发电机励磁系统学习课件

发电机励磁系统学习课件2025/4/2022025/4/203励磁系统得主要作用在正常情况下,供给发电机励磁电流,并根据发电机电压、负荷及功率因数得变化调整发电机得励磁电流,以维持发电机端电压为规定得水平。合理分配并列运行发电机间得无功负荷。发电机电压急剧降低时,迅速加大励磁电流,以改善系统得运行条件,提高系统得稳定性与可靠性。2025/4/204励磁系统分类直流励磁机励磁系统。励磁机直接与发电机得轴相连接,采用有换向器与电刷得直流发电机作为主励磁机(备用励磁机则由电动机拖动)。2025/4/205同轴直流励磁机自励接线2025/4/206同轴直流励磁机她励接线2025/4/207半导体励磁系统。利用交流电源经降压整流后供给发电机励磁称为半导体励磁系统。2025/4/208同轴她励静止半导体励磁接线2025/4/209自励静止半导体励磁接线2025/4/2010有副励磁机得无刷励磁系统接线2025/4/2011无副励磁机得无刷励磁接线大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静2025/4/2013自并励励磁系统原理接线2025/4/2014自并励励磁系统原理接线2025/4/2015自并励励磁系统得优点运行可靠性高。自并励励磁系统为静态励磁,设备及接线简单,与交流励磁机励磁系统相比,没有旋转部件,减少了励磁系统故障,提高了运行可靠性。改善发电机轴系稳定性。自并励励磁系统可缩短发电机组得轴系长度,减少轴承座数量,提高了轴系得稳定性,改善了轴系振动,从而提高了机组得安全运行水平。2025/4/2016自并励励磁系统得优点提高电力系统稳定水平。自并励励磁系统响应速度快,可提高电力系统稳定水平。经济性好,可降低投资。自并励励磁系统设备简单,降低了造价;缩短了轴系长度,减少了厂房与基础造价;调整容易,维护简单,故障后修复时间较短,可提高发电效益。2025/4/2017同步发电机得自动调节激磁系统运行中同步发电机得激磁电流(转子电流),无论在正常或就是事故情况下,都要进行调节。一般说来,手动调节已不能满足运行要求。现代大、中型发电机上都装有自动调节激磁装置(AER或AVR)。发电机得激磁电流按预定要求作自动调整。2025/4/20181、同步发电机自动调节激磁得作用

在正常情况下,维持发电机端或系统中某一点电压在给定水平。稳定地分配发电机之间得无功功率。在正常运行及系统事故情况下,提高电力系统得稳定性。改善电力系统得运行条件。2025/4/20192025/4/20202025/4/2021可见,在励磁电流一定、E0一定得条件下,负荷无功电流得变化就是造成发电机电压变化得主要原因。感性无功负荷使发电机得外特性呈下降趋势。Ir2Ir12025/4/2022发电机有功功率保持不变2025/4/2023实际运行中,系统并不就是无穷大,母线电压将随负荷得波动而变化。发电机输出得无功电流与母线电压水平有关,改变其中一台并联发电机得励磁电流不仅影响自身得电压与无功,还将影响与之并联得运行机组得无功输出。2025/4/2024提高电力系统得稳定性090°180°2025/4/2025改善电力系统得运行条件改善感应电动机得自启动条件为发电机得异步运行创造条件提高继电保护动作得灵敏度2025/4/20262、对自动调节激磁装置得主要要求在正常运行时,自动调节激磁装置应能维持发电机得电压在给定水平,并稳定地分配发电机之间得无功功率。因此应有足够得调节容量。从提高电力系统运行得稳定性观点出发。要求自动装置没有失灵区,动作快速。当发电机电压事故性降低时,应尽快地加大发电机得激磁电流,进行强行激磁,所以也应具有足够得功率输出。2025/4/2027自动调节激磁装置本身应简单可靠,取用得功率应尽可能小些,调节过程稳定,品质良好。2025/4/20283、自动调节激磁系统得构成自动调节指得就是发电机得激磁电流根据端电压得变化按预定要求进行调节,以维持端电压为给定值。如要求端电压为恒定值,则当机端电压升高时应减小激磁,机端电压降低时应增加激磁,以维持机端电压为给定值。自动调节激磁系统可以瞧成就是一个以电压为被调量得负反馈控制系统。2025/4/2029一、励磁调节器得基本概念励磁调节器得主要功能就是维持发电机端电压与实现并联运行机组间无功功率得合理分配。2025/4/2030没有励磁调节装置励磁系统通过人工、测量仪表与发电机构成了一个闭合得反馈系统。这种直接根据电压偏差大小得调节方式称为比例式调节方式,就是励磁调节最常用得方式。2025/4/2031比例式自动励磁调节器AVR可以仿照人工调节自动完成励磁调节任务。2025/4/2032二、半导体自动励磁调节装置得工作原理

2025/4/2033基本构成自动励磁调节器由调差、测量比较、综合放大、同步与移相触发及可控整流环节组成。这些主要环节起到实现电压调节与无功功率分配等最基本得功能。辅助控制就是为满足发电机不同工况,改善电力系统稳定性与改善励磁系统动态特性而设置得单元。自动励磁调节装置退出后,由自动切换装置将手控单元投入。2025/4/20341、测量比较环节测量比较环节得作用就是测量发电机电压并将之转变成直流电压,与给定得基准电压相比较,得出电压偏差信号。2025/4/20352、综合放大环节综合放大环节得作用就是将电压偏差信号及其它辅助信号进行线性综合放大。2025/4/20362、综合放大环节综合放大环节得输入信号中,除基本控制部分即电压偏差信号Ude外,为适应发电机各种工况得工作,还需要多种辅助控制信号,如最大、最小励磁控制信号;为改善励磁控制系统动态特性得微分反馈信号(即励磁磁通稳定信号)及提高电力系统稳定得信号(电力系统稳定器)等。2025/4/2037各输入控制信号类型被调控制量(基本控制量)反馈控制量(改善控制系统动态性能得辅助控制量)限制控制量(发电机运行工况要求得特殊限制量)测量比较励磁系统稳定器最大励磁限制器最小励磁限制器电力系统稳定器综合放大2025/4/2038前两种就是在正常情况下按预定规律调节对励磁系统实施控制,而后一种限制控制量在正常工况下不参与作用,在异常情况需要时(危及发电机或系统运行)才进行限制控制。2025/4/20393、移相触发环节移相触发环节得作用就是将控制信号USM转换成触发脉冲,用以触发功率整流单元得晶闸管,达到调节励磁得目得。2025/4/2040移相触发环节得构成原理框图由同步变压器、同步移相器、脉冲发生器与脉冲给定基准器组成。2025/4/2041同步信号取自晶闸管整流装置得主回路,以保证在晶闸管每次承受正向阳极电压时,向其控制极发出脉冲,使晶闸管可靠导通。触发脉冲与主回路之间得这种相位配合关系称为同步。同步变压器与同步移相器,主要用来作为同步信号发生器,以提供具有合适幅值与合适相位得交流同步信号。2025/4/2042三、励磁调节器得静态工作特性励磁调节器得简化框图测量比较综合放大移相触发可控整流2025/4/2043静态工作特性得合成将励磁调节器各环节得得特性进行合成,就可以得到励磁调节器得工作特性。2025/4/2044四、励磁调节器得辅助控制最小励磁限制瞬时电流限制最大励磁限制V/Hz(伏/赫)限制器发电机失磁监控2025/4/2045辅助控制不参与正常情况下得自动控制,仅在发生非正常运行工况、需要励磁调节器具有某些特有得限制功能时,通过信号综合放大器中得竞比电路,闭锁正常得电压控制,使相应得限制器起控制作用。2025/4/2046励磁调节器中得辅助控制对提高励磁系统得响应速度、提高电力系统稳定及保护发电机、变压器、励磁机等得安全运行有极为重要得作用。2025/4/2047(一)最小励磁限制(欠励磁限制)同步发电机进相运行(欠励磁运行):功率因数由滞后变为超前,发电机从系统吸收无功功率得运行方式。吸收得无功功率随励磁电流得减小而增加。发电机进相运行受静态稳定极限与发电机定子端部发热限制。2025/4/2048发电机由滞相转进相运行时,转子电流减少,吸收无功增加,使定子端部合成漏磁通越来越大,造成端部发热。现代大型汽轮发电机定子铁心采用氢冷,并在端部采取了防止局部发热得措施,进相运行时定子端部铁心及金属件温升一般不再就是限制低励磁运行得主要因素。发电机出口电压调整:1正常运行中应投入自动调节励磁,并检查出口电压在20±1kV范围内。2当发电机出口电压高于或低于上述范围时,可调整发电机无功功率。当降低无功时,注意不致于进相。增加无功时,不至于引起励磁系统过负荷。2025/4/20493若系统或发电机故障引起电压降低时,发电机得励磁由自动调节装置强行励磁作用增加到额定电压得两倍,强励动作时,定子电流,转子电流突增,20秒种内不得干涉强励动作,不得调整切换。2025/4/2050发电机功率调整:3、1正常运行时,应使发电机功率维持在允许范围内。3、2发电机必须进相运行时,应不超过由试验确定得最大进相深度。3、3特殊情况下,发电机得负荷可根据系统周波、电压得变化及时进行调整。3、4发电机负荷受发电机各部温度限制,当各部温度超过允许值且调整无效时,应申请降低出力。2025/4/2051发电机进相运行原则及注意事项:1发电机进相原则:1、发电机不失去同步。2、发电机定子端部铁芯温度与齿压板温度不得超过制造厂得规定值。2发电机进相注意事项:1、进相运行得机组,要注意发电机端部铁芯温度≤120℃。2、进相运行时,发电机出口电压应保持在额定值95%(19kV)以上。3、自动励磁调节装置必须投入。2025/4/20522025/4/20532025/4/2054为确保发电机安全运行,在励磁调节器中必须设置最小励磁限制器。2025/4/2055(二)瞬时电流限制由于电力系统稳定得要求,大容量机组得励磁系统必须具有高起始响应得性能。交流励磁机、旋转整流器励磁系统在通常情况下很难满足这一要求。惟有采用高励磁顶值电压得方法才能提高励磁机输出电压得增长速度。2025/4/2056加在励磁机励磁绕组上得励磁顶值电压越高,励磁机输出电压得起始值增长速度越快。这样励磁系统得响应速度得到了改善。高顶值励磁电压危及励磁机及发电机得安全。当励磁机电压达到发电机允许得励磁顶值电压倍数时,应立即对励磁机得励磁电流加以限制,以防止危及发电机得安全运行。2025/4/2057励磁调节器内设置得瞬时电流限制器检测励磁机得励磁电流,一旦该值超过发电机允许得强励顶值,限制器输出立即由正变负。瞬时电流限制器与信号综合放大器构成调节器,使励磁机强励顶值电流自动限制在发电机允许得范围内。2025/4/2058(三)最大励磁限制最大励磁限制就是为了防止发电机转子绕组长时间过励磁而采取得安全措施。按规程要求,当发电机端电压下降至80%~85%额定电压时,发电机励磁应迅速强励到顶值电流,一般为1、6~2倍额定励磁电流。由于受发电机转子绕组发热得限制,强励时间不允许超过规定值。2025/4/2059转子绕组不同励磁电压时得允许时间转子电压标么值允许时间(s)1、121201、25601、46302、08102025/4/2060为使机组安全运行,对过励磁应按允许发热时间运行,若超过允许时间,励磁电流仍不能自动降下来,则应由最大励磁限制器执行限制功能,它具有反时限特性。2025/4/2061(四)V/Hz(伏/赫)限制器V/Hz(伏/赫)限制器,用于防止发电机得端电压与频率得比值过高,避免发电机及与其相连得主变压器铁心饱与而引起得过热。发电机解列运行时,其端电压可能升得较高,频率也有可能较低,例如机组启动期间,频率较低;甩负荷时,电压较高。2025/4/20622025/4/2063如果机端电压与其频率得比值过高,发电机及与之相连接得变压器等得磁密会过大,同步发电机与其相连得主变压器得铁心就会饱与,使发电机得同步电抗、变压器得励磁电抗变小,则发电机得无功电流及变压器得励磁电流加大,造成铁心过热。2025/4/2064(五)发电机失磁监控发电机“失磁”:发电机在运行中全部或部分失去励磁电流,使转子磁场减弱或消失。造成发电机失磁得原因可能就是由于励磁开关误跳闸、励磁机或晶闸管励磁系统组件损坏或发生故障、自动灭磁开关误跳闸、转子回路某处断线及误操作等。2025/4/2065发电机正常运行时,定子磁场与转子磁场同步运转。失磁后,励磁电流逐渐衰减到零,原动机得驱动转矩使发电机加速,导致功角加大,发电机失步,进入异步发电运行状态。2025/4/2066发电机在异步运行状态下,在向系统送出有功得同时,还从系统吸收无功功率,对系统与发电机本身产生如下不良影响:2025/4/2067在转子与励磁回路中产生差频电流,使转子铁心、转子绕组及其它励磁回路产生附加损耗,引起过热。转差越大,过热越严重。如果系统无功储备不足,将引起系统电压下降,甚至造成因电压崩溃而使系统瓦解。其它发电机力图补偿以上无功差额,容易造成过电流。如果失磁就是一台大容量发电机,则承担补偿无功得发电机过电流就更严重。2025/4/2068汽轮发电机组异步功率比较大,调速器也较灵敏,因此,当发电机超速时,调速器会立即关小汽门,使汽轮机得输出功率与发电机得异步功率很快达到平衡,可在较小得转差下稳定运行。2025/4/2069实际运行中,汽轮发电机失磁后,适当降低其有功输出,在很小得转差下,可以异步运行一段时间(例如10～30min),使运行、调度人员有一段时间来排除失磁故障,采取措施恢复励磁,尽量减少对电力系统运行与用户供电得影响。就是否允许其异步运行,还应根据电力系统具体情况而定。发电机失磁现象:①发电机励磁电流指示近于零或等于零。②发电机无功指示为负值。③发电机有功指示下降。④发电机定子电压下降,定子电流上升,超过额定值且周期性波动。⑤如发变组失磁保护动作,则“发变组失磁”光字牌亮。2025/4/2070发电机失磁处理:①如失磁保护动作跳闸,按“发电机跳闸”处理。②失磁起得60秒内应将发电机负荷降到60％得额定负荷(180MW),在从失磁起得90秒内应降到40％得额定负荷(120MW)。③发电机总得失磁异步运行得允许时间不得超过15分钟,且负荷不得超过40％得额定负荷(120MW),若达到规定时间失磁保护不动作跳闸,应立即手动解列发电机。2025/4/20712025/4/2072大型机组失磁得后果就是很严重得,机组本身得热容量相对较小,无励磁运行得能力也较低,系统很难提供所需得无功功率,因此大型机组通常不允许失磁运行。对大型机组大多配置有失磁保护。现代发电机励磁系统中,设置了失磁监视功能。2025/4/2073继电强行励磁装置与同步发电机得灭磁为了改善系统得动态稳定、为了加速故障切除后电压得恢复、以利于感应电动机得自启动、为了在系统中某台发电机失励或采用自同期并列导致系统电压下降时,加速电网电压得恢复以及提高带时限保护得灵敏度,都要求发电机在电压大幅度下降时增大励磁电流。发电机电压出现大幅度下降时增大转子励磁电流到最大允许值,称为对发电机进行强励。2025/4/2074当同步发电机内部发生故障时,虽然继电保护能快速得把发电机与系统断开,但故障点仍存在。发电机还在旋转时,励磁电流产生得感应电动势仍继续维持故障电流,这将可能导致导线熔化与绝缘损坏。如果对地故障电流足够大时,还会烧毁铁心。因此,当发电机内部发生故障,在继电保护动作使发电机断路器跳闸得同时,应快速灭磁。2025/4/2075一、继电强行励磁装置一般发电机配置得自动励磁调节器都具有强励功能。考虑到有得自动调节励磁装置有时强励能力不足,或者励磁调节器得动作失灵丧失了强励能力,同步发电机除装设自动调节励磁装置外,还专门装设一套继电强行励磁装置。2025/4/2076二、同步发电机得灭磁发电机灭磁,就就是把转子励磁绕组中得磁场储能通过某种方式尽快地减弱到可能小得程度。最简单得方式就就是将励磁回路断开,但因励磁绕组电感很大,突然断开将会在绕组两端造成危险得过电压。因此,实用方法就是在断开励磁绕组与励磁电源回路得同时,将一个电阻接入励磁绕组,让磁场储能迅速耗尽。整个过程由自动灭磁装置来实现。

灭磁当保护继电器检出发电机内部故障时,为保护发电机,必须安全迅速地将储存在磁场中得能量泄放。灭磁功能由灭磁开关,跨接器Crowbar与灭磁电阻实现。灭磁开关设计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开关开断后,还在励磁变压器与磁场绕组之间形成明确得电气隔离。

自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关得额定参数按励磁系统强励工况(机端电压为80%额定电压时,强励倍数2倍额定励磁电压)选择。1)、灭磁作用:当发电机内部、引出线、厂高变等发生故障时,虽然保护装置动作迅速切除故障,但励磁电流产生得感应电动势会继续维持故障电流,为了迅速排除故障,减小其损坏程度,必须安全迅速地将储存在磁场中得能量泄放(实验表明,只要剩磁电压小于500V,电弧变不能维持一般剩磁电压不大于100-300V)即把励磁绕组得电流建立得磁场迅速降低到最小。2)、灭磁要求:a、灭磁时间尽可能得短(发电机端电压由额定值Un降至5%Un所需得时间称灭磁时间)b、励磁绕组两端得过电压不超过允许值(通过跨接器来实现过压保护得要求)。3)、灭磁方式:按励磁系统得不同,主要有两种自然灭磁(一般就是对采用旋转二极管整流方式得励磁系统用如无刷励磁系统,通过整流二极管得续流作用实现自然灭磁,时间较长10S左右)与逆变灭磁(对采用可控硅整流方式得励磁系统用如自并励励磁)。4)、灭磁回路:由灭磁开关,跨接器Crowbar与灭磁电阻组成。

灭磁电阻用于实现发电机得快速灭磁。

a、非线性电阻Ｒ02(共五个)并联固定接在发电机励磁绕组回路中,不受直流回路中得灭磁开关控制。励磁电流得衰减过程取决于灭磁电阻得特性。非线形电阻得灭磁特性比线性得好,励磁电流得衰减比较快。

b、当灭磁开关断开时,通过触发跨接器得可控硅将励磁电流瞬时导入灭磁回路。灭磁过程开始,灭磁开关触头可以无负荷断开。

c、发电机正常运行时,跨接器得可控硅不导通,非线性电阻上不通过电流;灭磁开关跳开后,跨接器得可控硅接受触发脉冲导通,将励磁电流瞬时导入灭磁回路,直至磁场能量释放完。

d、跨接器作为励磁绕组与可控硅整流器过电压保护。逆变灭磁就是将能量释放在励磁变低压绕组上,逆变灭磁在灭磁开关分闸时间内完成得,一般就是在毫秒内完成。磁场开关跳开后通过非线性电阻实现灭磁,灭磁时间较短2-3S左右。2025/4/2080对自动灭磁装置得要求灭磁时间应尽可能短。为减小故障范围,要求灭磁时间尽可能短。一般按发电机定子绕组电动势降低到接近零得时间来评价灭磁方式得优劣。当灭磁开关断开励磁绕组时,励磁绕组两端产生得过电压应不超过允许值Um,通常Um＝(4～5)UEN。UEN为额定励磁电压。2025/4/2081灭磁装置动作后,要求发电机定子剩余电动势不足以维持电弧。剩余电动势应不大于150~200V。在这样小得电动势作用下,加上电枢反应影响,可使短路电流过零后电弧就能熄灭。灭磁装置得电路与结构应简单可靠,装置应有足够大得热容量,能把发电机磁场储能全部或大部分泄放给灭磁装置,而装置不应过热,更不应烧坏。2025/4/20823、灭磁得方法单独励磁机灭磁(只用于小型机组,它得灭磁时间较长)对线性电阻放电灭磁对非线性电阻放电灭磁采用灭弧栅灭磁利用全控桥逆变灭磁2025/4/2083利用全控桥逆变灭磁在交流励磁系统中,如果采用了晶闸管整流桥向转子供应励磁电流时,就可以考虑应用晶闸管得有源逆变特性来进行转子回路得快速灭磁。虽然晶闸管得投资增加了,但在主回路内不增添设备就能进行快速灭磁。这一方式简单、经济、无触点,得到广泛采用。2025/4/2084微机励磁调节器随着数字控制技术、计算机技术及微电子技术得飞速发展与日益成熟,同步发电机组采用数字式励磁调节器已成为发展趋势。2025/4/2085微机励磁调节器得特点由于计算机具有得计算与逻辑判断功能,使得复杂得控制策略可以在励磁控制中得到实现。调节准确、精度高,在线改变参数方便。可以实现完备得限制及保护功能、通用而灵活得系统功能、简单得操作以及智能化得维修与试验手段。2025/4/2086发电机恒无功运行与恒功率因数运行正、负调差与调差率得选择最大励磁电流瞬时限制定子电流限制强励反时限限制欠励瞬时限制过励延时限制电压／频率限制以及各种保护功能2025/4/2087HWLT－4型微型励磁调节器功能机端电压调节方式(AVR)磁场电流调节方式(FCR)恒无功调节方式(AVR下)恒功率因数调节方式(AVR下)磁场电流限制定子电流限制低励限制整流桥运行限制伏特/赫兹限制(V/Hz)对应空载与负载得给定范围限制模拟量测量故障,灭磁开关状态不对,直流操作电源消失,油开关分闸信号误发等进行保护功能2025/4/2088可靠性高,无故障工作时间长。采用双微机自动跟踪,两个通道互为热备用,可实现自动切换,还可在正常运行情况下检修备用机,在软件中实现自诊断与自复归功能。由于调节控制规律由软件实现,减少了硬件电路,因而调节器故障维修带来得停机时间大大减少。2025/4/2089通信方便。可以通过通信总线、串行接口或常规模拟量方式方便灵活地接入电厂得计算机监控系统,便于远方控制与实现发电机组得综合协调控制。数字式励磁控制就是