同步发电机励磁调节装置及其运行方式研究

郑州电力高等专科学校专科函授 毕业设计(论文）ﻩ题目：同步发电机励磁调节装置及其运行方式研究班级：电气0331姓名：李素琴指导教师:李全意：0371－6６86８64９（hoｍe)66８６８０07（oｆfice）Liquangｙｉ＠zepc．2006年7月20日同步发电机励磁调节装置及其运行方式研究TOC\o＂1—3”\ｈ＼zHYPERLＩNＫ\l”_Toc142111７２１”第一章励磁系统研究 ＰAGERＥF_Tｏc142１11721\h6HYPERLＩNＫ\l＂_Toｃ142111７22"１。励磁系统概述 PAＧEREF_Toc1４211172２\ｈ6HYPERLIＮK＼l”_Tｏｃ142１117２3＂2．励磁系统的任务 ＰAGＥREF_Toc１42111７２3\h6HYＰERLINK\ｌ＂_Ｔoc1４2111724"2。1。维持发电机电压在给定水平上 １４21１17２4\h6HＹPERLINK\l”_Toc14２1117２5"２.２.无功分配ﻩＰAGEＲEF_Toc14２１117２５\h7HＹＰERLＩＮK２.3.提高电力系统的稳定性 PＡGERＥF_Ｔoc1４2111726\ｈ9ＨYPERLIＮK\l"＿Ｔoc１421１１７27”2。4.有利于电力设备的运行ﻩPＡＧERＥF_Toc142１11７27\h１1ＨYPERＬINK＼ｌ"_Tｏc１42111７2８”３.励磁系统分类 PAGＥREF＿Toc14211172８\h11HYPＥRLINＫ\ｌ”＿Tｏc142１11729”３.1.按同步电机励磁电源提供方式分类 PAGERＥF＿Ｔoc142１1１７29\h12HYＰＥRLIＮＫ＼ｌ"_Toc1421117３0”3．2.按同步电机励磁电压响应速度的不同分类ﻩPＡGEREF_Tｏc１４21117３0\ｈ15HＹＰＥRLINK\ｌ＂_Toc1421117３1”4.对励磁系统和励磁控制系统的基本要求ﻩPAGEREＦ_Toc14２11１７31＼ｈ16HYPＥRLＩNK\l”_Tｏｃ14２111732”5电力系统稳定器的原理与实践 ＰＡGEREＦ＿Toc1421１1７3２\ｈ17HYPERLINＫ\l＂_Toc142111733”第二章HWＬT－４型微机励磁装置研究ﻩ１11７33\h1８HYＰERLＩNK\ｌ”_Toc142１１17３4"1．HWＬＴ－4型微机励磁系统概述 PAＧＥRＥF_Toc１４2111734\h１8HYPEＲLＩNK＼l＂_Tｏc１42１1１73５”２。功率柜原理 １１17３5\h１9HYＰＥRLIＮK＼l"_Ｔｏc１4211１7３6"3.灭磁回路ﻩＰAＧEREF_Toｃ１4211１7３6＼h２1HYPEＲＬINK\ｌ”_Toc142１11737＂第三章励磁大功率整流装置ﻩＰＡGEREF_Toｃ142１１1737\h２２HYPERLINK\l”＿Toc14２11１738"1。励磁大功率柜概述ﻩPAGERＥＦ＿Tｏc１421１17３8\h2２ＨYＰERLＩNK1．发电机灭磁及转子过电压保护概述ﻩPＡGＥREＦ_Tｏｃ142111７42\h23HYPERLIＮＫ2.发电机灭磁的基本原理ﻩＰAＧＥRＥF_Toc142１1１７43＼h23HYPERＬIＮK\l＂＿Toc１421１1７４４"３。双断口灭磁开关简介 PAGERＥF_Toc1４2111744\h２４HYPＥＲLINK\l＂＿Toc１421１１745＂4。FMB32型灭磁及转子过电压保护装置 PAGEＲEF_Toc14211１745＼ｈ２5ＨＹＰＥRLＩNＫ\l”＿Toc142111746"第五章HWLT-4型微机励磁调节器ﻩPAGERＥF＿Ｔｏc142111746\ｈ２6ＨＹPEＲLINK＼l"_Toc14211１747＂1．励磁调节器原理 PAGEREF_Tｏc142１1174７\ｈ２6HYPEＲＬINK\l”_Toｃ14２111748”２。ＨWLT－４型微机励磁调节器简介ﻩPＡGEREF_Ｔoc１４21１１７４8＼h２7ＨYPERＬINK＼ｌ”＿Toｃ１４2１1１74９"2．1.基本工作原理ﻩPAGＥＲEＦ_Ｔｏc1４2111７49\h2７ＨYPERLＩNK\ｌ”_Toc1４2１1１750"3.原理框图ﻩＰAGEREF＿Toc１42111750\h错误！未定义书签.ＨＹPERLINK\l”＿Toc142１1175１＂4。性能指标和主要功能ﻩPAGＥREＦ_Toc14211１７51\h28HYPERLINK\l”_Toｃ14２１11752"４.1。性能指标ﻩPAGEREF_Toｃ1421117５2\h28ＨYPEＲLINK\l"_Tｏc14２111753”4.2．功能 PAGERＥF_Toc14211175３＼h２8HYＰＥRLINＫ\l＂_Tｏc1４2１１17５4”5．励磁调节器的硬件配置 ＰＡGＥREＦ_Ｔｏc142111754\ｈ28HYPEＲLINK\ｌ＂＿Tｏc1４2１11755"５.1。计算机模块功能介绍 PAGEREF_Tｏc14211１7５5\h２８HYPERLIＮK\l＂_Toc142111756"5。2。备用Ａ/FＣR模块功能介绍ﻩPＡGＥREF_Tｏc142111756\h29HYPERLIＮＫ＼l"_Toc14２1１175７”５。3．脉冲电路功能介绍 PAGEREF_Ｔoc142111757\h3０HYＰEＲLＩＮK\ｌ”_Ｔoc14２1117５8”５．4．脉冲放大电路功能介绍ﻩＰAGEREF＿Tｏc1４211１7５8\h30ＨYPEＲＬＩNK\l”_Toc１4２111759"5。5.外围电路功能介绍 PＡGEREＦ＿Toc14211175９\h30HＹPERLＩNK＼ｌ”_Ｔｏｃ１42111７60"6。励磁调节器的软件简介 PAGEREF＿Tｏc１4２1１1760\ｈ31HYＰERLINK\ｌ"＿Toｃ1４21１1７61”６。1．总体控制流程ﻩPAGEＲEＦ_Tｏｃ１42１1１761\h3１ＨYPＥRLＩNK６.2。等待过程ﻩＰAＧEREF_Toｃ1４2111762＼h３1ＨＹPERLIＮK\l”_Toc１42１11７63"6。３。启励过程ﻩPAＧEREＦ_Tｏc1421１１7６３\h3１HYPERLINK\ｌ”_Toｃ１4２11176４"6。4。调节过程ﻩ４２１１1764\ｈ32ＨYPERLＩNK\l"_Toc1421117６5”６.5.停机过程ﻩPAGEREF＿Ｔｏc142１11７65＼h32HYPEＲLINK\l＂_Toｃ1４2１11766”第六章HＷLT－4型微机励磁调节器操作及异常处理ﻩPAＧＥＲEF_Toc14211１766\ｈ32HYPＥＲLINK＼l”＿Toc142１11767"1.励磁操作概述 PAＧEREF_Tｏｃ14２111767＼ｈ32HYPＥRLIＮＫ\l＂_Tｏc142111７68"2．励磁直流操作回路ﻩＰAＧERＥＦ_Ｔｏｃ14211176８\ｈ错误！未定义书签。HYPERＬINK2.3．风机操作监视回路ﻩPAGEREＦ_Toc１42１１17７1\h错误!未定义书签。ＨYPERLＩNK\l”＿Toｃ1４２１11772”2。4。调节器开关量输入回路ﻩPAＧEREF_Ｔoc１4２11１772\h错误！未定义书签。HYＰERLＩNＫ＼l”＿Ｔoc１421117７3"2.5。发电机转子保护电阻操作回路 PAＧEREF_Ｔoc14２111７7３\h错误！未定义书签.HYPERLINK\ｌ”_Toc1421１1774”3。励磁交流电源操作回路 ＰAGEＲEF_Ｔoc14２11１７74\ｈ错误！未定义书签。ＨYＰERLINK\l”_Tｏc1４２1１１7７５”3.1．交流电源自动切换电路ﻩPAGEREF_Ｔoc142１117７５\h错误！未定义书签。HYＰERLIＮK\l＂_Toc1421１１7７6”３．2。风机操作电路 ２１11７７６\h错误!未定义书签。ＨYＰERLIＮＫ＼l"_Tｏc14211１777"４．励磁系统的操作 PＡGEREＦ＿Toc142１1177７\ｈ错误！未定义书签。HYPＥＲＬINＫ４。２。起励升压操作ﻩＰAGEREF_Toc1421117７9\h３３ＨYPＥRLＩNK\l”_Toc142111７80"4.3.灭磁开关的操作 PAＧEREF_Toｃ142１11780\ｈ34HYPEＲＬIＮK＼l”＿Toｃ1４2１117８1＂5。励磁系统起、停机操作流程 PAGEREF_Ｔoc1421１1７81\h3４ＨYPERLINK＼l”＿Toc14２11178２”5。1.起机 PAＧEREF_Tｏｃ142111７８2\h３4HYPERLINＫ\l"＿Toｃ1４２1１1７8３"5．2.停机ﻩPAGＥRＥF＿Tｏc1421117８3＼h35ＨYPＥRLINK\l”_Ｔoｃ142111７84"６．故障处理原则ﻩPＡGＥRＥＦ_Ｔｏc142111７8４\h３５HYＰERＬINK＼l"＿Toｃ14211１７85＂６。1.机端电压测量故障ﻩＰAGERＥF_Toc142111７85\ｈ35HYPＥRLIＮＫ\l”_Ｔｏc142１117８６"６．2。机端电流测量故障 PAGERＥＦ_Ｔｏc1４21117８6＼h３６HYPEＲLＩNK＼l"_Toｃ14211１787"6．3。DC220V电源消失 ＰAＧＥＲEF＿Toc1421１178７\h36HYＰERＬIＮK6.10。功率因数测量故障ﻩPAGERＥＦ_Tｏc142１1179１＼h37ＨYＰＥRLINK致谢 ＰＡGEREF_Tｏｃ142111７9５\h３８HYPERＬＩNK\ｌ"_Ｔoc１42１11796＂主要参考资料ﻩＰＡＧＥREF_Toc1４２11１79６＼ｈ38

中文摘要本次设计的题目为:电力系统电力自动化发电厂同步发电机励磁调节装置及其运行方式研究。本文从励磁系统的原理、实例、运行及故障处理等方面进行了深入的研究和探讨，完成了本次毕业设计的要求。关键词:ＡVRFCＲ三相可控硅励磁系统励磁调节器电力自动化ﻬ第一章励磁系统研究１.励磁系统概述发电机是将旋转形式的机械能量转换成三相交流电能量的设备,为了完成这一转换并满足系统运行的要求,除了需要原动机(汽轮机或水轮机)供给动能外，它本身还需要有可调的直流磁场,以适应运行工况的变化.产生这个可调磁场的直流励磁电流称为发电机的励磁电流，为发电机提供可调励磁电流的设备,构成发电机的励磁系统.由于励磁绕组又称发电机转子,故励磁电流也叫转子电流。在电力系统的运行中，同步发电机是电力系统的无功功率主要来源之一,通过调节励磁电流可以改变发电机的无功功率,维持发电机端电压。不论在系统正常运行还是故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分.励磁系统的安全运行,不仅与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关，而且与发电机及电力系统的运行稳定性密切相关。2。励磁系统的任务在发电机正常运行或事故情况下,励磁系统都起着十分重要的作用。性能优良的励磁系统不仅能保证发电机的安全运行,提供合格的电能，而且还能有效地提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。2。1．维持发电机电压在给定水平上同步发电机励磁控制系统可以完成许多任务，但其中最基本和最重要的任务是维持发电机端（或指定控制点）电压在给定的水平上。我国国家标准规定,自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率小于1％。这就要求励磁控制系统的开环增益(稳态增益)不小于1０0ｐ．ｕ(对水轮发电机)或２00p。ｕ(对汽轮发电机）。在同步发电机空载运行中，转子以同步转速ｎ旋转时,励磁电流产生的主磁通Φ0切割N匝定子绕组感应出频率为ｆ=pｎ/６0的三相基波电势,其有效值E０同f,N，Φ0以及绕组系数ｋ的关系：Ｅ0=4。４４ｆNkΦ0这样,改变励磁电流If以改变主磁通Φ０,空载电势Ｅ0值也将改变，二者的关系就是发电机的空载特性Ｅ0＝ｆ（If）或发电机的磁化特性Φ0=f（Ff）。在发电机空载状态下,空载电势E0就等于发电机端电压Uｔ，改变励磁电流也就改变发电机端电压。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给定信号其它信号给定信号其它信号信号比较放大励磁电源发电机测量信号励磁调节器Ug＋UfUfUtUc图1-1同步发电机励磁控制系统框图在图1-1中，虚线框内是励磁调节器的基本原理框图。按照调节原理，一个控制调节装置,至少要有三个环节或单元。第一是测量单元，它是一个负反馈环节；第二是给定单元，它是调节中的参考点；第三是比较放大单元，它将测量值同参考值进行比较,并对比较结果的差值进行放大，从而输出控制电压Ｕk。这里的其他信号,是指调节器中的其他功能的作用信号，比如调差、励磁电流限制、无功限制、ＰSＳ等.这里的励磁电源是指可控硅整流装置。对于一个励磁控制系统来说，电压控制就是维持发电机端电压在设定位置。为实现这一目的,首先就要设定电压，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Uｔ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。把发电机端电压维持在把维持电压水平看作励磁控制系统最基本最主要的任务，有以下三个主要原因.第一，保证电力系统运行设备的安全.电力系统中运行的设备都有其额定运行电压和最高运行电压。发电机电压水平是电力系统各点运行电压水平的基础,保证发电机端电压在容许水平上，是保证发电机电压及系统各点电压在容许水平上的基础条件之一，也就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态,而且能在大扰动后的稳态中能保证发电机电压水平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正常变化范围为5%,最高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。当发电机电压下降时，输出同样的功率所需要定子电流会上升,损耗增加。当发电机电压下降过大时，由于定子电流的限制,将使发电机的出力受到限制。因此,规程[3］规定，大型发电机运行电压不能低于额定值的９0％,当发电机电压低于95%时，发电机应限负荷运行,其他电力设备也有这个问题。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.从下面分析可以看到，提高励磁控制系统维持发电机电压水平的能力的同时，也提高了电力系统的静态稳定和暂态稳定水平.2．2。无功分配在发电机负载运行时，根据所带负载的性质，空载电势E０同发电机端电压Ut的关系发生了变化.当发电机带感性负载时,电枢反应具有去磁性质,随着负载的增加，Uｔ越来越小于E０，这时为了维持Ut不变，必须增大励磁电流;当发电机带容性负载时，电枢反应具有助磁性质,随着负载的增加，Ｕｔ越来越大于E０,同样为了维持Ut不变,必须减少励磁电流。在发电机并网运行时，系统母线电压控制着发电机端电压Uｔ,当调节励磁电流If,使E0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.在这一关系中,功率因数等于1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，这种状态我们俗称为发电机带无功运行;当励磁电流小于正常励磁时，定子电流超前于端电压,功率因数超前,发电机输出超前无功功率,这种状态我们俗称为发电机进相运行。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Uｔ＝f（Ｑ)，一般来说，发电机的调差特性是一条发电机端电压Ut随无功Q增加而下降的直线，见图１-2的正调差系数K3，K0和K2分别表示零调差和负调差系数。K2K0K2K0K3K1K2QUt图１-2励磁调差特性图1—3并联运行机组调差特性如果励磁调节器具有调差功能，则发电机总的调差系数是发电机（发变组）的自然调差系数与励磁调差系数的代数和.由于自然调差系数不可变，故发电机的总调差系数由励磁调差系数控制。若励磁调差系数为零，比如退出调节器中的调差电路,则发电机的调差特性就是自然调差特性，其大小由发电机和变压器的电磁参数决定,且变压器参数起主导作用;若励磁调差系数为负,如图１－2中的直线K2所示,则发电机调差特性就是发电机的自然调差系数减励磁调差系数的差；若励磁调差系数为正,如图1－２中的直线Ｋ1所示，则发电机调差特性就是发电机的自然调差系数加励磁调差系数的和。在这里之所以有加减之别，其目的是在控制励磁调差系数大小情况下，保证发电机调差特性向下倾斜，因为只有具有正调差特性的发电机才能并联运行。对于单元接线的发电机系统来说，若发变组的自然调差率很大，励磁调差系数应选择负，以补偿无功电流在主变上的压降;若发变组的自然调差率很小，励磁调差系数应选择正.对于扩大单元接线的发电机系统来说，由于发电机的自然调差率很小，为保证数台发电机的并联运行及其无功功率的均衡分配,发电机必须具有基本一致的正调差特性，这就要求励磁调差必须为正极性。图1-3是两台发电机并入电网后，二者调差特性与无功分配关系，图中Uto是两台发电机空载额定电压，Uｓ母线电压,Ｋ1和K2是两台发电机各自的调差系数。这两台发电机并网后,调节励磁电流,其K１和K2直线平行上下移动，所对应的无功Ｑ1和Q2也随之改变，并且相互不影响.我们知道，无论励磁调节器是何种类型,其工作原理都是将反映发电机端电压Ｕt的测量电压Uc,与给定电压Ug进行比较，从而得到发电机电压偏差信号即控制电压Ｕk。对于可控硅整流器来说,Ｕk经移相器产生α角变化的脉冲,以此改变整流桥输出电压，使发电机端电压同给定电压保持一致。如果在测量电压Uc或者给定电压Ｕg上，再叠加一个反映发电机无功变化的附加量Ｕq,就能使控制电压Ｕk和α角产生变化，从而改变发电机的电压调节特性。这个附加量就是励磁调差起作用的量,也称无功补偿量,其极性直接影响励磁调差极性。一般说来,给定为正信号，测量为负信号,图1—4描述了这一过程的基本原理，虚线表示调差单元的输出电平可以有两种接入方式参与励磁调节。给定单元给定单元调差单元测量单元比较放大移相整流器发电机UkαUfUgUqUcUtQUt图1-４励磁装置调差原理图如果将调节器中调差单元接入到给定单元上，当调差单元随发电机＋Q增加而输出+Uq时，就会引起给定电压Ｕg增加，控制电压Uk增加，α角减少,最终使得发电机端电压Ut增加,此时的励磁调差就是负调差。当调差单元随+Q增加而输出—Uq时，就会引起相反的结果，此时的励磁调差就是正调差.在图1-２中，将给定电压Ug和控制电压Ｕk引入纵坐标，就能根据Uｇ=f(Ｑ）和Ｕk＝ｆ(Q）来判断励磁调差极性。如果将调节器中调差单元接入到测量单元上，当调差单元随发电机+Q增加而输出+Ｕq时,就会引起测量电压Uc减少，控制电压Uk增加,α角减少，最终使得发电机端电压Ｕt增加,此时的励磁调差就是负调差。当调差单元随＋Ｑ增加而输出－Ｕq时，就会引起相反的结果，此时的励磁调差就是正调差2。３.提高电力系统的稳定性电力系统稳定可分为功角(机电）稳定、电压稳定和频率稳定等。功角稳定包括静态稳定、动态稳定和暂态稳定。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,而且也是改善电力系统稳定的措施中,最为简单、经济而有效的措施。2.３。1．对提高静态稳定的作用以图1-５为一个单机无限大母线系统,发电机输送功率可以表示为Xd，XqXd，Xq，X’dXT1XT2XL图1—5单机无限大母线系统 ﻩ ﻩ （4－１） ﻩﻩﻩ （4-2） ﻩ ﻩﻩ (４－３）其中 ﻩﻩ设Ut=１。０，Us=1.０，发电机并网后运行人员不再手动去调整励磁，则无电压调节器时的静稳极限、有能维持Ｅ’恒定的调压器时的极限、有能维持发电机端电压恒定的调压器时的静稳极限分别为:0。４、0。7７和1.０。可见，当自动电压调节器能维持发电机电压恒定时,静态稳定极限达到线路极限，比维持E’恒定的调节器,提高静稳极限约3０％.维持发电机电压水平的要求与提高电力系统静态稳定极限的要求是一致的，是兼容的。当励磁控制系统能够维持发电机电压为恒定值时,不论是快速励磁系统，还是常规励磁系统,静态稳定极限都可以达到线路极限。２。３.２。对提高暂态稳定的作用暂态稳定是电力系统受大扰动后的稳定性。励磁控制系统的作用主要由三个因素决定。(1)励磁系统强励顶值倍数提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定.提高励磁系统强励倍数的要求，与提高调压精度并没有矛盾,是兼容的。（2）励磁系统顶值电压响应比励磁系统顶值电压响应比越大，励磁系统输出电压达到顶值的时间越短,对提高暂态稳定越有利。顶值电压响应比,主要由励磁系统的型式决定,但是,励磁控制器的控制规律和参数对电压响应比也可以有举足轻重的影响。在相同的控制规律下，增大励磁控制系统的开环增益可以提高励磁电压响应比，同时，也提高了电压调节精度。（３)励磁系统强励倍数的利用程度充分利用励磁系统强励倍数,也是发挥励磁系统改善暂态稳定作用的一个重要因素。如果电力系统发生故障时，励磁系统的输出电压达不到顶值,或者维持顶值的时间很短,在发电机电压还没有恢复到故障前的值时，就不进行强励了，那么，它的强励倍数就没有很好发挥,改善暂态稳定的效果就不好.充分利用励磁系统顶值电压的措施之一，就是提高励磁控制系统开环增益,开环增益越大，强励倍数利用越充分，调压精度也越高,也就越有利于改善电力系统暂态稳定。由此可见，提高励磁控制系统保持端电压水平的能力，与提高电力系统暂态稳定是一致的、兼容的。2.3。3.对提高动态稳定的作用电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。分析证明，励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱(甚至变负）的最重要的原因之一。在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时，将产生负的阻尼作用.许多研究表明，在正常实用的范围内,励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强.因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定的要求是不兼容的。解决这个不兼容性的办法有:电压调节通道中，增加一个动态增益衰减环节。这种方法可以达到既保持电压调节精度，又可减少电压调压通道的负阻尼作用的两个目的。但是,这个环节使励磁电压响应比减少，不利于暂态稳定,也是不可取的。在励磁控制系统中,增加附加励磁控制通道解决电压调节精度和动态稳定之间矛盾的有效措施，是在励磁控制系统中，增加其他控制信号。这种控制信号可以提供正的阻尼作用，使整个励磁控制系统提供的阻尼是正的,而使动态稳定极限的水平达到和超过咱态稳定和静态稳定的水平。这种控制信号不影响电压调节通道的电压调节功能和维持发电机端电压水平的能力，不改变其主要控制的地位］。因此，又称为附加励磁控制.电力系统稳定器即PSS是使用最广、最简单而有效的附加励磁控制.2。4。有利于电力设备的运行电力系统是由发电（发电厂）、输电（电网）和用电（配电、供电和用户)三部分组成的。电力系统的稳定性是由发电的稳定性、输电的稳定性和用电的稳定性来共同实现的，缺一不可.电力系统的稳定性不但和电网的结构、运行方式的合理安排有关,而且和发电机的控制系统的规律和参数有重要的关系。也只有电力系统的稳定性提高了,才能保证每个发电厂有更多的安全、满发的机会。把提高和保证电力系统稳定的任务看作仅仅是电网的事、与电厂无关的想法是片面的、错误的。3。励磁系统分类同步电机励磁系统的分类方法有多种.主要的方法有两种,即按同步电机励磁电源的提供方式分类和同步电机励磁电压响应速度分类两种分类方法。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:一是直流励磁机励磁系统，多用于中、小型汽轮发电机组；二是交流励磁机励磁系统，其中按功率整流是静止还是旋转的不同又可分为交流励磁机静止整流器励磁系统(有刷)和交流励磁机旋转整流器励磁系统（无刷）两种；三是静止励磁机励磁系统，其中最具代表性的是自并励励关系统。按同步电机励磁电压响应速度的不同，同步电机励磁系统可以分为常规励磁系统、快速励磁系统和高起始励磁系统.３。1.按同步电机励磁电源提供方式分类3.1．1．直流励磁机励磁系统由直流发电机(直流励磁机)提供励磁电源的励磁系统叫直流励磁机励磁系统。它主要由直流励磁机和励磁调节器组成。早期的中小容量的同步电机的励磁调节器从发电机的ＰＴ(电压互感器）和CT(电流互感器）取得电源；较大容量的同步电机的励磁调节器的电源有时经励磁变压器取自发电机端时，此时，励磁变压器也是主要组成部分(图１-6).直流励磁机主要采用由原动机拖动与主发电机同轴的拖动方式,少数（主要是备用励磁机）为由异步电动机非同轴的拖动方式.直流励磁机的励磁方式,主要有它励、自并励和自励加它励三种方式。它励方式的直流励磁机的励磁全部由励磁调节器提供；自并励方式的直流励磁机的励磁全部由直流励磁机本身提供，励磁调节的任务是通过调节与励磁绕组相串联的电阻的大小来实现的;自励加它励方式的直流励磁机的励磁，一部分由励磁调节器提供，一部分由直流励磁机本身提供。励磁调节器提供的励磁安—匝与总励磁安—匝之比称为自励系数.由于直流励磁机是与主发电机同轴旋转,对于汽轮发电机来说，速度较高，受换向器(整流子）的限制，容量不能做得太大。我国生产的、使用直流励磁机励磁系统的汽轮发电机的最大容量为12５MW.对于水轮发电机来说，速度较低，直流励磁机的容量可能做得大一些,我国生产的、使用直流励磁机励磁系统的水轮发电机的最大容量达到3０0ＭW。随着电力电子技术的发展和在电力工业中的应用,直流励磁机励磁系统,我国新投产的100MW及以上的发电机已不再使用直流励磁机励磁系统了。１－发电机定子4-灭磁电阻7-手动调节电阻2－发电机励磁绕组５—直流励磁机８-强励开关3-灭磁开关６-直流励磁机励磁绕组9-自动励磁调节器图1-6直流励磁机励磁系统原理图３。1．2。交流励磁机励磁系统由交流发电机（交流励磁机)提供励磁电源的励磁系统叫交流励磁机励磁系统。交流励磁机为50～20０Hｚ的三相交流发电机，交流励磁机的三相交流电压经三相全波桥式整流装置整流后变为直流电压,向同步发电机提供励磁。交流励磁机的拖动方式为由原动机拖动与主发电机同轴的拖动方式。交流励磁机的励磁方式绝大部分为它励方式，只有极少数采用复励（有串激绕组）方式.根据整流装置采用的整流元件的不同，交流励磁机励磁系统可分为交流励磁机不可控整流器励磁系统和交流励磁机可控整流器励磁系统。3．1.２．1。交流励磁机不可控整流器励磁系统交流励磁机不可控整流器励磁系统一般由交流励磁机、不可控整流装置、励磁调节器和交流副励磁机等组成（图１-7）.同步发电机的励磁电源是交流励磁机的输出。不可控整流装置将交流励磁机输出的三相交流电压转换成直流电压，励磁调节器根据发电机运行工况调节交流励磁机的励磁电流和输出电压,从而调节发电机的励磁,满足电力系统安全、稳定、经济运行的要求.励磁调节器从同轴副励磁机取得电源。副励磁机一般为３50~5０0Hｚ的中频永磁交流发电机。有些交流励磁机不可控整流器励磁系统的励磁调节器，不是从同轴副励磁机取得电源，而是通过励磁变压器从发电机机端取得电源,此时，励磁变压器也是主要组成部分（图1－2虚线所示）。励磁调节器的电源由同轴副励磁机供给时简称为三机系统；励磁调节器的电源通过励磁变压器由发电机供给时简称为两机系统.两机系统中励磁调节器的最大输出电压与发电机的机端电压的大小成正比。1-副励磁机2—调节器功率单元3－主励磁机励磁绕组4－主励磁机5—静止整流器6－发电机7-电压互感器8-电流互感器K—灭磁开关R－灭磁电阻图1—7交流励磁机不可控整流器励磁系统原理图当不可控整流装置为静止整流装置时,称为交流励磁机不可控静止整流器励磁系统，一般简称为交流励磁机静止整流器励磁系统。此时,交流励磁机的励磁绕组在转子上,与发电机转子及副励磁机转子同轴同速旋转.交流励磁机的电枢、不可控整流装置和励磁调节器都是静止的。交流励磁机静止整流器励磁系统中的交流励磁机和发电机都需要配滑环、炭刷。又称为有刷励磁(系统）.但是交流机本身没有换向问题,因此,其容量不受限制。但是,由于旋转部件较多，励磁系统发生故障的可能性也较多。同时,由于轴系长，轴承座较多。容易引起机组振动超标,轴系稳定问题应引起注意。当不可控整流装置采用旋转整流器时，称为交流励磁机不可控旋转整流器励磁系统,一般简称为交流励磁机旋转整流器励磁系统。此时，交流励磁机的励磁绕组在定子上,电枢绕组在转子上。励磁调节器是静止的，交流励磁机的励磁绕组也是静止的。交流励磁机的电枢绕组、副励磁机转子、不可控整流装置与发电机转子同轴同速旋转。交流励磁机和发电机都不需要配滑环、炭刷，因此，这种励磁系统又称为无刷励磁系统。三机系统和两机系统都可以是无刷励磁系统。交流励磁机不可控整流器励磁系统是目前我国电力系统中使用最多的励磁系统。3.1.2。2.交流励磁机可控整流器励磁系统交流励磁机可控整流器励磁系统由三相可控整流桥、发电机的励磁调节器、交流励磁机及其自励恒压装置（系统）组成（图1-8).同步电机的励磁电源是交流励磁机的输出。可控整流装置将交流励磁机输出的三相交流电压转换成直流电压，励磁调节器根据发电机运行工况调节可控整流器的导通角，调节可控整流装置的输出电压，从而调节发电机的励磁,满足电力系统安全、稳定、经济运行的要求.这种励磁系统也称为它励可控硅励磁系统.ＺLH—交流主励磁机自励恒压系统ＫZ——可控整流桥FLＱ-—发电机转子Ｆ--发电机定子YＨ——电压互感器LH－电流互感器图１—8交流励磁机可控正流器励磁系统原理图3.1.3.静止励磁机励磁系统静止励磁机是指从一个或多个静止电源取得功率，使用静止整流器向发电机提供直流励磁电源的励磁机.由静止励磁机向同步发电机提供励磁的励磁系统称为静止励磁机励磁系统.静止励磁机励磁系统分为电势源静止励磁机励磁系统和复合源静止励磁机励磁系统。电势源静止励磁机励磁系统又称为自并励静止励磁系统,有时也简称为机端变励磁系统或静止励磁系统。同步电机的励磁电源取自同步电机本身的机端。它主要由励磁变压器、自动励磁调节器、可控整流装置和起励装置组成（图１－9)。励磁变压器从机端取得功率并将电压降低到所要求的数值上;可控整流装置将励磁变压器二次交流电压转变成直流电压；自动励磁调节器根据发电机运行工况调节可控整流器的导通角,调节可控整流装置的输出电压，从而调节发电机的励磁，满足电力系统安全、稳定、经济运行的要求；起励装置给同步电机一定数量(通常为同步电机空载额定励磁电流的10~30％)的初始励磁，以建立整个系统正常工作所需的最低机端电压，初始励磁一旦建立起来，起励装置就将自动退出工作.自并励静止励磁系统的主要优点是：无旋转部件,结构简单，轴系短，稳定性好;励磁变压器的二次电压和容量可以根据电力系统稳定的要求而单独设计。响应速度快，调节性能好，有利于提高电力系统的静态稳定性和暂态稳定性.美国GE公司生产的称为GＥＮEＲRＥX－PSＳ的励磁系统在我国也有应用。其接线图如图1－９所示.这是一个性能上介于自并励静止励磁系统和它励可控硅励磁系统之间的励磁系统。发电机的励磁功率由定子绕组槽内的三根附加线棒（称为P线棒）提供的。三根P线棒分别放置在定子上相互为120°空间几何角度的三个槽内,组成的线圈切割气隙磁通，产生基频电势。基频电势被接到励磁变压器的一次侧。励磁变压器的二次电压接到可控整流装置，整流后向发电机提高励磁。复合源静止励磁机励磁系统又称为自复励静止励磁系统，它采用电压源整流变压器和电流源整流变压器两种整流变压器。复合源静止励磁机励磁系统主要有三种形式整流器直流侧两个电源串联、电压相加;整流器交流侧两个电源并联、电流相加；整流器交流侧两个电源串联、电压相加.KZ－可控整流桥FLQ-发电机转子Ｆ—发电机定子YH-电压互感器ＬH—电流互感器LB－励磁变压器图1—9自并励静止励磁系统３。2。按同步电机励磁电压响应速度的不同分类3.2．1．常规励磁系统常规励磁系统是指励磁机时间常数在0．5s左右及大于0。５s的励磁系统.直流励磁机励磁系统，无特殊措施的交流励磁机不可控整流器励磁系统都属于常规励磁系统。3．2．2.快速励磁系统快速励磁系统是指励磁机时间常数小于０。05ｓ的励磁系统。交流励磁机可控整流器励磁系统,静止励磁机励磁系统都属于快速励磁系统。３．2。3.高起始励磁系统高起始励磁系统是指发电机机端电压从1０0％下降到80%时，励磁系统达到顶值电压与额定负载时同步电机磁场电压之差的95％所需时间等于或小于0。1s的励磁系统。这种励磁系统主要是指采用了特殊措施的交流励磁机不可控整流器励磁系统。所采用的措施主要为加大副励磁机容量和增加发电机磁场电压（或交流励磁机励磁电流）硬负反馈。直流励磁机励磁系统在采用相应措施后也可达到或接近高起始励磁系统。4。对励磁系统和励磁控制系统的基本要求励磁系统和励磁控制系统的含义不同。励磁系统是“提供电机磁场电流的装置,包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置以及保护装置”，而励磁控制系统则是包括所有调节与控制元件和控制对象（同步电机）的反馈控制系统，不包括那些不参与调节与控制的元件如灭磁装置等。励磁系统的国家标准GB/T7409.1～７409.3-1997“同步电机励磁系统”对励磁系统的基本性能做出了规定，主要有1当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1。1倍时，励磁系统应保证能连续运行。2励磁顶值电压应根据电网情况与发电机在电网中的地位确定，但必须:励磁系统顶值电压的倍数:a．100ＭW及以上汽轮发电机不低于1。8倍；b．５0ＭＷ及以上水轮发电机不低于２．0倍;c．其他不低于1。6倍。3对于用电势源静止励磁机的系统，其励磁顶值电压倍数应按发电机端正序电压为额定值80%时计算。4励磁系统允许强励时间应不小于10s。5励磁系统标称响应5０ＭＷ及以上水轮发电机和100ＭW及以上的汽轮发电机励磁系统的标称响应不低于２单位／秒;其他不低于1单位/秒。6自动电压调节器应保证能在发电机空载额定电压的70％～１1０％范围内进行稳定、平滑地调节。7励磁系统的手动控制单元，应保证同步发电机磁场电压能在空载磁场电压的２0％到额定磁场电压的1１0%范围内稳定地平滑调节。8同步发电机在空载运行状态下，自动电压调节器和手动控制单元的给定电压变化速度每秒不大于发电机额定电压的1％,不小于０。3％。9励磁系统应保证同步发电机端电压调差率（无功电流补偿率):半导体型士１0%电磁型土5%１0励磁系统应保证同步发电机端电压静差率：半导体型士1%电磁型土3％11励磁系统应保证在发电机空载运行状态下，频率变化1％时,端电压变化率：半导体型士0。25％电磁型士２％12在空载额定电压情况下,当发电机给定阶跃为土１0％时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的５0％，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s。13当同步发电机突然零起升压时,自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的1５％,电压摆动次数不超过3次，调节时间应不超过1０s。14自动电压调节器按用户要求可以全部或部分装设以下附加功能：a．远方或就地给定装置;b.电压互感器断线保护；c。负载电流（无功或有功）补偿；ｄ.过励限制;e．欠励限制；f．伏赫比(Ｖ/Hz）限制；g．电力系统稳定器(ＰＳＳ）；h．过励磁保护；i。其他附加功能。１5当磁场电流小于1。１倍额定值时，磁场绕组两端所加的整流电压最大瞬时值不应大于规定的磁场绕组出厂试验电压幅值的30％。16同步发电机磁场回路使用功率整流器的励磁系统应装设转子过电压保护，并在运行中可能发生有害过电压情况下可靠地动作。无刷励磁系统叮以不加装转子过电压保护装置.１7励磁系统应有自动灭磁功能.18使用功率整流器的励磁系统中的功率整流器，其并支路数等于或大于４，而有1/4支路退出运行时,应保证包括强励在内的所有运行工况所需的励磁电流,其1/２支路退出运行及并联支路数小于4,而有一条支路退出运行时，应保证同步发电机额定工况连续运行所需励磁电流。1９静止励磁系统应能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。20励磁系统中设有必要的信号及保护装置，以防止和监视励磁系统各种故障扩大。２1励磁系统控制柜的噪声应不大于８0db(A）。２2励磁系统平均强迫切除率应不大于0.2％。5电力系统稳定器的原理与实践由于电力系统的发展、互联电力系统的出现和扩大、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用,国内外不少电力系统出现了低频功率振荡，严重影响电力系统的安全稳定运行，成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。自上世纪5０年代末开始，国外就对低频振荡问题和应采取的措施进行了研究并在实际电力系统中得到了应用。上世纪60年代,北美电力系统发生了功率振荡，他们称为低频振荡。其后，在西欧、日本也多次发生输电线功率低频振荡的事例,于是引起了各国对低频振荡问题的普遍重视。为了抑制低频振荡，研制了以发电机功率、发电机组的轴速度、发电机机端电压频率为信号的附加励磁控制装置，他们称为电力系统稳定器，即PSS,并在系统中得到广泛的应用。美国第一台抑制低频振荡用的电力系统稳定器（PSＳ）与1966年投入工业试验。由于电力系统稳定器具有物理概念清楚、参数易于选择、电路简单、调试方便等优点，已为各国电力系统普遍接受和采用。在我国,从20世纪70年代末开始，对PＳS进行了理论的和实验室的试验研究。1982年,我国自行设计和制造的带电力系统稳定器的自动励磁调节器在湖南凤滩水电厂投入工业运行。1９８３年10月，在湖南电力系统进行了PＳS阻尼电力系统低频战地的系统试验，并取得了圆满成功.最近,中国电力科学研究院又开发了“双输入信号的加速功率型”电力系统稳定器,在三峡电厂７00ＭＷ发电机试验成功，并投入运行.为解决全国联网后出现的０。１5Hz左右的低频振荡的阻尼作出了贡献。第二章HＷLT-4型微机励磁装置研究１。HWLT－4型微机励磁系统概述平东热电厂#６、７发电机主要铭牌参数见表2—１，励磁系统采用自并励静止可控硅励磁方式。整流电路即功率柜为可控硅三相全控桥电路，且两柜并联.全部调节器采用哈尔滨电机厂生产的ＨWLT-4型微机励磁控制器。灭磁电阻使用非线性电阻(氧化锌和炭化硅电阻),其灭磁方式为灭磁开关配合非线性电阻灭磁，发电机转子过压保护也是用非线性电阻来吸收。表2-2是励磁励磁变配置表,表２—3是励磁调节器配置表，表2-4是功率柜配置表，表2—5是灭磁系统配置表。型号ＱＦSＮ3－210—２氢气含氧量≤１％额定容量２47ＭVA漏氢量≤８.5m3／d额定有功２10MW氢气湿度≤4g/m３最大连续输出功率220MW氢气入口温度（冷风）35~46℃额定电压157５0V氢冷却器进口水温20～33℃额定定子电流９0５6A氢冷却器额定入口压力0．2MPa功率因数0．85氢冷却器最大入口压力0．25MPa额定励磁电压4２2V一台氢冷却器冷却水流量125m3额定励磁电流１76８A氢冷器数量4台相数3轴承进油压力0．0５—0.1MＰa空载励磁电压1４6V油密封进油压力0。3５±0.01ＭPa空载励磁电流636A氢油压差(油压高于氢压）0。05±０.01MPａ转速3０0０rpｍ轴承和密封进油温度45±２ＭＰａ极数2轴承出油温度≤６5℃频率5０Hz定子绕组内冷水参数进水温度４０~50℃效率98。７6%（计算值)温升≤３5℃定子接线YY进水压力０．2ＭPa定子出线数6最大允许进水压力0。25MPa定子绝缘等级F级流量35±3m３／h转子绝缘等级F级铜化合物最大允许含量≤１00mg/L额定氢气压力0．３±０。02MPa２0℃时的电导率0。５～1。5μs/cm氢气纯度98%20℃时的硬度<２ug/L最小氢气纯度95％20℃时的PＨ值7~８含氨(NH３)微量2-1发电机设备规范型号ＺSCB9—２50０/１5.7５额定电流９1．6/173９A相数3联结组别Yd11额定容量２5００ＫVA额定频率50Hｚ电压25750+/-２×2.5％／８30V制造商海南金盘电气有限公司2－2励磁变设备规范型号HWＬＴ-4电压调节精度优于０．５%强励顶值电流3536Ａ自动电压调整范围3０—1１0%强励持续时间〉２０ｓ手动电压调整范围2０-110%2－3励磁调节器设备规范整流柜型号制造厂家串联元件并联元件通风结构保护功能ＨＴR－11B3DD哈尔滨电机厂2只5只单柜抽风较全2—4励磁整流柜配置表灭磁开关型号制造厂家灭磁方式过压保护方式DM４-1６00立新开关厂双断口+ZnO跨接器+ＺnＯ２-5灭磁开关配置表2。功率柜原理本电厂励磁整流柜即功率柜,全部采用可控硅三相全控桥电路，其接线特点是六个桥臂元件全都采用可控硅管，共阴极组的可控硅元件及共阳极组的可控硅元件都要靠触发换流。它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。正是因为有逆变状态,励磁装置在正常停机灭磁时，就不需要跳灭磁开关,可以大大减轻了灭磁装置的工作负担。三相全控桥整流电路原理接线见图2－6这里，六个可控硅按+A、-C、+B、—A、＋Ｃ、-Ｂ顺序轮流配对导通,在一个３６0度周期内,每个可控硅导通120度。KＲD是快速熔断器，起保护可控硅的作用.RC是可控硅阻容保护，主要吸收可控硅换相时的过电压，可限制可控硅两端的电压上升率,有效防止误导通。运行实践表明,RC对励磁系统过电压毛刺的影响最大，选择合理的参数非常重要。ＹＧK表示三相电源刀闸或电动开关，由于功率柜都是先切脉冲后跳开关，再加上使用电动开关后的维护工作量较大,现在一般都使用刀闸.ZDK表示直流输出刀闸。其原因一方面我国励磁规程讲究功率柜故障后的退柜运行，另一方面是国产功率柜的质量较差,故障率较高。FＬ和A表示检测电流的分流器和直流电流表,所谓分流器就是一个大电流低阻值的分流电阻，当规定的额定电流通过时，它产生7５毫伏的电压，该电压驱动相应的电压表满量程。图2—６大功率柜的原理接线,它没有装设电抗器。电抗器的作用主要是限制通过可控硅的电流上升率,可降低可控硅的换流过电压。另外，在多个功率柜并联的情况下,电抗器还可改善功率柜的均流，即让每个功率柜的输出尽量保持一样。正是由于大功率柜没有使用电抗器,其均流情况不好,且可控硅的RC阻容负担较重,电阻功率过载，温度很高.基于这种分析，大功率柜阻容保护的参数要不同于常规设计，要满足安全、合理、有效的要求，大功率柜阻容参数的试验和改造,也在探讨功率柜采用集中式过电压保护的技术问题。在图２-6整流输出电压Uｄ(平均电压）同阳极电压Uy(线电压有效值)和控制角α的关系式:Ud＝1。35ＵyＣOSα,这里的α范围一般是20～１20度。整流电流的平均值Ｉd同阳极线电流有效值Iy的关系式：Iｙ=0.817Ｉd。值得注意的是，电流关系的这种表达式，只在全控桥外接大电感和大电容负载情况下存立，比如发电机转子负载。对于全控桥带电阻负载，电流表达式还与α有关系。功率柜的冷却方式都是强迫风冷,采用专用风道将热风吸出来并排向厂房外，冷却效果好且非常方便功率柜的除尘，其缺点是将厂房内的空气排向厂房外，使整个厂房内的空调效果变差；功率柜采用盘顶风机,单独的冷却效果并不好,但同盘后冷风机结合后,冷却效果好；FLFLUyKRD1KRD3KRD5UZDKIdKRDKRD6KRD2YGK图2－6全控整流桥原理接线图３。灭磁回路由于励磁装置的灭磁主要考虑的是安全、快速的吸收转子能量,因而灭磁方式的分类是按吸收能量的器件来划分的.值得说明的是,尽管在目前的灭磁回路也有DM4型灭磁开关，但是其作用不同于开关灭磁中的DM2，它不能单独灭磁，只有配合非线性电阻放电灭磁才能保证安全。对于不同的灭磁开关,一般按照是否吸收能量，以及灭弧栅结构来分类:耗能型:一般采用短弧原理灭弧栅，如DM2型灭磁开关。移能型:采用长弧原理灭弧栅，如DＭ４型灭磁开关.采用短弧原理灭弧栅，如ＤMX型灭磁开关。本厂励磁装置主要采用DM４型灭磁开关转移能量，ZnO非线性电阻吸收能量的方式灭磁。励磁装置回路设备较多，按功能划分,主要有四类:一是灭磁设备，包括灭磁开关,灭磁电阻等，在发电机转子一次回路主接线原理图2—7中，是FＭK、ZP、Rf、ZTＣ和RZ；二是转子过电压保护设备，包括跨接器，非线性电阻等，如图２-7中的RD1、ＲD２、Rf1和Rf2；三是起励设备,包括起励接触器、起励二极管等，如图2-７中的QLC、Z；四是转子回路测量设备，包括分流器、电流表、保险器、电压表等，如图１－11中的FL、Ａ、RD+、RD—、Ｖ。在图2—7中,当发电机发生电气事故需要快速灭磁时，灭磁开关在继电保护的作用下，迅速断开发电机磁场回路,并使转子两端产生较高的反电势。在此反电势作用下，高能氧化锌阀片开通并转移转子储存的磁场能量，使发电机快速灭磁。正常运行情况下，若发电机转子出现异常过电压时,并联于转子回路的非线性电阻动作，吸收转子的过电压，从而避免转子遭受过电压的侵害。图2-7中各设备的主要作用如下:ZKZK２—7发电机转子一次回路主接线原理图FMK：发电机灭磁开关.在发电机事故状态下断开发电机转子回路，使发电机转子产生一定反向电压，使非线性电阻阀片导通,并以此吸收发电机转子能量.Ｒf、ZP:发电机灭磁电阻和正向阻断二级管。Ｒf是ZｎＯ非线性电阻，起限制转子电压和吸收转子磁场能量作用；ZP的作用是降低Rf在正常运行时的正向电压,即降低Rｆ的正向荷电率，延缓Rf的老化过程.Ｒｆ１、Rf2：发电机转子过电压保护电阻,也是氧化锌非线性电阻，其作用是吸收转子异常尖峰过压，保护转子免遭过电压侵害。它们各自串有一只反时限熔断器,其目的是防止氧化锌非线性电阻在运行中因性能劣化而出现短路情况.ZTC、Rz：发电机转子保护电阻装置,在发电机跳FMK灭磁后期投入，消除转子剩余能量,主要是阻尼绕组的能量.QLC、Z：发电机起励装置。其作用是给发电机提供初始起励电流,即给发电机充磁，以保证励磁装置正常工作。FL、Ａ、RD＋、RD-、V:发电机励磁电流电压测量装置,ＦL为直流电流分流器。第三章励磁大功率整流装置1.励磁大功率柜概述励磁大功率整流装置,简称大功率柜，是指采用直径为4英寸的可控硅元件组成的三相全控桥整流装置。哈尔滨电机厂生产的HTR—11B３DD大功率柜后，共2个屏,可控硅12只。考虑到大功率柜冷却通风特点，大功率柜仿２0F、21Ｆ进口励磁功率柜的通风系统,采用专门风道和风机柜，使用两台离心式风机，一台运行,一台备用，运行情况较好.但是,由于国产功率柜要考虑功率柜退柜运行方式,其庞大的输入和输出刀闸影响到柜体结构和密封的设计,使其防尘滤网作用甚小。2.励磁大功柜的技术特点是HTR—11B3DD整流装置所引进美国ＧＥ公司技术生产的KPX1６５０A/420０Ｖ大功率晶闸管,其主要技术参数见表３－1。参数名称符号技术指标测试条件通态平均电流IT1650ATj＝70℃断态和反向重复峰值电压VDＲM/ＶＲRM4200ＶTｊ＝－40℃～+１２5℃断态和反向峰值电流IDRM/IRRM10／150ｍATj＝25℃/1２5℃门极开路浪涌电流ITM２6KA／ms8。３mｓ通态峰值压降VＴM1．８５Ｖ2ＫAＴj=125℃断态电压临界上升率dｖ/dt1００0V/μｓTj＝125℃门极开路通态电流临界上升率di/ｄt１00A/μsTｊ＝125℃门极开路表3－１可控硅是晶闸管的俗称，有三个极，它们是阳极Ａ,阴极K和控制极G。可控硅导通的条件是:在可控硅加正向电压即Ａ极电位高于K极电位的同时，再在控制极加正向脉冲即G极电位高于K极电位.可控硅具有单向导电特性,电流只能从A极流向K极，且可控硅一旦导通，其触发脉冲就失去作用。可控硅关断的条件是:在可控硅两端加反向电压即A极电位低于Ｋ极电位即可。由此可见，可控硅是一种只能控制开通而不能控制其关断的半导体器件。3。励磁大功率柜过电压保护励磁大功率柜过电压保护原理接线见图３—2,它采取了两种过电压保护技术：第一,在阳极电源回路装设压敏电阻，利用压敏电阻的非线性特性,吸收交流过电压毛刺。压敏电阻也是氧化锌非线性电阻,但是,它不同于灭磁用的氧化锌非线性电阻阀片，其特点是电压场强高，能量小。压敏电阻的技术指标是10mA压敏电压和浪涌电流。励磁大功率柜选择YＭ的压敏电压一般为2500至3000伏,浪涌电流1０～２0KＡ。为防止压敏电阻击穿短路，在回路中还串联保险ＲD。第二,在可控硅两端并联阻容吸收器,利用电容两端的电压不能突变的特性，限制可控硅两端的过电压及其上升率,其电阻限制电容的充放电电流,保证电容安全正常运行.大功率柜阻容的设计值：电容１微法/1４00VAC,电阻３０欧姆／60Ｗ。大功率柜阻容安装在可控硅的冷却风道中。第四章发电机灭磁及转子过电压保护１．发电机灭磁及转子过电压保护概述同步发电机安全可靠的灭磁,是一个不仅关系到励磁系统本身安全,而且直接关系到整个电力系统安全运行的大问题。发电机转子过电压保护，不仅只是动作发信号,更重要的是采取有效措施来限制过电压,以保护发电机转子绝缘和励磁装置的安全运行。灭磁和过电压保护有如下三种方式,这三种方式也是同时期励磁装置灭磁及转子过电压保护的主要类型。ａ：灭磁开关灭磁，即采用具有灭弧栅片的DM２型灭磁开关灭磁，采用可控硅跨接器限制转子过电压，跨接器的放电电阻为线性电阻。ｂ：线性电阻灭磁,即将二极管串联线性电阻后并联在转子两端，利用一个恒值电阻的放电来灭磁。此间，没有装设发电机转子过电压保护。c:非线性电阻灭磁，即采用DM4灭磁开关配合氧化锌非线性电阻灭磁,采用可控硅跨接器限制转子过电压，跨接器的放电电阻也是氧化锌非线性电阻。上述三种灭磁类型，若按磁场能量的消耗方式而言,磁场能量主要消耗在灭磁开关中的称为耗能型(如DM２型灭磁开关)。而在线性或非线性电阻灭磁系统中，由于灭磁开关并不承担或不全部承担耗能任务,仅仅起到断开磁场回路使转子建立较高的反电势的作用，转子磁场的能量主要消耗在线性或非线性电阻中。此种方式称为非耗能型或转移型灭磁系统.耗能型灭磁系统的灭磁原理：利用ＤM2开关断开时产生的弧电流，将转子能量消耗在灭弧室的灭弧栅中，即转子的磁场能量转换成热能而消耗掉。转移型灭磁系统的灭磁原理：利用灭磁开关断开励磁绕组时产生的高压反电势,击穿非线性灭磁电阻，将励磁电流转移到灭磁电阻中，并通过热能转换而灭磁.目前的发展趋势是：一方面非耗能型的非线性电阻灭磁系统得到越来越广泛的应用,但线性恒值电阻灭磁系统仍有一定市场。另一方面是耗能型的灭弧栅式灭磁系统亦得到重视,特别是中小型机组。在这方面，东欧国家应用的较普遍，技术上也较为成熟，我国在沿用这项技术方面亦取得了优异的成绩。但此种灭磁方式正在受到非线性灭磁系统的挑战.2．发电机灭磁的基本原理衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时间短，灭磁电压不能超过转子允许电压值。最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定,只有这样,灭磁电流才能按线性方式衰减,其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理想灭磁系统。灭磁开关利用灭弧栅的短弧原理灭磁，灭磁效果非常接近理想灭磁的目标.而线性电阻灭磁利用一个恒值电阻放电灭磁，灭磁电压不可控,灭磁时间很长,因而灭磁效果最差，但很安全。实现理想灭磁的基本条件是：灭磁电压Ufm保持不变,灭磁电流ifｍ直线衰减,这就要求在一个大电感回路中，其灭磁电阻Rｍ应具有随电流ifｍ而变化的非线性特性。只有这样才能保证ifmRm＝Ｕfｍ=常数.多种试验表明，金属电极间形成的短弧电阻具有满足这一要求的非线性特性,这是灭弧栅灭磁系统之所以接近于理想灭磁的基本条件.经验测试证明，当金属电极间距离在3-6mm之间时，电流由几安~2。4×103安范围内时，所产生的电弧电压降接近恒等于３0Ｖ左右。由于弧压降为一常数30V，则当电流变化时,Ｒm将随电流的变化而变化。图４-1中Ufm1和ifｍ１是灭弧栅灭磁的灭磁特性曲线。如果Ｒｍ是一个恒定值，则灭磁时电压就会因电流的变化而变化,图４-1中Ｕfm2和ifm2R就是线性电阻灭磁的灭磁特性曲线。值得注意的是采用线性电阻灭磁的时间将比理想灭磁时间长很多,而图4—1没有体现这一特征.３。双断口灭磁开关简介ＤM4－１60０/8-2和DＭ４—2５00／8—2灭磁开关，具有双断口联动分合闸及单断口分合闸功能,分断速度快，最高分闸速度可达到10~20mｓ,双断口分闸异步小于１5ms。其主要技术参数见表4—1。参数＼型号ＤM4—2500/０８—2DM４-1600/０８—2DＭX—300０ＤC额定电压(V）８0080０1000DC额定电流(A)2500160０3０００AC耐压电压(V)50005０0０５0０0DC分断电流（Ａ）７5004８0０8０00建压能力(V)〉150０〉1500>3６00机械寿命（次)５0０05000110０电寿命(次)4004０0250（免维护）触头开距(ｍm)＞26>26触头压力(N）２06±２5206±２5重量（kg）１２5115合闸电源DC220V＜４０ADＣ220Ｖ<40ADＣ２20V〈1０Ａ分闸电源DC220V<０.8ADC220V<0。8ADC220Ｖ合闸时间<100ms〈100ms合闸时间同步性＜20ms〈20ms分闸时间<100ms＜100ms２４ms（固有分闸时间）分闸时间同步性〈15ms<15ms〈1ms表4-1DM４灭磁开关技术参数一览表DＭ4灭磁开关的整体结构较为简单，检修维护方便。由于开关的各种配合尺寸及各部间隙是在制造过程中给予控制的，除个别参数需在现场调试外，其余配合关系无需检修人员调整。又由于该开关具有双极联动及单极分断功能,因此开关的分断非常可靠.运行情况表明,ＤM4开关出现拒动的可能性很小,这一点非常适合作为灭磁开关.然而，DM４开关是一种低压直流开关改进产品，运行情况并不是十全十美。近几年，一种新型双断口灭磁开关DＭX研制成功，并投入应用。DMX灭磁开关主要技术参数见表４—1.DMX灭磁开关与DM4灭磁开关的最大区别：DＭ4采用长弧原理灭弧栅，即灭弧罩中灭弧栅采用绝缘材料，弧电流在灭弧罩中形成一根长弧,弧越长其弧压就越大,虽然每厘米的弧压为７1Ｖ～77V，但不确定的因数很多,它还与电流大小、分断速度、燃弧时间等有关。ＤMX采用短弧原理灭弧栅，即灭弧罩中灭弧栅采用金属材料,弧电流在灭弧罩中被一系列金属分断成短弧，每两片金属间的弧压为32V～3５V,且稳定,这样灭磁开关断口弧压就等于灭弧栅金属片数量乘3２V～35V，弧压稳定，重复性好。试验证明,开断电流从50Ａ上升到８００0A，弧压基本不变，同非线性电阻配合灭磁,均能良好换流移能。灭磁开关配合非线性电阻灭磁的最关键技术指标是分断速度快,弧压高。４。FMＢ3２型灭磁及转子过电压保护装置本厂采用FMB32型灭磁及转子过电压保护装置，该装置由合肥凯立电子公司生产。在正常励磁时，FMK合闸,励磁电流经ＦＭK送入发电机转子，此时,励磁电压一般在５00以下,非线性电阻FR２和FR4都只有较小的漏电流，相当于开路状态.FR１和FR3因Ｄ１、D2和KPT的阻断也相当于开路。当外来高压侵入励磁回路时，正向过电压由ＦR2和FＲ4共同吸收过压能量，其中FＲ4吸收频率很高，幅值约为170０V的过压毛刺，ＦＲ２吸收幅值约为２400V的过压毛刺.对于超过240０V的过压毛刺,则由触发器CF触发可控硅KPT，使FR3投入工作，将过压限制在24５0V内。反向过电压由FＲ1和FＲ4共同吸收,FR4依然吸收高频过压毛刺，灭磁电阻FＲ1将过压限制在１250Ｖ内。在FMK跳闸灭磁时,其ＤＭ４双断口同时断开,触头拉弧并将电弧吹入灭弧罩，电弧在FMK双断口形成电弧电压，与此同时,转子两端产生反向励磁电压,当这一电压大于FR1的残压１２５０V时，励磁电流流经ＦR1，FＭK双断口电弧熄灭，转子能量转移到灭磁电阻FR１上。由于FR１有良好的恒压耗能特性，因而缩短了灭磁时间,大大减轻了事故危害。当发电机非全相及大滑差异步运行时,定子负序电流产生的反转磁场以两倍转速切割转子绕组,产生很强的转子过电压。此时，FR3阀片投入运行,将绕组两端的电压限制在安全范围内,确保发电机转子始终有电流通过.该电流在转子绕组中产生相反磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场,从而可靠的保护转子和滑环不致于烧坏。FＭＢ3２型灭磁及过电压保护装置器件配置情况见表4-3.功能名称组件名称组件编号组件规格灭磁电阻阀片FR11—2F：3串６4并共192片,4.0MJ,Ｕ残＝1250Ｖ3—6F：3串4８并共144片,2。8８MJ，U残＝125０Ｖ二极管Ｄ13200V/1０0０Ａ1－2F：Ｕ1mA=3１25V过压保护阀片ＦR2３-６F：U10mA/U残=163０V/24４5VU10mA/U残=16６0Ｖ/2４90V非全相保护阀片FR3Ｕ１０ｍA/Ｕ残＝1６6０V/24９0V二极管Ｄ2320０V/1000Ａ可控硅ＫPT3200V/１0０0A触发器ＣF2500V／0。25Ａ电阻R1/Ｒ54。2K10０W／15K1００Ｗ尖峰吸收器压敏电阻FＲ5U1mA=400V阀片FＲ4U10mA/U残=1133V/1７0０V电阻R2０．1K/100W电容Ｃ２０uf/6３0Ｖ表４—2ＦMB32型灭磁及转子过电压保护装置组件配置值得注意的是，在FMB3２型灭磁及转子过电压保护装置中,FＲ２、FR3、FＲ4的能量都较小，这就大大限制了其过电压保护能力。另外，由于FＲ４长期受到过电压尖峰冲击，其漏电流增加较快,也影响了过电压保护装置的寿命.第五章HＷLＴ—4型微机励磁调节器1．励磁调节器原理励磁调节器也称为自动电压调整器，是一个对发电机端电压进行调节，输出可控硅移相脉冲的自动化装置。常规调节器一般有两个调节通道，一个控制发电机端电压，另一个控制发电机转子电流,前者称为自动即恒电压闭环运行，后者称为手动即恒电流闭环运行。自动通道由电压测量单元、电压给定单元以及反应二者偏差的放大单元组成，是励磁调节器的主要工作通道，它通过PT和ＣＴ测量发电机定子电压和电流，以便完成电压控制、无功分配以及各种调节限制功能.手动通道由电流测量单元、电流给定单元以及反应二者偏差的放大单元组成,维持励磁电流的正常运行，是励磁调节器的备用和试验通道。它一般都是通过可控硅阳极CT间接的测量励磁电流，因为二者之间有固定的比例关系。这两个通道经过手自动切换电路，输出一个控制电压Uｋ。在常规调节器中，电压或电流给定就是通过增减磁命令来调整电动电位器位置，如果所测量的电压或电流值不同于给定值,调节器就对这个偏差进行PＩD处理，从而产生相应的控制电压，这个过程就是调节器的调节原理。对于大量采用静止可控硅整流电路的励磁装置来说,励磁调节器仅能输出控制电压是远远不够的,它还要将这个控制电压变成移相脉冲，完成这一功能的就是移相器。而这一点，正是励磁调节器特别之处。移相器的多少同可控硅电路有关，三相全控桥有6个可控硅，需要６个移相器,三相半控桥有3个可控硅,则需要3个移相器,如图5-１所示。一般来说,不同支臂的可控硅都必须有自己专用的移相器。移相器的工作原理有许多，最常用的是余弦移相.所谓余弦移相，从理论上讲,控制角α等于控制电压百分数的反余弦值。从实际电路来说，将直流控制电压同交流同步电压叠加，其合成电压的过零点就发生变化，再利用这个变化的点所产生脉冲就是随控制电压大小变化的移相脉冲，这就是余弦移相器的工作原理。从这里可见，移相器必须要输入两个量才能有效的工作，一个是控制电压，另一个是同步电压。正因为如此,同步电压是励磁调节器最重要的输入信号。一旦同步电压消失，移相脉冲也就消失，这会造成运行中的励磁装置无输出,发电机失磁.那么，什么是同步电压呢？所谓同步电压就是指加在可控硅两端的正向电压。我们知道，可控硅具有单向导电特性,只有在可控硅阳极A的电位比阴极K的电位高即正向电压时,移相脉冲才起控制作用，可控硅才能导通。若可控硅两端电压反向，即使有触发脉冲，可控硅也不导通。由于整流电路中的可控硅两端都是交流电压,而这个交流电压就是移相器的同步电压,移相器要在同步电压中找出有用的半个周期,并只在这有用的半个周期内输出移相脉冲.由于移相器输出的移相脉冲,是一个弱电信号，不能直接接入可控硅的控制极G，故一般要利用脉冲变压器进行信号的传递。脉冲变也是励磁装置的重要器件，它的主要作用是隔离，其次是改善触发脉冲的质量.2。ＨWLT－4型微机励磁调节器简介HWＬT—4型微机励磁调节器是由双微机通道和一独立模拟通道(Ａ／ＦCＲ)构成,可与各种类型可控硅全控桥整流屏配合，适用于旋转（三机、两机及无刷等）和静止的各种励磁系统..基本工作原理通过测量发电机三相定子电压和定子电流以及整流桥的阳极交流电流，并计算出发电机端电压Ｕt、有功功率Ｐ、无功功率Ｑ以及励磁电流Iｆ的当前值，同时测量可控硅同步电压并计算机组当前频率值。将上述当前值与给定值进行比较，再按最优励磁控制的原理计算出可控硅控制角α,其算法为：Δα=－Ｄ[ＫｐΔP＋KωΔω＋KVΔVt]式中:D—转换系数可控硅控制角α＝α０＋Δαα0是上一个计算周期的控制角,可按式:α0（K）=α0（K－1)＋KＩΔVt（K）计算。数字移相触发器则把控制角α折算成对应的延时t,再折算成对应的计数脉冲个数:N=ｔ/Tｃ＝(α/３６0)Ｔfc式中:T—阳极电压周期；TＣ—计数脉冲周期；fc-计数脉冲频率。在自然换流点，同步方波引起中断,作为计时起点。CPU响应中断后将N送入计数器,时间一到立即输出相应的触发脉冲。微机输出六路双窄脉冲(脉宽0.８ms可调），经前置放大和切换电路送到脉冲放大部分，再经过脉冲变将新的控制角送到可控