发电机励磁系统

1、发电机励磁系统励磁系统励磁系统同步发电机同步发电机中性点柜中性点柜汽轮机汽轮机励磁变压器励磁变压器励磁系统励磁系统什么是励磁系统？同步发电机是将旋转形式的机械功率转换为三相交流电功率特定的机械设备。为了完成这一个转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流就是发电机的励磁电流，也是转子电流。而与励磁电流有关的元件和设备，我们统称为励磁系统。励磁系统的构成同步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流，励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成

2、的一个反馈闭环控制系统。 励磁系统的作用 提供励磁电流（励磁功率单元完成） 调节励磁电流（自动调节励磁装置完成）：（1）调节电压；（2）调节无功功率；（3）提高电力系统运行的稳定性；（4）改善电力系统运行条件。励磁系统的简单分类他励系统他励旋转硅整流他励静止硅整流自励系统：采用接于发电机出口的变压器（称为励磁变压器）作为励磁电源，经硅整流后供给发电机励磁，因励磁电源取自发电机本身或发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励硅整流励磁系统，简称为自励系统 。自励系统的优缺点优点：取消了励磁机，缩短了机组长度，结构简单，因而提高了可靠性。缺点：发电机出口端短路时，将会导致励磁电源降低或消失。电励

3、磁系统简介我公司发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套进口ABB公司原装产品，型号为UNITROL 6000。 励磁系统主要由机端励磁变压器、可控硅整流装置、自动电压调节器、灭磁和过电压保护装置、启励装置及必要的监测、保护、报警辅助装置等组成,励磁变压器采用全连式离相封闭母线与发电机出口T接于主封母。励磁变电源直接取自发电机出口，启励电源取自汽机PC B段380V交流电源。发电机静态励磁系统原理简图 励磁变压器 励磁变压器采用德国ABB 公司生产三台单相相干式变压器，容量33300kVA，变比为27 kV1100V，接线形式为Yd，冷却方式为ANAF，。阻抗电压为11。 高压侧每相

4、提供3 组套管CT，两组用于保护，一组用于测量。低压侧每相亦提供2 组 cT 用于保护。励磁调节器 AVR 采用数字式(DAVR)，其性能可靠，并具有与DCS、ASS 的硬接口和与DCS 通讯接口。它有2 个冗余主控制器A 和B，分别接受来自不同的PT 和CT 二次侧的信号量，输出信号分别经脉冲放大器A 和B 放大后形成触发脉冲去控制可控硅整流器。当工作系统故障时，将自动无扰切换至备用系统。每一个主控制器都包含手动励磁控制功能作为备用和用于调试的目的，此外每通道还有一个独立的手动备用励磁控制通道，该通道也能提供触发脉冲和过流保护，可用于调试的目的。AVR 至少设有下列附加单元 过励磁限制； 过

5、励磁保护： 低励磁限制； 低励磁保护； 电力系统稳定器(PSS)； 附加过流保护； VHz 限制及保护； AVC 接口及相应功能； 恒功率调节； 恒无功调节等。可控硅整流器 可控硅元件串联数为l，同臂并联可控硅元件数为6，当1 个并联支路退出运行时，能满足发电机强励要求。当2 个支路退出运行时，能保证发电机在额定工况下连续运行。整流装置的每个功率元件都设有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障元件，并可检测熔断器熔断并给出信号。每个空气冷却的整流柜采用可靠的4 个低噪声风机(含100的备用容量)，在风压或风量不足时，各用风机能自动投入，采用两路冷却风机电源，两路电源能够自动切换。整流装置并联元件

6、具有均流措施，整流元件的均流系数不低于0.95。起励和灭磁单元在静态励磁系统(通常称为自并励或机端励磁系统)中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的励磁电流经由励磁变压器、磁场开关和可控硅整流桥供给。一般情况下，起励开始时，发电机的起励能量来自发电机残压。当可控硅的输入电压升到10V20V时，可控硅整流桥和励磁调节器就能够投入正常工作，由AVR 控制完成软起励过程。如果因长期停机等原因造成发电机的残压不能满足起励要求时，则可以采用220V DC 电源起励方式，当发电机电压上升到规定值时，起励回路自动脱开。然后可控硅整流桥和励磁调节器投入正常工作，由AvR 控制完成软起励过程。励 磁 绕 组整

7、流 器 B冷 却 风 机（ 备 用 ）变送器变送器变送器变送器G轴 电 压吸 收31发 电 机DCS、FR电 压 电流 显 示转 了 接 地保 护四 组 整 流 器（ 一 组 备 用 ）AC 380V起 励 电 源合 /跳 闸电 路20KV/880V励 磁 变01200V灭 磁晶 闸 管灭 磁 电 阻分 流 器07000AAV灭 磁 开 关41EPTCTAVR的 功 能 :1.欠 励 限 制 (MEL)2.过 励 限 制 (OEL)3. V/H限 制4.电 力 系 统 稳 定 （ PSS）5.线 路 压 降 补 偿 (LDC)6.无 功 调 差 (CCC)7.定 子 电 流 限 制 (SCL)

8、主 开 关AVR操 作EXC柜电 压 变 送 器电 流 变 送 器熔断器TO AVR整 流 器 A冷 却 风 机（ 工 作 ）触 发 脉 冲同 步 变 压 器220V/110VAVR柜AC 220V控 制 电 源DC 110V控 制 电 源AC 220V照 明 电 源AC 380V风 扇 控 制 电 源AC 100VAVR电 源DC 110VAVR电 源灭磁开关励 磁恒 定增投用切除减电 压恒 定电 压设 定 器系 统稳 定 器PSSAVR开 关励 磁 系 统 图氧 化 锌吸 收阻 容吸 收起 励 开 关D C S /D E H控 制 信 号DC 110VAVR电 源AC 380V风 扇 控

9、制 电 源备 注 ： 励 磁 系 统 共 有 电 源 7路 ： 直 流 2路 ： 控 制 回 路 电 源 和A V R装 置 电 源 ， 分 别 取 自 110V直 流A段 ； 220V交 流 2路 ：A V R装 置 电 源 和 照 明 电 源 ， 分 别 取 自U P S和 380V汽 机M C C段 ； 380V交 流 电 源 3路 ： 风 扇 电 源 和 起 励 电 源 ， 分 别 取 自 380V汽 机M C C A段 、 汽 机M C C B段 和 汽 机P C B段 。 Q91Q90Q15Q25Q03Q05Q51AC220VAC220VDC110VDC220V DC110VUFI

10、FK16K15T05T15F15Q11Q12K11K12MMF04T02Q02G15G05Z0564RGND-FLTF02R06R02R50A03A02AVRAVRF1-F6Ig1Vg1Vg2Ig2CINGDIPULSE BUSMK70Q96-U70励磁变启励灭磁启励装置由启励变、二极管模块、接触器及限流电阻、电容组成。作用是在发电机额定转速时，利用厂用380V交流电源，短时向发电机转子绕组提供励磁，使之建立空载电压。当DAVR检测到发电机端电压到达10%（也有相关材料上说是60%）时，立刻断开接触器，AVR输出脉冲触发可控硅整流桥并使之输出电流，使发电机电压连续上升并达到设定值。 接触器二极

11、管启励变灭磁过程：1）取消可控硅整流桥的全部触发脉冲，2）触发灭磁可控硅，3）切断励磁电源开关41E。 41E灭磁可控硅灭磁电阻触发脉冲灭磁设备的作用 将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻R02、晶闸管跨接器F02 及其相关的触发元件组成。DAVR设计了双通道+独立备用手动通道，其中双自动通道中又含有手动回路，运行时，双自动通道都工作（按PID调节或恒无功/恒功率因数任选），但其中一个自动通道脉冲被闭锁。当有脉冲输出的通道故障时，自动无扰切换到另一个的自动通道且封闭本通道脉冲（不允许切换到本通道的手动回路）。如果此时备用通道也处于在故障状态，则切

12、换到备用的独立手动通道（BFCR）并按PI调节。此种设计自动通道与手动通道完全独立而备用。 限制器作用 限制器的目的是维护发电机的安全稳定运行，避免由于保护继电器动作而造成非正常事故停机。 图示出了额定端电压时凸极同步发电机的典型功率圆图和对应的运行极限位置。由图中可以看出，在过励区域设置有最大励磁电流和感性定子电流两个过励限制器；在欠励区域设置有容性定子电流、无功限制（P/Q限制）和最小励磁电流三个欠励限制器。励磁电流限制 最大励磁电流限制器用于防止转子回路过热，它设计具有反时限特性。限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制器，另一个是连续运行允许的过热限制值。与过热限制值关联的两个控制参

13、数分别是转子等效加热时间和转子等效冷却时间。定子电流限制 该限制器用于防止发电机定子过热，在过励和欠励侧均有效。其工作原理与最大励磁电流限制器的工作原理相似。主要差别在于定子电流限制器没有一个确定的最大定子电流限制值，当时间趋于零时，限制值理论上可趋于无限大（Imax），通过适当的参数整定，可以得到接近于定子绕组最大允许热能Emax的反时限特性。 定子电流限制器分欠励侧和过励侧两部分，其限制量均为定子电流的平均值。当发电机过励时，欠励侧定子电流限制器截止，反之亦然。通过检测负载的功率因数，可保证定子电流限制器双方向（过励和欠励）动作的正确性。显然，定子电流限制器不能影响发电机的有功电流分量。如

14、果发电机的有功电流分量高于定子电流限制器的限制值，为避免误动作，限制器会自动将发电机无功功率调整为零。P/Q限制器 P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区，该限制器的限制曲线由对应五个有功功率点（P0，P25，P50，P75，P100）的五个无功功率设定值确定，曲线与发电机的定子电压水平有关，发电机电压变化时，限制曲线随之偏移。过激磁保护(VHz 触发器) 用于防止同步发电机和变压器过磁通。过激磁保护首先根据发电机频率和设定值计算出当前的机端电压允许值，如果发电机实际电压超过允许值，就会触发定时器延时。在延时结束前，如果电压仍没有返回到允许值，则发出跳闸信号。失磁保

15、护(PQ) 发电机运行点在超出其稳定极限时，失励保护动作，跳发电机。利用功率圆图上的五点设定保护曲线，保护曲线与PQ 限制器的限制曲线相似。但PQ 保护曲线在PQ限制曲线基础上左移5到100。由于同步发电机的稳定极限与机端电压有关，PQ 保护曲线也与电机端电压成比例校正。发电机工作点超过保护曲线时，触发定时器，经过可整定的延时居发出跳发电机命令。定时器延时启动信号也可用于报警。转子接地保护 转子接地保护装置UNS 3020是一个独立的保护继电器。它用作发电机整个转子回路（包括功率可控硅和励磁变压器二次侧）的接地故障保护。它的特点是：2段结构（1段报警，2段跳机），每段定值和延时可单独调整。转子

16、接地保护原理图 轴电压吸收轴电压吸收轴电压是指发电机在全速旋转时, 在发电机转子两侧形成的电位差。轴电压的形成可以是: 发电机空气间隙磁不对称; 转子偏心、绕组不对称或转子短路接地等;汽机叶片产生静电; 有源的转子励磁如可控硅励磁。轴电压的幅值过大时, 轴承油膜将被破坏。在轴承对地绝缘不良的情况下, 轴电压产生的电流会引起轴颈表面和轴瓦的电烧伤。灭磁和过压保护 触发单元是静态灭磁装置（跨接器）的一部分，具有多个独立的放电可控硅触发回路。 电机的受控灭磁回路可以是双冗余的，与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。另外，设有一个电压检测回路，在励磁电压超过预设值时它会自动触发可控硅。因此跨接器作为独立的过电

17、压保护装置，可保护可控硅桥和磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。励磁系统投入前的检查 系统的维护工作已完成。 控制和电源柜已准备好待运行并且适当地被锁定。 发电机输出空载，临时接地线拆除。 灭磁开关的控制电源及调节器电源已送电。 没有报警信号和故障信息。 励磁系统切换到远方控制方式。 励磁系统切换到自动运行方式。 发电机达到额定转速(检查显示仪表上的转速)。运行中的检查 1)在控制室中 无限制器动作。 运行调节器的给定值没有达到极限位置。 通道间跟踪平衡，通道切换准备就绪。 励磁电流、发电机电压和无功功率平稳。 2)在励磁柜旁： 无报警动作。 无异常噪音。正常运行方式 调节器“远方控制”。 整流

18、柜全部运行。 调节柜主通道1（2）AVR运行，FCR跟踪AVR。 调节柜主通道2（1）AVR跟踪主通道1（2）AVR，FCR跟踪AVR。 紧急备用通道跟踪主通道。 转子接地保护投入。 各限制器投入。 叠加控制、PSS根据调度要求投入。非正常运行方式 整流柜缺柜运行。 调节器FCR方式运行。 调节柜主通道1（2）故障。 紧急备用通道故障。励磁系统的一些相关注意事项 励磁系统是维持发电机运行的核心，其作用不仅在于在发电机正常运行时，为发电机转子提供基本的磁场能量，也在于当电力系统发生突然短路或突加负荷、甩负荷时，自动对发电机进行强行励磁（发电机出口附近故障，发电机机端电压急剧下降）或强行减磁（减小

19、发电机定子电压，减小故障电流），以提高电力系统运行稳定性和可靠性，也在于当发电机内部出现短路时，对发电机励磁系统绕组进行灭磁，以避免事故的扩大。因此，要求发电机运行时励磁调节器必须投入自动通道，不允许使用恒流电源或手动通道。否则，可能导致事故的发生。励磁系统的一些相关注意事项 对于启动过程中的发电机，当机组达到额定转速并且调速系统运行正常之前，绝对禁止对发电机进行励磁升压。对于额定转速下已经升压等待并网、已经解列准备停机或进行其他试验等情况下空载运行的发电机，如出现转速下降的情况，应立刻分断磁场开关强行灭磁。 发电机强励过程也是转子过载(发热)的过程。所以当发电机误强励或正常强励后不能正常返回

20、，并且转子过负荷保护又不能正常投入时，必须在短时间内强行灭磁(过励限制定值是1820倍额定励磁电流时，强励10s，发电机转子强励通常不允许超过30s)。 发电机和励磁系统测绝缘的要求如下（1） 发电机定子绕组应用2500V摇表测量绝缘电阻，其值不小于3M且与前次测量值相比较，如有明显降低（低于前次的1/31/5）应查明原因。通水后用水摇表测量，其阻值不低于0.1M。（2） 发电机转子测绝缘用500V的摇表测量，其值不小于1M。（3） 发电机密封油、顶轴油轴瓦及轴承座绝缘电阻用1000V摇表测量，其值不小于1M。励磁系统的一些相关注意事项励磁系统的一些相关注意事项每次起机前要进行转子绝缘测试励磁

21、系统的投运条件 AVR无故障； 发变组出口保护无动作； 汽轮发电机转速大于2950转/分； 励磁调节器投入处于热备用状态运行 空载励磁电流: 1828.6A空载励磁电压：133V额定励磁电流：5173A额定励磁电压：445V重要的监视参数励磁系统的一些相关注意事项运行注意事项 1、 当任一台功率柜故障后，其它功率柜将承担其工作电流，满足强励和1.1倍励磁电流要求。两台功率柜故障后，励磁电流限制器设定值将自动减少，不能进行强励。如果三台功率柜故障则自动切断励磁。 2、 运行中严禁打开功率柜柜阀，否则，该功率柜将自动退出运行 3、当发电机电压低于90%额定电压时，调节器强励10秒，强励电流1034

22、6A。运行中更换碳刷时的注意事项运行中更换碳刷时的注意事项 当碳刷磨损到极限线时应予更换。 更换时应由有经验的检修人员担任。 工作人员应特别小心，不使衣服及擦拭材料被机器挂住，应扣紧袖口，女工发辫要放在帽内。 工作时站在绝缘垫上，不得同时接触两极或一极与接地部分，也不能两人同时进行工作。 更换碳刷时，要使其型号与旧碳刷相一致。 更换的新碳刷应能在刷窝内自由移动，否则应用木质刮刀刮磨，禁止用砂纸打磨。弹簧应压在碳刷中心位置。励磁系统运行中的一些可能的不正常现象 1.失磁危害：从系统中吸收大量无功功率，使系统电压降低，可能导致系统不稳定；发电机失磁进入异步运行状态，转子表面感应差频电流，引起转子过热；