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文档简介
发电机励磁系统课件金志宏励磁系统的任务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;控制并列运行各发电机间无功功率分配;提高发电机并列运行的静态稳定性;提高发电机并列运行的暂态稳定性;在发电机内部出现故障时,进行灭磁,以减小故障损失程度;根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。励磁系统应满组以下要求(一)对功能方面的要求应具备能稳定和调节机端电压的功能应具备能合理分配或转移机组间的无功功率的功能能迅速反映本系统故障,并有必要的励磁限制,灭磁及自我保护功能能迅速反应电力系统故障,具备强励等控制功能,以提高电力系统稳定性和改善电力系统运行条件(二)对性能方面要求1具有足够的调节容量,以满组各种运行工况要求2具有足够的励磁顶值电压,励磁顶值电流及电压上升速度励磁顶值电压,励磁顶值电流是指励磁功率单元在强行励磁时,可能提供的最高输出电压和电流值,该值与额定工况下的励磁电压励磁电流之比为强励倍数;将强励动作后励磁电压在最初0.5S内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。运行要求励磁系统应有较高的强励倍数和快速的响应能力3运行稳定,调节平滑及有足够的电压调节精度4反应灵敏迅速,时间常数小,无失灵区运行可靠,维护方便励磁系统的组成与分类自动电压调节器AVR、ECR/FCR(励磁调节器)励磁电源(励磁机、励磁变压器)整流器(AC/DC变换,SCR、二极管)灭磁与转子过电压保护 按励磁电源分类:直流励磁机励磁系统交流励磁机励磁系统自并励励磁系统按响应速度分类:慢速励磁系统快速励磁系统高起始励磁系统
交流励磁机系统(三机它励)组成:交流主励磁机(ACL)和交流副励磁机(ACFL)都与发电机同轴。副励磁机是自励式的,其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的,亦称三机它励励磁系统。
优点:它励,励磁电源不受系统电源的影响缺点:调节速度慢,轴系长度长,易引发轴系振荡同轴交流励磁机系统(二机它励)组成:交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流;AVR控制可控硅的触发角,调整其输出电流,亦称为两机它励励磁系统。励磁系统没有副励磁机,交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得,自动励磁调节器控制可控硅砖触发角,以调节交流励磁机励磁电流,交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子,亦称为两机一变励磁系统。
优点:取消副励磁机,轴系长度缩短;缺点:调节速度慢同轴自励系统(并励、复励)自并励励磁系统组成:励磁变压器、大功率可控硅整流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、自动电压调节器优点:结构简单、响应速度快缺点:强励时系统电压变化复杂交流侧串联自复激励磁系统励磁电压变压器ZB(并联变)的副方电压与励磁电流变压器GLH(串联变)的副方电压相联(相量相加),然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载情况变化时,例如电流增大或功率数降低,则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大,故这种励磁方式具有相复励作用。静止无刷励磁系统
组成:主励磁机(ACL)电枢是旋转的,它发出的三相交流电经旋转的二极管整流桥整流后直接送发电机转子回路。无刷励磁系统中的副励磁机(PMG)是一个永磁式中频发电机,它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的,即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件,提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高,不能采用传统的灭磁装置进行灭磁,转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题旋转
励磁调节器原理图
移相触发器原理:Ut+Uk=触发脉冲
模拟式移相电路:余弦移相、锯齿波移相
AVR(自动)恒电压闭环自动电压调节器
ECR(手动)恒电流闭环励磁电流调节器电压给定Ugref电流给定IfrefPID调节计算限制功能控制电压Uk恒无功闭环:AVR的辅助控制1、优点: 自并励磁的优点主要有,结构简单,造价低,运行维护方便,主机轴系短,正常运行时性能良好。 2、缺点: 自并励磁的缺点一是当电力系统短路时,尤其是机端短路时供电电压将严重下降,使励磁系统强励能力受到很大的影响,甚至会造成机组失磁。并且由于短路电流的迅速衰减,可能使带时限继电保护拒绝动作,这是自并励励磁方式的弱点。其次,励磁碳刷因电流大容易产生环火而造成停机事故。另为是增加了对碳刷的维护,但是根据有关专家的研究和试验表明,在电力系统发生短路的0.5s以内,同样的强励倍数下,自并励方式的缺点才表现出来。因此只要采取适当的快速保护,快速,可靠地切除在发电机近端发生的短路故障,并在调节器中装备不受端电压影响的电源装置或低电压触发装置,自并励励磁方式的性能是能满足电力系统运行的要求的,碳刷产生环火的问题可通过运行监视和调节得到缓解。而且通过对大型汽轮发电机励磁方式的应用比较和发电机励磁系统对电力系统稳定性、继电保护、发电机轴系安全性等的影响以及经济性等方面进行分析,提出大型发电机组推荐采用自并励励磁系统,因此自并励方式越来越普遍地得到采用。励磁系统概述
我公司汽轮发电机组采用广州电器科学研究院生产的EXC9000型静态励磁系统,由励磁变压器、励磁功率柜、励磁调节柜、灭磁开关柜、起励装置、过电压保护装置等组成。 其基本工作原理为:发电机出口所接的励磁变压器变压后的交流电经可控硅整流装置整流后,供给发电机转子励磁,从而发出电能,AVR微机励磁调节器经检测发电机出口电压、电流、转子励磁电压、电流后,改变可控硅整流装置导通角的大小,从而改变励磁电流的大小,以达到自动调压的目的。采用非线性电阻灭磁。自并励静止励磁系统技术数据表3.2发电机技术规范项目 单位 技术参数型号 - QFSN-330-2-20B额定容量 MVA 388.2额定功率 MW 330最大连续输出功率 MW 350功率因素COSΦ - 0.85额定定子电压 kV 20额定定子电流 A 11207额定转子电压 V 324额定转子电流 A 2696自并励静止励磁系统技术数据表3.3发电机励磁系统技术规范序号 名称 单位 设计值1 励磁系统基本参数 额定励磁电压 V 332 额定励磁电流 A 2720 发电机空载时励磁电压 V -- 发电机空载时励磁电流 A -- 励磁顶值电压倍数 2 电压响应比 大于3.58倍/秒 强励时间 Sec 50 励磁方式 自并励2 整流装置 额定电压(直流侧) V 332 额定电流(直流侧) A 2500 时间特性 0.004 整流装置接线方式(串、并联) 串联 串联个数 1 并联支路数 3自并励静止励磁系统技术数据表3 磁场断路器 ABB 额定电压 V 1000 额定电流 A 3200 开断电流 KA 100 断弧电压 V 2000 开断电压 V 1600 控制电压(直流) V 2204 AVR性能 型式 数字式 电压调整范围 % 5~130 手动调整范围 % 5~110 调整偏差(精度) % ≤±0.5 冗余度 2AVR+2FCR+A/FCR 附加功能 PSS2A自并励静止励磁系统技术数据表5 励磁变压器 型式 环氧树脂浇注干式 型号 ZSCB9-3000/20 额定容量 kVA 3000 额定电压 V 680 初级 kV 20 次级 kV 0.666 频率 Hz 50 相数 3 连接方式 高压离相封母进线数字式励磁调节器概述 该励磁调节器具有响应速度快、调节精度高、调节和保护功能完善、结构紧凑、抗干扰能力强、调试运行维护简便(数字化的免维护特性,系统内无一个可调整电位器)、可靠性高等特点。发电机自动零起升压过程中可做到电压基本无超调、无振荡,并具备下列四种运行方式:机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。一、系统概述 静态励磁系统利用可控硅整流器通过控制励磁电流来调节同步发电机的端电压,整个系统可分为四个模块:励磁变压器、两套相互独立的励磁调节器、可控硅整流单元、起励单元和灭磁单元。 在静态励磁系统(常称自并励或机端励磁)中,励磁电源取自发电机机端。发电机的磁场电流经由励磁变压器、磁场断路器和可控硅整流器供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压、在发电机端电压和磁场绕组之间提供电绝缘、与此同时起着可控硅整流器的整流阻抗作用。可控硅整流器将交流电流转换为受控的直流电流I。
。在起励过程开始时,充磁能量来源于发电机端残压。可控硅整流器的输入电压达到10V~20V后,可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR控制的软起励过程,以下章节将作更详细的说明。 并网后,励磁系统可以在AVR模式下工作,调节发电机的端电压和无功功率,或者可以在一种叠加的模式下工作,如恒无功功率因数调节、恒无功调节等。此外,它也可以接受电厂的成组调节指令。 灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放掉。灭磁回路主要由磁场断路器、灭磁电阻和晶闸管跨接器(以及相关的触发单元)组成。 根据系统的要求,励磁调节器可以采取单通道的结构或者双通道的结构。一个通道主要由一个控制板(COB)和测量单元板(MUB)构成,形成一个独立的处理系统。每个通道含有发电机端电压调节、磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件。在单通道结构中,利用一个被称为扩展的门极控制器(EGC)的分离单元作为备用通道,也就是一个手动通道。可控硅整流器采用三相桥式全控整流电路,具有逆变能力。采用一套双通道调节器带三台可控硅整流柜运行方式,当一台整流柜故障退出运行时,能保证发电机在包括强励在内的所有运行方式下连续运行。每个可控硅元件设快速熔断器保护,以便及时切除短路故障电流。并能检测熔断器熔断信号,故障桥臂有自动退出功能。每个可控硅功率柜采用单桥设计,可控硅元件无串无并,交流侧设置过电压保护措施以抑制尖峰过电压和换向过电压。可控硅整流装置采用强迫风冷,并设置备用冷却风机,工作风机故障时备用风机能自动投运。每个整流柜均设置低噪声风机,在柜旁一米处感受到的噪音水平不大于80db(A)。励磁变压器励磁变压器采用三相户内式环氧树脂浇注干式励磁变压器。励磁变压器高低压绕组之间有静电屏蔽并接地。变压器为F级绝缘,冷却方式为自然冷却。励磁变压器三相不对称电压不大于6%,承受二倍额定电流下的过载时间大于20s,并考虑绕组中谐波电流引起的附加发热。励磁变压器绕组的接线方式为Yd11,防护等级为IP21。励磁变压器初级额定电压必须与发电机机端电压等级相符。并满足汽轮发电机空载试验时130%额定机端电压的要求。励磁变压器能通过6.3kV厂用电,对发变组进行空、短特性试验。灭磁装置励磁系统装设自动灭磁装置及开关。在任何需要灭磁的工况下(包括发电机空载和强励情况下),自动灭磁装置及开关能快速可靠灭磁。机组正常停机时励磁调节器自动进行逆变灭磁,机组事故停机采用跳灭磁开关灭磁。灭磁开关采用快速灭弧的断路器,在发电机内部或系统发生事故时灭磁。灭磁开关的分断能力满足发电机强励在内的一切工况要求,有一定裕度,灭磁开关应能保证在80%额定电压时可靠合闸,在30-65%额定电压之间应能可靠分闸。灭磁电阻采用碳化硅非线性电阻,其容量确保能快速吸收从强励顶值电流直到10%额定励磁电流范围内磁场能量。转子回路过电压保护采用碳化硅非线性电阻,以限制机组异常工况下转子过电压不超过磁场绕组出厂对地耐压试验电压幅值的40%。灭磁装置的防护等级为IP31起励 装置正常能够从残压起励。在起励过程中,在可控硅整流器的输入端仅需要约10V~20V的电压即可正常工作。如果电压低于10V~20V,可控硅整流器就会被连续地触发(二极管工作模式)以达到该值。然而,如果在几秒内残压起励失败,则启动备用起励回路,这个备用回路设计用于达到所需要的10V~20V电压。在机端电压达到发电机电压的10%时,备用起励回路自动退出,立即开始软起励过程并建压到预定的电压水平。整个起励过程和顺序控制是通过AVR软件实现的。发电机励磁回路原理图交流侧过压保护 置于每个整流桥的交流侧过电压保护回路吸收由晶闸管整流而引起的电压尖峰。AC过电压保护主要由一个三相二极管整流桥和一个连接在DC侧的电容而成。对于高频过电压而言,电容代表一个低阻抗并且起滤波器的作用。与电容并联的有一个放电电阻器,在电容放电时吸收能量幻灯片29如图所示直流侧过电压保护 发电机端出现故障,如短路、非同期或异步运行,会引起反向的感应磁场电流,该电流在转子回路中会产生过电压,过电压必须被限制到足够安全的水平,而且应低于整流器可控硅的峰值反向电压。 跨接器电路通常用于直流侧过压保护,该保护采用雪崩二极管用于探测转子回路中的正向和反向过电压,当雪崩二极管被击穿,相连的可控硅则被触发,立即将灭磁电阻器并联连接到转子回路上,同时发出跳闸使磁场断路器立即断开,如图所示幻灯片23。转子接地保护转子接地保护的目的是监测转子绕组对地的绝缘水平。该功能可根据要求包含在励磁系统设备中,测量原理是该桥路中由两个电容建立起测量桥的平衡:一个电容连接在正引线和地之间,另一个连接在负引线和地之间。利用这个继电器,不仅能探测到场绕组的绝缘水平,而且还能探测到所有电力设备包括励磁变压器的次级线圈的隔离水平。运行操作运行操作运行操作运行操作操作及显示开机前对励磁系统的检查开机前对励磁调节器的操作开机前功率柜的操作开机前灭磁开关的检查起励操作通道跟踪与切换功率柜的操作状态和报警信息状态和报警信息状态和报警信息状态和报警信息开机流程停机流程发变组恢复热备用励磁系统进行以下操作励磁调节柜内开关1调节柜24V电源I开关QF012调节柜24V电源II开关QF023励磁调节器A电源开关QF034励磁调节器B电源开关QF04发变组恢复热备用励磁系统进行以下操作灭磁电阻内开关功率柜通风交流电源I路QF61功率柜通风交流电源II路QF62励磁系统直流操作电源1QF63励磁系统直流操作电源2QF64直流启励电源开关QF65发变组恢复热备用励磁系统进行以下操作合上励磁进线柜电源刀闸QS51励磁功率柜内开关QF3至切除位检查三台励磁功率柜盘后各风机电源开关合上发电机升压的注意事项
在汽轮机冲转前,应将发电机-变压器组恢复到热备用状态,并正确投入发变组保护,退出短引线保护。在定子冷却水的电导率不合格或冷却水量,氢压不正常及发电机转速未达到2950转/分以上且稳定之前,禁止投入励磁系统。在检查励磁系统一次设备正常后,开启功率柜冷却系统,合上交直流侧及励磁系统的开关、刀闸、,送上起励电源,检查脉冲切除小开关断开。检查励磁系统Us电压跟踪功能退出。检查励磁调节器所有信号表计指示正常,电压给定在最低位。发电机升压的注意事项
在升压过程中增减电压应缓慢进行,升压过程中应注意三相电压应平衡,三相定子电流指示为零,当自动励磁调节器的输出在空载额定值时,定子电压达到额定值,检查发电机转子电压、电流为空载额定值。如果发电机异常,应立即手动灭磁。对于额定转速下已经升压等待并网或进行其它试验等情况下,如出现转速下降到2950转/分以下时,应立即断开灭磁开关。如果同期装置在并网过程中合闸指示灯亮,而主开关未合闸,应立即退出同期装置,查明原因。发电机升压的注意事项
并网瞬间要密切监视三相电流、负序电流、有功、无功等主要参数,防止并网时主开关非全相动作。在发电机升压过程中,发现定子有电流或出现定子电压失控,立即对发电机进行灭磁。在发电机升压过程中,当转子电流已达空载值,而定子电压未达到额定值时,或出现报警、跳闸信号,应停止操作,查明原因。在发电机频率与系统频率相差在0.5HZ之内时方可投入同期装置。发电机励磁系统的异常处理一、发电机起励失败 现象: 起励命令发出后,8秒内发电机没有成功建压,调节器即判断起励失败,发“起励失败”信号、切除起励电源。 处理: 检查起励回
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