发电机励磁系统.doc

第三章 发电机励磁系统第3章 发电机励磁系统21发电机励磁系统基本知识21.1同步发电机励磁控制系统的任务21.2对励磁系统的基本要求31.3励磁系统的分类42 我厂1000MW机组励磁系统92.1励磁系统的型号说明92.2技术规范102.3 UNITROL 5000励磁系统简述122.4 UN5000励磁系统性能172.5励磁系统操作与调整18第 36 页 共 36 页第3章 发电机励磁系统1发电机励磁系统基本知识同步发电机的运行特性与它的空载电动势Eq值的大小有关，而Eq值是发电机励磁电流Ief的函数，改变励磁电流就可影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此，对同步发电机的励磁进行控制，是对发电机的运行实行控制的重要内容之一。电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。在某些故障情况下，发电机端电压降低将导致电力系统稳定水平下降。为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量，无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流，即励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成一个反馈控制系统。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图11所示： 图11发电机励磁系统基本原理框图1.1同步发电机励磁控制系统的任务在电力系统正常运行或事故运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用。优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机可靠运行，提供合格的电能，而且还可有效地提高系统的技术指标。根据运行方面的要求，励融控制系统应该承担如下的任务。1.1.1电压控制电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，同步发电机的功率也就相应变化。随着负荷的波动，需要对励磺电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平，励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。1.1.2控制并列运行各发电机间无功功率分配；与无限大母线并联运行的机组，调节它的励磁电流可以改变发电机无功功率的数值。在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大母线，即系统等值阻抗并不等于零，母线的电压将随着负荷波动而改变。电厂输出无功电流与它的母线电压水平有关，改变其中一台发电机的励磁电流不但影响发电机电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率，其影响程度与系统情况有关。因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并联运行机组间无功功率合理分配的任务。1.1.3提高发电机并列运行的暂态稳定性保持同步发电机稳定运行足保证电力系统可靠供电的首要条件电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种扰动后，发电机蛆能够恢复到原来的运行状态或者过扛到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的其主要标志是在暂志过程结束后，同步发电机能维持或恢复同步运行。励磁自动控制系统是通过改变励直电流从而改变Eq值来改善系统稳定性的。1.1.4改善电力系统的运行条件当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自动控制系境可以发挥其调节功能即大幅度地增加励磁以提高系统电压。这在下述情况下可以改善系统的运行条件。1.1.4.1改善异步电动机的自起动条件短路切除后可以加速系境电压的恢复过程，改善异步电动机的自起动条件。电网发生短路等故障时电网电压降低，使大多数田户的电动机处于制动状态故障切除后，由于电动机自起动时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复有效地改善电动机的运行条件。1.1.4.2为发电机异步运行创造条件同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量无功功率，造成系统电压大幅度下降，严重时甚至危及系统的安全运行。在此情况下，如果系统中其它发电机组能畏供足够的无功功率，以维持系统电压水平，则失磁的发电机还可以在一定时间内以异步运行方式维持运行这不但可以韵保系统安全运行而且有利于机组热力设各的运行1.1.4.3 提高继电保护装置工作的正确性当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大若系统此时发生短路故障其短路电流较小，且随时间衰减，以致带时限的缮电保护不能正确工作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁以增大短路电流。使继电保护正确工作。1.2对励磁系统的基本要求同步发电机励磁自动控制系统的主要任务主要由励磁系统来实现励磁系统是由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成的，为了充分发挥它们的作用，完成发电机励磁自动控制系统的各项任务，对励磁功率单元和励磁调节器性能分别提出如下要求：1.2 .1对励磁调节器的要求如下；1.2 .1.1系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水干。1.2 .1. 2 励磁调节器应能合理分配发电机无功功率，为此励磋调节器应保证同步发电机端电压调差率可以在下列范围内进行调整。1.2 .1. 3对远距离输电的发电机组为了能在人工稳定区域运行要求励磁调节器没有失灵区。1.2 .1. 4励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。1.2 .1. 5具有较小的时司常数，能迅速响应输入信息酌变化。1.2 .2对励磁功率单元的要求励磁功率单元受励磁调节器控制，对它的要求如下：1.2.2.1要求励磁功率单元有足够的可拿性并具有一定的调节容量在电力系统运行中，发电机依靠励隘电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制。因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。1.2 .2 .2具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度前面已经提到，从改善电力系境运行条件和提高电力系统暂态稳定性来说，希望励磁功率单元具有较大的强励能力和快速的响 应能力因此，在励磁系统中励磁顶值电压和电压上升逮度是两项重要的技术指标。 励磁顶值电压UEFq励磁功率单元在强行励磁时，可能提供的最高输出电压值，该值 与额定工况下励磁电压UEfe之比称为强励倍数其值的大小，涉及制造和成本等因素。般取l.62。励磁电压上升建度是衡量励磁功率单元动态行为的一项指标，它与试验条件和所用的定义有关，具有直流励磁机的励磁系统，当励磁电压初值为发电机额定负载励磁电压，此时阶跃建立励磁顶值电压(继电强励装置动作)，励磁电压上升速度曲线如图1-2所示一般地说，在暂态稳定过程中，发电机功率角摇摆到第一个周期最大值的时间约为0.40.7s，所以，通常将励磁电压在最初0.5s内上升的平均速率定义为励磁电压响应比。图1-2 励磁电压上升速度曲线1.3励磁系统的分类在电力系统发展初期，同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机供给，即所谓直流励磁机励磁系统随着发电机容量的提高，所需励磁电流也相应增大，机械整流于在换流方面遇到了困难，而大功率半导体整流元件制造工艺却日益成熟，于是大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的交流励磁机励磁系统。不论是直流励磁机励磁系统还是交流励机励磁系统，一般都是与主机同轴旋转。为了缩短主轴长度，降低造价，减少环节，又出现用发电机自身作为励磁电源的方法即发电机自并励系统，又称为静止励磁系统。这种励磁系统对于水轮发电机尤为适用。1.3.1直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统是过去常用的一种励磁方式。由于它是靠机械整流子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难，所以这种方式只能在10万kW以下中小容量机组中采用。直流励磁机大多与发电机同轴，它是靠剩磁来建立电压的，按励磁机励磁绕组供电方式的不同，又可分为自励式和他励式两种。1.3.1.1自励直流励磁机励磁系统图13是自励直流励磁机励磁系统的原理接线图发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC，从而达到人工调整发电机转子电流的目的，实现对发电机励磁的手动调节。图14还表示了励磁调节器与自励直流励磁机的一种连接方式。在正常工作时，与IRC同时负担励磁机的励磁绕组EEW的调整功率，这样可以减少励磁调节器的容量，这对于功率放大系数较小，由电磁元件组成的励磁调节器来说是很必要的。图13 自励直流励磁机励磁系统的原理接线图1.3.1.2他励直流励磁机励磁系统他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，其原理接线图如图14所示。副励磁机PE与励磁机DE都与发电机同轴。图14还表示了励磁调节器与自励直流励磁机的一种连接方式比较图13与图14，自励与他励的区别在于励磁机的励磁方式不同，他励比自励多用了一台副励磁机。由于他励方式取消了励磁机的自并励，励磁单元的时间常数就是励磁机励磁绕组的时间常数，与自励方式相比，时间常数减小了，即提高了励磁系统的电压增长速率。他励直流励磁机励磁系境一般用于水轮发电机组。直流励磁机有电刷、整流子等转动接触部件，运行维护繁杂，从可靠性来说，它又是励磋系统中的薄弱环节。在直流励磁机励磁系统中以往常采用电磁型调节器，这种调节器以磺放大器作为功率放大和综合信号的元件，反应速度较慢，但工作较可靠1.3.2交流励磁机励磁系统目前，容量在100MW以上的同步发电机组都普遍采用交流励磁机励磁系统，同步发电机的励磁机也是一台交流同步发电机，其输出电压经大功率整流9D整流后供给发电机转子。交流励磁机励磁系统的核心设备是励磁机，它的频率、电压等参数是根据需要特殊设计的，其频率一般为l00H z或更高。交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的不同又可分为以下几种。1.3.2 .1他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统是指交流励磁机备有他励电源中频副励磁机或永磁副励磁机。在此励磁系统中，交流励磁机经硅整流器供给发电机励磁，其中硅整流器可以是静止的也可以是旋转的，因此又可分下列二种方式。1)交流励磁机静止整流器励磁系统如图15所示的励磁自动控制系统是由与主机同轴的交流励磁机、中频副励磁机和凋节器等组成。在这个系统中，发电机c的励磁电流由频率为l00Hz的交流励磁机AE经硅整流器VSR供给，交流励磁机的励磁电流由晶闸管可控整流器供给，其电源由副励磁机提供。副励磁机是自励式中频交流发电机，用自励恒压调节器保持其端电压恒定由于副励磁机的起励电压较高，不能象直流励磁机那样能依靠剩磁起励，所以在机组起动时必须外加起励电源，直到副励磁机的输出电压足以使自励恒压调节器正常工作时，起励电源方可退出。在此励磁系统中，励磁调节器控制晶闸管元件的控制角，来改变交流励磁机的励磁电流，达到控制发电机励磁的目的。图15 交流励磁机静止整流器励磁系统这种励磁系统的性能和特点如下： (1) 交流励磁机和副励磁机与发电机同轴是独立的励磁电源，不受电网干扰，可靠性高。 (2) 交流励磁机时间常数较大，为了提高励磁系统快速响应，励磁机转子采用叠片结 构，以减小其时间常数和因整流器换相引起的涡流损耗，频率采用100Hz或150Hz。因为 100Hz叠片式转子与相同尺寸的50Hz实心转于相比，励磁机时间常数可减小约一半。交流 副励磁机频率为400500Hz。(3)同轴交流励磁机、副励磁机，加长了发电机主轴的长度，使厂房长度增加，因此造价较高。(4)仍有转动部件需要一定的维护工作量。(5) 一旦副励磁机或自励恒压调节器发生故障，均可导致发电机组失磁。如果采用永磁发电机作为副励磁机，不但可以简化调节设备，而且励磁系统的可靠性也可大为提高2)交流励磁机旋转整流器励磁系统(无励磁碳刷)图16所示的交流励磁机励磁系统是国内运行经验最丰富的一种系统。它有一个薄弱环节滑环滑环是一种滑动接触元件，随着发电机容量的增大，转了电流坦相应增大。这给滑环的正常运行和维护带来了围难为了提高励磁系统的可靠性，就必须设法取消滑环，使整个励磁系统都无滑动接触元件，即所谓无刷励磁系统。图1-6 无刷励磁系统的原理接线图它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，交流励磁机电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一根轴上旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等接触元件，这就实现无刷励磁，无刷励磁系统没有滑环与碳刷等滑动接触部件，转于电流不再受接触部件技术条件的限制，因此特别适合大容量发电机组此种励磁系统的性能和特点为：(1)无碳刷和滑环，维护工作量可大为减少。(2)发电机励磁由励磁机独立供电，供电可靠性高并且由于无刷，整个励磁系统可靠性更高。(3)发电机励磁控制是通过调节交流励磁机的励磁来实现Q的，因而励磁系统的响应速度较慢。为提商其响应速度，除前述励磁机转子采用叠片结构外，还采用减小绕组电感取消极面阻尼绕组等措施另外，在发电机励励磁控制策略上还采取相应措施增加励磁机励磁绕组顶值电压，引入转子电压深度负反馈以减少励磁机的等值时间常数。(4)发电机转子及其励磁电路都随轴旋转，因此在转于回路中不能接入灭磁设备，发电机转子回路无法实现直接灭磁，也无法实现对励磁系统的常规检测(如转于电流、电压、 转于绝缘熔断器熔断信号等)，必须采用特殊的测试方法。(5)要求旋转整流器和快速熔断器等有良好的机械性能能承受高速旋转的离心力。(6)因为没有接触部件的磨损，所以也就没有碳粉和钢碎末引起的对电机绕组的污染，故电机的绝缘寿命较长1.3.2 .2自励交流励磁机励磁系统与自励直流励磁机一样，自励交流励磁的励磁电源也是从本机直接获得的，所不同的是，直流励磁机为了调整电压需用一个磁场电阻，而自励交流励磁机为了维持其端电压恒定则改用了可控整流元件。1)自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统这种励磁方式的原理如图1-7所示。发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经晶闸管整流装置VS供给。交流励磁机的励磁般采用晶闸管自励恒压方式。励磁调节器AVR直接控制晶闸管整流装置。采用半导体励磁调节器及晶闸臂整流装置，其时间常数很小，与图15的励磁方式相比，励磁调节的快速性较好。图1-7 自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统但本励磁方式中，励磁机的容量要比图1-5中的要大。因为它的额定工作电压必须满足强励顶值电压的要求，而在图1-5中，励磁机额定工作电压远小于顶值电压，只有在强励情况才短时达到顶值电压。因此晶闸管励磁的励磁机容量要比硅整流励磁的大得多。2)自励交流励磁机机静止整流器励磁系统这一励磁系统原理接线如图18所示。发电机G的励磁电流由交流励磁机AE经硅整流装置VS供给，半导体型励磁调节器控制晶闸管整流装置VS，以达到调节发电机励磁的目的。这种励磁方式与图17励磁方式相比其响应速度较慢，因为在这里还增加了交流励磁机自励回路环节，使动态响应速度受到影响。交流励磁机自并励方式使励磁系统结构大为简化，是汽轮发电机常用的励磁方式。图18 自励交流励磁机机静止整流器励磁系统1.3.3静止励磁系统(发电机自并励系统)静止励磁系统(发电机自并励系统)中发电机的励磁电源不用励磁机，而由机端励磁变压器供给整流装置。这类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静止励磁系统由于励磁电源是发电机本身提供，故又称为发电机自并励系统。静止励磁系统如图1-9所示它由机端励磁变压器供电给整流器电源，经三相全控整流桥直接控制发电机的励磁。它具有明显的优点，被推荐用于大型发电机组，特别是水轮发电机组国外某些公司把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。我国已在一些机组上以及引进的一些大型机组上，采用静止励磁方式。静止励磁系统的主要优点是；1)励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。2)不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减少基建投资。3)直接用晶闸管控制转于电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可近似认为具有阶跃函数那样的响应速度。4)由发电机机端取得励磁能量。机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁系统输出的励磁电压与机组转速的一次方成比例。而同轴励磁机系统输出的励磁电压与转速的平方成正比。这样，当机组甩负荷时静态励磁系统机组的过电压就低。 图1-9 静止励磁系统(发电机自并励系统)2 我厂1000MW机组励磁系统发电机采用静态励磁系统，由发电机机端通过励磁变压器取得励磁电源，送至可控硅整流器。励磁系统由以下设备组成：（1）由德国ABB公司生产三台单相相干式变压器,(2) ABB公司生产的UNITROL 5000型自动电压调节器(AVR)柜一套。(3) 可控硅整流柜一套。(4) ABB公司生产的UNITROL 5000型灭磁柜一套。2.1励磁系统的型号说明型号代码能表达励磁系统的配置和核心部件：例如: UNITROL A5S-O/U231-A2500:静止励磁系统的类型为UNITROL 5000，带双冗余（双通道）的自动控制通道，具有3 个可控硅桥，型号为UNL 13300， 以n-1 的方式冗余配置。磁场开关位于可控桥的交流侧，其额定电流为2500A。(1) 控制部分的配置：A 双自动通道，每一通道含手动控制Q 四通道：双自动通道加两个独立的手动通道(2) 控制部分的硬件:5 UNITROL 5000 (采用微处理器系统5000)(3) 整流桥配置S 标准型(n-1 冗余)T 标准双套(1+1 冗余，100%冷备用)(5) 附加功能O 无附加功能A 交流切换(起动/电制动电源切换)B 动态制动(独立的动态制动整流桥)(6) 整流桥: 型号U2 UNL 13300(7) 整流桥：串联和并联连接，整流桥电源(8) 整流桥：附加信息，整流器电源(10) 磁场开关：配置A 励磁变压器低压侧交流开关S 单断口直流开关(11) 磁场开关：额定电流开关额定电流（A）:2.2技术规范发电机励磁系统主要技术数据1. 励磁系统类型UNITROL 5000型号Q5S-O/U451-S6000生产厂家德国ABB励磁系统的顶值电压倍数2.167顶值电流倍数 2.167响应时间 0.1s启励方式DC 220V额定功耗 （不包括励磁变压器）68 kW防护等级IP542. 励磁变压器类型干式、单相变压器型号RESIBLOC生产厂家德国ABB额定容量32500 kVA相数3接线组别Yd额定频率50Hz额定电压： 高压侧27kV 低压侧961V短路比11%绕组电阻1%高压侧能够承受1.3倍发电机额定电压的时间1 min.过负荷能力1.1倍额定电流长期运行防护等级IP23冷却方式AN/AF绝缘冲击电压 150kV工频耐压70kV/4 kV 局放20Pc绝缘等级F温升80 K3. 整流桥型号UNL13300生产厂家德国ABB 最大输出电压 1086V最大输出电流 （A） （for 20 s） 8775A整流桥每臂可控硅数目 1整流桥数目6整流桥的额定电流 （A）1750A整流桥的反向电压 （V）4200 V防护等级IP54过电压保护a. 在交流侧缓冲器b. 在直流测卸放装置4.自动电压调节器 （AVR）型号UNITROL 5000生产厂家ABB Switzerland Ltd调节模式PID+PSS响应时间0.1s调节精度0.5%AVR调节整定范围20% 110% Ugn手动电流调节器整定范围0% 110% Ifn运行方式和冗余2 AVR+2 FCR+2 BFCR防护等级IP545.灭磁和转子保护a. 磁场开关类型高速单断口直流开关型号HPB60M-82S制造商ABB 额定电流6000A额定电压2000V断口弧压3500V最大遮断电流75kA断口数目1操作电压 （跳闸和合闸线圈）DC 220V额定电压下合闸能量Max. 9.3A， 2sec分闸额定能量Max. 1.33A， 2sec.跳闸设备2 （redundant）b. 放电电阻材料SiC类型非线性型号HIER 464797单个能量1MJ每臂并联数目5每臂串联数目1支路数目5额定载荷10MJc. 转子过电压保护类型CROWBAR型号HUEL 412321， disk-type额定容量5MJ电阻器材料SiCBOD 电压47 times Ufn2.3 UNITROL 5000励磁系统简述UNITROL 5000静态励磁系统利用可控硅整流器通过控制励磁电流来调节同步发电机的端电压和无功功率，整个系统可以分成四个主要的功能块：1）励磁变压器2）两套相互独立的励磁调节器3）可控硅整流单元G31-G344）起励单元和灭磁单元 图1-10 发电机静态励磁系统原理简图在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器 T02、磁场断路器 Q02和可控硅整流器 G31G34供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压、在发电机端电压和场绕组之间提供电绝缘、与此同时起着可控硅整流器的整流阻抗的作用。可控硅整流器G31-G34将交流电流转换成受控的直流电流If。在起励过程开始时，充磁能量来源于发电机端残压。可控硅整流器的输入电压达10V20V后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR控制的 软起励过程。并网后，励磁系统可以在AVR模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节、恒无功调节等。此外，它也可以接受成组调节指令。灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放掉。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻R02和晶闸管跨接器F02（以及相关的触发元件）组成。根据系统的要求，励磁调节器采取双通道（-A10和-A20）的结构。一个通道主要由一个控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成，形成一个独立的处理系统。每个通道含有发电机端电压调节、磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件。在单通道结构中，利用一个被称为扩展的门极控制器（EGC）的分离单元作为备用通道，也就是一个手动通道。除励磁调节器外，一些接口电路如快速输入/输出（FIO）模块和功率信号接口模块（PSI）也被用来提供测量和控制信号的电隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套整流器接口电路包括整流器接口单元（CIN）、门极驱动接口单元（GDI）和整流器显示单元（CDP）。2.3.1励磁变压器我公司励磁变压器采用德国ABB公司生产三台单相相干式变压器，容量为2700kVA，变比为27 kV /0.961kV，接线形式为Yd,冷却方式为AN/AF,阻抗电压为11。高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于测量。低压侧每相亦提供2组CT用于保护。2.3.2励磁调节器2.3.2.1励磁调节器的基本功能AVR采用数字式（DAVR），其性能可靠，并具有与DCS、ASS的硬接口和与DCS通讯接口。它有2个冗余主控制器A和B，分别接受来自不同的PT和CT二次侧的信号量，输出信号分别经脉冲放大器A和B放大后形成触发脉冲去控制可控硅整流器。当工作系统故障时，将自动无扰切换至备用系统。 每一个主控制器都包含手动励磁控制功能作为备用和用于调试的目的，此外每通道还有一个独立的手动备用励磁控制通道，该通道也能提供触发脉冲和过流保护，可用于调试的目的。该励磁控制系统除了包括较完善的控制功能外还有：具有自动启动和手动启动两种方式；具有用于硬件和软件的自诊断功能，能及时的检测出异常情况并提供处理步骤；具备过渡状态的记录功能，包括6个通道,每通道1000个记录点,步长可调，最小为1ms，以提供故障分析和试验分析之用。在正常运行中，参数一直被记录着。自带显示屏可以方便地显示试验参数和动态特性，也可通过通讯接口把所记录的参数送到专用的维护工具以图形方式显示趋势。AVR至少设有下列附加单元：- 过励磁限制；- 过励磁保护；- 低励磁限制；- 低励磁保护；- 电力系统稳定器（PSS）；- 附加过流保护；- V/Hz限制及保护；- AVC接口及相应功能；- 恒功率调节；- 恒无功调节等。AVR满足DL/T650 中抗电磁干扰试验要求。AVR柜设有门风机，加防尘过滤网，风机停运后不影响AVR柜的正常运行。柜体的保护接地和工作接地分开。 AVR采用装置本体的直流稳压电源，除了直流稳压电源装置本身要可靠外，有两路独立的电源并列运行。2.3.2.2励磁调节器的各功能模块1）控制板（COB）在COB中集成了自动电压调节、各种限制、保护和控制功。COB支持与本地控制单元（LCP）、手持编程器（SPA）和CMT工具的通讯。此外，它提供串行端口，具有自诊断功能（看门狗）。为了便于快速诊断和故障查找，COB配有一个七段数码显示管。2）测量单元板（MUB）测量单元板（MUB）由数字信号处理器（DSP）和IntelDSP 56303构成。它能提供对实际测量值的快速处理、电气隔离以及信号转换。在测量单元板（MUB）上能实现下述功能：（1）滤波和数字化交流采样（2）计算磁场电流和电压、可控硅整流器的输入电流和电压、有功和无功功率、功率因数和发电机的频率（3）以加速功率和频率输入信号的电力系统稳压器（PSS），其控制算法以IEEE Std. 421-2A型为基础（4）自适应电力系统稳压器3）扩展的门极控制器（EGC）扩展的门极控制器（EGC）在单通道配置中作备用通道，并在额定频率不同于50/60Hz的系统中用于生成脉冲。在后者情况中，它的典型应用是配合供电电源频率高达500Hz的励磁装置生成脉冲。此外，它还用于铁路电网中发电机（16 2/3Hz）的励磁装置。EGC 连同COB、MUB一起安装在金属箱中，但结构上是独立的。EGC还具有下述功能：（1）磁场电流调节（2）通道跟踪，以便在COB故障时实现平稳的切换（3）备用瞬时过电流保护继电器（ANSI 50）（4）备用反时限过电流继电器（ANSI 51）（5）直流短路保护（6）根据波形监测原理进行可控硅整流器导通监视（7）自带电源4）功率信号接口（PSI）功率信号接口（PSI）用于电气隔离，以及在磁场测量信号被送到测量单元板（MUB）之前将它们转换。5）励磁调节器的电源所有的电路板的供电电源取自于24V直流母线。24V直流母线源自于两个全冗余电源组：（1） 直流电源供电的DC/DC电源组（2） 励磁变压器的副边供电的AC/DC电源组6）手持编程器（SPA）多功能的手持编程器（SPA）用于服务和维护的目的。这个面板具有现地操作、设定参数以及应用程序编程的功能。励磁系统的数据（如：发电机端电压、励磁电压、电流）参数设定和报警可显示出来。此外，它也具有故障记录仪的功能。报警是实时显示的。面板是通过薄膜键来控制的。通过光纤电缆将其与控制板（COM）连接起来。7）现地控制面板（LCP）现地控制面板（LCP）具有优良的人机界面，可用于对励磁系统进行现地操作和监视。也可将其安装于电站中控室内，用于远方控制。面板提供下述功能：（1）显示分辨率为240*64，可同时显示8*40个字符。它可同时显示8个模拟量信号，或者以棒图的形式同时显示4个模拟量信号（显示比例从0到120%）。在LCP上可显示多达32个信号。通过功能键可设置显示模式，通过滚动键或翻页键进行信号选择，用光标键可选中某个显示量。（2）报警通知在出现警报的情况下，励磁系统的报警显示先于测量信号的显示。所显示的报警内容包括报警序号和40个字符的警报描述正文，LCP可按时间先后顺序同时显示8个报警信息。如果出现8个以上的报警，可通过操作滚动键来显示。最多可以显示80个报警信息。在报警功能键上有一个报警指示灯，每次发生报警时它就闪烁。按确认键之后，若警报还存在，指示灯始终发亮。警报消失后，报警指示灯自动熄灭。（3）信号和报警信息的打印。（4）LCP内存储的信息可通过其串行接口RS-232打印出来。（5） 所选模式的指示。（6）每个被选模式键都配有一个指示灯，用以指示该模式被选中。（7）现地操作。（8）LCP上有16个功能键用于操作，每个键都配有一个LED用以指示该键的状态。2.3.3可控硅整流器可控硅元件串联数为1，同臂并联可控硅元件数为6，当1个并联支路退出运行时，能满足发电机强励要求。当2个支路退出运行时，能保证发电机在额定工况下连续运行。整流装置的每个功率元件都设有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障元件，并可检测熔断器熔断并给出信号。每个空气冷却的整流柜采用可靠的4个低噪声风机（含100的备用容量），在风压或风量不足时，备用风机能自动投入，采用两路冷却风机电源，两路电源能够自动切换。整流装置并联元件具有均流措施，整流元件的均流系数不低于0.95。2.3.3.1可控硅整流器的各功能模块1）整流器接口单元（CIN）整流器接口单元（CIN）是一个独立的控制和调节装置，并且与门极驱动接口（GDI）、电流传感器（CUS）和整流器显示单元（CDP）配合使用，它是整流柜的一个组成部分。它的主要功能是向门极驱动接口单元（GDI）发送一系列触发脉冲，用于三相全控整流桥的工作。此外，该装置还包括以下功能：（1）在控制板（COB）和门驱动接口（GID）之间为触发脉冲和控制信号提供电气隔离。（2）测量整流桥的输出电流，并监测桥臂电流。这些信号还用于本地整流器显示（CDP）。（3）提供与ARCnet网络接口与控制板（COB）连接。（4）监控可控硅整流器部件的状态，如熔断器、温度等。这些信号被逐次地通过ARCnet网发送到控制板（COB）。（5）传送来自控制板（COB）的命令，如脉冲截止/导通，风机接通等。（6）调节并联运行的晶闸管整流桥间的电流分配，并使其最优化，即所谓的智能化均流。2） 门极驱动接口单元（GDI）门极驱动接口单元（GDI）用于放大脉冲，使之与晶闸管触发的必需的水平相匹配。脉冲变压器是该装置的一部分。然而，对于隔离水平超过5KV的专用类型，脉冲变压器是独立提供的，并且单独地安装到晶闸管整流桥上。3） 电流传感器（CUS）电流传感器用于测量晶闸管整流桥的分支电流。它的输出信号直接连接到整流器接口单元（CIN）。4） 整流器显示单元（CDP）整流器显示器单元（CDP）安装在柜门上，指示整流器的工作状况。它提供以下功能：（1）利用LED显示每个晶闸管支臂的导通状态。有故障的支臂可在其指定的LED上显示出来。（2）利用LED显示整流器接口单元（CIN）的状态，或CIN故障信号。（3）显示整流器输出电流。2.3.4起励和灭磁单元在静态励磁系统（通常称为自并励或机端励磁系统）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的励磁电流经由励磁变压器、磁场开关和可控硅整流桥供给。一般情况下，起励开始时，发电机的起励能量来自发电机残压。当可控硅的输入电压升到10V20V时，可控硅整流桥和励磁调节器就能够投入正常工作，由AVR控制完成软起励过程。如果因长期停机等原因造成发电机的残压不能满足起励要求时，则可以采用220V DC电源起励方式，当发电机电压上升到规定值时，起励回路自动脱开。然后可控硅整流桥和励磁调节器投入正常工作，由AVR控制完成软起励过程。励磁系统软起励的过程曲线如图111：图1-11 UN5000励磁系统软起励过程曲线并网后，励磁系统工作于AVR方式，调节发电机的端电压和无功功率，或工作于叠加调节方式（包括恒功率因数调节、恒无功调节以及可以接受调度指令的成组调节等）。灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放，灭磁回路主要由磁场开关、灭磁电阻、晶闸管跨接器及其相关的触发元件组成。2.4 UN5000励磁系统性能2.4.1 过载能力当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统能保证连续运行。2.4.2 强励能力励磁系统满足强励要求，电压强励倍数不小于2倍T-MCR工况下励磁绕组电压，电流强励倍数不小于2倍T-MCR工况下励磁电流，允许强励时间大于等于10秒。 2.4.3 电压控制精度发电机电压控制精度，不大于0.5的额定电压。励磁控制系统暂态增益和动态增益在机端电压突降1520时，保证可控硅控制角达到最小值。2.4.4 电压响应速度励磁系统电压响应时间不大于0.1秒。在空载额定电压下，当电压给定阶跃响应为5时，发电机电压超调量不大于阶跃量的30；振荡次数不超过3次；发电机定子电压的调整时间不超过5秒。发电机零起升压时，自动电压调节器保证定子电压的超调量不超过额定值的10，调节时间不大于10秒，电压振荡次数不大于3次。2.4.5 自动电压调节器的调压范围发电机空载时能在20110额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2。手动调节范围从空载10到130额定电压值。2.4.6 电压频率特性当发电机空载频率变化1，采用电压调节器时，其端电压变化不大于 0.25额定值。在发电机空载运行状态下，自动电压调节器的调压速度，不大于1额定电压/秒；不小于0.3额定电压/秒。7） 过电压和过电流 可控硅支路过电流保护能在交、直流侧短路故障情况下，可靠切除故障。 励磁变压器低压侧设有过电压保护装置。发电机转子设有过电压保护装置,且简单可靠，动作电压值高于强励后灭磁和异步运行的过电压值，能吸收因失步引起的过电压，同时低于转子绕组出厂耐压试验值的70。在强励状态下灭磁时发电机转子过电压值不超过46倍额定电压值。2.5励磁系统操作与调整UNITROL5000励磁系统正常情况下励磁系统由控制室远控操作。直接安装在励磁系统前面板上的就地控制屏仅在调试、试验或紧急控制时选用。运行人员必须熟悉系统控制和显示元件的设计，必须熟悉励磁系统各命令的作用，并能够熟练的使用这些控制及显示单元。UNITROL5000励磁系统主要有以下几种控制方法：1）从控制室用键盘命令进行远方控制。此命令是通过励磁系统以二进制信号发出。2）从控制室用屏幕监视器控制命令进行远方控制。此命令是通过励磁系统以二进制信号或通过Field bus总线发出。3）使用集成在励磁系统中的就地控制单元（就地控制屏）进行就地控制。下面的表32列出了可用的远控或就地控制命令。右边的一列(反馈指示)表示反馈指示是否在控制室显示：表31 可用的远控或就地控制命令列表命令远控现地控制反馈指示励磁回路开关合上CCC励磁回路开关断开CCC励磁投入CCC励磁退出CCC通道1运行CCC通道2运行CCC运行方式自动CC运行方式手动CC工作调节器给定点 升高CC最大位置工作调节器给定点 降低CC最小位置无功功率调节器运行CCC无功功率调节器退出CCCPSS投入CCPSS退出CC控制方式.现地控制CC控制方式.远方控制C指示灯测试C释放C起励开关合上CC起励开关断开CC上表中带阴影的就地控制命令，表示只有同时在就地控制盘按下RELEASE 键才有效。37页2.5.1远方控制许多控制命令和反馈指示可以实现在控制室对励磁系统进行有效的远方控制。当励磁系统开关置于REMOTE方式，从控制室发出的命令就是有效的。励磁系统和发电机的命令及它们的作用详述如下：2.5.1.1励磁开关合上/断开只要没有跳闸信号，命令ON就可以闭合励磁开关。开关一旦闭合，励磁就接通。命令OFF可以断开励磁开关，同时励磁退出，将励磁系统中的整流桥切换到逆变方式运行(磁场能量反馈) ，将灭磁电阻与转子绕组并联，发电机经整流桥和灭磁电阻快速灭磁。远方断开磁场开关操作的条件是发电机主开关在分位(发电机空载运行)。2.5.1.2励磁投入/退出励磁投入命令 EXCITATION ON用于投入发电机励磁。励磁系统向发电机转子提供励磁电流，发电机迅速升压到额定值。只要跳闸命令TRIP在作用，励磁接通命令就无效。当励磁接通命令发出时，如果励磁开关仍在断开位置，它将自动闭合，只是在灭磁开关闭合以后才能励磁，励磁电流流通。 起励成功必须保证下述的一些前提：1）励磁开关必须已经在接通ON位置。2）没有断开命令和跳闸信号。3）发电机转速应当大于额定转速的90%。4）如果励磁变压器直接由发电机机端供电，就必须有建立励磁的辅助电源。命令EXCITATION OFF用来立即切断发电机励磁。此时，励磁系统整流器转换为交流逆变运行 （磁场能量反馈） ，同时将灭磁电阻切换到与转子绕组并联，以使发电机通过整流器逆变和灭磁电阻迅速放电。在断开励磁命令的同时，励磁开关也断开。60秒以后，加到整流器上的触发脉冲被闭锁，整个励磁系统被完全闭锁和切断。远方励磁退出操作的条件是发电机主开关在分位(发电机空载运行)。2.5.1.3通道1 和通道2 之间的切换（双自动通道系统）励磁系统由两个完全独立的调节和控制通道(通道1 和 通道2) 组成。两个通道完全相同，可任选通道1 或通道2为运行通道。备用通道(非运行通道) 总是自动地跟踪运行通道。除下列情况以外，通常可在任何时间进行通道切换：1）在运行通道中检测到故障，自动切换到第二个通道运行。在故障排除前不能切回到原通道运行。2）如果备用通道故障，将闭锁从运行通道到备用通道的人为切换。通道故障时，发电机电压也可能发生波动。此时即将自动投入运行的备用通道不应跟踪该扰动。为此，备用通道应延时跟踪，跟踪速度应相对缓慢。在人为从运行通道向备用通道的切换时，考虑到跟踪延时的作用，如果切换前瞬间发电机电压有变化，需等待跟踪平衡，即在切换完成前有短暂的延时。这样，在各种场合下都能实现无扰动切换。2.5.1.4自动/手动方式之间的切换励磁系统的每个通道都包括自动和手动两种调节方式。在自动方式下，励磁系统自动调节发电机电压，最大限度地维持发电机机端电压恒定。在手动方式下，励磁系统自动维持发电机恒定励磁(磁场电流)。在手动方式运行时，必须根据发电机的负荷变化人为调整发电机的励磁(磁场电流的给定值)，以维持发电机电压恒定。备用调节方式总是跟随运行调节方式，因此，除非出现下列情况，在任何时侯都可以在不同的运行方式之间进行切换。1）如果在自动方式中检测到故障(紧急切换到手动方式运行)，在故障排除前不能切回自动方式运行。2） 如果手动方式发生故障，将闭锁从自动方式到手动方式的切换。3）发电机以自动方式运行于允许的极限范围内，但该工况已经超出手动方式允许的运行范围，手动调节器将无法跟随自动调节器。在此情况下，反馈指示“自动/手动跟踪平衡”有效，闭锁手动通道的跟踪。在故障情况下自动切换到手动方式时，应切换到故障前的运行工况。因此，手动调节器对励磁电流变化的跟踪具有延迟，且跟踪速度相对缓慢。在人为从自动方式向手动方式切换时，考虑到跟踪延时的作用，如果切换前瞬间发电机励磁电流有变化，需等待跟踪平衡信号“自动/手动跟踪平衡”，即在切换完成前有短暂的延时。这样，在各种场合下都能实现无扰动切换。注意： 手动调节作为特殊运行的调节方式(后备调节方式)，只有励磁电流调节功能(无发电机电压调节功能)。在手动方式下，发电机的励磁必须由熟练的运行人员来监视。当发电机电压和电流互感器信号正常时，在手动方式下低励限制器也能防止发电机危险的低励磁，在极端情况下，低励磁可导致滑极。此外，在空载及低转速情况下，V/Hz 限制器使励磁电流降低，以防止发电机和与之相连接的变压器过饱和。实测值如发电机电压、电流和无功功率等必须由运行人员监视，必要时，通过改变励磁电流给定值的办法加以调整。2.5.1.5 切换至紧急后备通道（4 通道系统）除两个主通道之外，励磁系统还提供两个独立的紧急后备通道。与主通道的手动方式相似，紧急后备通道也设有一个励磁电流调节器。除此之外，紧急后备通道还设有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲形成功能。内置的过电压保护是主通道内置保护功能的冗余措施。紧急后备通道的励磁电流调节器与主通道励磁电流调节器在作用上是相同的，即紧急后备通道只能调节励磁电流，而不能调节发电机电压。紧急后备通道的励磁电流调节器自动跟踪主通道，在主通道发生故障的情况下，能自动实现无扰动切换。从主通道向紧急后备通道的人为切换只能由被授权的专业人员完成。在调整两个调节器后，才能切回到主通道。2.3.1.6 恒无功功率调节/恒功率因数调节的投入/退出如果选择自动方式，并且发电机已连接到电网，就可以切换到无功功率调节器（Q）/ 功率因数调节器（cos）。无功功率调节器（Q）/ 功率因数调节器（cos）是电压调节器的上位调节器，并且在运行中只是缓慢地起作用。因此，电网的短时故障不会影响此上位调节器，而还是电压调节器在起作用。自动方式的所有限制器和原来一样起作用，如果需要的话可以控制电压调节器包括上位调节器。 图1-12 叠加控制原理框无功调