励磁培训讲义

1、PAGEPAGE8同步发电电机励磁磁系统培 训 讲 义义四 川 德 阳阳 东 方 电电 机 控 制制 设 备 有有 限 公 司司 编编二 O O 五五 年 八 月月前 言东方电机机控制设设备有限限公司前前身早在在19664年诞诞生于东东方电机机厂内，当当时分成成设计、工艺、检查、采购和和生产车车间的形形式分别别隶属于于各个职职能部门门。国家家的每个个五年计计划中，东电控控制人都都承担了了发电控控制设备备的研发发攻关任任务，先先后研制生产产了磁放放大器式式励磁调调节装置置、晶体管管式励磁磁调节装装置、晶晶闸管整整流型励励磁装置置、集成电电路励磁磁调节装装置和微机型型励磁调调节器，是是国内主主要制

2、造造生产企业业之一。研发、生产出出的近五五百套产产品，有有效地保保证了国国内如乌乌江、龚龚嘴、葛葛洲坝、铜街子子、映秀秀湾、龙龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡峡、宝珠珠寺、大大朝山等等大、中中型水电电站以及及出口美美国、加加拿大、伊朗、叙利亚亚、土耳耳其、菲菲律宾、印尼、巴基斯斯坦、孟孟加拉、阿尔巴巴尼亚、缅缅甸、危危地马拉拉等国家家众多电电站机组组的正常常运行，为为国家的的电力制制造业和和电力工工业的发发展做出出了贡献献。但由于控控制设备备生产基基地建设设的初衷衷是解决决国内水水力发电电设备成成套供货货问题，并并且受计计划经济济体制的的影响，当当时国内内采用的的是发电电设备成成套供货货模式。

3、由于水水电开发发工程建建设周期期普遍很很长，加加之控制制设备技技术更新新发展很很快，随随发电设设备主机机配套供供货的当当时认为为成熟、可靠、有运行行经验的的产品，往往往在机机组投运运时，控制制设备在在技术上上便已显落后后。此外外，由于于长期受受计划经经济体制制的影响响，励磁磁产品基基本上都都采用的的是成套套供货模模式，整整个东方方电机没没有单独独的辅机机销售人人员，这这无形之之中使产产品的研研发和产产品对市市场的适适应都相相对滞后后，不能能很好地地满足用用户需求求。为了扭转转这种局局面以适应市市场需求求，20000年年东方电电机股份份有限公公司出资资注册成成立了全资子子公司东方电电机控制设设备

4、有限限公司。东方电机机控制设设备有限限公司是是东方电电机股份份有限公公司集销销售、设设计、工工艺、采采购、制制造、质质量检验验到用户户服务等等各环节节于一体体成立的的发电控控制设备备专业公公司。公公司成立立的这五五年多时时间以来来，始终终以“始始于用户户所需，终终于用户户满意”为为经营理理念，改改革、完完善劳动动用工制制度，建建立严明明高效的的内部管管理机制制，全面面实施目目标成本本控制；努力开开拓市场场，以元元器件全全球采购购、装置置免维护护设计以以及产品品实现“智能式”操作和维护为理念，升级完善现有产品，强化产品标准化、系列化工作，广泛与国际一流公司合作，提升技术水平，通过建立完善的质量保

5、证体系，加强质量过程控制，提高服务意识和服务质量，公司技术开发、经营、生产取得了长足发展。公司的快速成长和发展，从另一个角度充分说明了东方电机控制设备多年的技术储备和经验底蕴正逐步被市场认同；同时，大型国有企业作风严谨，功底扎实的优良传统和“重合同、守信誉”的良好信誉保障，也重新赢得用户的信任和青睐。公司概貌貌公司生产产作业面面积近880000m2，电气产品品科研、试验基基地26600mm2。设计计手段先先进，配配有多台台HP工工作站，引引进了美美国EDDS公司司UGIII 及及ANSSYS等等大型工工程软件件包。生生产、试试验设备备精良，拥拥有加工工设备1116台台，各型型动态试验验机组四四

6、套，进进口的发电机机电力系系统仿真真装置，可可进行励励磁系统统闭环试试验、并并网试验验、PSSS试验验。20004年年公司为为了满足足三峡项项目励磁磁系统、燃气轮轮机项目目励磁系系统、SSFC系系统厂内内生产、试验的的要求，投资600多万元进行厂房改造和试验设备的升级更新，使生产能力大幅提高，改造后将拥有2600 m2全新的、设备齐全和全封闭净化的科研、装配和试验厂房，用于电气设备生产与试验，拥有的七个专用励磁试验工位，能保证每月同时产出三峡同类型机组励磁系统两套。公司以人人为本，一一支高素素质的职职工队伍伍，是企企业走向向成功的的基础。东方电电机控制制设备有有限公司司拥有一一支朝气气蓬勃高高

7、素质的的科技人人才队伍伍，3000多名职职工中，大大专以上上学历占占总人数数的三分分之二，其中博士研究生2名，硕士研究生33人（含工程硕士15人）。教授级高级工程师5人，享受政府特殊津贴的专家2人、高级工程师47人，工程师65人。公司从事事与励磁磁产品相相关的专业技术术人员共共45人人，全部部拥有大大学本科科以上学学历，具具有100年以上上工作经经验并承承担过大大型工程程项目的的高级工工程师占占62%，工程程师占331%，其其中包括括中国电电机工程程学会大大电机专专委会励励磁分专专业委员员会副主主任委员员和委员员（兼任任秘书）各各1名、顾问问委员（原原主任委委员、副副主任委委员）22名。中中国

8、电机机工程学学会大电电机专委委会励磁磁分委会会长期挂挂靠在我我公司，为为励磁技技术的发发展作出出了应有有的贡献献。为了公司司长期发发展的需需要，公公司成立立了技术术委员会会，成员员构成除除公司内内部各专专业专家家外，还还聘请了了国内各各专业的的多名知知名专家家为非执执行委员员。公司司技术委委员负责责对公司司执行的的重大工工程项目目和科研研开发项项目进行行项目评评审、审审批和技技术监督督。公司设有有技术开开发部，负负责公司司新产品品的开发发，技术术工程部部负责公公司工程程项目组组织实施施和全过过程管理理。励磁磁专业设设有专业业总设计计师，在在总工程程师的领领导下，负负责励磁磁产品的的开发和和设计

9、的的全部技技术问题题，并且且针对三三峡项目目、燃机机项目等等国家重重点项目目，设立立专门的的项目小小组，负负责全部部工作。公司在产产品设计计上贯彻彻“始于用用户所需需，终于于用户满满意”的设计计理念，始始终把高高可靠性性和免维维护性做做为用户户的最基基本需要要，严格格按照有有关的国国家标准准和国际际标准以以及技术术协议和和用户要要求，以以国际惯惯例和当当前行业业中成熟熟可靠的的技术和和控制理理论为基基础，来来进行系系统的设设计和配配置。以以全球采采购的原原则来采采购所需需的元器器件和部部件，并并且只选选用标准准的、成成熟的、经过运运行证明明是可靠靠的元器器件和部部件，以以保证系系统可靠靠性及免

10、免维护性性，并为为用户备备品备件件提供帮帮助和支支持。“九五”、“十五”期间公公司受国国家有关关部门的的委托，负负责三峡峡机组励励磁系统统国产化化研究，以期达到到国内能自自主生产产类似于于三峡等等级巨型型机组励励磁系统统的水平平。在新产产品的科科研开发发上投入入了大量量经费，长长期与国国内著名名高等院院校（如如清华大大学、华华中科技技大学、浙江大大学、四四川大学学、重庆庆大学等等）以及及国外著著名公司司（如AABB、GE、Sieemenns、RR-R等等）进行行技术交交流、科科研合作作、技术术引进与与人员培培训等全全方位合合作，使使公司的的技术水水平和产产品制造造能力大大幅度提提高。为了让我我

11、们与用用户之间间有很好好的交流流，我们们特编写写这本“励磁培培训讲义义”。目的的是让用用户了解解和掌握握我们产产品的性性能和使使用方法法，同时时也介绍绍励磁系系统的一一些基本本概念，加加深对我我们产品品功能、特性的的全面了了解，使使我们的的产品更更好的为为用户服服务。目 录概述1.1 同步步发电机机励磁的的含义及及其调节节作用1.2 同步步发电机机励磁系系统的发发展简介介1.3 同步步发电机机励磁系系统的分分类、组组成和特特点第二章 自并并激励磁磁系统2.1 自并并激励磁磁系统主主电路的的接线方方式2.2 自并并激励磁磁发电机机的起励励2.2.1 他励起起励2.2.2 残压起起励2.3 自并并

12、激励磁磁发电机机短路过过程的分分析及短短路电流流计算2.3.1 自并激激励磁发发电机短短路电流流的特点点2.3.2 自并激激励磁发发电机短短路电流流的计算算2.4自自并激励励磁发电电机对继继电保护护的影响响2.5 自并并激励磁磁系统与与电力系系统稳定定2.5.1 静态稳稳定2.5.2 动态稳稳定第三章 同步步发电机机励磁系系统主回回路的分分析与计计算3.1 励磁磁变压器器的分析析与计算算3.1.1 励磁变变压器的的分析3.1.2 励磁变变压器的的计算3.1.3 计算控控制角3.2 三三相整流流桥晶闸闸管的选选择3.2.1 晶闸管管额定电电压的选选择3.2.2 晶闸管管额定电电流的选选择3.3

13、同步步发电机机的灭磁磁3.3.1常值值电阻灭灭磁3.3.2 非线性性电阻灭灭磁3.3.3 逆变灭灭磁3.3.4 灭磁方方式的探探讨第四章 励磁磁装置的的保护4.1 过电电压的来来源及保保护方式式4.1.1 过电压压的来源源4.1.2 抑制过过电压的的措施4.2 过电电流保护护4.3 自并并激励磁磁系统轴轴电压的的保护4.3.1 轴电压压的来源源4.3.2 轴电压压的防护护第五章微微机励磁磁调节器器5.1 励磁磁调节器器的分类类5.2东东方GEES系列列励磁调调节器5.3 PCCC励磁磁装置产产品介绍绍5.3.1 概述5.3.2 PCCC型的主主要特点点5.3.3 PCCC型微机机励磁调调节器有

14、有以下主主要功能能5.3.4 PCCC型微机机励磁调调节器的的主要技技术指标标5.3.5 工作原原理5.3.6 软件介介绍5.3.7 励磁变变压器5.3.8 晶闸管管整流装装置5.3.9 灭磁及及过压保保护装置置5.3.10 起励励方式东方GEES型发发电机励励磁装置置电站（厂厂）的试试验与调调整附录一： 某某电站发发电机组组自并激激励磁系系统建议议计算书书附录二：宝珠寺水水电厂电电力系统统稳定器器（PSSS）试试验报告告第一章 概述述1.1 同步步发电机机励磁的的含义及及其调节节作用1.1.1 发发电机励励磁的含含义发电机是是将机械械能转变变为电能能的机器器，但它它必须具具备有三三个条件件：

15、a 有有磁场（转转子）b 有有导线（定定子）c 有有使导线线切割磁磁力线的的动力（水水、汽轮轮机）。因此，所所谓发电电机励磁磁就是用用直流电电源供给给发电机机转子使使定子产产生电势势的磁场场。E=BVVl E发电电机内电电势B 转转子产生生的磁通通密度V 发发电机导导线切割割磁力线线的速度度l 发电机机定子导导线的长长度从上式中中可见，当当V、l不变时时，E是随的改变变（亦即即随转子子电流的的大小）而而改变。故而研研究发电电机励磁磁就是要要控制转转子电流流使发电电机满足足电力系系统各种种工况的的要求。1.1.2 发电机机励磁的的调节作作用a 提提高电力力系统稳稳定运行行的能力力电力系统统无论受

16、受到任何何扰动，通通过调节节同步发发电机的的励磁，使使系统稳稳定运行行的能力力有所提提高。当电力系系统受到到小干扰扰或大干干扰，导导致同步步发电机机转速出出现小的的或者大大的变速速状态，使使静稳定定性或动动稳定性性亦或暂暂态稳定定性将受受到不利利的影响响。这时时，励磁磁控制将将使这种种影响得得到抑制制或消除除，保持持同步发发电机的的同步稳稳定。b 维维持电力力系统的的电压水水平发电机的的内电势势E与发电电机端电电压U、发电电机的负负载电流流I及发电电机电抗抗x的关系系可由如如下公式式表示：当电网的的负载增增大时，亦亦即发电电机电流流I增大。从上式式中可看看出，如如E不变，则则发电机机端电压压U

17、下降。如装有有励磁调调节器，则则励磁电电流（即即转子电电流）可可随负载载的增加加而增加加，亦即即E增加而而使发电电机端电电压U维持在在一定的的水平上上。相反反，在发发电机甩甩负荷后后，自动动励磁调调节器可可以及时时减少励励磁电流流以限制制机端电电压不致致过份升升高。自自动调节节发电机机的励磁磁，可以以维持供供电系统统的无功功功率或或功率因因数保持持恒定。电压恒恒定是供供电质量量的一个个重要标标志。c 提提高发电电机功率率极限和和电力系系统传输输功率的的能力d 改改善电力力系统及及同步发发电机的的运行状状态：提高继继电保护护装置的的可靠性性；当系统发发生短路路故障时时，通过过调节励励磁（强强励）

18、，使使短路电电流衰减减得很慢慢，甚至至不衰减减。这就就保证了了短路电电流使继继电保护护装置在在整定值值及时间间内准确确可靠地地动作。平衡并并网运行行时各台台发电机机之间无无功功率率，使之之合理分分担系统统所需无无功；当系统统短路故故障消除除，自动动调节励励磁使其其加快系系统电压压恢复；通过控控制励磁磁，除保保持同步步发电机机的恒压压运行外外，还可可以使系系统作恒恒无功或或恒功率率因数运运行，以以提高电电力系统统运行的的经济性性。1.2 同步步发电机机励磁系系统的发发展简介介同步发电电机传统统的励磁磁方式是是采用同同轴的直直流发电电机作为为励磁机机，提供供发电机机的励磁磁电流。通过励励磁调节节器

19、改变变直流发发电机的的励磁，从从而改变变供给转转子的励励磁电压压，以调调节同步步发电机机的励磁磁电流。众所周周知，这这种励磁磁方式存存在很多多问题，如如直流励励磁机受受制造容容量限制制；整流流子和炭炭刷维护护较麻烦烦；励磁磁调节响响应较慢慢。这些些问题使使得这种种励磁方方式无法法适应电电力系统统发展的的需要。半导体励励磁就是是为适应应电力系系统发展展需要而而出现的的一种新新的励磁磁方式，半半导体励励磁是采采用大功功率的硅硅整流器器或晶闸闸管组成成整流电电路，用用电子整整流方式式将交流流变换成成直流，取取代直流流励磁机机用机械械整流方方式获得得直流励励磁电源源。从五、六六十年代代以来电电力电子子

20、技术、计算机机及现代代控制理理论等新新兴科学学相继在在电力系系统中得得到应用用并发展展，这就就为充分分发挥励励磁控制制的作用用，解决决同步发发电机和和电力系系统的稳稳定运行行创造了了条件。国内外外的科技技工作者者相继研研制成功功强力式式励磁调调节器、电力系系统稳定定器、最最佳励磁磁控制器器和自适适应控制制器等，特特别是微微机被应应用于同同步发电电机励磁磁系统中中，使半半导体励励磁技术术有了一一个质的的飞跃。由于微微机的应应用使励励磁调节节功能得得到了更更大的扩扩展，为为发展更更大的同同步发电电机单机机容量、电网的的发展和和提高电电力系统统稳定性性、可靠靠性成为为可能。我公司在在八十年年代初就就

21、投入到到微机励励磁调节节器的研研制工作作中去，相相继研制制成功单单微机励励磁调节节器、双双微机励励磁调节节器和三三微机励励磁调节节器，并并应用于于同步发发电机的的励磁系系统中去去，取得得了很好好的效果果。1.3 同步步发电机机励磁系系统的分分类、组组成和特特点1.3.1 同步发发电机励励磁系统统的分类类同步发电电机励磁磁系统可可分成两两大类，如如下表所所列带旋转部部件的励励磁他励方式式直流励磁磁机加晶闸管管电路控控制直流流电机的的励磁电电流交流励磁磁机加静止硅硅整流器器加静止晶晶闸管整整流器加旋转硅硅整流器器（无刷刷励磁）加旋转晶晶闸管整整流器（无无刷励磁磁）全静态励励磁自励方式式励磁变压压器

22、加静止晶晶闸管整整流器励磁变压压器加复励变压压器分别带可可控或不不可控整整流器在在直流侧侧相并联联变压器与与变流器器在交流流侧并联联后加可可控或不不可控整整流器励磁变压压器加复励变压压器分别带可可控或不不可控整整流器在在直流侧侧相串联联变压器与与变流器器在交流流侧串联联后加可可控或不不可控整整流器 同步步发电机机励磁系系统的组组成和特特点1.3.2.11 同同步发电电机励磁磁系统的的组成a 励励磁系统统主回路路：由励励磁电源源、晶闸闸管整流流器、灭灭磁回路路、起励励回路以以及过流流、过电电压保护护回路组组成。b 自自动励磁磁电压调调节器：由测量量、给定定比较、综合放放大、移移相触发发、脉冲冲放

23、大、加上各各种限制制器、补补偿器、功率稳稳定器等等各种功功能模块块组成。1.3.2.22 同同步发电电机各励励磁系统统的特点点1.3.2.22.1 他励励励磁系系统他励励磁磁系统的的特点是是用同轴轴的交流流励磁机机作为主主整流器器的电源源。励磁磁电源独独立，不不受电力力系统运运行情况况变化的的影响。根据所用用整流器器情况的的不同，他他励系统统可分成成下列几几种形式式a 交交流励磁磁机带静静止硅整整流器励励磁方式式这种励磁磁方式中中，由于于励磁机机电枢及及整流器器均静止止不动，其其输出与与同步电电机励磁磁绕组滑滑环上的的电刷相相连接，所所以又称称为静态态励磁系系统。整整个系统统中，有有与发电电机

24、同轴轴旋转的的1000HZ交流主主励磁机机，4000HZZ的中频频永磁式式副励磁磁机，习习惯上将将这种励励磁简称称为“三机”励磁系系统。我我公司220世纪纪90年年代生产产的2000MWW，3000MWW火电机机组上，主主要应用用的就是是这种励励磁系统统。如下下图所示示：主励磁机机的输出出经硅二二极管整整流后供供给发电电机的励励磁，而而主励磁磁机的励励磁则取取自于同同轴的永永磁励磁磁机。它它是由传传统的直直流机励励磁方式式演变而而来的，相相当于用用静止的的半导体体整流器器代替了了转动的的机械整整流器，这这不但解解决了整整流子和和碳刷运运行维护护问题，而而且由于于交流励励磁机的的制造容容量可以以

25、不受限限制，故故能适应应大型发发电机励励磁要求求。这种励磁磁方式具具有下列列特点： 励励磁系统统完全独独立，不不受电力力系统运运行状态态的影响响； 用用交流励励磁机供供电，励励磁电源源可靠，维维护工作作量较小小；励磁调调节反应应速度较较快，强强励顶值值电压易易于满足足电力系系统稳定定性的要要求；副励磁磁机带晶晶闸管整整流桥负负载后，受受每个周周波内晶晶闸管换换流的影影响，输输出电压压的波形形要产生生畸变，给给励磁装装置的运运行带来来不利的的一面，须须在装置置中采取取措施进进行避免免； 存存在转动动部件维维护麻烦烦。b交流励励磁机加加旋转硅硅整流器器励磁方方式（无无刷励磁磁）这种励磁磁方式的的原

26、理与与上述他他励静止止整流励励磁方式式相同，但但结构不不同。交交流励磁磁机的直直流励磁磁绕组固固定不动动，励磁磁机的交交流电枢枢绕组、硅整流流器与主主机励磁磁绕组一一起，在在一根转转轴上旋旋转，因因而发电电机的励励磁绕组组与硅整整流器处处于相对对静止的的位置，直直接电连连接在一一起，没没有了将将静止部部件中的的电流引引入旋转转部件的的滑环电电刷结构构，故称称无刷励励磁。 无刷励磁磁的主要要优点是是： 没没有整流流器（子子）、滑滑环、碳碳刷，不不需要进进行这方方面的维维护工作作，也无无机械换换向事故故，运行行的可靠靠性提高高了； 没没有碳粉粉和铜沫沫引起电电机线圈圈污染，故故电枢绕绕组绝缘缘的寿

27、命命较长； 没没有滑环环容量的的限制，励励磁机的的容量可可以作的的很大，与与“三机”励磁系系统相比比，相近近的励磁磁调节性性能，随随着单机机容量的的进一步步增大，无无刷励磁磁更优越越些； 在在易燃、易爆的的环境条条件下，无无刷励磁磁不会因因滑环的的滑动电电气接触触而产生生火花造造成恶性性事故。由于取取消了整整流器（子子）和滑滑环，在在带有腐腐蚀气体体场所，只只要对绝绝缘采取取措施，亦亦可运行行。无刷励磁磁在运用用过程中中也存在在着下列列几个方方面的问问题： 无无刷励磁磁主要是是从发电电机及励励磁系统统的整体体性出发发形成的的，其投投入、切切除及运运行，均均以整机机为单元元，因而而对励磁磁系统内

28、内的各组组件要求求很高，而而旋转整整流器及及其辅助助设备（熔熔断器，电电阻，电电容等），在在运行中中要承受受强大的的离心力力，对这这些部件件间的机机械连接接和电连连接是一一个极大大的考验验，要求求有很高高的维护护检修水水平； 发发电机的的励磁是是通过调调节交流流励磁机机的励磁磁来间接接调节的的，而交交流励磁磁机作为为一个机机电组件件，其时时间常数数较大，使使励磁系系统的反反应速度度降低； 发发电机的的转子电电流、电电压不能能直接测测量； 由由于发电电机转子子与硅整整流器在在一根轴轴上旋转转，目前前尚无法法在发电电机磁场场回路中中装入灭灭磁开关关及灭磁磁电阻，当当发电机机内部及及外部故故障，需需

29、要立即即进行停停机灭磁磁时，无无刷励磁磁不能马马上直接接对发电电机磁场场回路进进行灭磁磁，而是是通过对对主励磁磁机磁场场回路进进行灭磁磁来间接接对发电电机进行行灭磁，灭灭磁时间间较长，对对事故的的迅速处处理不利利，这是是这种励励磁方式式的最大大缺陷； 对对旋转元元器件的的故障检检测与报报警技术术有待进进一步完完善； 发发电机转转轴上增增加了旋旋转硅整整流器盘盘及其辅辅助部件件，转轴轴长度势势必增加加，这样样又增加加了整个个汽电机轴轴系的长长度和重重量，这这对整个个轴系的的稳定是是不利的的。1.3.2.22.2自励励励磁系统统这类励磁磁系统的的共同特特点是励励磁电源源取自发发电机自自身，用用励磁

30、变变压器或或与励磁磁变流器器共同供供给整流流装置变变换成直直流后，再再供给发发电机本本身，这这种励磁磁系统称称为自励励励磁系系统。按励磁功功率引出出方式的的不同，自自励励磁磁系统可可分为自自并激励励磁系统统、自复复激励磁磁系统二二种，常常用的、且应用用也最广广的是自自并激励励磁系统统。a自并激激励磁方方式（电电势源静静止励磁磁机系统统）这是自励励励磁系系统中接接线最简简单的一一种励磁磁方式。其典型型原理图图如下所所示：自并激励励磁系统统原理图图励磁电源源由一台台接于机机端的励励磁变压压器取得得，经变变压器EET降压压后，接接入晶闸闸管整流流器SCCR，通通过晶闸闸管整流流成直流流后，供供给发电

31、电机磁场场绕组。自动励励磁调节节器从发电机机机端取取得信号号，控制制晶闸管管的导通通角，从从而按需需要控制制发电机机励磁电电流。自并激励励磁方式式的主要要特点是是：设备备和接线线比较简简单；由由于无转转动部分分，具有有较高的的可靠性性；造价价低；励励磁变压压器放置置自由，缩缩短了机机组轴系系长度；励磁调调节速度度快。因因为励磁磁电源相相对不独独立，故故而需要要起励电电源；由由于整流流输出的的直流顶顶值电压压受发电电机端或或电力系系统短路路故障形形式（三三相、二二相或单单相短路路）和故故障点远远近等因因素的影影响，因因而被怀怀疑是否否能满足足强励的的要求等等等。目目前这些些技术问问题都已已相继得

32、得到解决决。b 自自复激励励磁方式式（复合合源静止止励磁机机系统）励磁电源源除来自自机端的的励磁变变压器外外，还取取自于与与发电机机定子回回路串联联的励磁磁变流器器，这就就是自复复激励磁磁，其原原理图如如下所示示： 按照励磁磁电源在在交流侧侧或是直直流侧复复合，自自复激又又可细化化为四种种励磁方方式： 直直流侧并并联自复复励方式式； 直直流侧串串联自复复励方式式； 交交流侧并并联自复复励方式式； 交交流侧串串联自复复励方式式。其中交流流侧串联联自复励励方式最最常用，故故而介绍绍此种励励磁方式式。这种励磁磁系统中中晶闸管管的阳极极电压是是与定子子电流成成比例的的励磁变变流器（串串联变压压器）的的

33、二次电电压与机机端供电电的励磁磁变压器器二次电电压相量量和，经经过晶闸闸管桥整整流输出出的励磁磁电流能能反应定定子电压压、定子子电流和和功率因因数的变变化。用用自动励励磁调节节器控制制晶闸管管的触发发角来调调节励磁磁电流的的大小。其主要特特点为：时间常数数小，反反应迅速速，调节节灵敏；当发电电机近端端短路时时，能迅迅速强励励，机组组不易失失磁；励励磁系统统受电网网干扰小小；与自自并励相相比较，接接线较复复杂，设设备较多多；励磁磁变流器器副方尖尖峰过电电压问题题较严重重；同样样需要起起励电源源。注：实际际上还有有其它许许多类型型的励磁磁系统，但但应用面面不广或或者技术术很落后后，这里里就不一一一

34、介绍绍了。自并激励励磁系统统目前由于于自并激激励磁系系统自身身的优点点，已在在国内、外水、火电的的大、中中、小型型同步发发电机组组上得到到广泛的的应用，因因此对该该励磁系系统进行行着重的的介绍。2.1自自并激励励磁系统统主电路路的接线线方式这是自励励励磁系系统中接接线最简简单的一一种励磁磁方式。其典型型原理图图如下所所示：自并激励励磁系统统原理图图励磁电源源由一台台接于同同步发电电机机端端的励磁磁变压器器取得，经经变压器器ET降降压后，接接入晶闸闸管整流流器SCCR，通通过晶闸闸管整流流成直流流后，供供给发电电机磁场场绕组。自动励励磁调节节器从发发电机机机端取得得信号，控控制晶闸闸管的导导通角

35、，从从而按需需要控制制发电机机励磁电电流。励磁变压压器通常常采用环环氧浇注注、干式式、自冷冷型式，有有温控报报警，其其高压侧侧不设自自动开关关，副边边根据需需要可设设、可不不设开关关或自动动开关。高压侧侧接线必必须包括括在发电电机的差差动保护护范围之之内。副副边出线线口装有有电流互互感器TTA，作作为励磁磁调节器器的测量量转子电电流信号号。励磁变压压器绕组组的联接接组别一一般为YY/d11，也也有采用用D/yy11，目目的为了了消除由由于晶闸闸管整流流换向引引起波形形畸变所所产生高高次谐波波中的三三次谐波波及其三三倍的高高次谐波波之影响响。2.2 自并并激励磁磁发电机机的起励励当机组启启动后，

36、在在转速接接近额定定值时，机机端电压压为残压压，其值值一般较较低（约约为额定定电压的的1%2%）。这时由由于同步步电压太太低，调调节器可可能还不不能正常常工作，晶晶闸管不不能开放放，故而而没有励励磁电流流送出使使发电机机建立电电压。因因此，必必须采取取措施，先先供给发发电机初初始励磁磁，以便便发电机机能够建建立起一一定的电电压，完完成起励励过程。起励措施施有两类类。第一一类是他他励起励励，第二二类是残残压起励励。a 他他励起励励其基本作作法是另另设起励励回路，由由另外的的电源供供给初始始励磁电电流。起起励电源源可以是是厂用蓄蓄电池（直直流），也也可以是是厂用交交流电。厂用交交流电一一般通过过起

37、励变变压器降降压后，由由二极管管整流变变成直流流。然后后通过限限流电阻阻和直流流接触器器，将起起励回路路接入发发电机磁磁场回路路。对采采用厂用用蓄电池池电源的的，起励励回路中中须接入入一正向向二极管管，防止止发电机机建压过过程中的的反充电电。起励励时，起起励接触触器闭合合，励磁磁电流送送入发电电机磁场场绕组，发发电机电电压逐渐渐升高。当电压压升至额额定电压压的100%330%时时，起励励回路断断开，进进行自励励。起励电源源容量和和电流的的选择，一一般遵循循这种原原则：起起励电流流选择为为发电机机空载额额定励磁磁电流的的10%左右，持持续时间间566秒。b 残残压起励励当发电机机残压较较高（约约

38、5%以上上）时，可可利用残残压起励励。这要要求励磁磁调节器器在同步步信号为为5%以以上时，能能输出触触发脉冲冲，使在在起励初初始阶段段，整流流桥中的的晶闸管管完全导导通。然然后在励励磁调节节器的控控制下，将将发电机机的电压压升至所所整定的的电压。目前采用用微机励励磁调节节器后，对对于同步步信号可可降低至至2%5%左左右时即即可残压压起励。当残压压不能满满足起励励要求，经经过几秒秒钟的延延时，自自动投入入他励起起励方式式。2.3 自并并激励磁磁发电机机短路电电流的特特点及计计算2.3.1 自自并激励励磁发电电机短路路电流的的特点由于自并并激励磁磁的励磁磁电源取取自于发发电机机机端，因因此当自自并

39、激励励磁发电电机发生生短路时时其短路路电流与与常规励励磁发电电机发生生短路时时的短路路电流有有一些共共同点，也也有其特特殊性。共同点点为：一一是两种种励磁方方式的发发电机短短路电流流的超瞬瞬变分量量是相同同的，因因为超瞬瞬变分量量由发电电机阻尼尼绕组的的参数决决定，与与励磁方方式无关关；二是是两种励励磁方式式的短路路电流的的瞬变分分量的起起始值相相等，因因为它是是由励磁磁绕组磁磁链守恒恒原理决决定的，也也与励磁磁方式无无关。其其特殊性性为：瞬瞬变分量量衰减的的时间常常数二者者不同，而而且当近近端三相相短路时时，自并并激励磁磁发电机机的短路路电流会会一直衰衰减到零零，没有有一个稳稳定值。注：常规

40、规励磁是是指采用用半导体体励磁调调节器的的直流励励磁机方方式和交交流励磁磁机带硅硅整流器器的励磁磁方式。这两种种励磁方方式都存存在着励励磁机励励磁绕组组的时间间常数，因因此整个个励磁系系统的时时间常数数较大。自并激励励磁发电电机短路路电流的的计算目前采用用自并激励励磁系统统的发电电机在机机端至主主变的引引线均采采用封闭闭母线，使使机端发发生短路路的概率率很小。故以主主变高压压侧发生生三相短短路时这这一最为为严重故故障工况况来计算算其短路路电流。几个假设设： 根根据发电电机组的的额定容容量SGN，取取主变容容量ST为1.11SGN，主主变压器器的阻抗抗为 UK%=114% 短短路前机机端电压压为

41、UGN 短短路前发发电机为为空载即即Ed=EEd=Ed=1 短短路切除除时间速速动为00.5ss，后备备保护动动作切除除时间为为3s。a 发发电机短短路电流流计算b 三三相突然然短路瞬瞬间阳极极电压的的计算式中：Kf TT励磁磁变压器器变比发电电机额定定相电压压c 三三相突然然短路瞬瞬间励磁磁系统提提供的转转子电压压的计算算d 计计算短路路临界切切除时间间（Idd衰减到到10%Idkk时）其中：自并并激励磁磁发电机机短路时时，励磁磁回路等等效时间间常数。其中：为机机组额定定电压下下励磁系系统的强强励顶值值电压（强励倍倍数为220.8）为机机组额定定电压下下励磁系系统的强强励顶值值电压与与机组空

42、空载额定定励磁电电压之比比（空载载强励倍倍数）定子短路路电流iid随时间间变化的的公式实际应用用证明，按按照我公公司对励励磁变压压器选择择的参数数能满足足在主变变高压侧侧三相短短路时00.1550.5ss速动切切除短路路点和后后备保护护3s内动动作切除除短路点点后，发发电机能能自动建建压恢复复运行。2.4自自并激励励磁发电电机对继继电保护护的影响响自并激励励磁发电电机发生生近端短短路（特特别是三三相对称称短路）时时，短路路电流迅迅速衰减减，这对对继电保保护动作作来说，在在强励能能力不足足的情况况下会使使其后备备保护无无法动作作。因此此对自并并激励磁磁系统必必须采取取相应的的措施。目前在在大、中

43、中型水、火电机机组上机机端到主主变压器器的引线线（包括括到励磁磁变压器器的高压压侧的引引线）均均采用封封闭母线线，这就就使具有有自并激激励磁系系统的发发电机发发生近端端短路（包包括三相相短路）的的概率达达到非常常非常小小，几乎乎为零。如果短短路发生生在主变变高压侧侧（以三三相短路路为例）根根据实例例计算（下下一章讲讲解）能能保证继继电保护护在0.150.55s速动动，后备备保护在在3s内动作作时短路路电流衰衰减在11.51.77倍以上上。另外外也可采采用过电电流起动动“记忆”带时延延的低电电压保护护。当发发生短路路时电流流突增，电电压突降降，电流流继电器器起动后后仍然保保持着它它的作用用（记忆

44、忆），如如果在整整定的时时间内电电压还不不恢复，电电压继电电器一直直在起动动状态，则则动作于于跳闸。2.5 自并并激励磁磁系统与与电力系系统稳定定 先介绍绍电力系系统稳定定的基本本术语： 静静态稳定定：指电电力系统统的负载载（或电电压）受受到微小小扰动时时，系统统本身保保持稳定定传输的的能力。这主要要涉及到到发电机机转子功功角过大大而使发发电机同同步能力力减少的的情况。动态稳稳定：主主要指系系统遭受受大扰动动之后，同同步发电电机保持持和恢复复到稳定定运行状状态的能能力。失失去动态态稳定的的主要表表现形式式为发电电机之间间的功角角及其它它量产生生随时间间而增长长的振荡荡，或者者由于系系统非线线性

45、的影影响而保保持等幅幅振荡。这一振振荡也可可能是自自发性的的，其过过程较长长。如果果在大扰扰动事故故后，采采用快速速和高增增益的励励磁调节节系统所所引起的的振荡频频率在00.23Hzz之间的的自发振振荡，属属于动态态稳定范范畴。2.5.1 自并激激励磁系系统对静静态稳定定的影响响：由于自并并激励磁磁系统的的反应灵灵敏、调调节速度度快，对对于同步步发电机机遭受微微小扰动动时，根根据理论论分析和和实验证证明，自自并激励励磁系统统的发电电机可稳稳定运行行在极限限功率角角maxx为11101300的范围围内（常常规励磁磁系统极极限功率率角maxx为900）。2.5.2 自并激激励磁系系统对动动态稳定定

46、的影响响：当电力系系统遭受受大扰动动（如突突然短路路并切除除）之后后，机端端电压下下降，励励磁系统统给出顶顶值电压压进行强强励，并并平息振振荡。过过去人们们认为，自自并激励励磁系统统在短路路时强励励能力不不足，动动稳定极极限低。但是应应该从短短路地点点、短路路种类作作具体分分析。对对于远方方短路，电电压下降降不多不不影响强强励倍数数。对于于近端不不对称短短路，特特别是单单相短路路，也不不影响强强励倍数数。对于于主变高高压侧（目目前在大大、中型型发电机机组的出出口端到到主变副副边都采采用封闭闭母线，故故而近端端不太可可能发生生三相短短路）三三相短路路，由于于主变有有一个短短路阻抗抗，因而而机端电

47、电压不可可能降到到零，故故而还有有一定的的强励作作用，另另外在大大、中型型发电机机组中，本本身有一一定的固固有强励励倍数，因因而只要要在0.150.77s内切切除短路路点，自自并激励励磁系统统随着电电压的恢恢复，强强励能力力也就恢恢复。同步发电电机励磁磁系统主主回路的的分析与与计算同步发电电机励磁磁系统主主回路包包括有：励磁变变压器、晶闸管管功率装装置、灭灭磁装置置及过电电压保护护装置（保保护装置置在第四四章单独独阐述）。3.1 励磁磁变压器器的分析析与计算算3.1.1 励磁变变压器的的分析在自并激激励磁系系统中励励磁变压压器是一一个很重重要的设设备，一一般采用用干式、环氧浇浇注型的的变压器器

48、，也有有提出采采用纸绝绝缘，那那末它与与环氧浇浇注型有有何不同同，下面面作一些些简单的的介绍。变压器分分成干式式和油浸浸式两种种绝缘冷冷却方式式。而干干式变压压器又可可分为环环氧浇注注型（包包括带填填料与不不带填料料的，注注型式与与绕包式式等），其其绝缘耐耐温等级级为B、F、HH级，以以F级应应用最多多；另一一类型则则是浸渍渍式（包包括绕组组绝缘材材料用NNOMEEX纸的的以及不不用NOOMEXX纸的等等类型），其其绝缘耐耐温等级级一般为为H级。3.1.1.11 两两大类型型干式变变压器的的比较a 机机械强度度和耐受受短路的的能力：环氧浇注注式线圈圈的整体体机械强强度好，耐耐受短路路的能力力最

49、强，因因为其高高、低压压绕组是是在模具具内进行行整体浇浇注，经经加热固固化成型型，从而而形成一一个机械械强度很很高的圆圆柱体，由由于没有有垫块这这类支撑撑点，所所以导线线不会承承受弯曲曲应力。无论对对突发短短路时的的轴向电电动力或或幅向电电动力均均有很强强的耐受受能力，因因而机械械强度高高可以认认为是环环氧浇注注干变的的最大优优点。无无论从运运行实践践或突发发短路试试验结果果都证实实了这点点。浸渍式干干变主要要采用饼饼式线圈圈，低压压导线与与铁心之之间靠撑撑条支撑撑。而作作为饼间间绝缘介介质的空空气其绝绝缘强度度又大大大低于环环氧树脂脂，所以以轴向绝绝缘尺寸寸较大，相相应饼间间电容较较小，因因

50、而在冲冲击过电电压作用用下的过过电压分分布特性性较差，其其机械强强度与耐耐受短路路电动力力的能力力就大大大不如环环氧浇注注式干变变。根据据发达国国家的经经验，采采用NOOMEXX纸、VVPI（真真空压力力浸渍）工工艺的开开敞通风风式H级级干变，其其BILL（基准准冲击水水平）值值最高仅仅能达1150千千伏，相相应只能能制造333千伏伏级的干干变。相相反，国国际公认认的环氧氧浇注干干变的BBIL值值可达2250千千伏，即即可以制制造到666千伏伏级的干干变。由于环氧氧浇注式式干变采采用层式式线圈，沿沿其轴向向可设置置多个散散热风道道，故可可以制造造大容量量的干变变。目前前国际公公认：环环氧浇注注

51、式干变变的最大大容量可可达2万万千伏安安，而浸浸渍式干干变仅能能达到00.8-1万千千伏安。因此，要要生产高高电压、大容量量的干变变，非环环氧浇注注式莫属属。b 损损耗及过过载能力力：从理论上上来说，干干变的过过载能力力是与其其热容量量成正比比，而与与其负载载损耗成成反比的的，采用用饼式线线圈的浸浸渍式，其其自身的的散热性性能并不不优于环环氧浇注注式，所所以，绝绝不能简简单地说说浸渍式式干变的的过载能能力就一一定优于于环氧浇浇注式。环氧浇注注式干变变的环氧氧树脂耐耐电压强强度较之之空气要要高出许许多（约约3.554倍倍），其其线圈包包封为22mm树脂脂层，在在同等绝绝缘水平平条件下下，浸渍渍式

52、干变变线圈的的段绝缘缘距离、主风道道距离和和饼间绝绝缘距离离较环氧氧浇注式式干变大大15。因而而在同等等耐电压压绝缘水水平和尺尺寸条件件下，根根据对比比计算分分析和制制造试验验验证，浸浸渍式干干变的损损耗较环环氧浇注注式干变变大155200。另另一方面面，在同同等绝缘缘水平和和尺寸条条件下，相相同的绝绝缘等级级(H级级)，由由于环氧氧浇注干干变的额额定损耗耗和额定定温升低低，具有有节约能能源环保保的优点点，同时时由于额额定温升升低，其其过载能能力强。只有当不不仅线匝匝的绝缘缘采用NNOMEEX纸，而而且所有有绕组的的绝缘件件（如撑撑条，垫垫块等）也也都采用用NOMMEX纸纸件来制制造时，这这样

53、的浸浸渍式干干变才具具有较强强的过载载能力。这是由由于NOOMEXX纸是CC级绝缘缘材料，其其耐热温温度可达达2200，故用用它来制制造H级级（耐热热温度为为1800）的干干变，一一开始就就存在有有20%左右的的过载热热裕度之之故。但但是NOOMEXX纸的价价格昂贵贵，我国国目前生生产H级级浸渍式式干变的的厂家，往往往只是是在匝绝绝缘中使使用它，而而绕组的的其他绝绝缘件都都采用一一般的HH级材料料。因而而对这样样的H级级干变，就就不能一一概认为为它具有有较强的的过载能能力。目前国产产的浸渍渍类干变变都是HH级的，由由于其损损耗标准准较高，这这对节能能降耗不不利。从从理论上上来说，HH级产品品较

54、之FF级可以以尺寸更更小，重重量更轻轻，但实实际上从从各厂的的产品样样本看，这这两种类类型产品品并无多多大差异异。c 防防潮及耐耐腐蚀性性能：环氧浇注注式干变变的防潮潮及耐腐腐蚀性能能比较好好，尤其其适用于于在极端端恶劣的的环境下下工作；相反，传传统浸渍渍式干变变的主要要缺点就就是防潮潮性能差差，且容容易吸尘尘，在投投入运行行前需要要预热等等。即使使在采用用NOMMEX纸纸以及真真空压力力浸漆等等新工艺艺后，虽虽然这些些缺点可可以一定定程度得得到克服服，但一一些本质质上的问问题却依依然存在在。d 局局部放电电与运行行寿命：由于环氧氧浇注式式的线圈圈经过真真空处理理和浇注注成型，匝匝间和层层间无

55、气气泡，在在同类产产品中，其其局部放放电最低低；此外外环氧浇浇注式干干变的机机械强度度高，在在短路电电动力的的作用下下不会变变形，且且防尘、防污性性能好。故运行行寿命长长。根据据国外的的报导，其其运行寿寿命较之之OVDDT类干干变要长长。以往影响响环氧浇浇注变压压器运行行可靠性性与寿命命的主要要问题是是浇注线线圈的开开裂。但但是随着着薄绝缘缘玻璃纤纤维增强强结构的的采用以以及原材材料的进进步和浇浇注工艺艺的改进进，目前前这一问问题已很很好解决决。当然然一旦树树脂混料料不均匀匀或浇注注工艺有有缺陷时时，仍有有开裂或或内部出出现气泡泡而使局局部放电电增大等等事故产产生。相相反，浸浸渍式干干变却无无

56、需担心心开裂，在在采用NNOMEEX纸后后，由于于匝绝缘缘较薄，绕绕组内部部的温度度分布也也比较均均匀。浸渍式干干变的最最大优点点是无需需浇注设设备与模模具，初初期投资资可大大大节省，另另外，产产品设计计的灵活活性也较较大，特特别是生生产油浸浸式变压压器厂转转产这类类产品较较容易。e 运运行维护护：环氧浇注注式的运运行维护护工作量量可认为为是很小小的，特特别是可可以立即即从备用用状态下下投入运运行而无无需预热热去潮。这是因因为它的的防潮、防尘性性能好，无无需预热热。因而而可立即即投运并并带负荷荷运行。浸渍式式线圈的的表面是是靠真空空压力浸浸漆（VVPI）后后的薄的的复盖绝绝缘层来来绝缘的的，所

57、以以这种变变压器在在停运状状态下，就就容易因因吸潮而而降低其其绝缘水水平，在在投运后后可能引引起局部部放电增增大，甚甚至发生生绝缘击击穿等严严重事故故。因此此，为可可靠起见见，当停停运一段段时间后后再重新新投运时时必须先先行预热热去潮后后，才能能投运带带负荷，这这样势必必造成停停电后投投运时间间的延长长，对可可靠性造造成一定定影响，且且维护工工作量也也较大。3.1.1.22 关关于“环保特特性”a 从从材料的的环保特特性到产产品制造造与运行行的环保保特性NOMEEX纸作作为已有有多年使使用业绩绩并经认认证的一一种材料料，其环环保特性性是获得得认可的的。至于于其他一一些H级级材料及及浸漆生生产过

58、程程，在环环保特性性方面的的优越性性如何，现现仍缺乏乏足够的的依据。对环氧树树脂材料料而言，本本身既是是无毒的的且在制制造过程程中也不不污染环环境，在在环氧树树脂浇注注干变制制造中，环环氧树脂脂复合材材料主要要应用在在线圈浇浇注绝缘缘、铁心心绑扎涂涂覆、以以及各种种绝缘成成型件。环氧树树脂浇注注干变结结构设计计时，选选用环氧氧树脂作作为固体体绝缘，这这种绝缘缘技术本本身赋予予了变压压器运行行时无油油化、难难燃防火火的环保保特性；环氧树树脂固体体绝缘干干式变压压器，在在运行中中没有温温室气体体泄漏，无无油污，难难燃防火火，环氧氧树脂配配方中没没有卤素素和硫元元素，即即使着火火燃烧也也不会有有卤素

59、化化合物以以及硫化化物的产产生，燃燃烧时主主要分解解产物为为H2O、CO2等，没没有毒害害气体产产生，故故不会对对人员和和环境有有任何危危害，即即使燃烧烧也不会会放出有有害气体体。应当指出出的是，薄薄绝缘环环氧树脂脂浇注式式干变，在在燃烧时时所释放放的能量量与NOOMEXX纸及用用其它HH级绝缘缘材料制制造的浸浸渍类干干变相比比，也是是较小的的。20000年年曾将一一台薄绝绝缘环氧氧树脂浇浇注式6630kkVA的的干变在在法国顺顺利通过过F1级的燃燃烧试验验，这证证明它满满足最新新国际标标准中对对干变燃燃烧特性性的要求求的。另另外，我我国的一一些大型型工程中中还直接接从欧洲洲一些著著名厂家家进

60、口了了一批大大容量环环氧浇注注式干变变，而这这些干变变都是通通过了燃燃烧特性性、环境境特性以以及气候候试验这这三项特特殊试验验的。这这说明环环氧树脂脂干变的的使用是是符合环环保要求求的。b 产产品寿命命终结后后回收降降解处理理的环保保问题根据近年年来对欧欧洲和美美国所做做的调查查，国外外厂家都都明确表表示：两两种产品品的回收收处理是是相似的的。产品寿命命终结后后的最终终处置原原则是回回收利用用可再生生资源，环环保处理理废弃物物料。对对环氧树树脂浇注注干式变变压器而而言，就就是拆解解变压器器，回收收钢结构构件及硅硅钢片；分解线线圈，回回收铜(铝)导导体；剩剩余的少少量环氧氧树脂绝绝缘材料料进行环