GEX2000系列电机励磁控制系统

1、gex-2000系列励磁控制系统系列励磁控制系统 技术交流会技术交流会 北京科电亿恒电力技术有限公司 2006年5月 一、励磁控制系统的作用 发电机的转子在原动机（水轮机、汽轮机、柴发电机的转子在原动机（水轮机、汽轮机、柴 油机等）拖动下，产生的旋转磁场与静止的定子绕油机等）拖动下，产生的旋转磁场与静止的定子绕 组产生相对运动，定子绕组组产生相对运动，定子绕组切割磁场的磁力线，定切割磁场的磁力线，定 子绕组中将会产生电压子绕组中将会产生电压. .因此，要发电则必须因此，要发电则必须 要有要有 产生磁力线的磁场。励磁控制系统的作用就是产生产生磁力线的磁场。励磁控制系统的作用就是产生 可以任意控制

2、其大小的直流电源（称为可以任意控制其大小的直流电源（称为“励磁电励磁电 流流” ）向发电机转子绕组进行输送，产生磁场。来）向发电机转子绕组进行输送，产生磁场。来 控制发电机的端电压或定子电流，这就是励磁系统控制发电机的端电压或定子电流，这就是励磁系统 的最基本作用。的最基本作用。 励磁控制系统在电力系统中的作用励磁控制系统在电力系统中的作用 在现代化的电力系统中，提高和维持同步发电机运行的稳定性，是保 证电力系统安全、经济运行的基本条件之一。在众多改善同步发电机稳定 运行的措施中，提高励磁励磁系统的控制性能是公认的经济而有效的手段 之一。励磁系统做为同步发电机的一个重要组成部分，它性能的优劣直

3、接 影响发电机的运行特性，对电力系统的安全稳定运行有着重要的影响。下 面简单的介绍一下励磁控制系统的三个主要作用。 1.维持发电机机端电压 2.在并列运行的发电机间根据容量大小合理分配无功功率 3.提高电力系统的稳定性 一、维持发电机机端电压一、维持发电机机端电压 在发电机正常运行条件下，励磁系统应维持发电机机端（或指定控制点）在发电机正常运行条件下，励磁系统应维持发电机机端（或指定控制点） 电压在给定水平。通常当发电机负荷变化时，发电机端电压将随之变化，电压在给定水平。通常当发电机负荷变化时，发电机端电压将随之变化， 这时励磁系统将自动的增加或减少发电机励磁电流，使机端电压维持在一这时励磁系

4、统将自动的增加或减少发电机励磁电流，使机端电压维持在一 定的水平上，保证有一定的调压精度（调压精度：在规定条件下，被控量定的水平上，保证有一定的调压精度（调压精度：在规定条件下，被控量 与给定值之间的不相符程度，数值上用给定值和被控量之差值与给定值的与给定值之间的不相符程度，数值上用给定值和被控量之差值与给定值的 比值的百分数来表示比值的百分数来表示 ）。当机组甩负荷时，通过励磁系统的快速调节作用，）。当机组甩负荷时，通过励磁系统的快速调节作用， 限制机端电压不致过分升高。维持发电机机端（或指定控制点）电压在给限制机端电压不致过分升高。维持发电机机端（或指定控制点）电压在给 定水平上是励磁控制

5、系统最基本和最重要的作用。定水平上是励磁控制系统最基本和最重要的作用。 维持发电机的电压在给定水平的意义：维持发电机的电压在给定水平的意义： 1 1）保证电力系统运行设备的安全。设备都有其额定运行电压和最高运行）保证电力系统运行设备的安全。设备都有其额定运行电压和最高运行 电压。保证发电机电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全电压。保证发电机电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全 运行的基本条件之一。运行的基本条件之一。 2 2）保证发电机运行的经济性，发电机在额定值附近运行是最经济的。）保证发电机运行的经济性，发电机在额定值附近运行是最经济的。 3 3）提高维持发电机电压

6、能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方）提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方 面是一致的。面是一致的。 二、并列机组间合理分配无功功率二、并列机组间合理分配无功功率 当母线电压发生波动时当母线电压发生波动时, ,发电机无功电流的增量与电压偏差成发电机无功电流的增量与电压偏差成 正比，因此机端电压高的就担负的无功量大，机端电压低的正比，因此机端电压高的就担负的无功量大，机端电压低的 就担负的无功量小。通常我们希望发电机的无功电流应当按就担负的无功量小。通常我们希望发电机的无功电流应当按 照机组容量的大小成比例的进行分配，即大容量机组担负的照机组容量的大小成比例的进行分

7、配，即大容量机组担负的 无功量应大些，小容量机组担负的无功量应小些。由于励磁无功量应大些，小容量机组担负的无功量应小些。由于励磁 系统具有无功调差特性，励磁系统就可根据设定的调差系数系统具有无功调差特性，励磁系统就可根据设定的调差系数 对机端电压进行调节，所以就可以达到机组间无功负荷合理对机端电压进行调节，所以就可以达到机组间无功负荷合理 分配的目的。分配的目的。 三、提高电力系统的稳定三、提高电力系统的稳定 当发电机采用自动励磁调节装置时，发电机与系统间功率角可大于当发电机采用自动励磁调节装置时，发电机与系统间功率角可大于9090度，度， 即允许发电机运行在人工稳定区。在发电机遭到大干扰后，

8、即系统短路切即允许发电机运行在人工稳定区。在发电机遭到大干扰后，即系统短路切 除后，转子摇摆到最大角度，受到制动力矩作用又摆回到最小角度，在这除后，转子摇摆到最大角度，受到制动力矩作用又摆回到最小角度，在这 个过程中发电机往往容易失步。如果励磁调节装置发挥作用，当转子加速，个过程中发电机往往容易失步。如果励磁调节装置发挥作用，当转子加速， 向最大角度摆动时，继续强励以增加制动作用。当角度开始向回摆动时，向最大角度摆动时，继续强励以增加制动作用。当角度开始向回摆动时， 励磁调节器开始减磁使制动作用减小。这样就能减小功率角的第一个摇摆励磁调节器开始减磁使制动作用减小。这样就能减小功率角的第一个摇摆

9、 的振幅，并使后继的振幅逐步减弱，最终趋于稳定。在采用长距离输电线的振幅，并使后继的振幅逐步减弱，最终趋于稳定。在采用长距离输电线 路输送电力时，有时会导致电力系统呈现本地和（或）区域的功率角和有路输送电力时，有时会导致电力系统呈现本地和（或）区域的功率角和有 功以功以0.2-3hz0.2-3hz的低频振荡。自动励磁调节装置装有附加控制信号和稳定环的低频振荡。自动励磁调节装置装有附加控制信号和稳定环 节（节（psspss）就能提供合适的阻尼转矩，来有效的抑制系统的低频振荡。使）就能提供合适的阻尼转矩，来有效的抑制系统的低频振荡。使 发电机的运行特性较平稳的过度到事故后的功率特性曲线，提高稳定性

10、。发电机的运行特性较平稳的过度到事故后的功率特性曲线，提高稳定性。 改善电力系统运行条件：当系统发生短路故障时，调节器会使电压上调，改善电力系统运行条件：当系统发生短路故障时，调节器会使电压上调， 从而增加短路电流，提高保护装置的灵敏度，增强保护装置动作的可靠性。从而增加短路电流，提高保护装置的灵敏度，增强保护装置动作的可靠性。 当有一台发电机因故失去励磁转入异步运行时，系统电压将会下降。自动当有一台发电机因故失去励磁转入异步运行时，系统电压将会下降。自动 励磁调节器将自动调节各发电机励磁电流，从而维持系统电压在一定水平。励磁调节器将自动调节各发电机励磁电流，从而维持系统电压在一定水平。 当电

11、力系统短路故障切除后，自动励磁调节器可以加速系统电压的恢复过当电力系统短路故障切除后，自动励磁调节器可以加速系统电压的恢复过 程，从而改善异步电动机的自启动条件。程，从而改善异步电动机的自启动条件。 二、励磁系统的分类二、励磁系统的分类 在电力系统发展初期，发电机容量较小，励磁电流通常由与发电机组同轴在电力系统发展初期，发电机容量较小，励磁电流通常由与发电机组同轴 的直流发电机供给。即直流励磁机方式。随着机组容量的提高，所需励磁的直流发电机供给。即直流励磁机方式。随着机组容量的提高，所需励磁 电流也随之增大，而直流励磁机由于存在机械整流环，功率过大时制造存电流也随之增大，而直流励磁机由于存在机

12、械整流环，功率过大时制造存 在困难，因此在大容量的发电机上很少采用。在困难，因此在大容量的发电机上很少采用。2020世纪世纪6060年代初国外开始在年代初国外开始在 中型发电机上采用交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式，到中型发电机上采用交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式，到6060年代末年代末 7070年代初，已得到普遍应用。目前，半导体励磁已成为励磁方式的主流。年代初，已得到普遍应用。目前，半导体励磁已成为励磁方式的主流。 根据励磁电源的提供方式的不同，励磁系统可以分为直流励磁机励磁系统、根据励磁电源的提供方式的不同，励磁系统可以分为直流励磁机励磁系统、 交流励磁机励磁系统和静止励磁系统

13、。交流励磁机励磁系统和静止励磁系统。 根据励磁电压响应速度又可分为快速励磁系统和慢速励磁系统。根据励磁电压响应速度又可分为快速励磁系统和慢速励磁系统。 目前常用的励磁系统 1. 直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统 多用于七十年代以前的中小型机组。多用于七十年代以前的中小型机组。 2. 具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静止整流静止整流 器励磁系统（器励磁系统（“三机三机”励磁系统）励磁系统） 多用于六十年代以后多用于六十年代以后100mw以上的大型火电机组。以上的大型火电机组。 3. 具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机具有与发电机同轴副励磁机的交流励

14、磁机-旋转整流旋转整流 器励磁系统（器励磁系统（“无刷无刷”励磁系统）励磁系统） 用于八十年代以后的中小型机组。用于八十年代以后的中小型机组。 4. 静止可控硅自并激励磁系统（静止可控硅自并激励磁系统（“自并激自并激”励磁系统）励磁系统） 多用于七十年代以后的水电机组、以及九十年代以后的大中小多用于七十年代以后的水电机组、以及九十年代以后的大中小 型火电机组，系优质励磁系统。型火电机组，系优质励磁系统。 一、直流励磁机励磁系统 直流励磁机方式：励磁电流通常由与发电机组同轴的直流发电机供给。直流励磁机方式：励磁电流通常由与发电机组同轴的直流发电机供给。 主要应用：旧型机组。主要应用：旧型机组。

15、缺点：有滑环、电刷，缺点：有滑环、电刷， 易产生火花，可靠性不高，结构复杂，不易维易产生火花，可靠性不高，结构复杂，不易维 护，响应速度慢。护，响应速度慢。 二、三机励磁系统二、三机励磁系统 他励带静止二极管整流方式：下图为他励静止二极管励磁系统的原理 接线图发电机的励磁电流由交流励磁机g1经二极管整流装置u1整流后通过滑 环引入，交流励磁机励磁电流则由交流副励磁机g2经可控硅整流装置u2整流 供给。自动励磁调节器avr随运行工况的变化而改变u2的输出电压，以改变 交流励磁机的励磁电流和端电压，从而起到调节发电机gs励磁电流的作用。 为减小励磁电压的纹波系数和励磁机励磁绕组的电感及时间常数，以

16、加快调 节速度。交流励磁机的频率一般采用100hz的交流发电机，而交流励磁机则 采用400500hz的中频发电机。 三、无刷励磁系统三、无刷励磁系统 采用与发电机同轴的永磁机作为励磁电源，通过可控硅采用与发电机同轴的永磁机作为励磁电源，通过可控硅 整流装置直接控制励磁机的励磁绕组。励磁机采用旋转电枢式整流装置直接控制励磁机的励磁绕组。励磁机采用旋转电枢式 三相同步发电机，即励磁机的电枢绕组是旋转的，而他的励磁三相同步发电机，即励磁机的电枢绕组是旋转的，而他的励磁 绕组是静止的。这样，旋转电枢的交流输出与装在主轴一同旋绕组是静止的。这样，旋转电枢的交流输出与装在主轴一同旋 转的半导体整流器直接相

17、连，整流后，直接供给主发电机转子转的半导体整流器直接相连，整流后，直接供给主发电机转子 的励磁绕组。因为交流励磁机的三相交流绕组、整流装置、发的励磁绕组。因为交流励磁机的三相交流绕组、整流装置、发 电机磁场绕组都在同一旋转轴上，相对静止，不需要滑环和碳电机磁场绕组都在同一旋转轴上，相对静止，不需要滑环和碳 刷，所以又称为三机无刷励磁方式。刷，所以又称为三机无刷励磁方式。 电机代表厂家：南汽、济南电机、南阳防爆、上电、武汽等电机代表厂家：南汽、济南电机、南阳防爆、上电、武汽等 二机无刷励磁系统二机无刷励磁系统 用一台接在发电机机端的励磁变压器作为励磁电源，通过可控硅整流装用一台接在发电机机端的励

18、磁变压器作为励磁电源，通过可控硅整流装 置控制励磁机的励磁绕组。励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机，旋转电置控制励磁机的励磁绕组。励磁机采用旋转电枢式三相同步发电机，旋转电 枢的交流输出与装在主轴一同旋转的半导体整流器直接相连，整流后，直接枢的交流输出与装在主轴一同旋转的半导体整流器直接相连，整流后，直接 供给主发电机转子的励磁绕组。因此，无永磁机所以又称为二机无刷励磁。供给主发电机转子的励磁绕组。因此，无永磁机所以又称为二机无刷励磁。 无刷励磁系统优缺点：对旋转整流盘要求高，造价高。无刷励磁系统优缺点：对旋转整流盘要求高，造价高。 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

19、靠性和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。由于无滑环、电刷，减少了机组维护工作量。由于无滑环、电刷， 不产生火花，多用于有防爆不产生火花，多用于有防爆 要求和易燃气体的场合。但缺点为轴系长，对旋转硅元件的可靠性要求高，要求和易燃气体的场合。但缺点为轴系长，对旋转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。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。 电机厂家：杭发、四川东风、洛阳中重、上电、武汽等电机厂家：杭发、四川东风、洛阳中重、上电、武汽等 四、静止励磁系统四、静止

20、励磁系统 静止励磁方式：静止系统是励磁系统中接线最简单、造价最低廉的一种励静止励磁方式：静止系统是励磁系统中接线最简单、造价最低廉的一种励 磁方式。用一台接在发电机机端的励磁变压器作为励磁电源，通过可控硅磁方式。用一台接在发电机机端的励磁变压器作为励磁电源，通过可控硅 整流装置直接控制发电机的励磁。整流装置直接控制发电机的励磁。 静止系统的特点静止系统的特点:1.:1.静止励磁系统为静态励磁静止励磁系统为静态励磁, ,与交流励磁机系统比较与交流励磁机系统比较, ,没没 有旋转部件有旋转部件, ,运行可靠性高运行可靠性高;2.;2.自并励励磁系统可缩短发电机机组轴系长度自并励励磁系统可缩短发电机

21、机组轴系长度, , 减少轴承数量减少轴承数量. .改善轴系震动改善轴系震动, ,从而提高了机组的安全运行水平从而提高了机组的安全运行水平;3.;3.在小干在小干 扰稳定方面扰稳定方面, ,励磁系统配备励磁系统配备psspss后后, ,稳定水平较交流励磁机系统有明显提高稳定水平较交流励磁机系统有明显提高, , 在大干扰方面在大干扰方面, ,研究表明静止励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁研究表明静止励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁 系统相近或略有提高系统相近或略有提高;4.;4.静止系统造价低静止系统造价低, ,由于缩短了轴系长度由于缩短了轴系长度, ,因而可减因而可减 少厂房和基础造价

22、少厂房和基础造价, ,调整容易调整容易, ,维护简单维护简单. . 静止励磁系统经常讨论的几点技术问题静止励磁系统经常讨论的几点技术问题 静止励励磁系统的强励能力:发电机近端短路时,由于端电压大幅下降,自并励 系统能否满足强励要求,保证机组不会失磁,是在自并励技术发展过程中曾出 现的疑虑.由于现代大型机组都采用单元式接线,可能使励磁电源完全消失的 唯一机会是很少发生的发电机端三相短路,而三相短路在差动保护范围内,这 时不对发电机进行强励,对保护发电机有利.电力系统90%的短路故障为不对称 短路,通过合理的设计可以使短路时仍有强励能力.同样很少发生的升压变压 器高压侧短路,短路使自并励仍有一定的

23、强励能力,因这时发电机机端电压仍 为30%40%额定电压.研究表明,升压变压器高压侧三相短路,若不对发电机强 励,会使电力系统暂态稳定极限下降1%3%,另外会使发电机后备保护灵敏度不 够.综上所述,考虑到三相短路发生的几率很小而且稳定极限下降不多,通常认 为影响不大,对后一问题,通常采用优化发电机后备保护的方法来解决. 自并励系统给继电保护带来的问题:对于大中容量机组,由于其励磁绕组时间 常数较大,励磁电流在短路0.5s后才显著衰减.因此短路0.5s内自并励方式与 他励方式的励磁电流是接近的,只有在短路0,5s后,才有明显差异.电网中的重 要设备的保护时间都在0.1s内且都设双重保护,主保护可

24、靠动作是没有问题的. 但对于大于0.5s的后备保护,则不一定能可靠动作,可将低压闭锁过流保护换 成带过流记忆式或低阻抗保护的形式. 三、励磁控制系统的组成三、励磁控制系统的组成 励磁控制系统是指：提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节励磁控制系统是指：提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节 与控制元件，过压保护及灭磁装置。主要由以下四部分组成：与控制元件，过压保护及灭磁装置。主要由以下四部分组成： 1 1、自动电压调节器（励磁调节器）、自动电压调节器（励磁调节器） 2 2、励磁电源（励磁机、励磁变压器）、励磁电源（励磁机、励磁变压器） 3 3、整流器（、整流器（ac/dcac/dc变换，变换，

25、scrscr、二极管）、二极管） 4 4、灭磁与转子过电压保护、灭磁与转子过电压保护 1、励磁调节器、励磁调节器 自60年代以来，模拟式励磁调节器在应用中一直占主导地位，功能上也基本满足发 电机对励磁系统控制的要求。但也暴露出诸多不足，特别是在自检功能以及修改硬 件功能方面有很多困难，增加一功能则必须增加相应的功能组件。上述情况一直延 续到80年代中期，随着数字化微处理技术的发展，使得调节器逐步由模拟技术向数 字化方向转变，以下列出了数字式和模拟式调节器特征的对比。 性性 能能 数字式数字式模拟式模拟式 构 成 以微处理机为核心的硬件及功率部分组成硬件系统， 量测及运算由软件进行数字控制。 使

26、用ic模拟控制部件以及功率部件组成 功 能 由软件扩展实现高功能化，avr功能可以一体化或分 散化 增加硬件实现多功能化，avr的功能及其他功能 是分散的，如电调功能接口问题。 可 靠 性 数字式运算特性经久无变化，自诊断功能可检测故障 进行自动切换。由于多重化，除非全系统异常否则其 功能作用不会终止。 因阻容及ic部件的温飘和老化因素，运算部分的 特性是变化的，在运算回路中，出现故障则部分 相应功能会终止。 维 护 性 跟踪及自诊断功能在特定点设定比较容易。为确定各工作点，需对各部分特性定期进行检验。 操 作 性 改变控制功能，由软件处理设定值易于实现改善控制功能时必须改变硬件及设定值，改动

27、不 方便。 微机励磁控制器的总体结构微机励磁控制器的总体结构 测 量 回 路 母线 励磁 同步信号 脉冲放大 板 转换板 同步信号 定时/计数器 通讯 显示 触发脉冲 开关量输入 开关量输出 上位机 电源 开机令，增磁 停机令，减磁 助磁投切 声光信号 微机励磁控制器的硬件构成微机励磁控制器的硬件构成 cpu单元:它是微机系统的核心部分,负责管理微机系统中所有模板,并执行微 机励磁控制器的软件.如果它出现故障,微机系统即无法正常运行. 模拟量采集处理单元:用于pt、ct来得交流及直流模拟信号转换成相应的数 字量。对同步信号来的电压进行降压、滤波、和整形，输出与三相同步信号 相对应的三相方波信号

28、。 开关量输入单元；负责光隔输入各项开关状态以及控制信号。采用光隔离技 术，可以避免外界电磁干扰。 开关量输出单元；用于输出各种状态信号，如工作运行方式、各种励磁限制 动作信号。 脉冲信号单元：cpu发出来的是功率很小的6个触发脉冲，经过功率管及脉冲 变压器进行功率放大，以能触发可控硅。 显示操作单元；其功能为就地显示和修改发电机的各种运行状态和各整定参 数等。 通讯单元：用于接收和发送至上位机和其它微机的命令和信息。 微机励磁控制器软件构成微机励磁控制器软件构成 微机励磁控制器的实时控制软件主要包括：主程序，a/d采样程序， 控制计算程序，励磁限制程序，同步脉冲处理及触发脉冲形成程序， 开关

29、量及键盘命令程序，显示程序，通讯程序，通用子程序库等。从 大的流程来讲可分为主程序和中断程序。实际上，有些功能是放在主 程序或中断服务程序中执行不是严格规定的，总的原则是时间性要求 很强的一般放在中断程序，如测频、采样、触发脉冲形成等。 主程序包括上电初始化，硬件以及一些参数的初始化，允许中断，遗 迹一些需要在主程序完成的功能。另外主程序也负责对小键盘和显示 进行管理和其他微机及上位机的通讯等 中断服务程序：包括测频、采样及控制量的计算，形成触发脉冲、完 成一些励磁限制功能的计算、读开关量并进行处理等。 励磁系统的控制励磁系统的控制 pid励磁控制:控制系统中的输入量为发电机端电压的偏差.简单

30、的说,pid励磁控制 器个校正环节的作用如下:比例环节能迅速成比例的反映机端电压的偏差信号,偏差 一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差,维持端电压为恒定.但比例控制不 能消除稳态误差,稳态误差的大小主要与放大倍数有关,放大倍数越大,偏差越小;积 分环节的主要作用是消除稳态误差,提高系统的无差度.只要系统存在误差,积分控 制作用就不断的积累,输出控制量以消除误差.但是积分作用太强会使系统超调加大, 甚至使系统出现震荡;微分环节能反映偏差信号的变化趋势(变化速率),从而在系统 中引入一个早期修正信号,即按预测的电压变化趋势进行调节,微分控制可以减少超 调量,提高系统的稳定性,同时加快系统的

31、动作速度,减少调节时间. pid励磁控制系统应能达到如下控制目标: 1)稳态时有较大的放大倍数,使发电机端电压接近恒定,保证发电机端电压静差率满 足国家标准的要求,使系统有较大的静态稳定极限. 2)暂态时有较小的放大倍数,以避免超调和震荡;保证发电机间无功分配的稳定性. 比例 积分 微分 励磁调节器功能简介 无功补偿（调差）无功补偿（调差） 强励电流限制（快速限制、强励电流限制（快速限制、 倍数限制）倍数限制） 过励限制（励磁电流慢速、过励限制（励磁电流慢速、 反时限）反时限） 欠励限制（欠励限制（p-q） 定子电流限制（过无功限制）定子电流限制（过无功限制） （差别？差别？） 伏赫限制（伏赫

32、限制（v/hz、u/f） （过激磁）（过激磁） 软起励功能软起励功能 pss功能功能 电制动功能电制动功能 pt断线保护断线保护 2、励磁电源（励磁机、励磁变压器） 近年来，随着水、火电机组容量的不断增长，在励磁方式的选择上，非特殊 场合下已由传统的旋转励磁机方式逐步转向于静止励磁方式。由于励磁机一 般作为主机的一部分，由主机厂供货。因此今天内容就不涉及了。以下主要 介绍作为励磁系统重要组成部件之一的励磁变压器。 当前，应用在励磁系统中的励磁变压器根据绝缘方式的不同，可以分为以下5 种绝缘型式： 1、以环氧树脂为绝缘材料的树脂浇注干式变压器。 2、无碱玻璃纤维缠绕的干式变压器。 3、mora型

33、干式变压器 4、nomex型干式变压器 5、新型合成脂油侵变压器 在以上几种变压器绝缘方式中，以树脂浇注式及缠绕干式两种绝缘方式在当 前应用比较广泛。缠绕式结构的最大优点是无需专门的模具及浇注设备，生 产简单。但由于树脂是在常规条件下加入，不是真空浇注，有存在气泡的可 能性。从而容易引起局部放电而降低其运行可靠性。另外缠绕干式所需工时 较多，使缠绕式的成本也高于一般的浇注式变压器。因此，目前励磁系统大 多采用的都是环氧树脂浇注的干式变压器。 树脂浇注干式变压器的结构特征树脂浇注干式变压器的结构特征 下面对应用较为广泛的树脂浇注式干式变压器的性能特征作一简单介绍： 一、铁芯：树脂浇注式干式变压器

34、铁芯采用优质冷轧晶粒取向硅钢片，45度 全 斜缝结构。芯柱采用绝缘带绑扎，表面用特殊树脂密封加以防潮防锈。 二、绕组绝缘结构：当前树脂浇注式干式变压器工艺分为浇注式和缠绕式。 三、绕组材质：采用铜线、铜箔或铝箔。因铝箔与树脂膨胀系数接近，出于对热 膨胀系数的考虑，大型励磁变反而推荐采用铝箔绕组。因为铜的热膨胀系数为17， 而树脂的热膨胀系数为2830，为此，铝绕组所承受内应力较小，绕组间的电容分 布也可使电位分布比较均匀。并且采用铝箔比铜绕组更容易降低温升。 四、散热与冷却：干式变压器的冷却方式有自然空气冷却和强迫空气冷却两种， 分别以an、af表示。a为空气，n为自然循环，f为强迫循环。带风

35、冷系统产品冷却 方式可标为：anaf。自然空气冷却时（an)，正常使用条件下，变压器可连续输 出100%额定容量。强迫空气冷却时（af），允许不同程度过负载运行。允许的倍 数适用于应急过负载或断续过负载。变压器过负载运行时，由于负载损耗和短路 阻抗增幅较大，导致温升增大，变压器过热，加速绝缘材料的老化和失效，因此， 不推荐连续过负载运行。对于励磁变压器而言，设计时要考虑留有一定的裕度， 因此环氧浇注式变压器可以不考虑加设强迫风冷装置。但是若置于通风条件较差 的场所时，必须考虑强迫风冷装置的配置。 树脂浇注干式励磁变与电力变的应用特征的不同树脂浇注干式励磁变与电力变的应用特征的不同 由于励磁变压

36、器是通过整流器（可控或非可控）向同步发电机励磁绕组供给直流电 源，在本质上是一种不同于电力变压器的非标准整流变压器，下面介绍一下相对于 普通变压器的一些特殊运行状态。 1、由于在励磁变压器高、低压绕组中的谐波电流会产生额外的附加损耗，因此励 磁变压器的设计容量应高于由基波电流确定的容量。 2、由于由电网和变压器阻抗所决定的谐波电流的存在，使励磁变压器铁芯得励磁 电压波形发生畸变（谐波电压），可使铁芯饱和，为此在设计铁芯尺寸时应适当放 大以避免饱和。 3、由于谐波电流的存在，谐波电流在相应谐波阻抗上产生了谐波电压降，此谐波 电压将引起空载损耗的增加以及变压器噪声的增大。而谐波电流将引起负载损耗的

37、 增加以及分布不均匀的涡流损耗，会引起局部的过热。 4、励磁变存在瞬时的换相过电压，此外为避免因高、低压绕组间的电容耦合引起 的感应过电压，通常励磁变在高、低压绕组之间设置接地屏蔽。 树脂浇注式干式变压器技术规范树脂浇注式干式变压器技术规范 1、励磁变压器的额定容量：励磁变压器除供给发电机最大连续负载励磁容量外， 还承担强行励磁时提供强励电压及强励电流的瞬时输出容量，一般强励电流维持时 间为1020s。在确定容量时还应考虑谐波电流附加损耗系数，适当加大额定二次电 流的数值。依此确定容量是当前普遍采用的办法。 2、连接组别：励磁变压器的连接组别一般采用yd11接线方式，其原因为一次侧接 为星型时

38、，一次绕组的相电压仅为线电压的根3，降低了一次绕组的耐压水平。二 次绕组三角形连接，可为三次谐波短路电流提供一个支路，用以抵消三次谐波磁通， 改善相电压波形。 3、绝缘等级和温升：目前国外供货的励磁变绝缘等级多为f级或f/h级(f级绝缘h级 温升考核），国内产品多为f级或f/b级(f级绝缘b级温升考核）.励磁变压器温升涉 及的部件有：绕组、铁芯、附加紧固件。 绝缘等级绝缘等级绝缘系统温度绝缘系统温度绕组热点温度绕组热点温度额定电流绕组平均温升值（额定电流绕组平均温升值（k） 额定值最高允许值 a10595140 e120110155 b130120165 f155145190 h1801752

39、20 c220210250 树脂浇注式干式变压器技术规范树脂浇注式干式变压器技术规范 4、短路阻抗：变压器的短路阻抗电压是一个重要的参数，此值影响到整流器换 相的工作状态和变压器的短路电流值。当发电机磁场短路或集电环闪络以及 整流桥臂短路时，回路短路电流将由变压器的阻抗电压所决定。一般励磁变 压器的短路阻抗值为6%-12%，个别厂家推荐值高达16%。 5、短时电流过载能力：励磁变压器要有过电压、过载的能力，因过载、过压将 导致铁芯损耗及励磁电流的增加。 6、励磁变压器要有抗突然短路电流的能力。 7、静电屏蔽：国标要求励磁变压器的低压绕组和高压绕组之间应装设静电屏蔽 层，为防止产生悬浮电位，屏蔽

40、层必须良好接地。静电屏蔽层的作用：1）抑 制过电压；2）抑制高次谐波的传递；3）降低静电噪声。 8、运行环境：变压器绝缘状况受到环境温度和海拔等环境因素的影响。通常使 用条件：1）周围环境最高空气温度不超过40摄氏度；2）安装地点海拔高度 不超过1000m。对于环境温度超过40摄氏度的，励磁变的额定耐受电压值应乘 以相应的温度校正系数。随着海拔的增高，空气密度减小，变压器温升升高。 运行地点超过1000m的部分，以500m为一级，温升按照自冷2.5%，风冷5%递减。 因此，随着环境的改变，励磁变的容量、绝缘等级、温升都要做相应的调整。 3、整流器（ac/dc变换，scr、二极管） 开关励磁 开

41、关励磁原理 ac变dcdc变ac 非相控电路 不需要同步 小功率 小励磁 开关励磁原理示意 可控硅励磁原理 三相全控桥电路 =00:强励状态，ac变dc =0:整流状态，ac变dc =1500:逆变状态，dc变ac 全控桥与半控桥 全控桥： 整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 uf反相恒定 if线性衰减 灭磁快 半控桥： 整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流 uf0 if非线性衰减 灭磁慢 续流二极管 可控硅组件与整流柜 ？4：可控硅及其组件内部结构 三相全控桥电路要点 ？5： 逆变 能量 去向 三相全控桥实际电路波形 ？6：交直流尖峰关系 4、灭磁与转子过电压保护 灭磁的主要目

42、的灭磁的主要目的 在机组故障情况下 断开灭磁开关、导通 灭磁回路(a,b,c,d 4) 快速吸收转子能量 衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度 和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时间短， 灭磁电压不能超过转子允许电压值。 最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过 程中保持恒定，只有这样，灭磁电流才能按 线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的 灭磁系统称为理想灭磁系统 发电机发电机 发电机出口开关发电机出口开关 灭磁电阻灭磁电阻re 可控硅整流桥可控硅整流桥 c d if, uf p.u. t t=0 b a 理想灭磁理想灭磁、sic灭磁灭磁、线性电阻灭磁、线性电阻灭磁 灭磁开关的种类灭磁开关的种

43、类 灭磁开关分类：灭磁开关分类：单断口、双断口、单断口、双断口、 多断口（主断口、弧断口、放电断口多断口（主断口、弧断口、放电断口 即常闭触头）即常闭触头） 灭磁开关的种类灭磁开关的种类 灭磁开关分类：灭磁开关分类：单断口、双断口、单断口、双断口、 多断口（主断口、弧断口、放电断口多断口（主断口、弧断口、放电断口 即常闭触头）即常闭触头） 灭磁电阻的种类灭磁电阻的种类 v线性电阻线性电阻1（大功率）（慢）（大功率）（慢） v非线性电阻（低场强大电流非线性电阻（低场强大电流） 碳化硅灭磁电阻碳化硅灭磁电阻2 （sic） （稍快）（稍快） 氧化锌灭磁电阻氧化锌灭磁电阻3 （zno）（最快）（最快）

44、 灭磁电阻伏安特性曲线灭磁电阻伏安特性曲线 ？15： 线性电阻与非线 性电阻并联特性 灭磁方式种类灭磁方式种类 串联灭磁、串联灭磁、 并联灭磁并联灭磁 电路原理电路原理 比较比较 lp uz + - mk + uk - ik - + ul rv lq il u irv v灭磁换流公式 vuk uz ul v整流：uk uz ul ，uk要求高，不推荐使用； v逆变：uk uz ul ，uk要求低，直流灭磁推荐； v封脉冲： uk uz ul， uz交变，交流灭磁推荐。 a90uz波形 1、转子过电压保护配置：非线性电阻、跨接器、 阻容保护、一体化阻容保护、阻断式阻容保护； 2、跨接器原理接线、

45、bod元件原理； 3、压敏电阻、可控硅阻容保护等配置原则。 励磁设备励磁设备ip等级要求等级要求 按照ip防护等级定义，ip20 可以 防护超过12mm以上物体进入设备， 但没有防水的能力，适合励磁变 压器选用；ip32可以防护超过 2.5mm以上物体进入设备，防护 垂直方向呈15度下落的水滴，适 合励磁装置选用。为了散热，建 议励磁功率柜设立外排风道，励 磁调节器灭磁柜的盘顶用立柱支 起来。 ip防护等级简介 ipip防护等级，是指设备和装置防护等级，是指设备和装置 在运行中的防尘防水能力在运行中的防尘防水能力, ,由两位数由两位数组合组成。 ip防护等 级 001122334455 第一位

46、数 字表示防 护固体 无防护防护超 过50mm 以上物 体 防护超过 12mm以 上物体 防护超过 2.5mm 以上物体 防尘、允 许有限侵 入 完全防尘 第二位数 字表示防 护液体 无防护防护垂 直方向 下落的 水滴 防护垂直 方向呈 15度下 落的水滴 防护垂直 方向呈 60度下 落的水滴 防护各个 方向的喷 射水，允 许有限侵 入 防护各个 方向的低 压喷水， 允许有限 侵入 四、满足的技术要求 1. 励磁系统的基本技术条件符合gb/t7409.31997大、中 型同步发电机励磁系统技术要求、dl/t 843-2003 大型汽轮 发电机交流励磁机励磁系统技术条件等标准的要求。 2. 励磁

47、系统满足发电机在各种运行工况（包括发电、并网、零 起升压以及向110kv空载线路充电、进相）下稳定、安全运行的 要求。 3. 励磁系统保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下 励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。 4. 励磁系统的电压响应时间在电压上升(强行励磁)时不大于 0.08秒，在电压下降(快速减磁，由最大励磁电压减小到零)时不 大于0.15秒。 5. 在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%，自动励磁调 节系统保证发电机机端电压变化值不大于额定值的0.25%。 6. 当励磁电流在小于1.1倍额定励磁电流下长期运行时，励磁绕组两 端电压的最大值不超过在交接验收时该绕组对地耐压

48、试验电压的30%， 在任何情况下不得超过70%。 7. 励磁系统装设直流侧反时限过电流保护及励磁绕组过电压保护。 8. 励磁系统装设电力系统稳定器（pss），其有效频率范围为0.1- 2.5hz.。同时，设置必要的保护和控制回路。 9. 励磁系统可以通过各种方式接受电站计算机监控系统的监控，并按 要求向电站计算机监控系统和机组lcu送入各种数据和信息。 10. 在下述厂用电电源电压及频率范围内，励磁系统保证发电机负荷在 额定负荷工况下长期连续运行。 1) 交流380/220v系统电压偏差范围为额定值的15，频率偏差范围 为3+2hz。 2) 直流220v系统电压偏差范围为额定值的20+15。

49、11. 与励磁绕组直接联结或经整流相连接的电气组 件，当额定励磁电压等于或小于500伏时，其出厂 试验电压为10倍额定励磁电压，最低不小于 1500v时，应无绝缘损坏或闪络现象。 12. 励磁系统的年强行退出比不大于0.05 13. 励磁系统抗国标严酷等级为4级电磁干扰试验 标准，在受到上述级别的干扰时不应发生误调、 失调、误动、拒动等情况 14. 励磁系统屏柜在安装地点引起噪音不大于 65db(a)。 五、五、使用环境 1 1、海拔高度不超过、海拔高度不超过30003000米米 2 2、环境温度、环境温度-10-104040 3 3、相对湿度不大于、相对湿度不大于90%90% 4 4、地震基

50、本烈度地震基本烈度:7:7度度 5 5、没有火灾及爆炸危险的场所、没有火灾及爆炸危险的场所 6 6、无导电尘埃及化学腐蚀气体的场所、无导电尘埃及化学腐蚀气体的场所 7 7、无强的电磁干扰的场所、无强的电磁干扰的场所 谢谢大家！谢谢大家！ 励磁控制系统技术咨询探讨励磁控制系统技术咨询探讨 欢迎致电：欢迎致电010-58937561 1352025806513520258065杨成辉杨成辉 gex2000微机励磁 调节器简介 北京科电亿恒电力技术有限公司北京科电亿恒电力技术有限公司 概述概述 gex- -2000 微机励磁调节器是在电科院微机励磁调节器是在电科院wkkl

51、系列调节系列调节 器的基础上，由亿恒电力研制、开发并生产的第二代微机励磁调节器。器的基础上，由亿恒电力研制、开发并生产的第二代微机励磁调节器。 随着全国联网的不断深入，我国电力系统规模越来越大，励磁系统对随着全国联网的不断深入，我国电力系统规模越来越大，励磁系统对 提高电力系统动态稳定性的作用也更加突出。提高电力系统动态稳定性的作用也更加突出。 gex- -2000将电科院几将电科院几 代专家多年电力系统稳定器（代专家多年电力系统稳定器（psspss）研究的成果进行了产品化，国内）研究的成果进行了产品化，国内 首次成功开发了采用改进型首次成功开发了采用改进型pss-2apss-2a模型的电力系

52、统稳定器（模型的电力系统稳定器（psspss）功）功 能，完全解决了采用单一电功率信号的能，完全解决了采用单一电功率信号的pss-1apss-1a模型带来的模型带来的“反调反调”问问 题。题。 gexgex- -2000适用于从三机励磁到自并励等各种方式的励磁适用于从三机励磁到自并励等各种方式的励磁 系统，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。系统，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。特别适特别适 用于用于200mw200mw600mw600mw三机励磁系统励磁调节器的改造。三机励磁系统励磁调节器的改造。 一、一、技术特点技术特点 1. 遵于标准，高于标准遵于标准，高于标准 全面

53、满足国标和行标及发电公司的安全稳定性评价要求，全面满足国标和行标及发电公司的安全稳定性评价要求， 性能指标全面优于标准。性能指标全面优于标准。 2. 采用经典采用经典pid+psspid+pss控制方式控制方式 对于交流励磁机励磁系统采用转子电压硬负反馈提高励磁对于交流励磁机励磁系统采用转子电压硬负反馈提高励磁 系统的动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。系统的动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。 3. 模型清晰、准确模型清晰、准确 采用高精度浮点离散化算法，计算误差小，精度高。采用高精度浮点离散化算法，计算误差小，精度高。pid及及 pss频率特性（包括幅频

54、和相频特性）计算机仿真和动态信号分析仪频率特性（包括幅频和相频特性）计算机仿真和动态信号分析仪 实测结果比较，在实测结果比较，在010hz范围内相角误差小于范围内相角误差小于0.1，增益误差小，增益误差小 于于0.5%0.5%。 4. pss- -2a型电力系统稳定器（型电力系统稳定器（pss），完全解决），完全解决“反调反调”问题。问题。 改进型改进型pss-2a电力系统稳定器模块在电力系统稳定器模块在gex-2000微机励微机励 磁调节器应用，开创了国内调节器的先河。磁调节器应用，开创了国内调节器的先河。 5. 测量精度高测量精度高 每周波每周波2424点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除

55、零漂点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除零漂 等对测量精度的影响。等对测量精度的影响。1414位高速位高速a/da/d变换器，保证了测量通变换器，保证了测量通 道的精度和快速性。道的精度和快速性。 6. 强大的网络功能强大的网络功能 具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通 过可靠的现场总线过可靠的现场总线can-buscan-bus进行连接，实现数据共享和协调进行连接，实现数据共享和协调 控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的rs232rs232 和和485485接口。非常方便的实现

56、调节器与上位管理机的通讯以接口。非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以 及与电厂及与电厂dcsdcs系统的连接。系统的连接。 7.方便、友好的人机界面方便、友好的人机界面 大屏幕液晶显示器，树型菜单结构，方便直观，支持在大屏幕液晶显示器，树型菜单结构，方便直观，支持在 线参数整定，测量显示，试验控制等操作，能显示试验波形和线参数整定，测量显示，试验控制等操作，能显示试验波形和 故障波形，以及故障类型和事件故障波形，以及故障类型和事件soe。 8. 方便实用的上位机管理软件方便实用的上位机管理软件 esm-v1.0为为gex-2000微机励磁调节器专门配套使用的上微机励磁调节器专门配套使用的上

57、 位机管理软件，支持励磁系统实时数据的的显示，参数整定，位机管理软件，支持励磁系统实时数据的的显示，参数整定， 故障记录，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成系故障记录，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成系 统及打印输出。统及打印输出。 9. 高度集成化硬件设计高度集成化硬件设计 gex- -2000 采用超大规模逻辑器件采用超大规模逻辑器件cpld，该器件通过灵活，该器件通过灵活 编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片 即完成了即完成了cpu的所有外围电路。大大提高了系统的可靠性。的所有外围电路。大大提高了系

58、统的可靠性。 10. 国际先进的体系结构设计，控制器国际先进的体系结构设计，控制器 + 可控硅可控硅 = 励磁调节器励磁调节器 gex- -2000 采用标准的采用标准的4u机箱，背插结构，使得信号机箱，背插结构，使得信号 流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰 能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了除可控硅外励磁能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了除可控硅外励磁 调节器全部元件，结构简洁、紧凑。主要板件全部采用多层调节器全部元件，结构简洁、紧凑。主要板件全部采用多层 板，表面贴装工艺。板，表面贴装工艺。 11. 超强抗干扰能

59、力，超强抗干扰能力，100%消除软故障消除软故障 通过精心的电路设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等通过精心的电路设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等 方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级级以上级以上 的标准。的标准。 12. 运行方式灵活多样运行方式灵活多样 gex- -2000 可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作 在主备用工作方式。用户可根据具体情况选择。在主备用工作方式。用户可根据具体情况选择。 二、主要功能二、主要功能 1. 调节及控制功能调节及控制功能 1.1 自动运行方式即发电机恒机端电压自动

60、运行方式即发电机恒机端电压pid调节调节 1.2 手动运行方式即发电机恒励磁电流手动运行方式即发电机恒励磁电流pid调节调节 1.3 自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换 1.4 通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换 1.5 发电机恒定触发角运行发电机恒定触发角运行 1.6 无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0- 15%任意调节，级差任意调节，级差1% 1.7 完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功完成发电机在空载、负载等