GBT 7409.4-2023 同步电机励磁系统 第4部分：中小型同步电机励磁系统技术要求

同步电机励磁系统第4部分：中小型同步电机励磁系统技术要求2023-09-07发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T7409.4—2023前言 2规范性引用文件 13术语和定义 14一般要求 45使用条件 46同步发电机励磁系统的性能要求 47同步电动机励磁系统的性能要求 88试验规则 99设备的成套性 11批量生产和质量保证 图1励磁系统标称响应比Ve和响应时间tg的确定 2表1励磁系统各部位的温升限值 7表2同步发电机励磁系统试验项目 表3同步电动机励磁系统试验项目 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件是GB/T7409《同步电机励磁系统》的第4部分。GB/T7409已经发布了以下部分：同步电机励磁系统同步电机励磁系统同步电机励磁系统同步电机励磁系统定义(GB/T7409.1—2008);第2部分：电力系统研究用模型(GB/T7409.2—2020);大、中型同步发电机励磁系统技术要求(GB/T7409.3—2007);第4部分：中小型同步电机励磁系统技术要求(GB/T7409.4—2023)。本文件代替GB/T10585—1989《中小型同步电机励磁系统基本技术要求》,与GB/T10585—1989相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a)删除了与GB/T7409.1—2008中重复的术语(见1989年版的第4章);b)删除了“励磁系统型式与灭磁方式”一章(见1989年版的第6章);f)更改了使用环境空气温度限值要求(见5.3,1989年版的5.3);g)更改了端电压随频率的变化的规定(见6.12,1989年版的7.12);h)增加了当同步电机额定磁场电压为500V以上时，耐电压试验电压要求(见6.18);i)增加了永磁混合励磁中永磁材料的规定(见6.20、7.19);j)增加了数字励磁信号保护功能要求(见6.21、7.21);k)增加了励磁系统各部位温升限值要求(见6.22);1)增加了同步发电机静止起励要求(见6.23);m)增加了励磁系统模型规定(见6.25、7.24);n)增加了数字励磁失步检测及保护规定(见7.21);o)更改了产品包装的规定(见10.2,1989年版的第11章)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件由全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC26)归口。本文件起草单位：上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司、哈尔滨电气动力装备有限公司、浙江丰球克瑞泵业有限公司、南昌康富新能源技术有限公司、上海电科电机科技有限公司、卧龙电气驱动集团股份有限公司、上海电气集团上海电机厂有限公司、江苏祝尔慷电机节能技术有限公司、北京科电亿恒电力技术有限公司、佳木斯电机股份有限公司、英格(阳江)电气股份有限公司、大连日牵电机有限公司、兰州电机股份有限公司。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：——1989年首次发布为GB/T10585—1989;——本次为第一次修订，调整为GB/T7409的第4部分。励磁系统是同步电机的关键辅助设备，随着电力事业进入快速发展轨道，励磁系统的技术水平已经日趋成熟，为统一相关行业的设计、制造及验收等方面标准，保证产品水平同国内行业制造技术水平同步提高，并能够适应国际市场竞争的需要，编制了GB/T7409《同步电机励磁系统》。GB/T7409旨在提供同步电机励磁系统产品标准，由4个部分组成：——第1部分：定义。目的在于明确同步电机励磁系统中电力系统研究用模型及大、中型同步发电机励磁系统的定义、术语。——第2部分：电力系统研究用模型。目的在于规范满足电力系统稳定分析要求的发电机励磁系统计算模型。——第3部分：大、中型同步发电机励磁系统技术要求。目的在于规范大、中型同步发电机及调相机励磁系统的技术要求、试验项目、标志与包装等。——第4部分：中小型同步电机励磁系统技术要求。目的在于确定中小型同步电机励磁系统一般要求、使用条件、性能要求、试验项目和励磁系统的成套性等。1同步电机励磁系统第4部分：中小型同步电机励磁系统技术要求本文件规定了中小型同步电机励磁系统的一般要求，使用条件，同步发电机励磁系统的性能要和质量保证等。本文件适用于下列范围的50Hz和60Hz同步电机励磁系统的设计、制造等：——10000kW以下的水轮发电机；——6000kW以下的汽轮发电机；——3200kW及以下的内燃发电机；——10000kW以下的同步电动机。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191—2008包装储运图示标志GB/T755旋转电机定额和性能GB/T1094(所有部分)电力变压器GB/T3797—2016电气控制设备GB/T7409.1—2008同步电机励磁系统定义GB/T7409.2—2020同步电机励磁系统第2部分：电力系统研究用模型GB/T18494.1—2014变流变压器第1部分：工业用变流变压器3术语和定义GB/T7409.1—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。在规定条件下，用时间的函数来表示的励磁系统输出电压。励磁系统标称响应比excitationsystemnominalresponse由励磁系统标称响应曲线确定的励磁系统输出电压增长率与额定磁场电压的比值。注：励磁系统输出电压增长率，是从励磁系统电压-时间响应曲线的初始点a(见图1),按照第一个0.5s内(或另有规定)增加的面积abc与实际曲线增加的面积abd相同，所做的直线ac增长率。见公式(1)、公式(2):2GB/T7409.4—2023 (1) (2)式中：p——励磁系统输出电压增长率，单位为伏每秒(V/s);△Ur——电压增加量，单位为伏(V);V:——励磁系统标称响应比，单位为每秒(s-¹);Ux——额定磁场电压，单位为伏(V)。标引序号说明：oa——同步电机额定磁场电压；af——顶值电压与额定磁场电压之差的95%,即af=(Up-Uv)×95%;oe——0.5s或另有规定；o——扰动或强励开始时间；U,——励磁系统顶值电压；Ux——额定磁场电压。图1励磁系统标称响应比V:和响应时间tg的确定稳态电压调整率steady-statevoltageregulation在无功补偿器切除、原动机转速及功率因数在规定范围内变化以及发电机负载在满载与空载之间变化时，发电机端电压的变化与额定电压之比。注：根据发电机励磁系统的不同类型以及不同的动行方式，稳态电压调整率可按公式(3)或公式(4)计算。在专项标准中规定使用何式。采用式(3)时，发电机的负载从满载降低到空载：式中：δsw——稳态电压调整率；U₀——发电机空载电压，单位为伏(V);3GB/T7409.4—2023U₁——发电机满载电压，单位为伏(V);Ux——发电机额定电压，单位为伏(V)。………(4)………(4)式中：δ——稳态电压调整率；Usmax——负载在满载与空载之间变化时，发电机端电压(有效值)的最大值，单位为伏(V);Usmin——负载在满载与空载之间变化时，发电机端电压(有效值)的最小值，单位为伏(V);Ux——发电机额定电压，单位为伏(V)。电压调差率quadraturecurrentdroopcompensation在无功补偿器投入、同步发电机在功率因数等于零的情况下，无功功率从零变化到额定定子电流时，发电机端电压的变化。注：电压调差率按公式(5)计算： (5)式中：ôacc——电压调差率；U。——发电机空载电压，单位为伏(V);Uα——发电机在零功率因数下，输出额定定子电流时的端电压，单位为伏(V);U、——发电机额定电压，单位为伏(V)。瞬态电压调整率transientvoltageregulation由于负载突然变化所产生的电压最大偏差与额定电压之比。超调在额定转速和额定功率因数下突然甩掉负载后，发电机端电压最大增加量与额定电压之比。注：瞬态电压增加按公式(6)计算： (6)式中：δ+dymu——瞬态电压增加； 在额定转速、额定空载电压和正常励磁调节时，突然把发电机接到一对称的负载(负载在额定电压下能承受额定电流，功率因数在0.4～0之间，滞后)所产生的电压降与额定电压之比。注：瞬态电压降按公式(7)计算：式中：δ-dynu——瞬态电压降；4、——额定电压(峰值),单位为伏(V)。从扰动开始，到发电机端电压与稳态值之差不超过额定值的±3%(或另有规定)并维持在这一区域内所需的时间。注：单位为秒(s)。4一般要求励磁系统除满足本文件要求之外，应符合GB/T755的规定。同步电动机励磁系统还应符合GB/T3797—2016的规定。5使用条件5.1本文件所规定的励磁系统应安装在室内或有气候防护的室外场所，移动电源可安装在有气候防护的室外场所，室外安装的气候防护措施用户与制造厂协商。5.2使用海拔不超过1000m。注：在海拔高于1000m的地方使用的励磁系统，用户与制造厂协商。5.3对环境空气温度的要求如下：a)室内环境空气温度为一5℃~40℃,室外环境空气温度为一15℃~40℃;b)环境空气温度的日平均值不超过35℃。注1:如用于室内环境空气温度低于一5℃但不低于一10℃,或用于室外的环境空气温度低于一15℃但不低于一25℃时，用户向制造厂申明。注2:如用于环境空气温度超过40℃,或室内温度低于一15℃、室外温度低于一25℃时，用户与制造厂协商。5.4使用地点最湿月月平均最高相对湿度为90%,同时该月月平均最低温度为25℃。5.5在空气清洁及无爆炸危险的环境中使用，并且周围空气中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃。5.6其他特殊使用条件由用户与制造厂协商确定。6同步发电机励磁系统的性能要求6.1长期负载能力当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定值的1.1倍时，励磁系统应能长期连续运行。6.2顶值电压倍数顶值电压倍数要求如下：a)水轮发电机和汽轮发电机励磁系统一般不小于1.6;b)内燃发电机励磁系统一般不小于1.5;c)有特殊要求时，由用户与制造厂协商。注1:由同步发电机端经整流变压器供电的电压源可控整流器励磁系统(除另有规定),接发电机端电压正序分量为额定值的80%规定顶值电压倍数。注2:采用旋转励磁功率单元的励磁系统，顶值电压倍数在额定转速时确定。56.3允许强励时间允许强励时间不小于10s且不大于50s。6.4励磁系统标称响应比直流励磁功率单元励磁系统一般规定为(0.5～1.0)/s,高起始响应励磁系统按响应时间评价。6.5整流过电压整流回路配置抑制换向过电压的阻容保护装置，在发电机空载额定运行时，晶闸管换向过电压倍数不大于1.6,并在交接试验中进行交接和确认。6.6转子过电压励磁系统考虑可能发生的发电机转子励磁回路过电压，并应在任何可能的工况下，磁场绕组出线端的电压瞬时值不大于6.18所规定试验电压峰值的65%。6.7控制电压稳定性当励磁系统控制用的直流和交流电压偏差不超过一15%～10%、频率偏差不超过一3Hz～2Hz时，励磁系统满足同步发电机正常运行的要求。6.8空载电压整定范围6.8.1需与电网并联运行的水轮发电机和汽轮发电机，应在70%～110%空载电压范围内稳定平滑调节。6.8.2内燃发电机及其他只作孤立运行的同步发电机，应在95%～105%空载电压范围内稳定平滑调节。6.9稳态电压调整率的选用稳态电压调整率规定为±1%、±2.5%、±5%三种，各种励磁系统所选用的数值在其标准中作出6.10瞬态电压调整率及电压恢复时间6.10.1低压同步发电机的突甩额定负载时的瞬态电压增加(超调)规定为20%、25%、35%三种。6.10.2低压同步发电机在突加额定无功负载时瞬态电压降规定为一16%、-22%、-32%三种。6.10.3负载突变后的电压恢复时间与6.10.1和6.10.2所规定的三种瞬态电压增加或降低相对应，不6.10.4高压同步发电机在空载情况下且阶跃响应为10%时，发电机电压瞬态电压增加(超调)量不大于阶跃量的50%,摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s。6.11并联运行6.11.1除非另有规定，100kW及以上的同步发电机均考虑并联运行。励磁系统采取措施，保障系统的稳定并联运行和无功功率合理分配。6.11.2需要与其他电源或不同功率、型号、规格的机组并联运行时，励磁系统可在半导体型调节器电压调整率为±10%范围内进行调整。6.11.3100kW以下的同步发电机有并联要求时，用户需向制造厂申明。66.12端电压随频率的变化励磁系统在发电机空载运行状态下频率变化为额定值的1%时，端电压变化率不大于额定值的6.13零起建压当同步发电机在额定转速下起励建立空载额定电压时，电压调节器应：a)调节时间不大于5s;b)端电压摆动次数不大于5次；c)端电压超调量对高压同步发电机为不超过额定值的15%;对低压同步发电机为不超过6.10.1所规定的数值。注：调节时间为从给定建压信号到发电机端电压与稳态值之差不超过额定值的±3%时所需时间的秒数。6.14手动控制单元励磁系统可设手动控制单元，该单元应使同步发电机励磁电压从空载励磁电压的40%到额定磁场电压的110%范围内稳定地平滑调节。强迫冷却的励磁设备(不包括旋转励磁功率单元),单柜的噪声值(声功率级)不大于80dB(A)。6.16附加控制单元根据用户需要，励磁系统可装设：a)远距离给定及其控制单元；b)磁场过电流限制器；c)磁场欠电流限制器；d)其他附加单元。除采用停机灭磁的小型同步发电机励磁系统外，其他励磁系统具备可靠灭磁的能力。6.18耐电压励磁系统各电气回路能承受耐电压试验而绝缘不受损坏，试验规定如下。a)与磁场绕组直接或经整流器相连的电气回路(旋转电机除外),当同步电机额定磁场电压为500V及以下时，应能承受试验电压为10倍额定磁场电压，但不小于1500V,当同步电机额定磁场电压为500V以上时，应能承受试验电压为2倍额定磁场电压加4000V。不与磁场绕组直接相连的电气回路，当额定电压为60V及以下时，应能承受试验电压为1000V;大于60V时为2倍额定电压加1000V,但不小于1500V。b)工地验收应承受的试验电压为规定试验电压的75%;允许重复的及维修后的试验电压为规定试验电压的65%。c)试验电压为工频交流正弦波有效值，其波形尽可能接近正弦波，试验时间为60s。d)印刷线路板、电子设备的试验，按相应标准的规定。6.19接地端子自成一体的励磁系统的金属体设有接地端子，并用接地符号作出明显的标志。接地端子不可作其7他用途。6.20永磁材料混合励磁系统中，使用的永磁材料根据设备工作场所要求，采取相应的防腐处理措施。6.21保护功能数字励磁系统设有必要的信号及保护，以监视励磁系统的运行状态和防止故障；同步发电机励磁回路装设转子过电压保护，保护发电机转子和励磁装置本身。6.22温升限值设备在额定工况运行时，励磁系统各部位的温升不超过表1所列数据。其余按照GB/T1094(所有部分)、GB/T3797—2016和GB/T18494.1—2014的规定。表1励磁系统各部位的温升限值各部位名称温升限值/K干式油浸F级绝缘H级绝缘变压器线圈铜母线及连接处母线连接处无保护层有锡和铜保护层有银保护层铝母线及连接处母线连接处电阻元件距外表30mm处的空气电路板上的电阻表面绝缘导线整流元件(与散热器结合处)晶闸管(与散热器结合处)熔断器连接处永磁体不超过相应牌号的性能保证温度限制6.23静止励磁系统起励电源静止励磁系统能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。6.24励磁调节器励磁调节器实现方式分为数字式和模拟式。6.25励磁系统模型励磁系统模型符合GB/T7409.2—2020中的相关规定。87同步电动机励磁系统的性能要求7.1励磁系统输出能力励磁系统应在额定输出电压的40%～100%范围内，能输出额定电流并连续运行。7.2按转差率投全电压当同步发电机采用降压起动时，励磁系统具有自动投全电压的控制环节，并在转差率为0.11～0.09时投全电压。7.3按转差率投励磁励磁系统应在转子转差率为0.05～0.03时，能实现顺极性主励投励，投励时能输出顶值电压。注：顺极性主励投励是指励磁电流与电机磁场绕组中感应电流的方向一致时投励磁。7.4恒流调节励磁偏差当电网电压为额定值的80%～110%、磁场绕组热态电阻增加不大于额定电阻值的10%时，恒流励磁调节偏差应不超过±5%。7.5恒无功功率励磁调节偏差当同步电动机采用恒无功功率调节、负载从空载到两倍额定负载范围内变动时，同步电动机无功功率的变化应不超过±10%。7.6输出电压可调范围励磁系统输出电压能在额定值的10%～125%范围内平滑可调。7.7过流和欠流保护整定范围励磁系统具有过流和欠流保护。过流保护的可整定范围为额定值的80%～170%,欠流保护的可整定范围为额定值的20%～50%。7.8控制电压偏差当控制电压偏差不超过一15%～10%时，励磁系统能可靠地工作。7.9顶值电压倍数当电网电压为额定值的80%时，励磁系统能顶值电压倍数应不小于1.4。7.10允许强励时间允许强励时间为不超过50s。7.11动力制动控制环节当采用恒无功功率调节方式时，设有供动力制动用的控制环节。7.12承受过电压能力磁场绕组并联不大于10倍转子电阻的起动电阻时，励磁系统能承受同步电动机起动及失步过程中9产生的过电压。7.13起动保护同步电动机异步起动时，如过早投励或起动完毕后不投励，励磁系统能自动跳闸停机。7.14失步保护同步电动机产生失步时，励磁系统能立即切除直流输出电压，并使同步电动机联锁停机。7.15噪声同步电动机励磁系统噪声性能要求符合6.15中的相关规定。同步电动机励磁系统有灭磁装置，并应能可靠地灭磁。7.17耐电压同步电动机励磁系统耐电压性能符合6.18中的相关规定。7.18接地端子同步电动机励磁系统接地端子符合6.19中的相关规定。同步电动机励磁系统永磁材料符合6.20中的相关规定。7.20励磁调节器励磁调节器实现方式分为数字式和模拟式。7.21数字励磁失步检测及保护在励磁装置中，主控单元对转子电流和定子电流、功率因数和无功功率的变化进行监测，并考虑延时以躲过同步振荡，判定电动机是否有失步发生。如果发生失步，则在软、硬件的控制下，按用户的要求选择再整步方式或跳闸停机方式。对于无刷励磁系统，具有旋转整流盘故障监测功能。7.22保护功能同步电动机励磁系统保护功能符合6.21中的相关规定。7.23温升限值同步电动机励磁系统温升限值符合表1的规定。7.24励磁系统模型励磁系统模型符合GB/T7409.2—2020中的相关规定。8试验规则8.1励磁系统试验分为型式试验、出厂试验。8.2凡遇下列情况之一者，励磁系统进行型式试验：a)经鉴定定型后制造厂第一次试制或小批试生产时；b)当设计或工艺上的变更足以引起某些特性和参数发生变化时；c)当出厂检验结果和以前进行的型式检验结果发生不可容许的偏差时；d)成批生产的电动机定期的抽查，每年抽试一次；当需要抽试的数量过多时，抽试时间间隔可适当延长，但至少每两年抽试一次。8.3同步发电机励磁系统试验项目见表2。表2同步发电机励磁系统试验项目序号试验项目出厂试验型式试验1耐电压试验2操作、保护和控制回路动作试验●●3励磁系统开环试验，并初步整定自动电压调节器各工作点●●4励磁系统顶值电压倍数、响应比及响应时间的测定●5同步发电机端电压整定范围的测定6稳态电压调整率的测定7电压调差率的测定—8手动控制单元调整范围的测定9突加和突甩负载试验 自动/手动切换试验建立额定电压试验控制用直流、交流电压、频率在规定范围内变化时，励磁系统操作及运行可靠性的检验灭磁试验整流设备额定电流试验●励磁设备噪声的测定 ●最高和最低环境温度试验●试运行试验注：“·”为必检项目，“—”为可选项目。8.4同步电动机励磁系统试验项目见表3。表3同步电动机励磁系统试验项目序号试验项目出厂试验型式试验1耐电压试验2操作、保护和控制回路动作试验●●3输出电压可调范围的检验●●4按转差率投励磁试验·●5接转差率自动投全电压试验●表3同步电动机励磁系统试验项目(续)序号试验项目出厂试验型式试验6过早投励和起动完毕不投励时，励磁