机械整流子。 永磁式副励磁机永磁式副励磁机PMG工作可靠，只要工作可靠，只要机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流。机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流。 交流主励磁机是一交流主励磁机是一“时滞时滞”环节环节 要调节发电机励磁电流，必须先调节交要调节发电机励磁电流，必须先调节交流主励磁机的励磁电流，有流主励磁机的励磁电流，有“时滞时滞”存在。存在。 副励磁机波形畸变副励磁机波形畸变 可控硅整流桥的负载是交流主励磁机转可控硅整流桥的负载是交流主励磁机转子绕组这一电感性负载。因此，励磁电源副子绕组这一电感性负载。因此，励磁电源副励磁机的输出电压

13、波形将产生畸变，容易出励磁机的输出电压波形将产生畸变，容易出现发电机调节不稳定、无功功率跳动或摆动现发电机调节不稳定、无功功率跳动或摆动的情况。的情况。1. 交流主励磁机交流主励磁机（发电机生产厂家制造）（发电机生产厂家制造） 1台台 2. 永磁副励磁机永磁副励磁机（发电机生产厂家制造）（发电机生产厂家制造） 1台台 3. 硅二极管整流装置硅二极管整流装置 1套套 4. 微机励磁调节装置微机励磁调节装置 1套套 5. 灭磁及转子绕组过电压保护装置灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套套 6. 主励磁机手动备用励磁装置主励磁机手动备用励磁装置（可不设置）（可不设置） 1套套 额定容量额定容量 根据发

14、电机参数和强励磁电压顶值根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定倍数确定额定电压额定电压 根据发电机参数和强励磁电压顶值根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定倍数确定额定电流额定电流 根据发电机参数和强励磁电压顶值根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定倍数确定相数相数 三相三相频率频率 100 Hz（用以减小发电机转子绕组（用以减小发电机转子绕组的电感及时间常数）的电感及时间常数）额定转速额定转速 与同轴发电机相同与同轴发电机相同 额定容量额定容量 根据发电机、交流主励磁机参根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定数和强励磁电压顶值倍数确定 额定电压额定电压 根据发电机、交流主励磁机

15、参根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定数和强励磁电压顶值倍数确定 额定电流额定电流 根据发电机、交流主励磁机参根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定数和强励磁电压顶值倍数确定 相数相数 三相三相 频率频率 400 或或 500 Hz（中频）（中频） 额定转速额定转速 与同轴发电机相同与同轴发电机相同 励磁方式励磁方式 永磁式永磁式 整流方式整流方式 三相全波桥式不可控整流三相全波桥式不可控整流整流元件整流元件 大功率硅二极管大功率硅二极管整流桥数量整流桥数量 1 2（并联）个（并联）个单个整流桥输出电压单个整流桥输出电压 2 倍发电机额定励磁电压倍发电机额定励磁电

16、压单个整流桥输出电流单个整流桥输出电流 2 倍发电机额定励磁电流倍发电机额定励磁电流只需只需单单个整流桥即可满足发电机强励需要个整流桥即可满足发电机强励需要硅二极管参数：硅二极管参数： 额定电流额定电流 额定电压额定电压 反向电压反向电压 内有单通道或双通道容错型数字式（微机型）内有单通道或双通道容错型数字式（微机型）自动励磁调节器自动励磁调节器（AER）。）。 可最大限度地允许调节器内线路和元件故障。可最大限度地允许调节器内线路和元件故障。 任一任一AER皆可单独满足包括强励在内的所有皆可单独满足包括强励在内的所有运行工况。运行工况。 可减少因调节器故障引起的机组强迫停机率。可减少因调节器故

17、障引起的机组强迫停机率。 可使发电机工作于恒端电压的可使发电机工作于恒端电压的P、PI、PID，恒电流，恒无功，恒功率因素四种模式恒电流，恒无功，恒功率因素四种模式。正常或。正常或无特殊要求时，首选无特殊要求时，首选恒端电压的运行方式。恒端电压的运行方式。 软件采用软件采用C C语言编写。语言编写。 1. “三机三机”励磁系统灭磁方式励磁系统灭磁方式 发电机正常停机发电机正常停机 主励磁机：主励磁机：通过可控硅整流桥逆变灭磁通过可控硅整流桥逆变灭磁 发电机：发电机：通过硅二极管整流桥近似自然灭磁通过硅二极管整流桥近似自然灭磁 发电机事故停机发电机事故停机 主励磁机：主励磁机：通过可控硅整流桥逆

18、变灭磁通过可控硅整流桥逆变灭磁 发电机：发电机：通过氧化锌（通过氧化锌（ZnO）非线性电阻灭磁）非线性电阻灭磁2. 灭磁装置：灭磁装置：双断口磁场断路器双断口磁场断路器+ +ZnO非线性电阻非线性电阻3. 过电压保护装置过电压保护装置 发电机转子绕组：发电机转子绕组： ZnO非线性电阻非线性电阻 硅二极管整流桥：硅二极管整流桥： ZnO非线性电阻非线性电阻低励磁限制低励磁限制/ /低励磁保护低励磁保护反时限过励磁限制反时限过励磁限制/ /过励磁保护过励磁保护V/Hz限制限制 / /V/Hz保护保护电力系统稳定器电力系统稳定器PSS （小机组可不设）（小机组可不设）发电机发电机PT断线检测和保护

19、断线检测和保护误强励检测和限制误强励检测和限制发电机空载过电压保护发电机空载过电压保护可控硅失脉冲检测可控硅失脉冲检测硅二极管整流柜（桥）故障的强励限制硅二极管整流柜（桥）故障的强励限制发电机发电机静止可控硅自并激励磁系统静止可控硅自并激励磁系统（“自并激自并激”励磁系统）励磁系统）简简 介介 接自汽轮发电机机端的励磁变压器之副边电压，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。经可控硅整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。 自动励磁调节器自动励磁调节器（AER）控制可控硅整流器输出控制可控硅整流器输出的励磁电流之大小。的励磁电流之大小。 自并激励磁系统没有

20、旋转部分，属静态励磁系统。自并激励磁系统没有旋转部分，属静态励磁系统。自动励磁调节器励磁变压器可控硅整流器发电机汽轮自动励磁调节器 运行可靠性高运行可靠性高 自并激励磁系统为静态励磁，没有旋转部分，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可控整流装置的可靠性已与不可控整流装置大致相当。当。 可提高机组轴系的稳定性可提高机组轴系的稳定性 由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机 发发电机组的轴系长度（例如电机组的轴系长度（例如300M

21、W汽轮发电机轴长由汽轮发电机轴长由原原“三机三机”系统的系统的14922mm缩短至缩短至11220mm ，减，减少了少了3.7m ），提高了机组轴系的稳定性、改善了），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。轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。 励磁系统响应快励磁系统响应快 因为没有主励磁机这一时滞环节，所以自并激因为没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。术指标高，性能参数好。 可提高电力系统的稳定水平可提高电力系统的稳定水平 在小干扰稳定方面，自并

22、激励磁系统配置在小干扰稳定方面，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（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；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。近或略有提高。 可提高电厂的经济效益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、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，因而可提高发调整容易、维护简单、检修

23、工作量小，因而可提高发电效益。电效益。 可节约电厂的基建投资可节约电厂的基建投资 自并激励磁系统缩短了汽轮机自并激励磁系统缩短了汽轮机 发电机组的轴系发电机组的轴系长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基建费用。建费用。 发电机出口端短路时，将会导致励磁电源发电机出口端短路时，将会导致励磁电源降低或消失降低或消失 目前，目前，100MW及以上容量的汽轮发电机，三及以上容量的汽轮发电机，三相输出端都设有分相封闭母线，汽轮发电机出口端相输出端都设有分相封闭母线，汽轮发电机出口端短路的现象基本上不存在。短路的现象基本上不存在。 发电机出口端三相短路

24、时，短路电流迅发电机出口端三相短路时，短路电流迅速衰减，继电保护的配合比较复杂速衰减，继电保护的配合比较复杂 首先，三相输出端分相封闭母线的设立，使汽首先，三相输出端分相封闭母线的设立，使汽轮发电机出口端短路的现象基本消除。轮发电机出口端短路的现象基本消除。 其次，采用一定的技术措施后，可以保证继电其次，采用一定的技术措施后，可以保证继电保护的动作，将发电机从电网中切除保护的动作，将发电机从电网中切除。 1 励磁变压器励磁变压器 2 自动励磁调节器（自动励磁调节器（AER） 3 可控硅整流器可控硅整流器 4 灭磁和过电压保护装置灭磁和过电压保护装置 4.1 发电机转子绕组灭磁装置 4.2 发电

25、机转子绕组过电压保护装置 4.3 可控硅整流装置直流侧过电压保护装置 5 发电机起励装置发电机起励装置 功用：将发电机端电压降至可控硅整流器功用：将发电机端电压降至可控硅整流器（整流整流桥桥）所需的输入值，为发电机提供足够的励磁功率。所需的输入值，为发电机提供足够的励磁功率。额定容量额定容量 根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定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原边额定电压 与发电机额定输出电压参数相同与发电机额定输出电压参数相同副边额定电压副边额定电压 根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定确定 相数相数 三相三相频率频率 50 Hz接线方

26、式接线方式 Y/ 11短短路阻抗路阻抗 57 %绝缘绝缘等级等级 B 或或F型式型式 油浸式或干式，自冷油浸式或干式，自冷 油浸式油浸式 ：放置于厂房之外：放置于厂房之外 ； 干式干式 ： 放置于厂房之内放置于厂房之内 功用：按要求（机端电压偏差、恒电流、无功功功用：按要求（机端电压偏差、恒电流、无功功率或功率因素）自动调节可控硅整流装置输出的大小率或功率因素）自动调节可控硅整流装置输出的大小和方向。和方向。 内有单通道或双通道冗余容错型数字式（微机型）内有单通道或双通道冗余容错型数字式（微机型）励磁调节器励磁调节器（AER）。）。 可最大限度地容许调节器内线路和元件故障。可最大限度地容许调节

27、器内线路和元件故障。 任一任一AER皆可单独满足包括强励在内的所有运皆可单独满足包括强励在内的所有运行工况。行工况。 可减少因调节器故障引起的机组强迫停机率。可减少因调节器故障引起的机组强迫停机率。 可使发电机工作于恒端电压的可使发电机工作于恒端电压的P、PI、PID，恒恒电流，恒无功，恒功率因素四种模式电流，恒无功，恒功率因素四种模式。正常或无特。正常或无特殊要求时，首选殊要求时，首选恒端电压的运行方式。恒端电压的运行方式。 软件采用软件采用C语言编写。语言编写。 功用：在励磁调节器的控制下，将励磁变压器副功用：在励磁调节器的控制下，将励磁变压器副边的交流电压转换成相应的直流电压，提供给发电

28、机边的交流电压转换成相应的直流电压，提供给发电机转子绕组励磁。转子绕组励磁。整流方式整流方式 三相全波桥式可控整流三相全波桥式可控整流整流元件整流元件 大功率可控硅元件（晶闸管）大功率可控硅元件（晶闸管）整流桥数量整流桥数量 1 2（并联）个（并联）个单个整流桥输出电压单个整流桥输出电压 2 倍发电机额定励磁电压倍发电机额定励磁电压单个整流桥输出电流单个整流桥输出电流 2 倍发电机额定励磁电流倍发电机额定励磁电流只需只需单单个整流桥即可满足发电机强励需要个整流桥即可满足发电机强励需要可控硅元件参数：可控硅元件参数： 额定电流额定电流 额定电压额定电压 反向电压反向电压 功用：功用： 机组事故停

29、机时，对转子绕组用灭磁电阻机组事故停机时，对转子绕组用灭磁电阻进行灭磁；发电机正常运行时，抑制转子绕组各种过电进行灭磁；发电机正常运行时，抑制转子绕组各种过电压；发电机启动时，对转子绕组进行初始励磁。压；发电机启动时，对转子绕组进行初始励磁。1 “ “自并激自并激”励磁系统灭磁方式励磁系统灭磁方式 发电机正常停机：发电机正常停机：通过可控硅整流桥逆变灭磁通过可控硅整流桥逆变灭磁 发电机事故停机：发电机事故停机：通过氧化锌（通过氧化锌（ZnO）非线性电阻）非线性电阻灭磁灭磁2 灭磁装置：灭磁装置：双断口磁场断路器双断口磁场断路器+ +ZnO非线性电阻非线性电阻3 过电压保护装置：过电压保护装置： 发电机转子绕组：发电机转子绕组：ZnO非线性电阻非线性电阻 可控硅整流桥：可控硅整流桥： ZnO构成的尖峰吸收器构成的尖峰吸收器4 起励装置：起励装置： 起励电源直流或交流均可起励电源直流或交流均可n 低励磁限制低励磁限制/ /低励磁保护低励磁保护n 反时限过励磁限制反时限过励磁限制/ /过励磁保护过励磁保护n V/Hz限制限制 / /V/Hz保护保护n 电力系统稳定器电力系统稳定器PSS（小机组可不设）（小机组可