励磁培训讲义

PAGEPAGE8同步发电机励磁系统培训讲讲义四川德德阳东方方电机控控制设备备有限公公司编二OOO五年八八月前言东方电机控控制设备备有限公公司前身身早在119644年诞生生于东方方电机厂厂内，当当时分成成设计、工工艺、检检查、采采购和生生产车间间的形式式分别隶隶属于各各个职能能部门。国家的每个五年计划中，东电控制人都承担了发电控制设备的研发攻关任务，先后研制生产了磁放大器式励磁调节装置、晶体管式励磁调节装置、晶闸管整流型励磁装置、集成电路励磁调节装置和微机型励磁调节器，是国内主要制造生产企业之一。研发、生产出的近五百套产品，有效地保证了国内如乌江、龚嘴、葛洲坝、铜街子、映秀湾、龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡、宝珠寺、大朝山等大、中型水电站以及出口美国、加拿大、伊朗、叙利亚、土耳其、菲律宾、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿尔巴尼亚、缅甸、危地马拉等国家众多电站机组的正常运行，为国家的电力制造业和电力工业的发展做出了贡献。但由于控制制设备生生产基地地建设的的初衷是是解决国国内水力力发电设设备成套套供货问问题，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。由由于水电电开发工工程建设设周期普普遍很长长，加之之控制设设备技术术更新发发展很快快，随发电设设备主机机配套供供货的当当时认为为成熟、可可靠、有有运行经经验的产产品，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。为了扭转这这种局面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有限限公司。东方电机控控制设备备有限公公司是东东方电机机股份有有限公司司集销售售、设计计、工艺艺、采购购、制造造、质量量检验到到用户服服务等各各环节于于一体成成立的发发电控制制设备专专业公司司。公司司成立的的这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。公司概貌公司生产作作业面积积近80000mm2，电气产品品科研、试试验基地地26000m22。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、燃燃气轮机机项目励励磁系统统、SFFC系统统厂内生生产、试试验的要要求，投投资600多多万元进行厂厂房改造造和试验验设备的的升级更更新，使生产产能力大大幅提高高，改造造后将拥拥有26600m2全新的、设设备齐全全和全封封闭净化化的科研研、装配配和试验验厂房，用用于电气气设备生生产与试试验，拥有的七个专用用励磁试试验工位位，能保保证每月月同时产产出三峡峡同类型型机组励励磁系统统两套。公司以人为为本，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。东东方电机机控制设设备有限限公司拥拥有一支支朝气蓬蓬勃高素素质的科科技人才才队伍，3000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。公司从事与与励磁产品品相关的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。为了公司长长期发展展的需要要，公司司成立了了技术委委员会，成成员构成成除公司司内部各各专业专专家外，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。公司设有技技术开发发部，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。公司在产品品设计上上贯彻“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、经经过运行行证明是是可靠的的元器件件和部件件，以保保证系统统可靠性性及免维维护性，并并为用户户备品备备件提供供帮助和和支持。“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、浙浙江大学学、四川川大学、重重庆大学学等）以以及国外外著名公公司（如如ABBB、GEE、Siiemeens、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。为了让我们们与用户户之间有有很好的的交流，我我们特编编写这本本“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、特特性的全全面了解解，使我我们的产产品更好好的为用用户服务务。目录概述1.1同步发发电机励励磁的含含义及其其调节作作用1.2同步发发电机励励磁系统统的发展展简介1.3同步发发电机励励磁系统统的分类类、组成成和特点点第二章自并激激励磁系系统2.1自并激激励磁系系统主电电路的接接线方式式2.2自并激激励磁发发电机的的起励2.2.11他他励起励励2.2.22残残压起励励2.3自并激激励磁发发电机短短路过程程的分析析及短路路电流计计算2.3.11自自并激励励磁发电电机短路路电流的的特点2.3.22自自并激励励磁发电电机短路路电流的的计算2.4自并并激励磁磁发电机机对继电电保护的的影响2.5自并激激励磁系系统与电电力系统统稳定2.5.11静静态稳定定2.5.22动动态稳定定第三章同步发发电机励励磁系统统主回路路的分析析与计算算3.1励磁变变压器的的分析与与计算3.1.11励励磁变压压器的分分析3.1.22励励磁变压压器的计计算3.1.33计计算控制制角α3.2三相相整流桥桥晶闸管管的选择择3.2.11晶晶闸管额额定电压压的选择择3.2.22晶晶闸管额额定电流流的选择择3.3同步发发电机的的灭磁3.3.11常值电电阻灭磁磁3.3.22非非线性电电阻灭磁磁3.3.33逆逆变灭磁磁3.3.44灭灭磁方式式的探讨讨第四章励磁装装置的保保护4.1过电压压的来源源及保护护方式4.1.11过过电压的的来源4.1.22抑抑制过电电压的措措施4.2过电流流保护4.3自并激激励磁系系统轴电电压的保保护4.3.11轴轴电压的的来源4.3.22轴轴电压的的防护第五章微机机励磁调调节器5.1励磁调调节器的的分类5.2东方方GESS系列励励磁调节节器5.3PCCC励磁装装置产品品介绍5.3.11概概述5.3.22PPCC型型的主要要特点5.3.33PPCC型型微机励励磁调节节器有以以下主要要功能5.3.44PPCC型型微机励励磁调节节器的主主要技术术指标5.3.55工工作原理理5.3.66软软件介绍绍5.3.77励励磁变压压器5.3.88晶晶闸管整整流装置置5.3.99灭灭磁及过过压保护护装置5.3.110起励方方式东方GESS型发电电机励磁磁装置电电站（厂厂）的试试验与调调整附录一：某电电站发电电机组自自并激励励磁系统统建议计计算书附录二：宝珠寺水电电厂电力力系统稳稳定器（PPSS）试试验报告告第一章概述1.1同步发发电机励励磁的含含义及其其调节作作用1.1.11发电电机励磁磁的含义义发电机是将将机械能能转变为为电能的的机器，但但它必须须具备有有三个条条件：a有磁磁场（转转子）b有导导线（定定子）c有使使导线切切割磁力力线的动动力（水水、汽轮轮机）。因此，所谓谓发电机机励磁就就是用直直流电源源供给发发电机转转子使定定子产生生电势的的磁场。E=BVllE—发电机机内电势势B—转子子产生的的磁通密密度V—发电电机导线线切割磁磁力线的的速度l—发发电机定定子导线线的长度度从上式中可可见，当当V、l不变时时，E是随ＢＢ的改变变（亦即即随转子子电流的的大小）而而改变。故故而研究究发电机机励磁就就是要控控制转子子电流使使发电机机满足电电力系统统各种工工况的要要求。1.1.22发发电机励励磁的调调节作用用a提高高电力系系统稳定定运行的的能力电力系统无无论受到到任何扰扰动，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。当电力系统统受到小小干扰或或大干扰扰，导致致同步发发电机转转速出现现小的或或者大的的变速状状态，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维持持电力系系统的电电压水平平发电机的内内电势EE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：：当电网的负负载增大大时，亦亦即发电电机电流流I增大。从从上式中中可看出出，如EE不变，则则发电机机端电压压U下降。如如装有励励磁调节节器，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。电电压恒定定是供电电质量的的一个重重要标志志。c提高高发电机机功率极极限和电电力系统统传输功功率的能能力d改善善电力系系统及同同步发电电机的运运行状态态：•提高继电电保护装装置的可可靠性；；当系统发生生短路故故障时，通通过调节节励磁（强强励），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。•平衡并网网运行时时各台发发电机之之间无功功功率，使使之合理理分担系系统所需需无功；；•当系统短短路故障障消除，自自动调节节励磁使使其加快快系统电电压恢复复；•通过控制制励磁，除除保持同同步发电电机的恒恒压运行行外，还还可以使使系统作作恒无功功或恒功功率因数数运行，以以提高电电力系统统运行的的经济性性。1.2同步发发电机励励磁系统统的发展展简介同步发电机机传统的的励磁方方式是采采用同轴轴的直流流发电机机作为励励磁机，提提供发电电机的励励磁电流流。通过过励磁调调节器改改变直流流发电机机的励磁磁，从而而改变供供给转子子的励磁磁电压，以以调节同同步发电电机的励励磁电流流。众所所周知，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。半导体励磁磁就是为为适应电电力系统统发展需需要而出出现的一一种新的的励磁方方式，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、六十十年代以以来电力力电子技技术、计计算机及及现代控控制理论论等新兴兴科学相相继在电电力系统统中得到到应用并并发展，这这就为充充分发挥挥励磁控控制的作作用，解解决同步步发电机机和电力力系统的的稳定运运行创造造了条件件。国内内外的科科技工作作者相继继研制成成功强力力式励磁磁调节器器、电力力系统稳稳定器、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。由由于微机机的应用用使励磁磁调节功功能得到到了更大大的扩展展，为发发展更大大的同步步发电机机单机容容量、电电网的发发展和提提高电力力系统稳稳定性、可可靠性成成为可能能。我公司在八八十年代代初就投投入到微微机励磁磁调节器器的研制制工作中中去，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同步发发电机励励磁系统统的分类类、组成成和特点点1.3.11同同步发电电机励磁磁系统的的分类同步发电机机励磁系系统可分分成两大大类，如如下表所所列带旋转部件件的励磁磁他励方式直流励磁机机加晶闸管电电路控制制直流电电机的励励磁电流流交流励磁机机加静止硅整整流器加静止晶闸闸管整流流器加旋转硅整整流器（无无刷励磁磁）加旋转晶闸闸管整流流器（无无刷励磁磁）全静态励磁磁自励方式励磁变压器器加静止晶闸闸管整流流器励磁变压器器加复励变压器器分别带可控控或不可可控整流流器在直直流侧相相并联变压器与变变流器在在交流侧侧并联后后加可控控或不可可控整流流器励磁变压器器加复励变压器器分别带可控控或不可可控整流流器在直直流侧相相串联变压器与变变流器在在交流侧侧串联后后加可控控或不可可控整流流器同步发发电机励励磁系统统的组成成和特点点1.3.22.1同步步发电机机励磁系系统的组组成a励磁磁系统主主回路：：由励磁磁电源、晶晶闸管整整流器、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自动动励磁电电压调节节器：由由测量、给给定比较较、综合合放大、移移相触发发、脉冲冲放大、加加上各种种限制器器、补偿偿器、功功率稳定定器等各各种功能能模块组组成。1.3.22.2同步步发电机机各励磁磁系统的的特点1.3.22.2..1他励励励磁系统统他励励磁系系统的特特点是用用同轴的的交流励励磁机作作为主整整流器的的电源。励励磁电源源独立，不不受电力力系统运运行情况况变化的的影响。根据所用整整流器情情况的不不同，他他励系统统可分成成下列几几种形式式a交流流励磁机机带静止止硅整流流器励磁磁方式这种励磁方方式中，由由于励磁磁机电枢枢及整流流器均静静止不动动，其输输出与同同步电机机励磁绕绕组滑环环上的电电刷相连连接，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：主励磁机的的输出经经硅二极极管整流流后供给给发电机机的励磁磁，而主主励磁机机的励磁磁则取自自于同轴轴的永磁磁励磁机机。它是是由传统统的直流流机励磁磁方式演演变而来来的，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。这种励磁方方式具有有下列特特点：·励磁磁系统完完全独立立，不受受电力系系统运行行状态的的影响；；·用交交流励磁磁机供电电，励磁磁电源可可靠，维维护工作作量较小小；·励磁调节节反应速速度较快快，强励励顶值电电压易于于满足电电力系统统稳定性性的要求求；·副励磁机机带晶闸闸管整流流桥负载载后，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；·存在在转动部部件维护护麻烦。b交流励磁磁机加旋旋转硅整整流器励励磁方式式（无刷刷励磁）这种励磁方方式的原原理与上上述他励励静止整整流励磁磁方式相相同，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、硅硅整流器器与主机机励磁绕绕组一起起，在一一根转轴轴上旋转转，因而而发电机机的励磁磁绕组与与硅整流流器处于于相对静静止的位位置，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。无刷励磁的的主要优优点是：：·没有有整流器器（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；·没有有碳粉和和铜沫引引起电机机线圈污污染，故故电枢绕绕组绝缘缘的寿命命较长；；·没有有滑环容容量的限限制，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；·在易易燃、易易爆的环环境条件件下，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。由由于取消消了整流流器（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。无刷励磁在在运用过过程中也也存在着着下列几几个方面面的问题题：·无刷刷励磁主主要是从从发电机机及励磁磁系统的的整体性性出发形形成的，其其投入、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；·发电电机的励励磁是通通过调节节交流励励磁机的的励磁来来间接调调节的，而而交流励励磁机作作为一个个机电组组件，其其时间常常数较大大，使励励磁系统统的反应应速度降降低；·发电电机的转转子电流流、电压压不能直直接测量量；·由于于发电机机转子与与硅整流流器在一一根轴上上旋转，目目前尚无无法在发发电机磁磁场回路路中装入入灭磁开开关及灭灭磁电阻阻，当发发电机内内部及外外部故障障，需要要立即进进行停机机灭磁时时，无刷刷励磁不不能马上上直接对对发电机机磁场回回路进行行灭磁，而而是通过过对主励励磁机磁磁场回路路进行灭灭磁来间间接对发发电机进进行灭磁磁，灭磁磁时间较较长，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；；·对旋旋转元器器件的故故障检测测与报警警技术有有待进一一步完善善；·发电电机转轴轴上增加加了旋转转硅整流流器盘及及其辅助助部件，转转轴长度度势必增增加，这这样又增增加了整整个汽——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。1.3.22.2..2自励励励磁系统统这类励磁系系统的共共同特点点是励磁磁电源取取自发电电机自身身，用励励磁变压压器或与与励磁变变流器共共同供给给整流装装置变换换成直流流后，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。按励磁功率率引出方方式的不不同，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、且且应用也也最广的的是自并并激励磁磁系统。a自并激励励磁方式式（电势势源静止止励磁机机系统）这是自励励励磁系统统中接线线最简单单的一种种励磁方方式。其其典型原原理图如如下所示示：自并激励磁磁系统原原理图励磁电源由由一台接接于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。自自动励磁磁调节器器从发电机机机端取得得信号，控控制晶闸闸管的导导通角，从从而按需需要控制制发电机机励磁电电流。自并激励磁磁方式的的主要特特点是：：设备和和接线比比较简单单；由于于无转动动部分，具具有较高高的可靠靠性；造造价低；；励磁变变压器放放置自由由，缩短短了机组组轴系长长度；励励磁调节节速度快快。因为为励磁电电源相对对不独立立，故而而需要起起励电源源；由于于整流输输出的直直流顶值值电压受受发电机机端或电电力系统统短路故故障形式式（三相相、二相相或单相相短路）和和故障点点远近等等因素的的影响，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得到解决决。b自复复激励磁磁方式（复复合源静静止励磁磁机系统统）励磁电源除除来自机机端的励励磁变压压器外，还还取自于于与发电电机定子子回路串串联的励励磁变流流器，这这就是自自复激励励磁，其其原理图图如下所所示：按照励磁电电源在交交流侧或或是直流流侧复合合，自复复激又可可细化为为四种励励磁方式式：·直流流侧并联联自复励励方式；；··直直流侧串串联自复复励方式式；·交流流侧并联联自复励励方式；；··交交流侧串串联自复复励方式式。其中交流侧侧串联自自复励方方式最常常用，故故而介绍绍此种励励磁方式式。这种励磁系系统中晶晶闸管的的阳极电电压是与与定子电电流成比比例的励励磁变流流器（串串联变压压器）的的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。其主要特点点为：时间常数小小，反应应迅速，调调节灵敏敏；当发发电机近近端短路路时，能能迅速强强励，机机组不易易失磁；；励磁系系统受电电网干扰扰小；与与自并励励相比较较，接线线较复杂杂，设备备较多；；励磁变变流器副副方尖峰峰过电压压问题较较严重；；同样需需要起励励电源。注：实际上上还有其其它许多多类型的的励磁系系统，但但应用面面不广或或者技术术很落后后，这里里就不一一一介绍绍了。自并激励磁磁系统目前由于自自并激励励磁系统统自身的的优点，已已在国内内、外水水、火电电的大、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自并并激励磁磁系统主主电路的的接线方方式这是自励励励磁系统统中接线线最简单单的一种种励磁方方式。其其典型原原理图如如下所示示：自并激励磁磁系统原原理图励磁电源由由一台接接于同步步发电机机机端的的励磁变变压器取取得，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。自自动励磁磁调节器器从发电电机机端端取得信信号，控控制晶闸闸管的导导通角，从从而按需需要控制制发电机机励磁电电流。励磁变压器器通常采采用环氧氧浇注、干干式、自自冷型式式，有温温控报警警，其高高压侧不不设自动动开关，副副边根据据需要可可设、可可不设开开关或自自动开关关。高压压侧接线线必须包包括在发发电机的的差动保保护范围围之内。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。励磁变压器器绕组的的联接组组别一般般为Y//d－11，也也有采用用D/yy－11，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自并激激励磁发发电机的的起励当机组启动动后，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%）。这这时由于于同步电电压太低低，调节节器可能能还不能能正常工工作，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。起励措施有有两类。第第一类是是他励起起励，第第二类是是残压起起励。a他励励起励其基本作法法是另设设起励回回路，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。厂厂用交流流电一般般通过起起励变压压器降压压后，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。当当电压升升至额定定电压的的10%%~300%时，起起励回路路断开，进进行自励励。起励电源容容量和电电流的选选择，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5~66秒。b残压压起励当发电机残残压较高高（约55%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。目前采用微微机励磁磁调节器器后，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。当当残压不不能满足足起励要要求，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自并激激励磁发发电机短短路电流流的特点点及计算算2.3.11自并并激励磁磁发电机机短路电电流的特特点由于自并激激励磁的的励磁电电源取自自于发电电机机端端，因此此当自并并激励磁磁发电机机发生短短路时其其短路电电流与常常规励磁磁发电机机发生短短路时的的短路电电流有一一些共同同点，也也有其特特殊性。共共同点为为：一是是两种励励磁方式式的发电电机短路路电流的的超瞬变变分量是是相同的的，因为为超瞬变变分量由由发电机机阻尼绕绕组的参参数决定定，与励励磁方式式无关；；二是两两种励磁磁方式的的短路电电流的瞬瞬变分量量的起始始值相等等，因为为它是由由励磁绕绕组磁链链守恒原原理决定定的，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：常规励励磁是指指采用半半导体励励磁调节节器的直直流励磁磁机方式式和交流流励磁机机带硅整整流器的的励磁方方式。这这两种励励磁方式式都存在在着励磁磁机励磁磁绕组的的时间常常数，因因此整个个励磁系系统的时时间常数数较大。自并激励磁磁发电机机短路电电流的计计算目前采用自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。故故以主变变高压侧侧发生三三相短路路时这一一最为严严重故障障工况来来计算其其短路电电流。几个假设：：·根据据发电机机组的额额定容量量SGN，取取主变容容量ST为1.11×SGN，主主变压器器的阻抗抗为UK%=114%·短路路前机端端电压为为UGN·短路路前发电电机为空空载即Ed=Edd′=Ed″=1·短路路切除时时间速动动为0..5s，后后备保护护动作切切除时间间为3s。a发电电机短路路电流计计算b三相相突然短短路瞬间间阳极电电压的计计算式中：KfT———励磁磁变压器器变比——发电机机额定相相电压c三相相突然短短路瞬间间励磁系系统提供供的转子子电压的的计算d计算算短路临临界切除除时间（IId衰减到到10%%Idkk时）其中：———自并激激励磁发发电机短短路时，励励磁回路路等效时时间常数数。其中：——为机组组额定电电压下励励磁系统统的强励励顶值电电压（强励倍倍数为22÷0.8）——为机组组额定电电压下励励磁系统统的强励励顶值电电压与机机组空载载额定励励磁电压压之比（空空载强励励倍数）定子短路电电流id随时间间变化的的公式实际应用证证明，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00.155～0.5ss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自并并激励磁磁发电机机对继电电保护的的影响自并激励磁磁发电机机发生近近端短路路（特别别是三相相对称短短路）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。目目前在大大、中型型水、火火电机组组上机端端到主变变压器的的引线（包包括到励励磁变压压器的高高压侧的的引线）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。如如果短路路发生在在主变高高压侧（以以三相短短路为例例）根据据实例计计算（下下一章讲讲解）能能保证继继电保护护在0..15～～0.55s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11.5～～1.77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自并激激励磁系系统与电电力系统统稳定先先介绍电电力系统统稳定的的基本术术语：·静态态稳定：：指电力力系统的的负载（或或电压）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。这这主要涉涉及到发发电机转转子功角角过大而而使发电电机同步步能力减减少的情情况。·动态稳定定：主要要指系统统遭受大大扰动之之后，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的影影响而保保持等幅幅振荡。这这一振荡荡也可能能是自发发性的，其其过程较较长。如如果在大大扰动事事故后，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00.2～～3Hzz之间的的自发振振荡，属属于动态态稳定范范畴。2.5.11自自并激励励磁系统统对静态态稳定的的影响：：由于自并激激励磁系系统的反反应灵敏敏、调节节速度快快，对于于同步发发电机遭遭受微小小扰动时时，根据据理论分分析和实实验证明明，自并并激励磁磁系统的的发电机机可稳定定运行在在极限功功率角δδmaxx为1110°～1300°的范围围内（常常规励磁磁系统极极限功率率角δmaxx为900°）。2.5.22自自并激励励磁系统统对动态态稳定的的影响：：当电力系统统遭受大大扰动（如如突然短短路并切切除）之之后，机机端电压压下降，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。但但是应该该从短路路地点、短短路种类类作具体体分析。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..15～～0.77s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。同步发电机机励磁系系统主回回路的分分析与计计算同步发电机机励磁系系统主回回路包括括有：励励磁变压压器、晶晶闸管功功率装置置、灭磁磁装置及及过电压压保护装装置（保保护装置置在第四四章单独独阐述）。3.1励磁变变压器的的分析与与计算3.1.11励励磁变压压器的分分析在自并激励励磁系统统中励磁磁变压器器是一个个很重要要的设备备，一般般采用干干式、环环氧浇注注型的变变压器，也也有提出出采用纸纸绝缘，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。变压器分成成干式和和油浸式式两种绝绝缘冷却却方式。而而干式变变压器又又可分为为环氧浇浇注型（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、FF、H级级，以FF级应用用最多；；另一类类型则是是浸渍式式（包括括绕组绝绝缘材料料用NOOMEXX纸的以以及不用用NOMMEX纸纸的等类类型），其其绝缘耐耐温等级级一般为为H级。3.1.11.1两大大类型干干式变压压器的比比较a机械械强度和和耐受短短路的能能力：环氧浇注式式线圈的的整体机机械强度度好，耐耐受短路路的能力力最强，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。无无论对突突发短路路时的轴轴向电动动力或幅幅向电动动力均有有很强的的耐受能能力，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。浸渍式干变变主要采采用饼式式线圈，低低压导线线与铁心心之间靠靠撑条支支撑。而而作为饼饼间绝缘缘介质的的空气其其绝缘强强度又大大大低于于环氧树树脂，所所以轴向向绝缘尺尺寸较大大，相应应饼间电电容较小小，因而而在冲击击过电压压作用下下的过电电压分布布特性较较差，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。由于环氧浇浇注式干干变采用用层式线线圈，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。因因此，要要生产高高电压、大大容量的的干变，非非环氧浇浇注式莫莫属。b损耗耗及过载载能力：：从理论上来来说，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。环氧浇注式式干变的的环氧树树脂耐电电压强度度较之空空气要高高出许多多（约33.5～～4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，浸渍渍式干变变线圈的的段绝缘缘距离、主主风道距距离和饼饼间绝缘缘距离较较环氧浇浇注式干干变大115％。因因而在同同等耐电电压绝缘缘水平和和尺寸条条件下，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155～200％。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。只有当不仅仅线匝的的绝缘采采用NOOMEXX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，这这样的浸浸渍式干干变才具具有较强强的过载载能力。这这是由于于NOMMEX纸纸是C级级绝缘材材料，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。目前国产的的浸渍类类干变都都是H级级的，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防潮潮及耐腐腐蚀性能能：环氧浇注式式干变的的防潮及及耐腐蚀蚀性能比比较好，尤尤其适用用于在极极端恶劣劣的环境境下工作作；相反反，传统统浸渍式式干变的的主要缺缺点就是是防潮性性能差，且且容易吸吸尘，在在投入运运行前需需要预热热等。即即使在采采用NOOMEXX纸以及及真空压压力浸漆漆等新工工艺后，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局部部放电与与运行寿寿命：由于环氧浇浇注式的的线圈经经过真空空处理和和浇注成成型，匝匝间和层层间无气气泡，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、防防污性能能好。故故运行寿寿命长。根根据国外外的报导导，其运运行寿命命较之OOVDTT类干变变要长。以往影响环环氧浇注注变压器器运行可可靠性与与寿命的的主要问问题是浇浇注线圈圈的开裂裂。但是是随着薄薄绝缘玻玻璃纤维维增强结结构的采采用以及及原材料料的进步步和浇注注工艺的的改进，目目前这一一问题已已很好解解决。当当然一旦旦树脂混混料不均均匀或浇浇注工艺艺有缺陷陷时，仍仍有开裂裂或内部部出现气气泡而使使局部放放电增大大等事故故产生。相相反，浸浸渍式干干变却无无需担心心开裂，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。浸渍式干变变的最大大优点是是无需浇浇注设备备与模具具，初期期投资可可大大节节省，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运行行维护：：环氧浇注式式的运行行维护工工作量可可认为是是很小的的，特别别是可以以立即从从备用状状态下投投入运行行而无需需预热去去潮。这这是因为为它的防防潮、防防尘性能能好，无无需预热热。因而而可立即即投运并并带负荷荷运行。浸浸渍式线线圈的表表面是靠靠真空压压力浸漆漆（VPPI）后后的薄的的复盖绝绝缘层来来绝缘的的，所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。3.1.11.2关于于“环保特特性”a从材材料的环环保特性性到产品品制造与与运行的的环保特特性NOMEXX纸作为为已有多多年使用用业绩并并经认证证的一种种材料，其其环保特特性是获获得认可可的。至至于其他他一些HH级材料料及浸漆漆生产过过程，在在环保特特性方面面的优越越性如何何，现仍仍缺乏足足够的依依据。对环氧树脂脂材料而而言，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。环环氧树脂脂浇注干干变结构构设计时时，选用用环氧树树脂作为为固体绝绝缘，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。应当指出的的是，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产品品寿命终终结后回回收降解解处理的的环保问问题根据近年来来对欧洲洲和美国国所做的的调查，国国外厂家家都明确确表示：：两种产产品的回回收处理理是相似似的。产品寿命终终结后的的最终处处置原则则是回收收利用可可再生资资源，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环保处理理，这包包括有三三种途径径：焚烧烧（发电电）、地地下填埋埋、粉碎碎后用作作建筑材材料。它它的废弃弃物处理理不会造造成对环环境的污污染，已已用于道道路填埋埋、公路路建造中中。3.1.11.3市场场前景展展望目前就世界界范围来来看，环环氧浇注注干变主主要应用用于欧洲洲以及亚亚州的中中国、日日本、韩韩国以及及东南亚亚等广大大地区，而而浸渍式式干变则则主要是是美国应应用较多多，这与与NOMMEX纸纸的产地地是美国国等特殊殊国情有有关。总总的来说说，就全全世界而而言，环环氧树脂脂式的市市场占有有率要显显著高于于浸渍式式干变。迄迄今，我我国的环环氧浇注注式干变变无论是是工厂规规模、产产量或是是技术水水平都已已达到世世界先进进水平，220022年其总总产量约约为2000000MVAA，约占占我国干干变市场场份额的的95%%。从全全世界来来看，预预期今后后在相当当一段时时间内，这这两大类类型的干干变都将将共存，也也正如前前所述，它它们也各各有其优优缺点。但但由于我我国这110多年年来在环环氧树脂脂干变制制造技术术上所取取得的成成就，以以及它本本身所固固有的许许多优点点，并考考虑到使使用部门门早已熟熟习了这这类干变变的运行行维护，因因而，从从保证运运行可靠靠性，减减少备品品、备件件的品种种以及提提高运行行、检修修效率等等方面来来看，今今后还是是会大量量使用环环氧浇注注式干变变，这也也与欧洲洲等发达达国家的的先例是是完全一一致的。3.1.22励励磁变压压器的计计算3.1.22.1交流流副边线线电压UUT2计算算式中：——在机组组额定电电压UGGN下提提供的励励磁顶值值电压倍倍数——机组的的额定励励磁电压压——电流流流经的串串联硅元元件数——一个硅硅元件的的正向压压降——强行励励磁时整整流器的的重选角角0.8———一般标标书要求求机组电电压在880%UUGN提供供2倍强强磁顶值值电压，所所以在UUGN下提提供强励励顶值，其其UT22应除以以0.88可按下式计计算其中：——强励电电流与额额定励磁磁电流之之比，要要求为22倍——励磁变变压器换换相电抗抗（标么么值），初初步计算算可取00.055～0.008在此此取0..06——最小控控制角，取取5°。=1.011×0.98888((+)1.01是是考虑励励磁变到到功率柜柜之间的的电缆压压降，一一般可取取的百分分之一值值。3.1.22.2励磁变变二次侧侧额定线线电流式中：（因标准规规定在11.1倍倍额定励励磁电流流下应能能长期运运行）Ka=1..05~~1.115（考考虑谐波波电流分分量裕度度）一般般取Kaa＝1.11―――额定定状态下下的重选选角，一一般可在在25..8°~188.2°°或0.445~00.31172弧弧度内取取。我们们采用00.4弧弧度或223°。=1.1××0.799((A)=0.8669=0.8669×1.11=0.95563.1.22.3励磁磁变容量量注：若为三三个单相相励磁变变，应将将除以33，并将将原边机机端线电电压也除除以，作作为单相相励磁变变的原边边电压。三三个单相相的接法法为Y／／d111。3.1.33计算控控制角式中：——在某一一工况下下的控制制角——在某一一工况下下的励磁磁电压——晶闸管管的正向向压降——励磁变变压器副副边线电电压——在某一一工况下下的重选选角可按下式计计算其其中：——在某一一工况下下的励磁磁电流与与额定励励磁电流流之比——励磁变变压器换换相电抗抗（标么么值），计计算时可可取0..063.2三相相整流桥桥晶闸管管的选择择选择计算前前提：a采用用三相全全波全控控桥式电电路；b采用用“n-11”冗余设设计原则则（n>>2）；；c各支支路串联联元件数数选为11；d各并并联支路路电流均均流系数数不小于于0.9；；e整流流元件峰峰值电压压大于22.755倍励磁磁变副边边线电压压的峰值值。3.2.11晶晶闸管额额定电压压的选择择正向阻断峰峰值电压压USCCRUSSCR≥≥2.775()＝3..9（V）3.2.22晶晶闸管额额定电流流的选择择正向平均电电流ISSCR式中：＝＝2―――强励顶顶值电流流（200秒）＝2倍―――强励顶顶值电流流倍数n―――整流桥桥并联数数(如果不不要求nn-1的的原则，则则上式中中n-11改成n)ki―――均流流系数ki＝0.99((若n-1等等于1则则ki＝1))khh――柜内内散热系系数kh＜0.7（取取kh＝0.55）3.3同步发发电机的的灭磁灭磁的作用用是当发发电机内内部及外外部发生生诸如短短路及接接地等事事故时迅迅速切断断发电机机的励磁磁，并将将蓄藏在在励磁绕绕组中的的磁场能能量快速速消耗在在灭磁回回路中。快速灭磁有有两种方方式：一一种是耗耗能型的的，即将将磁场能能量消耗耗在磁场场开关装装置中，应应用最为为广泛的的是DMM—2型和和DW110M型型。目前前已基本本不采用用DM——2型磁磁场开关关，因其其自身有有一些致致命的缺缺点。DDW100M型在在要求不不高的小小型机组组上还可可以采用用。另一一种灭磁磁方式是是移能型型的，即即将磁场场能量由由磁场断断路器转转移到线线性或非非线性电电阻耗能能元件中中。现已已大量应应用在各各种类型型的发电电机组中中。一般认为水水轮发电电机组由由于转子子本体的的阻尼作作用较小小，在灭灭磁时励励磁回路路中的磁磁场能量量几乎为为灭磁装装置全部部吸收，因因此需要要快速灭灭磁，以以阻止事事故的扩扩大。在采用交流流励磁机机或自励励晶闸管管励磁系系统中，灭灭磁方式式多数采采用磁场场断路器器加SiiC（进进口）或或ZnO非线线性电阻阻灭磁，并并和逆变变灭磁配配合使用用。对于汽轮发发电机，鉴鉴于转子子本体具具有很强强的阻尼尼作用，由由阻尼绕绕组全电电感及电电阻所决决定的阻阻尼绕组组时间常常数TDD远大于于由阻尼尼绕组漏漏电感及及电阻之之比所决决定的超超瞬变时时间常数数Td″，因此此，尽管管采用快快速灭磁磁系统，也也只能加加速纵轴轴励磁绕绕组回路路中的转转子励磁磁电流的的衰减，而而不能使使蓄藏在在发电机机转子本本体以及及横轴阻阻尼绕组组中的能能量迅速速消失，且且往往这这部分在在一定的的条件下下占的比比例还比比较大，例例如一台台4000MW的的汽轮发发电机在在功率因因数为11时，其其横轴磁磁通分量量为877%，纵纵轴磁通通分量为为48%%，因此此得不到到快速灭灭磁的效效果。故故而对于于大型汽汽轮发电电机多采采用简化化的灭磁磁方式：：a无刷刷励磁系系统因无法在发发电机励励磁绕组组回路中中接入灭灭磁装置置，故只只能在交交流励磁磁机励磁磁绕组侧侧进行灭灭磁，而而发电机机励磁回回路则经经旋转整整流器按按相应发发电机时时间常数数进行自自然灭磁磁。b交流流主、副副励磁机机的静止止整流器器励磁系系统国外均以在在交流主主励磁机机励磁回回路设置置磁场开开关作为为典型灭灭磁方式式。国内内则多以以在发电电机主励励磁回路路设置两两或三断断口磁场场断路器器及线性性电阻作作为主要要灭磁方方式。c静止止自励系系统国外采用磁磁场断路路器加线线性电阻阻或SiiC非线线性电阻阻的灭磁磁方式。国国内也采采用磁场场断路器器加线性性电阻或或SiCC（进口口）或ZZnO非线线性电阻阻的灭磁磁方式。在在正常灭灭磁时，一一般采用用逆变灭灭磁。下面介绍三三种常用用的灭磁磁的方法法：3.3.11常常值电阻阻灭磁这种灭磁方方式运用用范围较较广，其其原理是是：发电电机正常常运行时时，磁场场开关处处于闭合合状态。当当发电机机需要灭灭磁时，磁磁场开关关常闭主主触头闭闭合，在在磁场回回路接入入灭磁电电阻，紧紧接着磁磁场开关关常开主主触头断断开，切切断磁场场电源回回路。发发电机磁磁场的储储能，通通过转子子绕组电电阻和灭灭磁电阻阻进行消消耗，转转子回路路的电流流呈指数数规律衰衰减。衰衰减的快快慢取决决于，灭灭磁电阻阻的大小小及灭磁磁时转子子滑环间间最高容容许电压压。如取灭磁时时转子滑滑环间最最高容许许电压为为发电机机额定励励磁电压压的5倍倍，则灭灭磁电阻阻Rm为励磁磁绕组电电阻的55倍，并并以转子子绕组电电流Ifd衰减减到初值值的1%%所经过过的时间间为灭磁磁时间TTm，则可可计算出出灭磁时时间为：：Tm=0..77其中：——发电机机定子绕绕组开路路时转子子绕组时时间常数数需要指出的的是，如如果发电电机的励励磁电源源取自交交流励磁磁机，则则发电机机灭磁时时，突然然断开励励磁机电电枢回路路，相当当于励磁磁机甩负负荷，会会在励磁磁机磁场场回路感感生出很很高的过过电压，因因而在励励磁机的的磁场回回路也应应装设灭灭磁电阻阻，其电电阻值一一般选取取励磁机机励磁绕绕组电阻阻的100倍左右右，并通通过磁场场开关联联动投入入。3.3.22非非线性电电阻灭磁磁利用放电电电阻灭磁磁的方案案，由于于受转子子容许过过电压的的限制，放放电电阻阻不能取取得太大大，灭磁磁时间还还是较长长。如果果采用非非线性电电阻作为为放电电电阻，则则灭磁性性能就好好得多。非非线性电电阻的特特性是，其其两端电电压衰减减速率远远远小于于其电流流衰减速速率。当当通过其其电流较较小时，它它呈现的的动态电电阻较大大，通过过其电流流较大时时，它呈呈现的动动态电阻阻较小。适适当选择择非线性性电阻的的特性和和阻值，可可以在灭灭磁初瞬瞬使转子子电压不不超过容容许值，在在其后的的灭磁过过程中，电电压变化化率基本本上接近近于恒定定，即电电压值基基本不变变，灭磁磁曲线接接近理想想灭磁曲曲线，灭灭磁时间间就短得得多了。非线性电阻阻根据阀阀片的材材质不同同可分为为碳化硅硅（SiiC）和和氧化锌锌(ZnnO)非非线性电电阻，就就其非线线性特性性而言，氧氧化锌非非线性电电阻优于于碳化硅硅非线性性电阻，且且氧化锌锌非线性性电阻具具有较小小的泄漏漏电流和和较陡的的非线性性特性。非线性电阻阻其端电电压与通通过非线线性电阻阻电流的的函数关关系可表表示如下下：式中：C——非线线性电阻阻位形系系数，与与阀片的的材质、几几何尺寸寸以及电电阻串、并并联组合合方式有有关——非线性性电阻系系数，与与电阻阀阀片的材材质有关关——非线性性电阻系系数，与与电阻阀阀片的材材质有关关。它与与的关系系为：氧氧化锌非非线性电电阻=220～440，即即=0.0025～～0.005；碳碳化硅非非线性电电阻=2～4，即=0.225～0.55如取灭磁初初瞬转子子过电压压值倍数数为5倍倍，采用用氧化锌锌非线性性电阻灭灭磁，其其非线性性系数==0.0025，则则此种灭灭磁方式式的灭磁磁时间为为：Tm=0..1877应说明的是是，上述述的灭磁磁时间是是基于理理想灭磁磁过程得得出的结结论。3.3.33逆逆变灭磁磁在灭磁过程程中，如如果向转转子励磁磁绕组施施加一个个比较大大的负值值恒定电电压，则则可认为为转子电电流基本本上按直直线率下下降，灭灭磁时间间就会加加快，而而转子过过电压又又在容许许范围内内。这正正是晶闸闸管全控控桥的一一个特性性，即在在灭磁时时把晶闸闸管控制制角α后退到到最小逆逆变角ββminn的位置置，使整整流桥由由“整流”工作状状态过渡渡到“逆变”工作状状态，这这样加到到转子励励磁绕组组上的就就是一个个恒定的的负值电电压。逆变状态的的深浅受受晶闸管管最大控控制角（逆逆变角）的的控制，逆逆变角的的大小直直接决定定了逆变变时励磁磁绕组两两端负值值电压的的大小。当当靠近发发电机出出口短路路，在强强励之后后进行逆逆变灭磁磁时，逆逆变产生生的负值值电压与与灭磁初初瞬时的的励磁电电压比值值a取为1，则灭灭磁时间间为：Tm=0..7当发电机在在额定工工况下进进行逆变变灭磁时时励磁电电压比值值a取为11.5，则则灭磁时时间为：：Tm=0..51由此可见，逆逆变灭磁磁比非线线性电阻阻灭磁的的灭磁时时间要长长些，但但过电压压倍数也也低些。当当逆变进进行到励励磁绕组组中的剩剩余能量量不能再再维持逆逆变时，三三相全控控桥的电电流为零零，逆变变便结束束。一般说来，逆逆变灭磁磁总是和和磁场开开关加非非线性电电阻灭磁磁方式配配合起来来使用，发发电机正正常停机机时采用用逆变灭灭磁，事事故停机机采用磁磁场开关关加非线线性电阻阻灭磁方方式。而而对带静静止硅整整流器的的“三机”励磁系系统，事事故停机机时对主主励磁机机磁场采采用逆变变灭磁，对对发电机机磁场采采用其他他方式灭灭磁。但但对带副副励磁机机的无刷刷励磁系系统，无无论是正正常、还还是事故故停机，对对主励磁磁机磁场场的逆变变灭磁，则则是一种种主要的的灭磁方方式。3.3.44灭灭磁方式式的探讨讨：随着电力系系统的扩扩大和同同步发电电机单机机容量的的增长，快快速切除除故障电电流是确确保电力力系统稳稳定和安安全运行行的必要要条件。当当发电机机内部或或外部（发发－变组组接线时时，包括括与主断断路器连连接的母母线）出出现短路路或接地地故障时时，快速速切断励励磁电源源，并在在尽短的的时间内内消耗掉掉储藏在在励磁绕绕组中的的能量，快快速可靠靠的灭磁磁及转子子过电压压保护装装置起着着至关重重要的作作用。这这样对磁磁场断路路器开断断电压的的要求越越来越高高，而目目前国内内外高弧弧压、高高可靠性性的直流流磁场断断路器选选用比较较困难，性性能价格格也不尽尽人意。葛葛洲坝二二江电厂厂6#机19999年年4月33日及220000年5月月14日日、188日连续续三次烧烧毁直流流磁场断断路器，都都是因为为其弧压压不够所所致。这这样就提提出一个个新的灭灭磁方式式“交流灭灭磁”，交流电电压灭磁磁的原理理就是将将晶闸管管整流装装置交流流侧电压压引入直直流侧，使使晶闸管管的输出出电压UUd成为一一个交变变电压。当当Ud<0时，在在不需要要磁场断断路器建建立很高高的电压压情况下下，就能能迅速将将转子中中的能量量转移到到ZnOO阀片中中消耗掉掉，而达达到灭磁磁的目的的。交流流电压灭灭磁实现现方法也也很简单单，只要要在磁场场断路器器分闸之之前，切切除晶闸闸管上的的触发脉脉冲，此此时由于于发电机机转子是是一个大大电感线线圈，其其电流不不能突变变，最后后开通的的一组晶晶闸管将将始终保保持开通通状态，相相当于一一个闭合合的开关关，这样样交流电电压就被被引入直直流回路路。它是是利用交交流阳极极电压的的负半周周电压帮帮助开关关换流灭灭磁，因因而它可可采用价价格比较较低廉的的交流断断路器作作为磁场场断路器器。但当当发电机机定子出出口处短短路时，对对机端自自并励的的励磁系系统，其其整流阳阳极电压压近乎降降到零，变变不成“动力”。为了了确保在在这种情情况下也也能成功功换流，要要求磁场场断路器器的弧压压必须大大于灭磁磁电阻残残压，即即不依赖赖于阳极极电压负负半周的的帮助，也也能独立立换流成成功。这这样又回回到原来来的问题题上，因因为一般般交流断断路器的的开断弧弧压不高高，大约约在15500～～12000V之之间，这这就不能能满足在在事故状状态下的的灭磁。根据以上的的阐述，“交流灭磁”有一定的发展前途，但交流断路器过低的弧压实难满足移能换流灭磁的要求。于是出现了对交流断路器的弧罩进行改造，把栅片减薄加密，增加间隔数量，以提高弧压。但由于空间限制，栅片仅能在一定范围内增加，且弧压的提高也有限；成本也要增加。又如早年的“人工过零”、“换流熔丝”以及近年的“无源灭磁”、“大型PTC”、“线性、非线性电阻混合灭磁”等等一系列辅助帮忙措施，目的就是让灭磁过程中交流断路器只起开断作用，而灭磁所需的高弧压由辅助帮忙措施中的器件来完成。下面将对“大型PTC”作一简要的阐述。其它的一些措施各自均有一些优缺点，目前采用得比较少，不再赘述。PTC是一一种陶瓷瓷材料制制成的正正温度系系数热敏敏电阻。其其在常温温下阻值值很小，可可以作为为导体使使用；但但如电流流过大，引引起温度度升高，到到某一居居里点其其阻值就就急剧上上升，近近似绝缘缘，电路路就被开开断。电电流下降降后PTTC冷却却下来又又恢复导导通，并并不损坏坏。利用用这种特特性可以以制成“万次熔熔丝”，已有有一定的的使用经经历。但但过去的的制造水水平单片片容量很很小，只只能用在在低电压压、小电电流的开开断。现现在研制制成的大大型PTTC，可可用于发发电机的的移能灭灭磁。其其能容和和耐压水水平都有有了大幅幅度的提提高（单单片通流流容量≥≥1KAA，耐压压≥12000V），其其阻值变变化范围围大于兆兆欧级（≥106Ω），居里温度点Tc根据需要可在80℃—120℃间设定。PTC的温敏特性见下图。其工作原理理为：PTC的电电阻值RR在居里里温度TTC以下时时，呈低低阻态特特性，当当温度高高于TCC后，阻阻值R会会急剧上上升至兆兆欧级，变变成高阻阻状态。基基于PTTC元件件的物理理特性，我我们可以以把它与与磁场开开关配套套使用，利利用以高高能正温温敏特性性电阻（PPTC）为为主的DDHQ电电子换流流器对开开关主触触头换流流并快速速建压，实实现磁场场开关无无弧分断断。以解解决因磁磁场开关关建压不不足转子子能量无无法转移移至ZnnO电阻阻，而引引起磁场场开关烧烧毁的事事故。新新装置在在灭磁开开始后，能能迅速阻阻断施加加于励磁磁绕组的的励磁电电源，并并建压实实现将绕绕组中的的能量转转移到以以ZnOO非线性性电阻为为主的移移能器YYNQ中中，达到到快速灭灭磁的目目的。PTC器件件本身具具有强烈烈的负反反馈效应应，它们们组合应应用时，就就有自然然均流的的效果。所所以不需需要在灭灭磁电阻阻中串联联均流电电阻和快快速熔断断器，大大大地减减小了安安装空间间和消除除因ZnnO阀片片的负阻阻特性所所造成的的短路隐隐患。PTC元件件的温敏敏特性曲曲线图图中：Tcc居里温温度：它它是PTTC半导导瓷相变变的开始始点，一一般PTTC元件件Rmiin二倍倍阻值时时所对应应的温度度点；中串串联均流流电阻和和快速熔熔断器，大大大地减减小了安安装空间间和消除除因ZnnO阀片片的负阻阻特性所所造成的的短路隐隐患。其其应用简简单可靠靠、并有有电流保保护特性性。Tmax最最大温度度：元件件可达到到的最高高温度；；Tp最大工工作温度度：工作作范围内内的上限限温度；；Tmin最最小温度度：元件件（正常常）呈现现最小电电阻时的的温度；；T25标准准室温225℃；Rc开关电电阻：即即居里点点温度时时对应的的电阻；；Rmax最最大电阻阻：元件件达到最最高温度度时的电电阻；Rp最大工工作电阻阻：上限限工作温温度所对对应的电电阻；Rmin最最小电阻阻：元件件（正常常）可呈呈现的最最小电阻阻；R25室温温电阻：：标准室室温时，元元件所对对应的电电阻。第四章励磁装装置的保保护整整流装置置中的晶晶闸管元元件是励励磁装置置中的重重要器件件。为了了保证它它们安全全可靠地地工作，除除了提高高晶闸管管元件的的产品质质量，正正确选择择晶闸管管的参数数之外，还还必须在在装置中中适当地地采用保保护措施施。因为为晶闸管管元件承承受过电电压和过过电流的的能力，以以及承受受正向电电压上升升率和电电流上升升率的能能力，都都有一定定的限度度。必须须采取适适当的保保护方式式和抑制制措施，避避免晶闸闸管元件件工作失失常、寿寿命缩短短，甚至至损坏。4.1过电压压的来源源及保护护方式4.1.11过过电压的的来源：：在同步电机机励磁系系统中产产生过电电压的原原因是多多方面的的，按过过电压方方式的不不同可分分为如下下几类：：4.1.11.1交流流侧过电电压：a经由由主变压压器或发发电机端端传输到到励磁系系统的大大气过电电压；b励磁磁变压器器分断引引起的过过电压；；c换相相过电压压。由于于励磁变变压器存存在漏抗抗，功率率整流器器元件换换相使电电流中断断引起的的过电压压。4.1.11.2直流流侧过电电压：在整流器励励磁系统统中，由由于整流流元件在在正向导导通、反反向阻断断，因此此在以下下运行方方式下会会引起使使功率整整流器闭闭锁的过过电压。a同步步发电机机与电网网并列非非全相合合闸时。b变压压器高压压侧发生生两相或或三相短短路时。c非同同期状态态下运行行。4.1.11.3操作作过电压压：产生操作过过电压有有下列几几种情况况：a由高高压电源源供电的的励磁变变压器，当当一次侧侧开关合合闸时，由由于变压压器的分分布电容容C122将高压压u1耦合到到二次侧侧。此过过电压值值将随变变压器的的变比增增加而增增大。b在励励磁变压压器空载载时，如如果电源源电压过过零时突突然断开开电源，则则会产生生严重的的瞬变过过电压。这这是因为为此时空空载电流流达到最最大值，而而电感性性负载电电流不能能突变，但但回路要要求电流流为零，这这样在二二次侧将将感应出出很高的的过电压压。c励磁磁变压器器一次绕绕组的漏漏抗与二二次绕组组的分布布电容（包包括抑制制电容）所所形成的的振