励磁培训教材20117

1、 励 磁 培 训 教 材 目 录第一章 励磁系统概述第二章 励磁系统分类、原理与配置第三章 微机励磁调节器第四章 可控硅整流装置第五章 灭 磁第六章 励磁故障、事故处理第七章 本站励磁介绍机图纸讲解第八章 现场设备讲解第一章 励磁控制系统概述一、励磁控制系统的主要任务1、 维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因:第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静

2、态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110。第二，保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的。如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90；当发电机电压低于95时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、经济而有效的措施。2、 控制并联运行机组无功功率合理分配

3、并联运行机组无功功率合理分配与发电机端电压的调差率有关。发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。解释概念：正调差是调节机组间的无功分配，负调差是补偿变压器的电压降。所谓正调差就是励磁系统当发电机无功增加时，让励磁装置检测到的机端电压“升高”，即相当于UG'=UG+KT*Q，从而使励磁输出减小，从而无功输出减小些。反之则增大。其作用是防止发电机出口直接并联的机组出现抢无功。（类似与电压源的直接并联需要串联电阻）。 负调差与正调差符号相反，即在无功增大时，引入的无功反馈使励磁在增大些，以补偿变压器的电压降（或则说变压器的无功损耗，变压器是有阻抗的），以使我们调节的电压（

4、无功）尽可能对应电网（主变高压侧）的值。采用合适的正调差值，可保证多台并联运行的发电机组之间的无功功率合理分配。两台或多台有差调节的发电机并联运行时,按调差率大小分配无功功率。调差率小的分配的无功多,调差率大的分配到的无功少。如果发电机变压器单元在高压侧并联,因为变压器有较大的电抗,如果采用无差特性,经变压器到高压侧后,该单元就成了有差调节了。若变压器电抗较大,为使高压母线电压稳定,就要使高压母线上的调差率不至太大,这时发电机可采用负调差特性,其作用是部分补偿无功电流在主变压器上形成的电压降落,这也称为负荷补偿。调差特性由自动电压调节器中附加的调差环节整定。与大系统联网的机组,调差率Ku在土(

5、3%10%)之间调整。3、提高电力系统的稳定性解释三个概念：（1).静态稳定是指电力系统受到小干扰后不发生非周期性失步,自动恢复到起始运行状态。 (2).暂态稳定是指系统在某种运行方式下突然受到大的扰动后,经过一个机电暂态过程达到新的稳定运行状态或回到原来的稳定状态。 (3).动态稳定是指电力系统受到干扰后不发生振幅不断增大的振荡而失步。主要有:电力系统的低频振荡、机电耦合的次同步振荡、同步电机的自激等。1）励磁控制系统对静态稳定的影响: 能够提高同步发电机的静态稳定能力，同步电机的静态稳定能力提高后，相应系统传输功率的能力也得到提高。2）励磁控制系统对暂态稳定的影响：通过加快故障切除时间和提

6、高强行励磁电压倍数来提高暂态稳定性。3）励磁控制系统对动态稳定的影响:通过励磁系统中的措施提高机电振荡的阻尼，从而改善系统动态稳定。二、励磁系统的基本要求1、正常运行时能随机端电压的变化而自动改变励磁电流维持电压值在给定水平，要求励磁系统有足够的励磁容量和调节容量。2、并列运行时发电机励磁应能稳定分配机组间的无功负荷。3、电力系统发生事故，电压降低时励磁系统应有很快的响应速度和足够大的顶值励磁电压，以实现强行励磁作用。4、励磁装置应简单可靠，动作要迅速，调节过程要稳定。调节系统应无死区，以保证在人工稳定区运行。第二章 励磁系统分类、原理与配置§2-1 发电机励磁系统的分类 同步发电机

7、的励磁系统种类很多， 按同步电机励磁电源的提供方式不同，同步电机励磁系统可以分为 直流励磁机励磁系统，交流励磁机励磁系统和静止励磁系统。（1）他励交流励磁机1、交流励磁机励磁系统 （2）自励交流励磁机 （3）无刷励磁 励磁系统 2、直流励磁机励磁系统 （1）他励直流励磁机（2）自励直流励磁机 （1）自并励 3、静止励磁系统 （2）直流侧电压叠加的自复励（3）交流侧电压叠加的自复励4、谐波励磁系统1、交流励磁机系统当前，交流励磁系统是汽轮发电机组比较主要的励磁方式。交流励磁机系统根据励磁机的励磁方式不同，可分为它励和自励交流励磁机系统。 交流励磁机系统的具体接线方式很多，下面给出几种典型的接线方

8、式。 1）它励交流励磁机系统（三机它励励磁系统）它励交流励磁机系统原理如图3-1所示。图3-1 交流励磁机系统接线原理一（三机它励）交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。2）自励交流励磁机系统自励交流励磁机系统没有副励磁机。交流励磁机的励磁电源是从该机的出口电压直接获得。其原理见图3-2。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

9、后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统，其原理图见图3-4。图3-2交流励磁机系统接线原理二图3-3交流励磁机系统接线原理三（两机它励）图3-4交流励磁机系统接线原理图（两机一变）3） 无刷励磁系统上述交流励磁机系统，励磁机的电枢与整流装置都是静止的。虽然由硅整流元件或可控硅代替了机械式换向器，但是静止的励磁系统需要通过滑环与发电机转子回路相连。滑环是一种转动的接触部件，仍然是励磁系统的薄弱环节。随着巨型发电机组的出现，转子电流大大增加，可能产生个别滑环过热和冒火的现象。为了解决大容量机组励磁系统中大电流滑环的制造和维护问题，提高励磁系统的可靠性，出现了一种无刷励磁方式。这种励磁方式整个系统

10、没有任何转动接触元件。其原理图见图3-5。图3-5无刷励磁系统接线原理无刷励磁系统中，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。由于主励磁机电枢及其硅整流器与主发电机转子都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环及电刷等转动接触元件。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

11、进行灭磁，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。2、直流励磁机系统用专门的直流发电机向同步发电机转子回路提供励磁电流的系统称为直流励磁机系统。其中的直流发电机被称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴。直流励磁机系统又分为自励与它励两种方式。1) 自励直流励磁机系统自励直流励磁系统原理图如图3-10所示 图3-10直流励磁机系统接线原理一发电机（F）的转子绕组由专门的自励式直流励磁机（L）供电，Rc为励磁机磁场调节电阻，该励磁系统可以用手动调节Rc的大小，改变励磁机的磁场电流，达到手动调节发电机转子电流的目的；也可以由自动励磁调节器改变励磁机磁场电流，达到自动调节发

12、电机端电压的目的。2) 它励直流励磁机系统带副励磁机的直流励磁机系统称为它励直流励磁机系统。其原理如图3-11所示。通常副励磁机和主励磁机都与发电机同轴。图3-11 直流励磁机系统接线原理二显然，它励直流励磁机系统比自励直流励磁机系统多了一台副励磁机（FL）。主励磁机有2个励磁绕组。LQ为主励磁绕组，LLQ为附加励磁绕组，用作AVR的输入。这里它励与自励的区别是对励磁机的励磁方式而言的。它励直流励磁机方式多用于水轮发电机。3、 静止励磁系统静止励磁系统取消了励磁机，采用变压器作为交流励磁电源，励磁变压器接在发电机出口或厂用母线上。因励磁电源系取自发电机自身或是发电机所在的电力系统，故这种励磁方

13、式称为自励整流器励磁系统，简称自励系统。与电机式励磁方式相比，在自励系统中，励磁变压器、整流器等都是静止元件，故自励磁系统又称为静止励磁系统。静止励磁系统也有几种不同的励磁方式。如果只用一台励磁变压器并联在机端，则称为自并励方式。如果除了并联的励磁变压器外还有与发电机定子电流回路串联的励磁变压器（或串联变压器），二者结合起来，则构成所谓自复励方式。结合的方案有下列四种：(a) 直流侧并联自复励方式：(b) 直流侧串联自复励方式；(c) 交流侧并联自复励方式；(d) 交流侧串联自复励方式；1) 自并励方式这是自励系统中接线最简单的励磁方式。其典型原理图如图3-6所示。只用一台接在机端的励磁变压器

14、ZB作为励磁电源，通过可控硅整流装置KZ直接控制发电机的励磁。这种励磁方式又称为简单自励系统，目前国内比较普遍地称为自并励（自并激）方式。图3-6自并激励磁系统接线原理自并激方式的优点是：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；励磁变压器放置自由，缩短了机组长度；励磁调节速度快。但对采用这种励磁方式，人们普遍有两点顾虑；第一，发电机近端短路时能否满足强励要求，机组是否失磁；第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。国内外的分析和试验表明，这些问题在技术上是可以解决的。自并励方式愈来愈普遍地得到采用。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。

15、我国近年来在大型发电机上广泛采用自并励方式。2) 直流侧电压叠加的自复激方式在自并励的基础上加一台与发电机定子回路串联的励磁变压器，后者另供给一套硅整流装置，二者在直流侧叠加，则构成直流侧叠加的自励方式。叠加方式分为电流叠加（直流侧并联）和电压叠加（直流侧串联）两种。图3-7为直流侧并联自复励方式原理图。发电机F的转子励磁电流由硅整流桥GZ与可控硅整流桥KZ并联供给。硅整流桥由励磁变压器GLH供电，可控硅桥由励磁变压器ZB供电。ZB并接于机端，GLH串接于发电机出口侧或中性点侧。发电机空载时由可控硅桥单独供给励磁电流，发电机负载时，由可控硅桥与硅整流桥共同供给励磁电流。其中硅整流桥的输出电流与

16、发电机定子电流成正比，可控硅桥的输出电压受励磁调节器的控制，起电压校正作用。图3-7直流侧并联的自复激励磁系统这种直流侧并联的自复激方式，在我国一些中、小型汽轮发电机和水轮发电机上采用较早，有一定的运行经验，但未得到推广。因为在系统中短路时，复励部分与自并励部分协调配合较差，此外，励磁变流器副方尖峰过电压问题也比较严重。图3-8交流侧并联的自复激励磁系统图3-9交流侧串联的自复激励磁系统3) 交流侧电压叠加的自复励方式励磁变压器的输出与励磁变流器的输出，先叠加再经过整流供给发电机励磁，则构成交流侧叠加的自复励方式，如图3-9，注意这时励磁变流器原边电流要转换成副边电压信号，变流器铁芯必须加有空

17、气隙，这将大大增加变流器的体积。图3-8为交流侧并联的自复励方式。励磁变压器ZB串联一个电抗器X之后与励磁变流器GLH并联，经硅整流桥GZ整流后，供给发电机的励磁。图3-9为交流侧串联的自复励方式，励磁变压器ZB的副方电压与励磁变压器GLH的副方电压相联（相量相加），然后加在可控硅整流桥KZ上，经整流后供给发电机的励磁。当发电机负载情况变化时，例如电流增大或功率数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这各种励磁方式具有相复励作用。交流侧叠加的自复励方式，由于反应发电机的电压、电流及功率因数，故又称为相补偿自复励方式。4、谐波励磁系统除了上述几种励磁方式外，还有一种介于自励与它励二者之间的

18、所谓谐波励磁系统。在主发电机定子槽中嵌有单独的附加谐波绕组。利用发电机合成磁场中的谐波分量，通常是利用三次谐波分量，在附加绕组中感应出的谐波电势，作为励磁装置的电源，经半导体整流后供给发电机本身的励磁。谐波励磁方式有一个重要的有益的特性，即谐波绕组电势随发电机负载变动而改变。当发电机负载增加或功率因数降低时，谐波绕组电势随之增高；反之，当发电机负载减小或功率因数增高时，谐波绕组电势随之降低。因此，这种谐波励磁系统具有自调节特性，与发电机具有复励的作用相似。当电力系统中发生短路时，谐波绕组电势增大，对发电机进行强励。这种励磁方式的特点是，简单、可靠、快速。国内一些制造单位曾分别在2.5万KW及以

19、下的小容量机组上进行研究试验。有些问题，例如不同的发电机三次谐波绕组及发电机参数应如何合理选择等，还待进一步研究。谐波励磁方式，在我国一些小容量发电机上已经采用。另外，励磁系统方式还包括P棒励磁等其他方式。§2-2 主要励磁系统配置1、自并激励磁系统的基本配置自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调节器及起励装置、转子过电压保护与灭磁装置等组成。1) 励磁变压器励磁变压器为励磁系统提供励磁能源。对于自并激励磁系统的励磁变压器，通常不设自动开关。高压侧可加装高压熔断器，也可不加。励磁变压器可设置过电流保护、温度保护。容量较大的油浸励磁变压器还设置瓦斯保护。大多小容量

20、励磁变压器一般自己不设保护。变压器高压侧接线必须包括在发电机的差动保护范围之内。早期的励磁变压器一般都采用油浸式变压器。近年来，随着干式变压器制造技术的进步及考虑防火、维护等因素的影响，一般采用干式变压器。对于大容量的励磁变压器，往往采用三个单相干式变压器组合而成。励磁变压器的联接组别，通常采用Y/组别，Y/Y12组别通常不用。与普通配电变压器一样，励磁变压器的短路压降为4%8%。2) 可控硅整流桥自并激励磁系统中的大功率整流装置均采用三相桥式接法。这种接法的优点是半导体元件承受的电压低，励磁变压器的利用率高。三相桥式电路可采用半控或全控桥方式。这两者增强励磁的能力相同，但在减磁时，半控桥只能

21、把励磁电压控制到零，而全控桥在逆变运行时可产生负的励磁电压，把励磁电流急速下降到零，把能量反馈到电网。在自并激励磁系统中多采用全控桥。可控硅整流桥采用相控方式。对三相全控桥，对于电感负载，当控制角在0o90o之间时，为整流状态（产生正向电压与正向电流）。当控制角在90o165o之间时，为逆流状态（产生负向电压与正向电流）。因此当发电机负载发生变化时，通过改变可控硅的控制角来调整励磁电流的大小，以保证发电机的机端电压恒定。对于大型励磁系统，为保证足够的励磁电流，多采用数个整流桥并联。整流桥并联支路数的选取原则为：（N+1）个桥。N为保证发电机正常励磁的整流桥个数。即当一个整流桥因故障退出时，不影

22、响励磁系统的正常励磁能力。3) 励磁控制装置控制装置包括自动电压调节器和起励控制回路。对于大型机组的自并激励磁系统中的自动电压调节器，多采用基于微处理器的微机型数字电压调节器。励磁调节器测量发电机机端电压，并与给定值进行比较，当机端电压高于给定值时，增大可控硅的控制角，减小励磁电流，使发电机机端电压回到设定值。当机端电压低于给定值时，减小可控硅的控制角，增大励磁电流，维持发电机机端电压为设定值。4) 灭磁及转子过电压保护对于采用线性电阻或采用灭弧栅方式灭磁时，须设单独的转子过电压保护装置。而采用非线性电阻灭磁时，可以同时兼顾转子的过电压保护。因此，非线性电阻灭磁方式在大型发电机组，特别是水轮发

23、电机组中得到了大量应用。国内使用较多的为高能氧化锌阀片；而国外使用较多的为碳化硅电阻。第三章 微机励磁调节器§3-1 概述自60年代以来，模拟式励磁调节器在应用中一直占主导地位，其功能也基本上满足了大型同步发电机对励磁控制的要求。但是，随着同步发电机单机容量的不断增大，远距离输电线路不断增多，使得电力系统稳定问题日益严重。同时，因为工业生产对拖动系统的要求愈来愈高，交流调速（同步及异步电动机）的应用日益广泛，就同步电动机来说，其调速控制（包括励磁控制）尤为复杂。为了保证同步发电机和同步电动机的可靠运行，对励磁调节系统的要求更加严格。如要求运行高度可靠、具有优良的技术和经济性能指标、能

24、完成某些专门的控制功能等。用模拟式励磁调节器很难完成这些任务。众所周知，模拟式励磁调节器的所有功能均通过各种印刷电路板来完成，要求的功能愈多，用的印刷电路板就愈多，所使用的元器件、焊点和接插件数量大大增加，线路复杂，可靠性降低，维护困难。为此，需设置多种专用功能组件以满足不同控制要求。上述情况一直延续到80年代中期，由于数字化微处理机技术的飞速发展，使得采用模拟技术的传统励磁调节器逐步开始向数字化方向转变。由于微处理机技术在所有工业范围内均获得了广泛的应用，使得过去有许多硬件实现的多种功能可以集成在一个芯片上，这种基于(1)运算速度和功能方面均有了极大的提高与改进。(2)除了必要的硬件外，所有

25、功能均通过软件来完成，要增加新的功能，只要相应增加有关的子程序，而硬件不作任何修改。(3)大大节省元器件，而功能也可按需要来取舍，十分灵活方便。(4)某些在模拟式励磁调节器难以实现或无法实现的功能，在微机励磁调节器上就容易实现。比如按发电机运行情况自动改变调节器的某些参数，以达到优化运行，最后微机励磁也采用新的现代控制理论，如最佳控制和自适应控制成果提供了极大的可能性。与此同时，各国的电子制造商对已经开放的标准总线（如VME总线、多用总线，STD总线和PCI总线等）的规定达成了协议，形成了领域内的国际标准，这就进一步促进了电子制造商有可能开发出集多种元件（如存储器、定时器、串并联及以太网端口和

26、现场总线管理等）于一体的高集成度的微处理卡及符合国际标准的各种输入输出接口。此外，在软件领域内也有很大的改进。由于专业化的软件公司的支持及投入，创造了强有力的开发环境，此环境包括调试程序、分析仪、输入输出接口、图形以及数据库等，从而使程序的开发更加容易和不完全依赖于硬件HW。基于上述背景，工程上越来越倾向于应用数字电子技术来实现对现代励磁系统的控制与保护功能。应强调的是，这些数字的励磁系统或自动励磁调节器并非只是模拟装置的数字变型，而且提供了更加完善的复杂的控制功能。此外，在励磁系统中应用数字控制也并非是今日的设想，对此可以追溯到70年代末期的一些专题论述。近年来，由于数字技术的普遍推广应用和

27、数字控制技术的飞跃发展，使得实现数字控制励磁系统在技术上已成为可能。此外，优异的性能价格比和高度可靠性，也为数字控制励磁系统奠定了有利的基础。§3-2 励磁调节器的性能要使励磁调节器在系统中能起到作用，对调节器的性能有以下几点要求：） 有符合系统要求的强励能力和一定的励磁电压上升速度（电压响应比）。需要对同步电机进行强励时，要求调节器能以最快的速度提供最大的励磁电流（或顶值电压）。衡量调节器强励性能有两个因素：一是，强行励磁倍数；二是，励磁电压上升速度或电压响应比。） 具有较高的调节稳定性在调节励磁的过程中，调节器本身不应产生自激磁作用和不衰减的振荡。调节器本身的不稳定，便会破坏电力

28、系统的稳定运行。） 应具有较快的反应速度，以利于提高电力系统的静态稳定。当系统遭受小干扰时电压波动时，调节器应以最快速度恢复系统电压至原有水平，以提高电力系统静态稳定能力。现代半导体励磁调节器的响应速度比老式励磁系统调节器要快很多倍。） 应能根据运行要求对主机实行最大励磁限制及最小励磁限制。） 用于同步调相机（或同步电动机）的励磁，尚要求其输出无功有较大的调节范围，并能满足起动时的相应要求。6 )失灵区最小、灵敏度较高的性能。7 )结构简单可靠、运行操作、维修方便以及通用性强、价格低等。§3-3 励磁调节器的分类在30年代以前的同步发电机采用的机电型励磁调节器，40年代发展成电子离子

29、型励磁调节器，到50年代初，主要元件采用磁性材料构成的电磁型励磁调节器。由于具有较好的静、动态特性、高可靠性和寿命长等优点，至今在中小容量发电机组中都还在应用。六十年代以来，由于半导体和电子技术的飞跃发展，特别是大功率晶闸管和集成电路的广泛应用，半导体励磁调节器自然成为现代励磁系统的发展主流。八十年代计算机的应用以微机控制为主的励磁调节器已从实验室逐渐向工业应用发展。励磁调节器的种类很多，根据励磁控制方式的不同分为(1)单变量输入及输出的比例控制方式、(2)线性多变量输入及输出的多变量反馈控制方式以及伴随控制理论发展起来的(3)非线性多变量控制方式等几种。§3-4 励磁调节器的工作原

30、理目前，国内外普遍采用的是PID+PSS控制方式的微处理机励磁调节器。下面以某公司的SAVR2000型微机励磁调节器为例说明其工作原理。图4-4为SAVR2000在自并激励磁系统中的典型应用。发电机励磁调节器的主要任务是(1)控制机端电压稳定，(2)根据各电气量进行限制和保护处理，(3)对自身进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。为此，发电机励磁调节器需完成的工作如下：模拟量采集、闭环调节、脉冲输出、限制和保护、逻辑判断、给定值设定、双机通讯、自检和自诊断、人机界面。1、模拟量采集：采集发电机机端交流电压Ua、Ub、Uc,定子交流电流Ia、Ib、Ic，转子电流等模拟

31、量，计算出发电机定子电压、发电机定子电流、发电机有功功率、无功功率、发电机转子电流。具体如下：调节装置通过模拟信号板(ANA)将高电压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并调制为±5V等级电压信号，然后传输到主机板(CPU)上的A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号(DIG)。2、闭环调节：励磁控制的目标是：被控制量=对应的给定量，软件的计算模块根据控制调节方式，从而选择被调节器测量值与给定值的偏差进行PID计算，最终获得整流桥的触发角度。3、脉冲输出：将PID计算得到的控制角度数据，送至脉冲形成环节，以同步电压UT为参考，产生对应触发角度的触发脉冲(SW)，经脉冲输出回路输出至

32、可控硅整流装置。4、限制和保护：调节装置将采样及计算得到的机组参数值，与调节装置预先整定的限制保护值相比较，分析发电机组的工况，限制发电机组运行在正常安全的范围内，保证发电机组安全可靠运行。5、逻辑判断：在正常运行时，逻辑控制软件模块不断地根据现场输入的操作信号进行逻辑判断，判别：是否进入励磁运行；是否进行逆变灭磁；是空载工况运行还是负载工况运行6、给定值设定：正常运行时，软件不断地检测增磁、减磁控制信号，并根据增磁、减磁的控制命令修改给定值。7、双机通讯：备用通道自动跟踪主通道的电压给定值和触发角。正常运行中，一个自动通道为主通道，另一自动通道为从通道，只有主通道触发脉冲输出去控制可控硅整流

33、装置。为保证两通道切换时发电机电气量无扰动，从通道需要自动跟踪主通道的控制信息，即主通道通过双机通讯(COM)将本通道控制信息输送出，从通道通过双机通讯读入主通道来的控制信息，从而保证两通道在任何情况下控制输出一致。8、自检和自诊断：调节装置在运行中，对电源、硬件、软件进行自动不间断检测，并能自动对异常或故障进行判断和处理，以防止励磁系统的异常和事故的发生。9、人机界面：SAVR-2000发电机励磁调节器设置了中文人机界面实现人机对话，该人机对话界面提供数据读取、故障判断、维护指导、整定参数修改、试验操作、自动或手动录波等功能。§3-5 励磁调节器的硬件组成调节器的核心硬件包括：模拟

34、信号的数字化采样回路、CPU的控制运算和逻辑判断回路以及数字式的移相触发回路。还有一些辅助的电源回路等。1、数字采样与信号变换为了实现对发电机励磁的调节、控制与限制功能，在励磁调节器中须取得与机组状态变量有关的运行参数作为反馈量，并依此进行运算。对这些反馈量的处理有两种方式，即模拟量采样和交流采样。对于模拟量采样，一般采用模拟量变送器作为测量元件，模拟量变送器的输出量为与输入量成比例的直流电压，经A/D转换接口电路，供计算机采样。由于这种方法容易实现，测量精度也可保证，因而早期的微机励磁多采用这种方式。变送器把交流量转换成直流量时，为了保证足够的精度，一般需要滤波电路；从提高励磁调节器的响应速

35、度方面考虑，应尽量减少变送器的滤波时间常数。有关标准规定此时间常数不得大于50ms。采用高频有源滤波器可以方便地实现这一要求，时间常数仅为710ms。模拟量变送器的不足之处在于电路硬件复杂，调整和维护量较多。与模拟量采样对应的是交流采样，通过交流接口将发电机电压、电流互感器的二次电压和电流信号转换成与原信号在数量上成正比，但幅值较低的交流电压，供计算机进行采样处理，并经运算求出相关的发电机电压、电流以及有功和无功功率。交流采样技术是微机励磁的关键技术和励磁装置数字化深度的标志之一。交流接口分别为电压接口和电流接口两种，两者均为前置模拟通道，由信号幅度变换装置、隔离屏蔽、模拟式低通滤波等部分组成

36、。该接口电路将100V的大电压信号和5A的大电流信号进行隔离降压，转换成mA级的弱电流信号。然后mA级的电流信号经过运算放大器和阻容滤波后调制为电压信号；最后传输至主机板进行A/D采样。在设计交流采样回路时，由于存在低通滤波环节，使得输入及输出电压信号之间存在着相位移，影响到对有功、无功的测量精度。为此，要求交流电压接口与交流电流接口具有相同的相位移，并辅以软件相位补偿措施。另外，A/D转换按多路开关顺序切换采集时，会影响波形之间的相位和有功、无功计算，因此，在A/D转换前设置采样保持器，在采样前瞬间将关联量同时保持。2、控制运算控制运算部分是微机励磁调节器的核心。在微型计算机硬件支持下，由应

37、用软件实现下列运算：1）数据采集，定时采样及运算。对测量数据正确性进行检查，标度变换，选择显示等。2）调节算法。按所用的调节规律进行计算。如PID调节规律微分计算。3）控制输出。将调节算法的计算结果进行转换并限幅输出，通过移相触发环节对晶闸管进行控制： 脉冲形成、 频率测量、脉冲回读及计数、手/自动切换。 4）其它处理。输入整定值，修改参数，改变运行方式，故障报警，实现其它功能等。3、移相触发在线性移相回路中，所谓线性系指晶闸管整流器的控制角与控制电压成线性比例关系，此时控制电压并不与整流电压成线性比例关系，在余弦移相线路中，由于控制角由控制电压与余弦电压曲线的交点所决定，故控制电压与整流电压

38、成线性比例关系。在数字式励磁调节器中，移相触发回路的控制电压是以数字形成表示的信号。由软件完成触发，触发时刻可以用角度或时间来表示。数字移相按硬件类型可分为计数器比较器法和计数器直接法两种形式。数字移相如按控制电压的表达方法可分为线性移相和余弦移相两种方式。数字式移相电路的特征有集成度高，移相角度对称，各相间触发脉冲角度和宽度分散性小，精确及可靠性高。§3-6 励磁调节器的软件系统励磁调节器的软件一般分为监控程序和人机界面两部分。人机界面主要用于修改参数、做实验等。1、监控程序为后台执行，用于控制整个励磁系统的调节。主要包括两部分：1) 主程序: (a) 系统初始化 (b)开机条件判

39、别及开机前设置 (c) 开中断 (d)故障检测设置 (e)终端显示和微机命令接口2) 控制调节程序: (a) 电压的调节计算 电压的调节计算主要有采样、调差计算和PID计算三部分组成， (b) 限制流程: 发电机工作时，为保证安全运行和不轻易跳闸，备有许多限制功能。励磁调节器中应设有发电机空载下最大磁通V/F限制、反时限强励顶值限制、以及滞相无功延时限制、进相无功瞬时限制等。限制判别程序就是判断发电机是否进入了这些限制状态。由于这些限制特性往往是非线性的，必须根据反映这些特性的非线性曲线来判别。、 欠励瞬时限制在发电机进相运行，输出一定的有功功率P下，为保持静态稳定运行，必须防止励磁电流降低到

40、稳定运行所要求的数值下。即发电机输出的进相无功必须限制一定范围内。、 过励延时限制在发电机输出一定的有功功率P时，其允许输出的最大滞相无功，受到允许的额定励磁电流和允许的额定定子电流两方面的限制。特别是当发电机高于额定功率因数运行时，输出的最大滞相无功Q受允许的额定定子电流的限制。、 强励反时限限制强励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁的措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机的励磁电流的增大而减小。 、 V/f限制V/f限制是为防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。当发电机频率为47.5Hz时，则限制电压给定值不大于UFG1，若频率进一步下降

41、，则曲线AB限制电压给定值；当频率小于45Hz时，则逆变灭磁。、 空载过电压保护功能发电机空载运行时，为防止发电机发生过电压，危及定子及相连设备的绝缘，所以当发电机电压升至机端过电压保护整定值（通常为130UFN）时，瞬时输出逆度角进行逆变灭磁，将发电机电压降至0，防止发电机定子过电压。、 PT断线保护功能当发生PT断线时，以断线的PT作为调节信号的通道自动切换到电流闭环运行，防止误强励发生，另一通道将本通道设置为工作通道，将PT断线通道设置为备用通道。自动闭锁PT断线通道输出。、 最大励磁电流瞬时限制及保护当由于晶闸管整流桥直流侧故障，比如发电机转子滑环短路等，励磁电流突然增加超过强励电流时

42、，为了保护整流晶闸管元件及快熔等，瞬时地限制可控硅整流装置输出电流，使励磁电流在机组允许的最大值范围。、 可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制当可控硅整流柜内晶闸管元件损坏或快熔熔断、风机停运等故障发生时，调节器采集到这些故障信号，并根据整流装置系统设计要求进行输出电流限制或闭锁系统强励功能。(c) 自检自诊断发电机励磁调节器应对电源、硬件、软件有足够的自检功能，并能自动对这些故障进行判断、指示和处理（切换等）。、 电源电压过低、过高、或消失的检测、 电源掉电保护：硬件电路监视电源消失，自动切换至备用通道。、 电源越限保护：软件检测电源值，在电源值发生较大变化超出所设定

43、的上下限值，但还没有影响设备运行前，输出故障信号，切换至备用通道。、 PT断线的检测调节装置采集发电机端电压两路，一路来自励磁专用电压互感器，一路来自测量仪表用电压互感器，当励磁专用电压互感器高压侧熔丝断时，调节器通过比较两路采样值得大小，即可判断出PT断线故障。、 可控硅同步电压信号及发电机机端电压相序的检测CPU从同步电路取到同步向量SYN，通过软件检测其相序及信号电平是否正常，如发现断相或相序错时，记录故障并自动切换到备用通道。、 可控硅脉冲丢失的检测调节装置脉冲检测回路读回脉冲，并与输出脉冲相比较，检查脉冲是否有丢失或是否有异常。触发脉冲由CPU进行周期性检查，如发现有异常，励磁调节器

44、从工作通道自动地切换到备用通道，并发出报警信号。、 控制角的检测CPU将触发控制角度值送给脉冲形成环节，然后再从智能脉冲形成回路寄存器中回读发出的脉冲控制角度值，并和计算机发出角度比较，如发现不一致，则推动通道切换。、 双机通讯故障的检测调节装置两个通道间采用同步串行通讯方式，在通讯信息和数据中加入校验码，如果备用通道收到的信息和数据中的校验码和预先设置的不一致，则备用通道报通讯故障信号。、 硬件和软件看门狗（watch Dog） 硬件WatchDog功能：用硬件电路监视软件的运行。当被监视软件不再运行时，硬件电路计数溢出，从而输出故障信号，并自动切换至备用通道。 软件WatchDog功能：用

45、软件计数器监视软件的运行。当被监视软件不再运行时，软件计数器计数溢出，从而输出故障信号，并自动切换至备用通道。（d） 容错控制发电机励磁调节器应可自动识别调节装置模拟量测量的错误，切换调节器控制模式并报警，避免由此引发的振荡或其它灾难性后果。、 机端电压容错：机端电压容错措施：设置双路PT，每路PT均输入三相信号，调节器对每相信号独立采样，获得6个电压采样值（直接冗余信息），利用这些信息，可对电压进行容错处理，获取正确的电压采样值，并分析识别出：PT正常、PT断线、PT三相不平衡、发电机母线或系统高压侧短路等故障。、 定子电流测量容错定子电流设置三个CT测量回路，正常工况下，三只CT的电流是平

46、衡的，根据所测得的三相电流值，做容错分析和处理，保证定子电流测量的可靠性。、 转子电流测量容错转子电流的测量是通过设置在励磁变压器副边的三只CT及其测量回路，正常工况下，调节器对每相信号独立采样，获得三相电流。正常时三相电流是平衡的。根据三相电流的比较，容错处理传感器信息的不平衡性，从而避免强励误判断造成机组失磁。、 发电机频率测量容错调节器自动检测发电机PT三相电压的频率信息和励磁同步三相电压的频率信息，正常工况下，PT三相电压的频率和同步三相电压的频率都是平衡的。对三相电压之间频率采用直接冗错处理，对PT频率和同步频率之间采用间接冗错处理，从而最大限度保证频率测量的正确性。、 有功功率及无

47、功功率测量容错发电机有功功率和无功功率均采用三相独立采样，正常工况下，发电机三相有功之间、三相无功之间保持平衡。通过对三相有功功率和无功功率的冗错处理和分析，可准确判断出单相有功功率和无功功率出现不平衡的故障，从而保证发电机有功功率和无功功率测量的准确性。、 开机令及停机令容错调节器应可自动识别控制命令的错误，保证调节器不发生误动。利用发电机运行时开机令和停机令总是互相闭锁的特点，对开机令和停机令进行容错控制。、 增、减磁信号容错采用软件数字整定和比较方法，防止电压峰值2000V以下宽度小于特定值的干扰信号，采用数字滤波手段，防止增减磁节点粘连，避免失磁或误过励。、 主断路器信号容错主断路器信

48、号容错，主断路器信号直接关乎发电机组的运行工况，主断路器断开，发电机处于空载状况；主断路器合上，发电机处于负载工况。利用发电机负载时定子电流必然存在的事实，将定子电流和主断路器信号进行容错控制，及时正确判断发电机工况，作出正确控制。同时还可以及时发现主断路器误传信号，通知机组维修人员处理，避免事故发生。（e） 录波和记忆功能 第四章 可控硅整流装置附讲内容：二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向

49、电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极（P）流入，负极流出（N）。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1、正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，

50、二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2、反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增

51、大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。二极管的应用1、整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。2、开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。4、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。三

52、极管的工作原理 三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（=IC/IB, 表示变化量。），三极管的放大倍数一般在几十到几百倍。 三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立

53、合适的静态工作点，也叫 建立偏置 ，否则会放大失真。 在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC 在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。仅供参考，请参考有关书籍。§4-1概述可控硅整流装置是现代励磁系统中较为重要的一个环节，虽然其原理并不深奥，但其在励磁系统的故障中所占的比例并不小，对电厂运行维护显得特别重要，弄清其工作原理和常见故障现象，对于提高维护水平，提高励磁系统的投入率具有重要意义。§4-2 整流电路的原理利用电力半导体器件可以进行电能

54、的变换，其中整流电路可将交流电转变成直流电供给直流负载，逆变电路又可将直流电转换成交流电供给交流负载。某些可控硅装置即可工作于整流状态，也可工作于逆变状态，可称作变流或换流装置。同步发电机的半导体励磁是半导体变流技术在电力工业方面的一项重要应用。将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的励磁需要，这是同步发电机半导体励磁系统中整流电路的主要任务。对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥式整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务之外，在需要迅速减磁时还可以将储存在转子磁场中的能量，经全控桥迅速反馈给交流电源，进行逆变灭磁。此外，在励磁调节器的

55、测量单元中使用的多相（三相、六相或十二相）整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号。由于三相整流电路同步发电机半导体励磁中应用得最普遍，故本节主要介绍三相半波全控和三相全波全控及三相全波半控的整流电路。1、带电阻负载的三相半波全控整流电路三相半波全控整流电路，如图5-4（a）所示。它换流不一定在自然换流点（d、e、f、g等处），而要决定于控制脉冲的相位。因为可控硅管在承受正向电压的同时还须在触发脉冲ug的触发下才能导通。如图5-4（b）在自然换流点d后延迟角的t1时刻，a相的可控硅管SCR1,因控制极受到脉冲ug1的触发而导通，这时a点电位最高，SCR1导通后K点电位则与a点接近，高

56、于b、c点的电位，SCR2与SCR3因承受反向电压而关断。过e点后，b点电位高于a点，SCR2开始承受正向电压，但尚未加触发脉冲，故SCR2暂不导通，而SCR1在正向电压（u20）作用下继续导通。直到e点之后延迟角的t2时刻，b相的SCR2被加上触发脉冲ug2后才导通。这时K点电位接近b点，b点电位又比a点、c点都高，故SCR1在反向电压作用下被迫关断。流过负载的电流才从SCR1换流到SCR2。同理，在wt3时刻，给c相的SCR3触发脉冲后，SCR3导通，SCR2关断。下一周期只要依次对应地加上触发脉冲，则三相的可控硅管将轮流导电。这样在负载上得到的直流输出电压ud的波形如图5-4（d）所示。

57、 图5-4 三相半波全控整流 图5-5 计算Ud值的图形(a)电路图；(b)交流侧电压波形；(c)触发脉冲； (a)0/6(b)/65/6(d)直流侧电压波形对于三相半波全控整流，只要改变控制角的大小（即改变触发脉冲出现的时刻），在负载上便可得到不同的输出波形，因而得到大小不同的平均直流输出电压，达到可控整流的目的。三相半波全控整流电路输出电压ud的波形，当30°时是连续的，30°时是断续的。故计算输出电压平均值时，须分别用不同的函数表达式。参看图5-5的波形，当0°30°时，表达式为当30°150°时，表达式为： 即 (5-2)可控