《发电机励磁系统》.ppt

发电机励磁系统 培训 四川宜宾伊力集团横江发电有限公司主讲人 韦跃 我厂励磁系统介绍 一 励磁系统组成及原理1 组成励磁系统主要由两大部份组成 一是励磁功率部份 它向同步发电机的励磁绕组提供可调的直流励磁电流 二是自动励磁调节器 它根据发电机的运行状态 自动控制功率单元输出的励磁电流 以满足发电机运行的要求 自并激励磁系统由励磁变压器 励磁调节器 功率整流柜 灭磁及转子过压保护装置 测量用电压互感器 电流互感器组成 2 工作原理自并励静止励磁系统根据电磁感应原理 E n 通过励磁变压器提供交流电源 再经过功率柜整流输入到转子线圈 建立旋转磁场 定子线圈切割磁力线 形成感生电压 再通过励磁调节器对励磁电流进行控制 从而达到调节机端电压的目的 张窝电厂系统工作原理 自并励静止励磁系统的励磁电流取自发电机机端 经过励磁变压器降压 全控桥整流成直流 由晶闸管触发脉冲的相位进行控制 一般情况下 这种控制以恒定发电机电压为目的 但当发生过励 欠励 V F超值时 也起相应的限制作用 恒机端电压自动调节的效果 在发电机并上电网后 表现为随系统电压的变化 机端输出无功功率的自动调节 二 励磁调节器 本站采用的是 四川东方电机控制设备公司 生产的GES3000型全数字工控机励磁装置 装置可实现与微机通信 接受上微机操作 控制指令 主要功能残压起励 直流起励 零起升压 系统电压跟踪 多通道互为备用 自诊断 自切换功能 起励失败 逆变失败 过压保护功能 励磁调节控制模式可选择为 恒机端电压 自动 恒励磁电流 手动 恒无功功率 恒功率因数四种运行方式 转子过励限制 低励限制 功率柜输出功率限制 V f伏赫限制 频率越限灭磁 定子电流限制 TV断线保护 失脉冲检测功能 与微机监控系统直接数字接口完成操作和监视功能 三 功率整流柜 采用高规格功率柜 每柜装一个三相全控整流桥 每套励磁装置有两个功率柜 两柜并联输出 单柜额定输出电流600A 强励电流1200A可持续20S 整流桥退出1个支路仍能保证机组在所有运行工况下正常运行 包括强励 可控硅整流器的过电压保护交直流测均采用集中式阻容保护装置 四 起励单元 励磁变压器接于机端的情况 起励措施有两类 一类是他励起励 二类是残压起励 本站采用残压起励为主 以他励起励作为备用的起励方式 他励起励原理1 他励起励原理 其基本作法是另设起励回路 由另外的电源供给初始励磁电流 起励电源可以是厂用交流电 也可以是厂用蓄电池 厂用交流电一般通过变压器降压后 由二极管整流变成直流 然后通过限流电阻和直流接确器 将起励回路接入发电机磁场回路 对采用蓄电池电源的 起励回路中必须接入一正向二极管 防止发电机建压过程中的反充电 起励时 起励接确器闭合 励磁电流送入发电机磁场绕组 发电机电压逐渐升高 当电压升至额定电压的15 30 时 起励回路断开 进行起励 2 他励起励的注意事项 1 起励电源容量和电流的选择 一般遵循这种原则 起励电流选择为发电机空载额定励磁电流的15 左右 持续时间5 6秒 2 起励电流由厂用直流电压和起励回路及磁回路的总电阻确定 其最大值的选择 应使它建立起的机端电压不超过励磁调节器整定的发电机电压的下限值 残压起励1 残压起励的原理 它是利用发电机中的残磁以达到起励的目的 在起励初始除段 整流桥中的可控硅完全导通 形成不可控整流 当起励到一定程度时 10 20 额定电压时 将可控硅恢复到可控状态 利用发电机的自励建压过程建立起电压 起励流程 1 起励装置开始起励时先采用残压起励 采用快速脉冲连续地触发可控硅整流器 使整流桥的输入电压达到励磁装置的正常工作电压 2 如果在5秒内残压起励失败 则起动辅助起励回路 将外接的辅助起励电源投入 在机端电压达到发电机电压的10 时 辅助起励回路自动退出 立即开始软起励过程并建压到预定的电压水平 3 若残压起励和辅助起励均失败 即接受起励命令后15秒内建压不成功 则发起励失败信号 五 灭磁系统 同步发电机的灭磁1 灭磁 就是将转子励磁绕组的磁场尽快地减弱到尽可能小的程度 2 灭磁的作用 同步发电机发生内部故障时 虽然继电保护装置能快速地把发电机与系统断开 但磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流 无论是端部短跑或部分绕组内部短路 时间较长都可能造成导线的熔化和绝缘烧坏 如果系统对地故障电流足够大时 必须迅速而完全地灭磁 3 对灭磁系统的要求 1 灭磁时间要短 2 灭磁产生的转子过电压应在绕组绝缘容许的范围内 3 灭磁装置的电路和结构形式应简单可靠4 灭磁方式 1 当励磁系统正常停机时 调节器自动逆变灭磁 灭磁开关始终处于合闸位置 灭磁电阻不投入 2 当事故停机时 跳灭磁开关将磁场能量转移到高能氧化锌非线性电阻灭磁 利用可控硅全控桥逆变灭磁的原理 在灭磁过程中 向转子励磁绕组施加一个比较大的负值恒定电压 转子电流基本上按直线率下降 灭磁时间就会加快 利用可控硅全控桥逆变灭磁的一个特性就是在灭磁时 把可控硅控制角 后退到最大的逆变角的位置 整流桥由 整流 工作状态过渡到 逆变 工作状态 这样加到转子励磁绕组上的就是一个恒定的负值电压 利用可控硅全控桥逆变灭磁的分析 逆变灭磁比非线性电阻灭磁 灭弧栅灭磁方式的灭磁时间要长些 但过电压倍数要低些 当逆变进行到励磁绕组中的剩余能量不能再维持逆变时 三相全控桥的电流为零 逆变便结束 逆变灭磁总是和其他几种灭磁方式配合起来使用 正常停机时采用逆变灭磁 事故停机时采用其他灭磁方式灭磁 对非线性电阻放电灭磁 这种方式用于发电机在事故时 QF跳闸情况下的灭磁 1 非线性电阻的特性 两端电压衰减速率远远其电流衰减速率 能过较小电流时它呈现的动态电阻较大 通过较大电流时它呈现的动态电阻较小 2 非线性电阻其端电压与电流的函数关系可表示如下 U KIk 常数a 非线性系数 六 转子过电压保护 1 转子过电压的形成 同步发电机处于系统大扰动的瞬变过程时 转子绕组产生的交流电流与直流励磁电流相叠加后 有可能出现与原直流方向相反的瞬时交流电流 由于整流器的单向导电作用 致使反向瞬时电流受到阻断 这相当励磁回路处于突然断开状态 因而励磁绕组中就会产生很高的反向电压 其值会达到空载额定励磁电压的数倍 2 防止转子过电压的保护措施 1 阻容保护 2 压敏电阻作成的浪涌吸收器 3 转子放电器 4 非线性电阻 5 固定电阻 6 可控硅跨接器3 本站采用非线性电阻来防止转子过电压 具体过程见励磁系统原理图 七 电源系统 两段厂用电源引至励磁调节柜 互为备用 柜内有自动切换装置 励磁系统使用的交流电源 包括风机电源 监控系统使用的变送器电源 照明及加热器电源 均从本柜引出 励磁装置的直流控制电源为DC220V 从辅助屏引入 它作为DC24V输出的开关电源模块的供电电源 灭磁柜有专用的DC220V电源 引自继保室的直流屏 作起励回路 灭磁开关操作回路的电源 励磁装置的弱电操作电源为DC24V 包括调节器操作回路电源 可编程控制器电源 以及触发脉冲回路电源 弱电操作电源及调节器供电电源有两路 一路引自DC220V直流控制电源 一路引自厂用电源 经过自用电源变压器降压隔离后整流而成 两路电源经过独立的开关电源后并列输出 任意一路电源消失均不影响励磁系统的正常运行 八 励磁系统辅助控制 低励限制 UEL 低励限制的作用 为防止发电机因励磁电流过低而失去静态稳定 低励限制的检测信号一般多采用发电机的定子电压及定子电流 限制作用为直线函数限制方式 过励限制 OEL 过励限制的作用 为保护发电机转子励磁绕组不超过热容量 其检测信号为发电机励磁电流 限制作用为直线函数限制方式过定子电流限制过定子电流限制的作用 为保护发电机定子绕组不超过热容量 其检测信号为发电机定子电流 伏赫限制伏赫限制的作用 为保护发电机定子绕组过激磁 其检测信号为发电机机端电压和频率 九 张窝电厂励磁原理 励磁原理图 由系统原理图主回路可以看出 我们采用的是静止可控硅自并激励磁方式 其主要设备包括 1 一台干式励磁变压器 2 三相全控可控硅功率整流装置 3 带手动控制单元的双微机双通道励磁调节器 4 灭磁和起励装置 5 励磁控制和保护系统 励磁系统主要工作原理是通过控制磁场电流 转子电流 来调整发电机端电压和无功功率 而磁场电流是由机端励磁变压器经过三相可控硅整流提供 自动励磁调节器控制可控硅的控制极来调整励磁电流 2 当机组转速至额定转速的95 时 自动进行残压起励程序 在起励初始阶段 整流桥中的可控硅完全导通 形成不可控整流 当起励到一定程度 10 20 Ue 时 励磁调节器自动投入 可控硅恢复至可控状态 如机组残压起励故障时 直流起励系统自动投入 当起励到机端电压的10 20 时 励磁调节器自动投入 直流起励系统自动退出 机组自动完成起励建压过程后 机端励磁变压器通过可控硅整流后向发电机转子提供源源不断的励磁电流 以建立转子磁场 3 在励磁主回路中 为了防止转子过电压产生危害 在整流桥直流侧和转子绕组的两端设置了过电压保护装置 本厂采用氧化锌非线性电阻与励磁绕组并联 可作为过电压保护 也可作灭磁电阻 起灭磁作用 灭磁时非线形电阻动作电压值与过电压保护时非线形电阻电阻值不同 4 信号采集处理回路 机端的TA1 TA3和励磁变压器二次侧的TA4 TA6提供的交流信号IG If 5A 进入 U10和 U20 电流电压变换板5A 1OV 变换成10V三相交流电压信号 然后引入 U11和 U21 模拟信号采集板 经过整流 滤波后进入计算机 A10和 A20的A D板 5 机端的TV1 TV3和TV4 TV6分别向 U11和 U21提供机端电压UG1和UG2 采集板将此信号与TV7 TV9提供的系统电压UN与同步变压器T1提供的同步电压USYN等其他100V电压信号一起经过小变压器隔离降压 滤波处理后进入计算机 A10和 A20的A D板 6 同步电压又称阳极电压 同步电压信号取自励磁变压器二次侧 经同步变压器T1和同步信号板隔离降压滤波后引入信号调理采集单元 此电压信号与整流功率电源相位相同 幅值成正比 故称同步电压 7 当机组正常停机时采用可控硅逆变灭磁 事故停机时采用跳磁场断路器和非线形电阻灭磁 8 励磁变压器TE是励磁功率的来源 并使励磁设备与发电机端电压隔离 其高压侧接在同步发电机的机端 低压侧接在大功率可控硅的交流输入侧 十 张窝电厂励磁系统参数 1 励磁系统技术参数励磁系统型式 静止晶闸管自并激励磁系统 励磁系统对外接口方式 接点方式 串行通讯 现场总线 组网方式 额定励磁电压 368V 额定励磁电流 600A 励磁系统电压响应时间 上升小于0 08S 下降小于0 15S 励磁系统平均无故障时间 30000小时 励磁系统顶值电压 736V 励磁系统顶值电流 1200A 励磁系统强励持续时间 20S 2 励磁变压器技术参数型号 OMEX芳香聚酰胺绝缘干式励磁变压器 额定容量 725KVA 原边电压 10 5KV 副边电压 718V 试验电压 45KV 绝缘冲击电压等级 125KV 联接方式 Y 11 冷却方式 自然风冷 绝缘等级 H级 励磁调节器技术参数型号 GES3000 调节通道 双微机自 手通道 调节规律 PID PSS 机端电压调节范围 自动 30 110 励磁电流调节范围 手动 10 130 调压精度 0 5 起励方式 残压起励为主 直流起励为辅 辅助起励电流 空载额定励磁电流的10 起励时间 10S 晶闸管整流装置技术参数型号 5STP1150A 3600V 整流柜数量 2面 一台机组 整流柜冷却方式 强迫风冷 单柜风机数量 2个 风机噪音 65db 整流桥并联支路数 2 支路串联元件数 1均流系数 0 95 灭磁装置技术参数磁场断路器型号 E3H E1250A 1000V 磁场断路器额定电压 1000V 磁场断路器额定电流 1250A 磁场断路器操作电压 DC220V 灭磁电阻 非线性电阻材料ZnO 灭磁残压值 1656V 灭磁时间 0 6 1 0S 过电压保护动作电压值 2552V 起励电压 DC220V 起励电流 空载额定励磁电流的10 起励时间 4S 第三章励磁各元件的布置及作用 一 励磁调节柜如图所示 1 微机调节器有两路稳压电源模块 G11是直流开关电源 经Q3开关取至本厂蓄电池220V直流系统 采用220VDC 24VDC工作方式 G12是交流开关电源 经Q2开关取至交流220V厂用电 采用220VAC 24VDC工作方式 两路开关电源模块的24VDC输出端并联 形成互为备用的结构 以增加供电可靠性 24VDC直流电源主要用于微机控制器 开关量输入 输出继电器回路 微机机箱电源 同步信号检测回路 脉冲放大回路等 此屏柜中的各开关分别为 Q1 AC220V操作电源 Q2 AC220V稳压电源开关 Q3 DC220V稳压电源开关 Q4 AC380V风机备用电源开关 Q5 AC380V风机主电源开关 Q6 A机DC24V操作电源开关 Q7 B机DC24V操作电源开关 Q8 功率柜 灭磁柜用DC24V电源开关 Q9 A机同步信号电源开关 QI0 B机同步信号电源开关 Q11 防潮加热器电源开关 本厂励磁调节器为IPC工控机双通道冗余容错结构 从信号采集 调理输入 计算 信号输出都是独立的两套硬件回路 每个通道有一个自动调节通道和一个手动调节通道 调节通道的核心均采用IPC工业控制微机 双通道采用主 从方式并联工作 各通道之间完全靠软件实现相互诊断 相互跟踪 相互通讯 相互切换 互为热备用 4 调节器IPC工控机 下位机 中各插件依次为 从左到右 电源板 主机板 开关量输入输出板 I O 电子盘和脉冲形成板 A D采集板 网路通讯板 此励磁系统中 接于上位机背面COM1为A机 接COM2为B机 5 盘面人机操作界面采用全汉化彩色界面上微机工作站及图形液晶触摸显示屏 此显示屏很直观显示通道运行状态 励磁系统运行的各种电气参量 故障信息等6 同步变