科目二十一：水轮发电机组励磁系统

科目二十一：水轮发电机组励磁系统一、励磁系统概述励磁系统的组成励磁功率单元励磁控制单元励磁系统的主要作用1） 供给发电机励磁电流，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱，维持机端电压为给定水平2） 使并列发电机无功功率得到合理分配3） 电力系统发生短路事故或其他原因使机端电压严重下降时，能对发电机强行励磁4） 提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。5） 在发电机内部出现故障时，能迅速进行灭磁，以减小故障损失程度6） 发电机突然甩负荷等原因造成过电压时，能对发电机进行强行励磁励磁系统的基本要求1）具有足够的励磁容量，励磁系统应保证在发电机额定负载下励磁电流和电压的1.1倍时,能长期连续运行,以满足发电机在允许的各种工况下获得足够的励磁电流,即励磁装置的额定容量应有一定的裕度。2）具有十分高的可靠性，励磁系统是发电机组主要的自动控制系统之一,出现故障就会直接影响机组的运行,甚至影响电力系统的正常运行。励磁系统的年强迫停运率不应大于0.1%3）具有足够的强励能力，当电力系统发生故障电压降低时,励磁系统应有很快的响应速度和足够大的励磁顶值电压,以保证电网电压能维持在较高的水平。励4）发电机的励磁调节器应设有自动切换装置。当自动励磁调节器工作通道故障时,能正确自动切换到备用通道或从自动调节切换到手动调节,且发电机无功功率无大幅度波动5）发电机应装有自动灭磁装置及断路器,在任何需要灭磁的工况下,能保证在转子线圈绝缘所允许的过电压条件下尽快可靠灭磁6）保证发电机电压具有足够的调节范围。自动励磁调节器和手动励磁调节单元应能在发电机空载电压10%~110%额定值范围内进行稳定、平滑的调节7）保证发电机电压调差率具有足够的调节范围，励磁系统应能保证发电机机端电压调差率整定范围为士15%,级差不大于1%,调差特性应有较好的线性度8）保证励磁自动控制系统具有良好的动态特性。a、发电机空载运行,转速在0.95~1.05额定转速范围内,突然投入励磁系统,使发电机端电压从零上升至额定值时,电压超调量不大于额定电压的10%，振荡次数不超过3次,调节时间不大于10s。b、在额定功率因数下,当发电机突然甩掉额定负载后,发电机电压超调量不大于15%额定电压，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s9） 励磁系统应保证发电机机端调压精度优于士0.5%10） 大型水轮发电机的励磁调节器应具备保护限制和电力系统稳定器Pss等助功能二、励磁系统的主要励磁方式1）他励励磁方式由发电机组本身以外的电源供电的励磁系统称为他励励磁方式，他励励磁方式，般由直流励磁机或交流励磁机提供励磁电源。a） 直流励磁机供电的励磁方式，具有专用的直流发电机,这种专用的直流发电称为直流励磁机自励直流励磁机供电的励磁方式. 他励直流励磁机供电的励磁方式，他励直流励磁机的励磁电流不再由自己供给,而是由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给,所以叫做他励。b） 交流励磁机供电的励磁方式随着整流技术的发展和大容量硅整流元件的出现,现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上,它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁分为以下方式：交流励磁机（磁场旋转）加静止硅整流器（有刷）交流励磁机（磁场旋转）加静止晶闸管整流器（有刷）交流励磁机（电枢旋转）加旋转硅整流器（无刷）交流励磁机（电枢旋转）加旋转晶闸管整流器（无刷）2）自励励磁方式在这种励磁方式中不设置专门的励磁机,而是通过励磁变压器或大功率电流互感器从发电机本身取得励磁电源，经静止整流器整流后再供给发电机本身励磁,故也称自励式静止励磁。自励励磁方式又可分：自并励励磁方式：励磁功率取自发电机机端,由接于发电机机端的励磁变压器提供,经晶闸管整流后向发电机转子提供励磁电流。自动励磁调节器进行控制,起励时需要另加一个起励电源。自复励励磁方式，除励磁变压器外,还设有串联在发电机定子回路中的大功率电流互感器,具有两种励磁电源,通过励磁变压器获得的电压源,通过串联变流器获得的电流源。机端电压量和电流量叠加方式的不同可分为直流侧并联、直流侧串联、交流侧并联、交流侧串联三、励磁控制单元1） 微机励磁调节器的优点a）可靠性高b）功能多c）通用性好d）性能好e）运行维护方便2） 微机励磁调节器的技术要求a）微机励磁调节器采用两套调节通道时,应能自动或手动切换,互为热备用,以保证当运行调节通道故障时,能正确、自动地切换到备用调节通道b）励磁系统某个调节器通道如设有自动、手动运行方式,则应具有双向跟踪、切换功能。跟踪部件应能正确、自动地跟踪。切换应具有手动和TV断线自动切换能力,切换时保证发电机端电压和无功功率无大幅度的波动c） 独立运行的自动调节通道电压给定或励磁电流给定应带有限位功能，发电机解列后应能自动返回至空载额定电压位置

励磁调节器应备有通信接口,能输出励磁有关数据到上级计算机或监控装置,并能接受其升、减磁等命令励磁调节器应有两路供电电源,其中至少一路应由厂用蓄电池组供电微机调节器还应有励磁系统参数的显示和在线整定;故障的检测和诊断;调试和试验;状态、事件的记录和故障的录波等功能微机励磁调节器的基本构成整个微机励磁调节器的硬件系统一般由稳压电源部分、测量部分、控制信号输入部分、控制与报警信号输出部分、脉冲放大部分、显示部分及CPU部分等构成微机励磁调节器的调节通道和运行方式通道结构有形式有：单微机、双微机、多微机恒机端电压运行方式，即自动运行方式恒励磁电流运行方式，即手动运行方式恒无功运行方式微机励磁调节器的限制保护功能最大励磁电流限制强励反时限限制欠励限制无功过载限制V/F限制TV断线保护在线检测电力系统稳定器PSS附加控制四、励磁功率单元励磁功率整流桥全控和半控励磁功率柜的冷却方式自然冷却、强迫风冷却、水内冷冷却阻容保护装置过电压时起保护回路励磁变压器五、发电机灭磁及过电压保护单元发电机的典型灭磁方式，止制钟H逆事灭縮*电托更畝離汕反込交it，止制钟H逆事灭縮*电托更畝離汕反込交it电灭* …一亠事斤英克・lial •申財蚯徉咗料电:上艮怨纓性4JH氏叱大功芈电戢徉咗料电:上艮怨2hO电RL“内興出电昭&O赳乩1*4*<MHiH发电机转子过电压保护过压时电阻自动投入，正常运行电阻不投发电机灭磁及过压保护原理框图a)灭磁过电压保护，励磁系统在正常停机时,调节器自动逆变灭磁,灭磁开关不跳闸,非线性氧化锌电阻不参与工作,无电流通过。当逆变失败或者事故停机时,灭磁开关快速跳开b)非全相及大滑差异步运行过电压保护当发电机断路器发生非全相或非同期合闸时,会使发电机非全相运行或大滑差异步运行。在这两种运行状况下,定子负序电流产生的反转磁场以两倍同步转速切割转子绕组,在转子绕组中产生剧烈的过电压,能量远超过通常灭磁装置的灭磁能量,产生的过电压将会击穿转子绕组的绝缘六、水轮发电机组励磁系统正常操作灭磁开关的操作起励操作除残压起励外,还采用外部辅助电源起励,保证励磁系统起励的可靠性起励操作有自动起励和手动起励两种方式，无论手动还是自动,只要发出起励命令后，经10s机端电压达不到10%额定电压，就认为起励不成功，调节器将自动撤消起励命令,解除起励电源,同时发“起励失败”信号零起升压操作发电机励磁回路绝缘电阻的测量停机测量应采用500~1000V绝缘电阻表，其励磁回路全部绝缘电阻值不应小于0.5M。若低于以上数值时,应采取措施加以恢复。如暂日时不能恢复,由发电厂总工程师决定是否运行了机组运行中也可以用励磁回路电压表进行定期测量当运行中需要测量励磁回路绝缘时，应先将转子一点接地保护连接片退出，再通过切换61SA，测量三个电压值，绝缘正常时,正对地电压和负对地电压为零;当正极接地时,则正对地电压降低负对地电压升高;当负极接地时,则负对地电压降低,正对地电压升高;当发生