发电机课件励磁系统培训统一

汽轮发电机励磁系统及控制目录一、励磁系统组成及工作原理二、各等级发电机励磁系统三、励磁系统运行及维护四、励磁系统改造方案励磁的定义1.1一、励磁系统组成及工作原理励磁的任务1.2励磁系统国家和行业标准1.3励磁系统的分类1.4励磁系统的组成1.5励磁的定义1.1发电机发电，即机械能转变为电能，必须有三个条件：a)有磁场（转子）b)有导线（定子）c)有使导线切割磁力线的动力（水轮机、汽轮机）。励磁就是供给发电机转子直流电源、使定子产生电势励磁的定义1.1Eq=BLVEq—发电机内电势B—转子产生的磁通密度V—发电机导线切割磁力线的速度L—发电机定子导线的长度从上式可见，当V、L不变时，Eq是随Ｂ的改变（亦即随转子电流的大小）而改变。励磁的作用即控制转子电流、使发电机满足电力系统各种工况的要求。励磁的定义1.1励磁系统励磁系统即为提供同步电机磁场电流的装置，包括调节与控制、励磁功率单元、磁场过电压抑制和灭磁装置、附加限制和保护功能。励磁的任务1.21）电压控制在发电机正常运行工况下，励磁系统应维持发电机端电压在给定水平。相关指标：调压精度：在自动励磁调节器投入运行，调差单元退出，电压给定值不进行人工调整的情况下，发电机负载从零变化到视在功率额定值以及环境温度、频率、电源电压波动等在规定的范围内变化时，所引起的发电机端电压的最大变化，常用发电机额定电压的百分数表示。静差率：自动励磁调节器的负载电流补偿单元退出、原动机转速及功率因数在规定范围内变化，发电机负载从额定变化到零时，发电机端电压变化率。2）控制无功功率的分配

当发电机并入电力系统运行时，它输出的有功决定于从原动机输入的功率，而发电机输出的无功则和励磁电流有关。调节励磁电流将改变发电机输出的无功。实际运行中，发电机并联运行的母线不会是无穷大母线，改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都发生改变。保证并联运行的发电机组间合理的无功分配，是励磁系统的重要功能。在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时所涉及的主要概念之一是发电机端电压调差率。调差率是指发电机功率因数为零的情况下，发电机的无功电流从零变化到额定定子电流时，发电机端电压变化率。励磁的任务1.2励磁的任务1.23）提高同步发电机并列运行的稳定性电力系统的稳定性分为：

静态稳定性(SteadyStability)

暂态稳定性(TransientStability)

动态稳定性(DynamicStability)

同步发电机与无穷大电网并联运行的单线图

发电机输出电磁功率

发电机功角向量图励磁的任务1.2δ角就是感应电势Eq和电网电压U之间的夹角，也称δ为“功角”或“功率角”。δ角是表征电力系统稳定性最重要的量，功角失稳指系统中发电机功角失去稳定性的现象。正常情况下，系统中各发电机以相同速度旋转，机间相对转子角度维持恒定，即处于同步运行状态，从而保证系统中任何节点的电压幅值和频率以及任何线路的传输功率为恒定值。如果系统在运行过程中受到某种干扰，干扰的影响将通过互联的电力网络传到各发电机节点，并使发电机的输出电功率相应发生改变，结果是使得在扰动瞬间各发电机的机械输入转矩和输出的电磁转矩失去平衡，出现发电机转子不同程度的加速或减速，并导致各发电机之间转子相对角的变化。如这种转子角度的变化过程是随时间衰减的，并能最终恢复到扰动出现前的正常值或达到一个新的稳态值，则认为在这种运行方式和扰动形式下系统是功角稳定的。如果这种转子角度的变化随时间而加剧，并最终导致发电机间失去同步，则认为系统在该运行方式下对这种扰动形式是功角不稳定的。励磁的任务1.2电力系统静态稳定性(SteadyStability)电力系统静态稳定性是指电力系统的负载（或电压）发生微小扰动时，系统本身保持稳定传输的能力。电力系统静态稳定性的判据dP/dδ>0，或δ≤90°。励磁的任务1.2如左图所示，采用了自动励磁调节的发电机静态稳定运行的最大电磁功率和最大功率角都有提高。电力系统暂态稳定性(TransientStability)电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰时，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定方式的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。励磁的任务1.2电力系统暂态稳定性的判据是等面积定则。励磁的任务1.2初始工作点功率特性故障切除后的功率特性故障中的功率特性提高暂态稳定性的方法就要减小加速面积或增大减速面积，具体说来有以下三种方法：加快故障切除时间提高励磁系统励磁电压响应比提高强行励磁电压倍数励磁的任务1.2强励电压倍数：提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。但是提高强励倍数将使励磁系统造价增加以及对发电机的绝缘要求提高。因此，在当前故障切除时间极短的情况下，过分强调强励倍数是没有必要的。励磁系统顶值电压响应比:又称励磁系统电压上升速度。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。电压响应比由励磁系统性能决定。励磁的任务1.2的能力。电力系统动态稳定性(DynamicStability)电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增长的振荡而失步的能力。原因：电力系统的动态稳定性，可以理解为电力系统机电震荡的阻尼性。当阻尼为正时，动态是稳定的；当阻尼为负时，阻尼是不稳定的；阻尼为0时，是临界状态。分析表明，励磁控制系统中自动电压调节作用，是造成电力系统机电阻尼变弱甚至变负的最重要的原因之一。电压调节作用，在维持发电机恒电压的同时，也会产生负的阻尼作用，研究表明，负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强，快速励磁的发电机功角摆动比常规励磁大。因此，提高电压调节精度和性能的要求与提高动态稳定的要求是矛盾的。励磁的任务1.2改善动态稳定性的措施：在励磁控制系统中，增加附加的励磁控制通道，即采用电力系统稳定器(PSS)是有效的措施之一。这种附加信号可以通过相位调节使整个励磁系统在低频振荡周期范围内具有正阻尼作用。励磁的任务1.2电力系统稳定器(PSS)的作用是：在励磁系统中利用附加控制，产生附加阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡，改善动态稳定。在电力系统中，如果出现负阻尼，则可产生自发的低频振荡，其频率与机电振荡过程有关，一般在0.2~2Hz之间。试验表明在振荡过程中，投入PSS，摆动1~2次后振荡即可平息；PSS以∆f或以∆Pe为信号，都可产生很强的阻尼效果。励磁的任务1.2电力系统稳定器PSS的实现附加控制输入一个与低频振荡相关的电气量，如-ΔPe等。经过超前或滞后的相位校正，增益放大，叠加到励磁调节环节，该附加控制分量在发电机中产生一附加转矩，使与Δω同相。从而产生正阻尼，抑制发电机的低频振荡。励磁的任务1.2PSS-2B模型励磁系统国家和行业标准1.3国家标准GB/T7409.1-2008《同步电机励磁系统定义》GB/T7409.2-2008《电力系统研究用模型》GB/T7409.3-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术要求》中国电力行业标准DL/T843－2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》国际标准IEC60034-161-3ExcitationsystemsforsynchronousmachinesIEEE

Std

421.1~5Excitationsystemsforsynchronousmachines励磁系统的分类1.4励磁系统的分类1.4励磁系统的分类1.4静态励磁系统无刷励磁系统优点缺点优点缺点旋转部件少，轴系较短，轴系稳定性相对较好；碳刷及励磁系统维护工作量大，碳粉污染没有滑环和碳刷，无碳粉污染轴系较长，轴系稳定性相对较差磁场回路电气量可直接测量；耦合引起轴电压，需增加辅助措施反应速度达到高起始响应水平励磁电压、电流不便于直接测量反应速度更快，有利于提高动态及暂态稳定性；强励能力受电力系统影响；励磁电源独立，不受系统扰动影响直轴灭磁时间相对较长灭磁可采取措施，直轴灭磁时间较短；发电机后备保护需增加记忆功能；旋转整流部件可靠性高发电机励磁绕组只能提供正向电压强励倍数选择较灵活，适应不同电力系统要求；励磁变高压侧短路保护实现困难；机组及调节器维护工作量小各自优缺点励磁系统的分类1.4励磁系统的组成1.5同步发电机的励磁系统即由主回路和控制两部分组成。1.5.1励磁系统主回路由励磁电源、整流装置、灭磁电路、过流过电压保护回路及起励回路组成。1.5.2自动励磁调节器（AVR）维持发电机端电压为给定值，并为发电机及电力系统的稳定做贡献。另外，还具有各种辅助功能，如限制功能、补偿功能、稳定器等。1.5.1励磁系统主回路整流回路整流装置：1.5.1励磁系统主回路发电机发电机出口开关RE可控硅整流桥cdba1.5.1励磁系统主回路灭磁及过电压保护装置用于机组的正常停机或事故（例如下图中所示的a、b、c、d四种恶劣情况）时导通灭磁回路，实现机组的转子能量的快速吸收。IARV/SES43ECHIND/805逆变灭磁直流灭磁开关带刀闸的灭磁回路直流灭磁开关带可控硅触发导通灭磁回路交流灭磁开关带可控硅触发导通灭磁回路灭磁方式灭磁及过电压保护主要包括：灭磁开关灭磁电阻跨接器1.5.1励磁系统主回路CROWBAR灭磁和过电压保护跨接器起励装置1）起励装置的容量一般应满足发电机建压大于10%额定电压的要求。2）起励装置的电源可以采用厂用直流电源，也可为厂用交流电源。3）起励装置回路应简单、可靠。1.5.1励磁系统主回路起励装置1.5.1励磁系统主回路主要功能维持发电机电压为给定值合理分配发电机间的无功负荷提高电力系统输送功率极限提高发电机及系统的静态及动态稳定性恒转子电流手动控制恒功率因数、恒定子电流或恒无功电流控制(电动机）1.5.2自动励磁调节器

AVR辅助功能电力系统稳定器（PSS）低励限制过励限制伏/赫兹限制发电机主要参数2.1二、各等级发电机励磁系统无刷和静态励磁发电机2.2励磁系统设计及配套准则2.3静态励磁介绍2.4无刷励磁介绍2.5单位300MW660MW1000MW容量MVA3537331112出力MW3006601000功率因数-0.850.90.9额定电压kV202027额定电流A101892116923778额定励磁电流A251045345887额定励磁电压V302(90℃)445(90℃)437(80℃)空载励磁电流A98714801952空载励磁电流压V113(75℃)139(75℃)144(75℃)发电机主要参数2.11000MW等级发电机——无刷励磁无刷和静态励磁发电机外形图2.21000MW等级发电机——静态励磁无刷和静态励磁发电机外形图2.2模块化、系列化设计，灵活适应各种等级发电机的要求；性能指标及功能要求严格满足或优于GB/T7409、DL/T843、IEC60034、IEEE421等各种标准及行业规范；高可靠性，包括设计、制造、工艺等环节，是励磁系统选型的最重要的准则；具备完备的试验和检测能力，将设计风险降至最低；具有成熟的运行业绩及完善的服务团队；

励磁系统设计及配套准则2.3主要组成部分功率整流装置3灭磁单元4集电环1起励单元5励磁变压器2DAVR6静态励磁介绍2.4静态励磁系统介绍静态励磁系统－集电环1集电环外形图45开放式空气冷却组装式碳刷装配电刷调换时移动组装件的绝缘手柄静态励磁系统－集电环1绝缘操作手柄静态励磁系统－集电环1主要技术要求及特点1、励磁变压器采用环氧浇注干式；通常采用Yd-11接2、励磁变压器推荐F级或H级绝缘等级产品；3、励磁变压器谐波损耗及温升设计需满足国标要求；4、励磁变压器温升试验以1.14倍额定电流模拟谐波损耗，校验变压器温升值；5、励磁变压冷却按AN+风机设计，自冷状态下可满足发电机各种工况不超温；5、励磁变压器测温采用PT100（一用一备），温度报警及跳机采用PTC热敏电阻，可靠性高；6、励磁变压器外壳采用铝合金材质；防护等级不大于IP21；7、励磁变压器短路阻抗应满足转子侧短路工况下，灭磁开关能够可靠断开，一般6~8%静态励磁系统－励磁变压器2静态励磁系统－励磁变压器2主要技术要求及特点功率柜容量设计满足N-1冗余；可控硅采用优质进口元件，反向电压安全系数不低于2.75；功率桥在发电机额定及强励工况下，可控硅结温不超过125℃；可控硅具有快速熔断器保护；可控硅设有集中或分布式RC吸收回路，可控硅换向毛刺电压限制在励磁变二次电压的1.4-1.5倍；物理均流系数不低于0.9，智能均流系数不低于0.95；冷却风机及电源采用100%冗余，其中1路取自励磁变低压侧；冷却风风速不低于5m/s；脉冲变压器一次绝缘水平不低于5kV静态励磁系统－功率整流3静态励磁系统－功率整流3静态励磁系统－灭磁及过电压保护单元4主要技术要求及特点灭磁开关采用直流进口断路器，常闭回路采用跨接器；灭磁开关的弧压考虑空载误强励及短路工况可靠遮断弧压；灭磁电阻采用线性或SiC非线性电阻；线性电阻的阻值按转子热态电阻1-3倍设计；灭磁电阻的能容量不低于发电机强励工况下转子直轴磁场能量的30%；正常停机采用逆变（+跳灭磁开关）型式；事故停机采用跳灭磁开关型式；外部跳闸命令需经过单独的硬件回路；过电压保护动作经过跨接器，过电压保护吸收可与灭磁共用电阻灭磁开关：主要参数：额定电压：2000V额定电流：8000A开断弧压：2800V短路电流：120kAGERAPID80072x2静态励磁系统－灭磁单元4主要参数：额定电压：2000V额定电流：6000A开断弧压：2800V短路电流：100kAHPB60-82s主要参数：额定电流：3200A额定电压：1000V开断弧压：2000V短路电流：40kASACEEmaxE3H/EMS32004P灭磁电阻SiC非线性电阻静态励磁系统－灭磁单元4线性电阻静态励磁系统－起励单元5主要技术要求及特点1、起励环节及起励电源容量满足发电机可靠建压10%以上；2、起励电源满足直流或交流要求；3、起励回路应具有逆止功能；4、起励环节故障能可靠退出，并提供报警信息；静态励磁系统－DAVR6主要技术要求及特点双通道：每个通道包括自动和手动功能，通道之间硬件、

软件独立，通道之间通讯接口冗余，通道间共用单元故障不影响每一个通道的独立运行；电源冗余：电源模块及回路冗余，电源取自厂用电和励磁变低压侧，电源设有过流及过压保护；调节器控制、限制及保护功能满足GB/T7409和DL/T843等标准要求，并通过华北电网入网检测；调节器测量时间常数＜30ms，主环控制周期＜3.3ms；PSS采用2A/2B,低频振荡抑制范围满足0.2-2Hz；调节器的电磁兼容水平不低于III级要求；调节器具有完善的人机界面，操作界面采用中/英文;调节器应具备完善的自诊断功能，包括硬件及软件功能；主要功能模块：测量模块主控模块主控模块I/O模块数据交互电源模块静态励磁系统－DAVR6AVR主要限制及保护功能：静态励磁系统－DAVR6静态励磁系统－DAVR6主要组成部分1DAVR4励磁机2旋转整流盘3无刷励磁介绍2.5无刷励磁系统1AVR主要组成部分：主励磁机永磁机旋转整流盘DAVR功率整流及灭磁装置无刷励磁系统－励磁机2无刷励磁机外形图无刷励磁系统－励磁机24500kW无刷励磁机励磁机主要参数励磁机容量4500kW额定电压（DC）600V额定电流（DC）7500A主励磁机频率150Hz励磁电压55V励磁电流110A电压上升率（恒电阻特性）2倍/s顶值电压（恒电阻特性）1.8倍永磁机容量65kVA额定电压220V永磁机频率400Hz无刷励磁系统－励磁机2励磁机主要参数励磁机容量2450kW额定电压（DC）500V额定电流（DC）4900A主励磁机频率200Hz励磁电压15.1V励磁电流200A电压上升率（恒电阻特性）3.58倍/s顶值电压（恒电阻特性）2倍永磁机容量90kVA额定电压250V永磁机频率400Hz2450kW无刷励磁机无刷励磁系统－励磁机2励磁机主要参数励磁机容量1650kW额定电压（DC）475V额定电流（DC）3474A主励磁机频率250Hz励磁电压16V励磁电流225A电压上升率（恒电阻特性）3.58倍/s顶值电压（恒电阻特性）2倍永磁机容量31.6kVA额定电压95V永磁机频率350Hz1650kW无刷励磁机无刷励磁机转子1.联轴器3.励磁机转子2.整流元件4.风扇无刷励磁系统－励磁机2无刷励磁系统－旋转整流盘3旋转整流盘特点

结构紧凑、合理冷却效果好，二极管运行结温低绝缘设计可靠整流元件组件式结构，便于安装和更换目前已投运机组还未有因旋转整流组件故障造成强迫停机无刷励磁系统－旋转整流盘3DAVR主要特点无刷励磁系统－DAVR4双通道：每个通道包括自动、手动调节，通道设计满足100%冗余；可控硅同步措施：由于永磁机电枢反应导致电压畸变严重，且可控硅正常运行时处于深控状态，导通角超过80°，所以AVR需采取可靠同步措施，防止可控硅触发失稳；灭磁可采取直流或交流灭磁；AVR静态试验满足工频和中频试验电源的要求；功率桥采用单桥运行，故增加纹波检测实现可控硅故障的可靠判断无刷励磁系统－DAVR4励磁方式的选择建议励磁方式的选择需考虑综合考虑电力系统要求制造厂制造经验用户使用习惯、运行经验等多方面因素三、励磁系统运行及维护系统启停机流程系统启停机流程设备巡检观察设备声音、气味等，并记录参数；桥温检查整流桥温度应在允许范围内，如桥温偏高应观察室温（25℃以下）、功率桥风机通风量等因素；功能检查无限制器有效，无报警，通道间可以切换，励磁电流、发电机电压、有功无功稳定；设备发热处理判断发热原因，松动的螺丝要加固，已氧化的表面应涂上防氧化物质处理，使用导电膏可减少接触电阻，但要注意清洁。励磁设备的运行与维护普通例行巡检：1、路线设计要科学合理；2、巡检的首要任务是观察设备：环境温/湿度，声音、气味等；3、运行参数记录要少而精：Uf、If；a角、功率柜电流、桥温；4、开门关门要注意安全，普通巡检一般不要打开盘柜门。特殊重点巡检：1、异常检查巡检：记录报警信息或调出故障录波信息；2、主要工况下运行参数记录：冬夏两季；3、设备温度巡检：红外线温度仪等，主要检测灭磁开关连接点、整流桥散热器、阻容回路电阻器等。励磁设备的巡检1、使用红外线测温仪测量电缆，铜排等发热设备；2、使用红外线热像仪记录观察比较重点设备和部位的温度；3、灭磁开关触头温度，可以用万用表测量两端的电压值，一般是40-80毫伏，但要注意安全。励磁设备温度巡检1、判断发热原因；2、用力矩扳手紧固螺丝，可以减少因螺丝松动造成的发热；3、对于已经氧化的表面，应该处理，并涂上防氧化的物资；4、导电膏有利于减少接触电阻，但使用时要注意清洁。设备发热处理1、励磁设备最重要的维护工作；2、吸尘器和吹尘器是必备的工具；3、功率柜和其他柜的清灰要求不同。功率柜的清灰最佳方法：1、启动抽风机，吹风机对着可控硅散热器，顺着风道方向吹。能够将吹起的灰尘排到厂房外是最好的办法。2、对于散热器内的灰垢，大修时可以考虑采用管道毛刷清洁。VC-40吹尘器励磁设备清灰1、励磁调节器是否采用进风滤网？当调