同步发电机励磁控制系统

1、 -21-科技论坛同步发电机励磁控制系统于建国(黑龙江新世纪能源有限公司1QFSS-200-2发电机概述:基本数据:额定容量200MW ;转速3000rpm ;额定电压15.75KV ;功率因数cos :0.85;额定电流8625A ;功率98.32%;定子接线:YY 。励磁数据:同步电抗Xd:190.3%;负序电抗X2:17.35%;瞬变电抗Xd:22.2%;零序电抗Xo:7.85%;超瞬变电抗Xd:14.23%;定子电阻(75(/相(R25=1.24R150.0019;定子线圈开路时励磁线圈时间常数(S:7.4;转子电阻(750.208;空载励磁电流624.7A ;满载励磁电流1605A

2、;满载励磁电压384V 。2励磁系统简介励磁系统是同步发电机重要组成部分,直接影响发电机运行性能。励磁系统的技术关键词:励磁系统简介、自并励励磁系统、整流部分、灭磁方式、保护配置性能及运行的可靠性,对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大影响。励磁系统一般由励磁功率单元、励磁调节器组成,是由电源装置(如励磁机、励磁变压器、自动调节装置、手动调节装置、自动灭磁装置、励磁绕组过电压保护装置、诸上述装置的控制、信号、测量仪表等组成。为了保证发电机在正常工作时不会由于励磁系统故障而引起不必要的停机,还可以根据需要装设备用励磁系统。励磁调节任务:电压控制

3、及无功分配;提高同步发电机并列运行稳定性。同步发电机励磁方案论证:随着大功率晶闸管的出现,发电机系统采用了不用励磁机,而由机端励磁变压器供给电源的自并励励磁系统。自并励方式的优点:设备和接线比较简单;由于无转动部分,具有较高的可靠性;造价低;励磁变压器防止自由缩短机组长度或警告度;励磁调节速度快。我国已在一些机组上以及引进的一些大型机组上,采用自并励方式。基于以上的分析和比较,本设计采用自并励励磁系统。3自并励励磁系统主回路设计自并励磁主回路是指从机端(母线上取电压,经整流供给发电机转子励磁部分,包括励磁变压器、整流装置及起励、灭磁部分。3.1励磁方式本设计采用自并励磁方式,如图所示原理说明:

4、自并励磁控制由主回路(励磁功率单元和控制回路(励磁调节器组成。其主回路包括用整流硅二极管和可控硅管组成的整流回路、整流变压器、配置的各种保护元件起励装置、灭磁装置等。交流电源取自机端,经整流回路供给发电机一可控励磁。控制回路由测量比较单元、综合放大单元、移相触发单元及调差单元组成。控制回路是根据机端电压变化输出可调脉冲作用于可控硅控制极,来调节主回路输出直流励磁电压的大小。当发电机端电压变低(高时,使脉冲时间提前(延后,可控硅导通角变小(大,直流平均励磁电压升高(降低,使得发电机电压上升(下降,保持端电压为定值。利用调差单元所形成的调差特性能够合理分配无功功率。励磁调节规律:U g U U k

5、 a U d U G 。整流变压器的选择:整流变压器是主回路的重要组成部分,为发电机提供励磁电源。整流变压器参数选择必须考虑以下三个因素:保证发电机空载时所需的全部励磁电流;保证负载情况下增强调节;保证一定的过载能力。选用变压器容量Se=2000KVA,变比为24,U K =5.5%的变压器。满足强励要求(计算略。3.2整流部分本设计采用三相桥式全控整流电路,六个桥臂元件全都采用可控硅,可控硅元件都要靠触发换流,并且一般要求触发脉冲宽度大于60°,但小于120°,一般取80°到100°,即所谓“宽脉冲触发”。这样才能保证整流电路刚投入之际,共阴、共阳极组

6、各有一元件同时处于被触发状态,并构成通路。另外也可“双脉冲触发”方式,即本元件被触发同时,还送一触发脉冲给前一元件,使共阴、阳极总有一元件被触发,构成通路。全控桥整流电路的工作特点是即可工作于整流状态,将交流转变成直流,也可工作在逆变状态,直流转变成交流。硅元件的选择:选额定正向电流I (AV =2000A ,额定反向峰值电压U D RM =4000V 的硅管(计算略。采用三组整流柜并联。本设计中采用风冷却硅元件方式。起励方式:励磁变压器接在机端的情况下,有他励起励和残压起励两种方法。蓄电池起励为他励起励;本设计采用厂用电起励。起励电源容量计算:起励电源功率为15.408kw,起励电源电压为9

7、6v 。(计算略3.3灭磁方式同步发电机发生内部故障时,在继电保护动作切除主回路继电器的同时,还要求迅速完全地灭磁。所谓灭磁就是把转子励磁绕组磁场降至尽可能小的程度。逆变灭磁:采用三相全控桥整流装置时,可利用其逆变过程进行灭磁,即在逆变时由可控硅桥把励磁绕组中的能量经直流侧发送到交流侧,使之灭磁。但实际上三相全控桥逆变结束时,励磁绕组中的能量没有完全释放出来,因此采取并联固定电阻等措施,使剩余能量向电阻放电直到转子励磁绕组电流衰减到零,逆变灭磁方式简单、经济,在我国已在一些中型水轮发电机和一些较小容量机组上采用。灭磁原理:正常运行时灭弧棚主触头1和灭磁触头2均闭合;故障灭磁时主触头1断开,在极

8、短时间内触头2断开,由于电弧作用,引入灭弧棚灭磁,为了防止在灭磁过程中产生过电压,与灭弧棚并联了不同阻值的电阻。3.4励磁系统保护配置为了保证整流装置中硅元件安全长期运行必须在装置中适当采取保护措施过电压保护方式:目前对半导体励磁装置采用过电压保护,对保护器件总的要求和评价:过电压吸收暂态能量的能力要大,限制过电压的能力要强(限压比或残压比要小,正常时对运行的影响小,功率低,简单可靠,维护量小,寿命较长。本设计采用的过电压保护方案:抑制关断过电压:在可控硅上并联RC 阻容保护;抑制操作过电压:在交流侧接线方式的压敏电阻保护;抑制浪涌过电压:交流侧接线方式的硒堆保护;防止静止过电压:接线方式并接

9、地电容C ;转子过电压保护:在转子侧调差电阻作为过电压保护;在整流框A.B.C 三相接入均流电抗器,起到均流作用。本设计采用的过电流保护方案:在励磁装置中常用的过载及短路保护主要是快速熔断器、快速过电流继电器。在本设计中为限制过电流,需在可控硅处串连快速熔断器,标称容量3140A 。(计算略至此,励磁系统主回路设计已完成。通过建立励磁系统数学模型,对励磁系统进行动态性能分析表明:该设计合理,具有界限简单、造价低、调速快、可靠性高等优点。(因篇幅所限,励磁控制回路设计及动态性能分析略。责任编辑:王宇摘要:同步发电机励磁控制系统的设计是一门综合性科学,是在多种专业知识有机配合、密切协作下完成的一个统一整体。是关于QF-SS-200-2型同步发电机励磁控制系