发电机励磁系统运行

1、发电机励磁系统运行第1页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二十七、同步发电机励磁系统原理与运行 （一）励磁系统的作用1、励磁系统同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个电流称为励磁电流（转子电流），而供给电流的整个系统称为励磁系统。第2页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二2、励磁系统的作用（1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。（2）控制并列运行各发电机间无功功率分配。（3）提高发电机并列运行的静态和暂态稳定性。（4）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。（5）根据运行要求对发

2、电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。下面对前四项简要分析如下。第3页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二电压控制 发电机电动势为 Eq=4.44 fNk0 。而发电机等值电路及电压方程为等值电路相量图GGEWUEF.IEF.UG IG.xdEq.UG.IG.IP.UG.IQ.IG.j IG xd.Eq.Gj IQ xd.第4页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二电压控制 ：1、负荷的无功电流IQ是造成空载电动势和机端电压差值的主要原因。2、根据 可绘制发电机的外特性。由图可知，单机运行时，在励磁电流不变即电动势不变的情况下，负荷变动会导致发电机机端电

3、压变化，为了维持机端电压，必须调节励磁电流。第5页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二完成电压控制的设备是由励磁调节器，励磁电源，发电机等组成，同步发电机励磁控制系统框图的一般形式如下图所示。第6页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二对励磁控制系统来说，电压控制就是维持发电机端电压在设定位置。为此：首先要设定电压，要有一个给定信号Ug，以便明确电压控制值；其次要测量电压，看发电机端电压是多少，这里由发电机电压互感器PT和调节器中的测量板组成，将UG变为Uc；最后，由调节器比较给定值和测量值，当测量值小于给定值时，励磁装置增加励磁电流If，使发电机端电

4、压上升，当测量值大于给定值时，励磁装置减少If使发电机端电压下降。 第7页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二无功分配在发电机并网运行时，系统母线电压控制着发电机端电压UG。在汽轮机不作调节（有功不变）的条件下，当调节励磁电流If，使Eq发生变化时，发电机的定子电流和功率因数也随之变化，即发电机的无功功率随If变化，同步发电机的V形曲线，就是反映了励磁电流同定子电流的关系。功率因数等于1、Q=0的励磁电流称为正常励磁。当励磁电流大于正常励磁时，定子电流滞后于端电压，功率因数滞后，发电机输出滞后无功功率，这种状态称为发电机滞后运行（过励磁）；当励磁电流小于正常励磁时，定子电

5、流超前于端电压，功率因数超前，发电机输出超前无功功率，这种状态称为发电机进相运行（欠励磁）。第8页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二进相迟相第9页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二在发电厂中数台发电机并网运行时，调节一台发电机的励磁电流，不仅会改变这台机的无功，还要影响其他发电机的无功稳定性。为此，励磁系统分配并联运行的发电机无功时，还要考虑其稳定性和合理性，这就要求励磁调节器具有调差功能。母线电压水平及无功功率在机组之间的分配，取决于发电机的电压调节特性，即调差特性UG=f（Q）或UG=f（IQ） ，该特性有三种可能性：正调差特性：调差系数0；

6、无调差特性：调差系数=0；负调差特性：调差系数0；第10页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二电压调差率的定义第11页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二所谓发电机电压调差率是指在自动励磁调节器调差单元投入，电压给定值固定，发电机功率因数为零的情况下，发电机的无功负载从零变化到额定值时，用发电机端电压百分数表示的发电机端电压变化率，通常由下式计算：第12页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二当为发变组并联运行时，考虑到变压器漏抗压降，如果发电机采用正有差特性，将使发电机对高压母线的调差特性倾斜度加大，不利于维持高压母线电压水平。

7、如果发电机采用适当的负调差特性，则整体上，发变组对高压母线的调差特性是倾斜的，有利于维持母线电压的稳定。第13页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二当有发电机电压母线时，通常要求并列运行的发电机均有正的调差系数，这样无功功率才能稳定地分配：第14页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二提高发电机并列运行的稳定性1、对静态稳定的影响调节励磁电流不仅可以使静态稳定范围可超过90，并且可增大功率极限，从而有效地提高电力系统的静态稳定性。第15页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（1）不调节励磁电流（空载电动势E0不变）时的静态稳定范围

8、只有90，并且有功负荷越大，稳定裕度越小。第16页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）如调节励磁电流并保持发电机电压UG不变，此时静态稳定范围超过了90，并且当励磁电流增大时，由于空载电动势的增大，在有功发电不变的情况下，稳定裕度增大。第17页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二2、对动态稳定的影响如发生了短路，此时如能迅速增大励磁电流（强励），能增大下图中的减速面积，减少加速面积，故能大大提高发电机运行的暂态稳定性。短路前短路切除时短路切除后第18页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二快速灭磁当汽轮发电机组发生故障突然跳

9、闸时，由于它的调速系统具有较大的惯性，不能迅速关闭汽门，因而会使转速急剧上升。如果不采取措施迅速降低发电机的励磁电流，则发电机电压有可能升高到危及定子绝缘的程度，所以，在这种情况下，要求励磁自动控制系统能实现强行减磁。 当发电机或升压变压器（采用单元式接线）内部故障时，为了降低故障电流所造成的损害，要求这时发电机能快速灭磁。第19页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（三）励磁系统的类型第20页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二无刷励磁系统：第21页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二机端自并励静止励磁系统第22页，共145页

10、，2022年，5月20日，18点37分，星期二第23页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（四）自并励静止系统的组成原理下面以南瑞公司的NES-5100 励磁系统为例加以介绍。整个系统可分为四个主要部分：励磁变压器两套相互独立的励磁调节器及起励单元可控硅整流桥单元灭磁及转子过电压保护单元第24页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第25页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第26页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二1、励磁变压器励磁变压器为励磁系统提供励磁能源。对于自并励励磁系统的励磁变压器，通常不设自动

11、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。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，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。励磁变压器通常采用Y组别，其短路压降为4-8 。第27页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第28页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二2、可控硅（晶闸管）整流桥自并激励磁系统中的大功率整流装置均采用三相全控桥方式，因为全控桥在逆变运行时可产生负的励磁电压，

12、把励磁电流急速下降到零，把能量反馈到电网。当转子负载为感性负载时，其工作时有两种状态：（1）整流状态：控制角在 0o - 90o之间为整流状态（产生正向电压与正向电流）；（2）逆变状态：控制角在 900 -150o之间为逆流状态（产生负向电压与正向电流） ，逆变状态理论上控制角可以达到1800 考虑到实际存在换流重叠角，以及触发脉冲有一定的宽度，所以一般最大控制角150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。整流桥通常装在柜子里面，称为功率柜。第29页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第30页，共145页，20

13、22年，5月20日，18点37分，星期二对于大型励磁系统，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通常为： ( N + l )。其中 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，不影响励磁系统的正常励磁能力。整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障，并发出信号。运行中严禁打开功率柜的门，否则，该功率柜将自动退出运行。冷却方式为带双冗余风机的强迫冷却。当两台冷却风机都退出运行时，该整流柜退出运行。另外整流器还有温度保护，90跳闸。 第31页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二下面介绍三相可控硅整流桥

14、的工作原理（1）不可控整流电路第32页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二输出空载电压的平均值：二极管承受的反向电压：第33页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）第34页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二三相桥式全控整流电路的两种工作状态：（1）整流状态将交流变换为直流，以供给发电机转子绕组励磁。（2）逆变状态将直流变换为交流，在发电机灭磁时，利用逆变将存储

15、在发电机励磁绕组中的能量转换为交流电并回馈电网。自然换相点为控制角a的起始点。a=60第35页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第五章 水轮发电机的继电保护第36页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第37页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第五章 水轮发电机的继电保护时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub

16、=ucb第38页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二控制角a=0时的波形输出电压的平均值最大。第39页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二控制角a=60时的波形黑脉冲是双脉冲中的补脉冲；阴影表示导通的面积。第40页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二控制角a=90时的波形当a60，由于电感电流不能突变，所以波形将延伸到下半平面。当a=90时，输出电压的平均值为零。第41页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二阻感性负载时整流时输出电压的平均值：第42页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二

17、第五章 水轮发电机的继电保护第43页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二控制角a=60150时的波形当a90，下半平面波形的面积大于上半平面波形的面积，所以输出电压为负值，电路进入逆变状态，将发电机励磁绕组储存的能量迅速反送给交流电源，加快灭磁的过程。 当需要快速减磁或灭磁时，可调节使得a90。第44页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第45页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第五章 水轮发电机的继电保护 三相全控桥实现逆变的条件是：负载必须是电感性负载，且原来储存能量，即三相全控桥原来工作在整流工作状态。 控制角应大于90

18、小于180，三相全控桥的输出电压平均Uav为负值。逆变时，交流侧电源不能消失，这是由于逆变是将直流侧电感储存的能量向交流电源反送的过程。第46页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二3、励磁调节器第47页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二励磁控制系统是由同步发电机及其励磁系统共同组成的反馈控制系统，其中，励磁调节器是励磁控制系统的主要部分和核心部分，由它感受发电机的电压、电流或其他参数的变化，然后对励磁功率单元施加控制作用。在励磁调节器没有改变给出的控制命令以前，励磁功率单元是不会改变其输出的励磁电压的。测量比较、综合放大和移相触发构成了励磁调节器的

19、三个基本环节。 第48页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二FMK滑环第49页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二G移相触发综合放大测量比较调差励磁调节器UUsm给定同步信号基本控制励磁系统稳定器电力系统稳定器时间常数补偿器最大励磁电流限制反时限延时过励磁瞬时电流限制空载强励限制欠励限制伏赫限制功率柜最大出力限制无功功率过载限制辅助控制部分励磁限制部分励磁调节器的基本组成单元第50页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（1）测量比较单元测量比较单元主要作用是：将从同步发电机机端电压互感器来的三相交流电压，经过电压测量变压器降压，

20、再经过整流器整流为所需要的直流信号电压，与给定的直流参考电压比较后，得出电压偏差信号，输出至综合放大单元。测量比较单元通常由测量变压器、整流电路、滤波电路和电压比较、整定电路等环节组成。测量变压器对机端电压互感器输出的100V信号进行降压和隔离；整流电路多采用简单的三相整流电路；比较整定电路是测量比较单元的核心环节。模拟式励磁调节器通常采用运算放大器或稳压管构成电路，微机式励磁调节器则由相应的软件完成比较整定任务。第51页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二励磁调节系统需要测量的信号有：模拟量发电机端电压、发电机并列母线电压（系统电压）、发电机有功功率、无功功率、功率因素

21、、发电机频率、励磁电流、励磁电压等。开关量发电机出口断路器接点、发电机保护出口继电器、发电机灭磁开关接点、开停机信号、增减励磁信号、功率单元局部故障信号（风机停机、快速熔断器熔断、晶闸管温度过高等）。第52页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）综合放大单元任务：根据励磁装置应实现的功能，线性的综合测量偏差、辅助控制以及限制等信号，并加以放大，进而获得满足移相触发单元所需要的控制信号。模拟式调节器中，综合放大单元通常采用三种线路形式：磁放大器线路，分立元件、集成运算放大器。微机式调节器采用软件完成以上功能。第53页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星

22、期二（3）移相触发单元1）移相触发单元的作用：产生触发脉冲，用来触发整流桥中的晶闸管，并控制触发脉冲的相位随综合放大单元输出的控制电压的大小而改变，达到调节励磁的目的。2）移相触发的基本原理；利用主回路电源电压信号产生一个与主回路电压同步的幅值随时间单调变化的同步信号（来自同步变压器），将其与来自综合放大单元的控制信号比较，在两者相等的时候产生触发脉冲。3）移相触发单元一般包括同步、移相、脉冲形成和脉冲放大环节。第54页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二脉冲放大脉冲形成移相同步控制输出至晶闸管同步信号移相控制移相触发单元组成框图第55页，共145页，2022年，5月20

23、日，18点37分，星期二 同步变压器第56页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（4）调差单元调差单元用于改变发电机电压调节特性斜率，实现并联运行机组间的无功功率合理分配。模拟式调节器中，调差单元的输出叠加在测量回路中，微机励磁中，调差单元直接作用于电压给定环节。调差特性可平移，由电压给定环节来完成。给定值增加时，特性曲线上移；反之下移。特性平移的目的是，当机组退出、投入时，使无功平稳地减少或增加，避免对系统的冲击。第57页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第58页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（5）励磁调节器的控制规律

24、励磁调节器采用PID控制规律。第59页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第60页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二比例环节：能迅速成比例地反映机端电压的偏差信号，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用，以减少偏差，维持机端电压为恒定。但比例控制不能消除稳态误差，稳态误差的大小主要与放大倍数有关，放大倍数越大，偏差越小；积分环节：消除稳态误差，提供系统的无差度。只要系统存在误差，积分控制作用就不断地累计，输出控制量以消除误差。但是，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分环节：反映偏差信号的变换趋势（变化速率），从而在系统中引入一个早期

25、修正信号，即按预测的电压变化趋势进行调节，微分控制可以减少超调量，提供系统的稳定性，同时加快系统的动作速度，减少调节时间。但微分环节对高频干扰比较敏感，容易引起控制过程振荡。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。 第61页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二PID调节各参数对控制性能的影响如下；A、比例调节系数Kp对系统性能的影响。 对稳态特性的影响：加大Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，却不能完全消除稳态误差。 对动态特性的影响：加大Kp，会使系统动作灵敏，响应速度快。Kp偏大，振荡次数变多，调节时间加长，当

26、Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，系统响应变慢。 第62页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二B、积分时间常数TI对系统性能的影响。 对稳态特性的影响：积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差。 对动态特性的影响：TI偏小，积分作用强，振荡次数变多，TI太大，对系统的性能影响减小。TI合适时，过渡性能比较理想。 第63页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二C、微分时间常数TD对系统性能的影响。 微分控制作用跟偏差信号的变化趋势有关，通过微分控制能够预测偏差，产生超前校正作用，较好改善动态

27、特性。TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。TD偏小时，同样超调量较大，调节时间较长。只有TD合适，才能得到合适效果。第64页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（6）励磁调节器的辅助控制辅助控制在正常情况下不起作用，仅发生在不正常运行工况。（1）最大励磁电流限制：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数分别是转子等效加热时间和转子等效冷却时间。（2）最小励磁（欠励）限制：防止调压进相（欠励）运行时，由于励磁电流过小引起机组静稳定的破坏和发电机的过热，即限制最

28、大进相无功。用于水轮发电机。第65页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（3）V/F限制器（过励磁限制器）：限制发电机端电压和频率的比值，防止发电机及与其连接的主变压器由于电压过高和频率过低，引起铁芯饱和发热。（4）P/Q限制：P/Q限制本质上是欠励限制，用于防止发电机进入不稳定运行区域。可以用五个无功功率值对应五个有功功率水平（P=0%，P=25%，P=50%，P=75%，P=100%）来设定限制曲线。限制曲线与发电机的电压水平有关，发电机电压变化时，限制特性随之偏移 。第66页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二额定端电压时同步发电机的典型功率圆

29、图和对应的运行极限位置 第67页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第68页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（5）定子电流限制：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。（6）转子接地保护：转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大。在一点接地保护动作于信号还是动作于跳闸的问题上，存在着不同的看法。主张动作于信号者，则

30、考虑装设两点接地保护；主张动作于停机者，则认为不必再装设两点接地保护，这有利于避免发生汽机磁化。第69页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二ABB公司的UN5000型励磁系统中带有电桥式转子接地保护装置，其设计思想是：当励磁回路绝缘电阻下降到一定值时报警，当绝缘电阻继续下降至一定值时，保护即动作切除发电机组，以防止发生两点接导致灾难性事故。第70页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（7）励磁调节器的典型配置模式举例双通道，每通道配有手动模拟型后备励磁电流调节器。第71页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第72页，共145页，

31、2022年，5月20日，18点37分，星期二第73页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（8）励磁调节器的调节方式励磁调节器的调节方式主要包括：自动调节方式手动调节方式恒无功功率调节方式恒功率因数调节方式进相运行方式第74页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二A、恒机端电压调节称为自动调节方式（AVR）其基本功能是比较发电机实际端电压与自动给定值，输出偏差信号送入PID控制器，再产生触发脉冲送给功率整流器，用以控制发电机端电压为恒定值。自动调节方式调节范围：10%110%发电机额定电压。自动调节方式运行时，设置了励磁电流限制器。第75页，共145页，

32、2022年，5月20日，18点37分，星期二B、恒励磁电流调节称为手动调节方式（FCR）其基本功能是比较发电机实际励磁电流与手动给定值，输出偏差信号送入PI控制器，再产生触发脉冲送给功率整流器，用以控制发电机励磁电流为恒定值。手动电压调节范围为： 下限不高于发电机空载励磁电压的10%20%。 上限不低于额定励磁电压的130%。该运行模式主要用于调试，或者是作为在AVR故障时（如PT故障）的备用控制模式。为了避免在手动模式下突然甩负荷引起的过电压，手动模式具有自动返回空载的功能。手动运行方式应设置电压限制功能，当机端电压大于电压限制值时进行电压限制。第76页，共145页，2022年，5月20日，

33、18点37分，星期二自、手动方式的关系 （1）两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，切换是无扰动的。 （2）调节器内有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒机端电压调节和恒励磁电流调节。 （3）人工的增、减磁操作是对处于运行状态的给定单元进行操作，这由调节器的自动选控逻辑保证的。第77页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二C、叠加的无功功率或功率因数控制无功功率控制或功率因数控制可视作对自动电压调节器的叠加控制。在这两种情况下，控制信号来源于实际值和被选控制模式的控制点值之间的差值。 所选叠加控制模式的工作点可通过下述方式设定： （1）通过人机界面； （2

34、）通过远方增、减命令； （3）通过远方一个毫安信号设定； （4）通过远方的串行通讯连接。 叠加控制模式只在并网条件下方可进入，发电机解列时自动退出。 电厂根据运行需要可自行决定是否选用该调节模式。 叠加控制模式在手动模式下无效。 第78页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第79页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二4、电力系统稳定器PSS上世纪 50 年代，前苏联在建设古比雪夫一一莫斯科输电系统时就发现，当线路输电功率达到某一定值后，系统就会在没有任何明显的扰动下也出现增幅振荡。他们称之为“自发振荡”，其实质就是今天说的低频振荡（）。我国从上世纪

35、80 年代初开始，在多个省级电力系统和互联电力系统中发生过低频振荡。第80页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二何为电力系统稳定器？电力系统稳定器（PSS）是一种附加励磁控制技术。它在励磁电压调节器中，引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用，用于提高电力系统阻尼、解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。第81页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第

36、82页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二5、起励单元起励措施有两类：（1）残压起励，利用以发电机剩磁所产生的残压，供给初始励磁。对于励磁变压器二次侧电压较高的励磁系统，即使当发电机的残压较低时，折算到励磁变压器二次侧的电压仍高于整流桥的管压降时；或当发电机的残压较高时，可考虑不用另外的起励电源，而利用发电机残压直接起励。第83页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）他励起励，另设起励电源及起励回路，供给初始励磁。起励电源可以用厂用直流电源，称为直流起励。也可以用厂交流电源经整流后提供，称为交流起励。 第84页，共145页，2022年，5月20日

37、，18点37分，星期二起励过程： 电子控制回路能够正常工作所需的整流桥输入电压仅为约 10-20V。如果电压低于该值，首先使用残压起励，连续触发可控硅整流桥，以二极管整流桥模式将电压升至该范围。 如果因长期停机等原因造成在几秒钟时间内无法用残压建立起正常工作所需的 10-20V电压，则启用备用起励回路，用它励方式建立这一电压。当机端电压达到发电机额定电压的 10%时，整流桥已能接管励磁控制，起励自动退出，软起励过程开始并将发电机电压升到预定水平。整个起励过程的控制和监测都是由 AVR 软件实现的。 软起励用于防止机端电压的起励超调。如果超调的话可能引起电压过高造成过激磁。第85页，共145页，

38、2022年，5月20日，18点37分，星期二软 起 励第86页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二6、灭磁（1）灭磁系统的作用灭磁系统的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁，并将蓄藏在励磁系统绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。同步发电机的灭磁系统通常应满足以下要求：1在灭磁装置动作后，应使发电机的最终剩磁低于能维持短路点电弧的数值；2在灭磁过程中，发电机转子绕组所承受的灭磁反电压不超过规定的倍数；3灭磁时间尽可能短。灭磁时间通常可定义为转子电流由空载额定励磁电流下降到此值的1/100所需的时间或发电机定子电压由空载额定下降到额定电压1

39、%所需时间。第87页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）灭磁方式A、具有短弧灭弧栅片的灭磁系统。B、利用非线性电阻的灭磁系统。C、利用线性电阻的灭磁系统。D、由晶闸管跨接器与直流断路器组成的灭磁系统。E、由晶闸管跨接器与交流断路器组成的灭磁系统。F、逆变灭磁第88页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二A、具有短弧灭弧栅片的灭磁系统。栅片间并联限压电阻的目的是，使较早熄弧的栅片间仍可流过电流，防止电流突然中断产生过电压。第89页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二灭弧栅灭磁特点：1、当励磁电源电压E恒定时，只要电压UA选择恰

40、当，灭磁过程几乎恒定并且很快。2、实际的静止励磁系统中，由于强励和强减，E的数值可能变化较大，所以灭磁性能不稳定。3、灭弧栅不仅要吸收励磁绕组中的储能，而且还要承受励磁电源续流的负担。4、当励磁电流较小时，开关的横向磁场减弱，容易发生难以断弧的现象。5、开关操动机构不灵，拒动情况时有发生。所以，这种灭磁方法多用在中小型机组上，大机组一般不用。第90页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二B、利用非线性电阻的灭磁系统。第91页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二非线电阻灭磁原理和特点：（1）正常运行时，转子的端电压未达到非线性电阻的端电压，R的阻值非常大

41、，该支路相当于开路。（2）逆变灭磁时，励磁主回路开关断开，由于转子电感电压的作用，R的端电压迅速升高。当达到其导通电压时，R的阻值迅速下降，电流快速增加，主回路电流则迅速减少，主回路开关电弧熄灭，完成换路。所有能量将在R和励磁绕组内阻上消耗。（3）由于非线性电阻的端电压对流过它的电流不敏感，所以电流衰减速度一直维持在较快的水平。第92页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二C、利用线性电阻的灭磁系统。特点：灭磁电阻R越大，灭磁速度越快，但数值过大时，灭磁开始瞬间励磁绕组会出现过电压。并且在灭磁后期，电流衰减越来越慢，最终导致灭磁时间过长。为加快后期灭磁速度，可采用分级灭磁，

42、见下图。第93页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第94页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二D、跨接器灭磁系统（交流灭磁）(1)晶闸管跨接器+交流流断路器(2)晶闸管跨接器+直流断路器（下图）第95页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二F、可控硅逆变灭磁 利用三相全控桥可以输出负电压的特性，可以实现发电机的逆变灭磁。逆变灭磁相当于将励磁电源反极性的一种灭磁方式,由于可控硅励磁逆变不需断开电路，只需在可控硅整流器阳极电压为负半周时给以脉冲，即能改变励磁绕组的极性,使整流侧电压为负。可控硅桥从“整流”工作状态转入“逆变”工作状态

43、，可将储藏在转子绕组的磁场能量反馈到交流电网中，这样逆变灭磁也不需要灭磁电阻或其他消能机，因此，逆变灭磁是一种简单、经济而有效的灭磁方式。 第96页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 控制角在90150范围内整流桥处于逆变运行状态。转子储存的磁场能量就以续流形式经全控桥的逆变状态反送到交流电源，使转子磁场能量不断减少，这样就达到了灭磁 。第97页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二逆变灭磁的特点：1、无需灭磁开关，接线简单经济。2、在静止励磁系统中，U0在逆变过程中逐渐下降，所以灭磁时间延长，严重的可能导致逆变失败。所以，实际运行中，逆变灭磁多用于

44、备用灭磁方案用于正常停机。第98页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（3）直流灭磁和交流灭磁方式目前国内外广泛采用磁场断路器配合灭磁电阻的放电灭磁方式。灭磁开关（磁场断路器）迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路，同时将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中，灭磁电阻消耗磁场能量。灭磁的首要任务是将灭磁电阻并联在转子两端，然后跳开灭磁开关进行换流，即将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中。灭磁开关装在整流器的直流侧直流灭磁。灭磁开关装在整流器的交流侧交流灭磁。第99页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二直流灭磁：指跳开励磁整流器直流侧灭磁开关的灭磁。特点：（

45、1）灭磁时如处于整流状态（如强励时灭磁），换流条件不易满足，换流失败可能造成灭磁开关损坏。（2）灭磁时如处于灭磁状态（如跳灭磁开关前先逆变灭磁），反向的Uf促使If通过灭磁电阻灭磁。（3）灭此时处于颠覆状态（交流电源叠加灭磁），利用交流负半波促使励磁电流经灭磁电阻灭磁。第100页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二交流灭磁：指跳开励磁整流器交流流侧灭磁开关的灭磁。特点：（1）如灭磁时脉冲正常不切除（触发脉冲每个3.3ms一次触发+A,-C,+B,-A,+B,-C），会造成励磁电流经同相可控硅短路（如+A和-A），尽管交流灭磁开关也可以轻松分断，但灭磁电阻无法投入工作，放电

46、灭磁变为续流灭磁，达不到快速灭磁的目的。第101页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）交流灭磁时脉冲切除。假如在+A 和-C可控硅导通时切除其触发脉冲，原来截止的其他4只可控硅不再导通，其等效电路如下，励磁变二次侧交流电压,开关断开，产生电弧。励磁绕组上的电压波形如图所示，其负半周促使If通过灭磁电阻灭磁，灭磁开关也易熄弧灭磁。第102页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二灭磁系统举例：某电厂交直流双重灭方案：（1）正常停机灭磁，采用逆变灭磁方式，逆变结束后仅跳开交流灭磁开关S102 。第103页，共145页，2022年，5月20日，18点37

47、分，星期二（2）事故停机灭磁，直流灭磁为主，交流灭磁为辅：A、直流灭磁系统由 S101 和 R101 组成。跳 S101 时，首先闭合其放电断口，将 R101 接入转子回路，然后分断主断口，最后分断弧断口。S101大型直流灭磁开关，主断口不设置灭弧罩，放电断口和弧断口设置灭弧罩。弧断口灭弧罩总共8个，每个有26 片灭弧栅。第104页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二第105页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二B、交流灭磁系统由 S102 、 S107 和 R101 组成。其灭磁又分两种情况：在励磁装置正常情况下，调节器首先逆变，当 S107 合上

48、时， If 经 灭磁电阻换流，随后断开S102 开关。当励磁装置出现不能逆变时，首先合上 S107，再断开 S102 ，此时调节器因同步电压（取自S102 二次侧）消失而闭锁脉冲， If经灭磁电阻换流灭磁。第106页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二S102 和 S107 采用真空断路器。真空断路器的灭弧原理是在真空泡内触头拉开时，产生电弧，电弧内携带了蒸发的金属气体，这些气体是从触头表面产生的，最后还会冷却在触头表面和封闭罩的内表面。当电流过零点时，原始的真空状态迅速恢复，间隙处的介电强度迅速增加，电路被切断。第107页，共145页，2022年，5月20日，18点37

49、分，星期二第108页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（3）过电压保护。当转子出现过电压时， Al或 A2被触发，投入SIC非线性电阻R101，抑制转子过电压。第109页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二某火电厂交流灭磁方案：灭磁时，首先切断三相全控桥的触发脉冲，其后触发导通与灭磁电阻串流的晶闸管，最后断开交流侧断路器。如果在断开在断开交流侧断路器前，不切断全控桥的触发脉冲，无法实现快速灭磁。第110页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二7、功率整流系统的过电压保护过电压产生原因主要是：雷击、操作、换相、拉弧、失步、非全相合

50、闸等，主要在整流装置的交流侧和直流侧。针对交流侧可以采用硒堆、阻容、非线性电阻、阻断式阻容等；直流侧可以采用阻容、非线性电阻，跨接器等。第111页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二NES-5100过电压抑制：交流侧:设置压敏电阻尖峰电压抑制器一套，抑制操作、雷击过电压；采用集中阻断式过电压吸收装置一套，抑制可控硅整流桥的换流、反向恢复的过电压；直流侧:在灭磁开关两侧分别放置一套过电压保护装置，其中灭磁开关电源侧，过电压保护主要是抑制能量比较小的瞬间过电压；灭磁开关转子侧，过电压保护主要抑制非全相运行和短时异步运行过电压。第112页，共145页，2022年，5月20日，1

51、8点37分，星期二8、NES5100励磁调节器操作界面 NES5100励磁调节器配备1台工控机、1台D-LINK交换机、3根网线。操作系统为Windows XP。3根网线分别连接工控机、A套调节器、B套调节器。系统拓扑界面左侧有三个菜单“监控”、“调试”、“工具”。主界面打开时默认在“监控”菜单“系统拓扑”。第113页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （1）系统拓扑图：图中有系统接线的示意图，并且有形象的图形标识，点击图形若可以凸现或者变亮的表示可以观测图形的内部相关数据。第114页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （2）AVR界面：双击系统

52、图中AVR调节器模型第115页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （3）开入开出界面：双击AVR中“开入开出”第116页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （4）开入开出界面：双击AVR中“检测报警”第117页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （5）功率柜界面：双击系统图中功率柜模块第118页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （6）定子界面：双击系统图中“定子”第119页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （7）定子界面：双击系统图中“转子”第120页，共145页，202

53、2年，5月20日，18点37分，星期二 （8）主环界面：双击系统图中“模型视图”第121页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （9）PSS界面：双击主环图中“PSS”第122页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （9）参数设置主界面：双击主界面中“参数设置”第123页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （10）参数设置例：双击参数设置主界面中“有功步长”第124页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （10）过欠励调试：双击主界面中“调试-过欠励”第125页，共145页，2022年，5月20日，18点

54、37分，星期二 （10）过欠励调试：双击主界面中“调试-过欠励”第126页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （10）过励5点拟合：双击过励曲线图中“五点拟合”第127页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （11）录波数据浏览：双击调试中“录波”第128页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （12）波形查看：双击“波形查看”第129页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （13）点击“调试”中的“阶跃试验”第130页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （14）点击“调试”中的“

55、模式切换”第131页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （15）点击“主界面”中的“工具-生成文件下载 ”第132页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （15）点击“下载文件生成 ”中的“读取保存数据 ”第133页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二 （16）点击“下载文件生成 ”中的“读取保存数据 ”第134页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二9、NES5100运行操作 （1）电源投入 NES5100励磁调节器一般由两路独立的交流电源和一路直流电源供电。两路独立的交流电源分别作为A、B套调节器的交流

56、工作电源，一路直流电源为A、B套调节器共用（可根据现场条件调整）。任何一路输入电源消失均不影响调节器的正常工作。另外，工控机和交换机均采用交流电源，条件允许的话，可以用第三路独立的交流电源。或者用AB套调节器用的交流电源。正常运行情况下，调节器交流电源开关DK1、DK3，直流电源开关DK2、DK4，工控机电源开关DK5均处于合闸位置。第135页，共145页，2022年，5月20日，18点37分，星期二（2）零起升压 机组第一次起动或大修之后一般采用零起升压方式。可操作如下：A、调节器设为电压闭环控制方式。退出系统电压跟踪功能B、采用软起励的机组暂时退出软起励功能，未采用软起励的机组应通过“就地减磁”按钮将电压给定值降为10C、自动或人工起励，发电机应建压在预置的设定值并保持稳定D、对发电机或主变进行零升试验E、零起升压正常后，将“起励定子电压给定值”返回（一般设定为100），修改“起励定子电压给定值”后，必须经过一次开停机，或者写入fla