继电保护的概念.doc

第五节、继电保护的概念、任务及电力系统对继电保护的要求 当故障发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。为了完成这个任务，只有借助自动装置继电保护装置。 继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护运行。 电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。 任务：发生故障时迅速快速切除故障。反映设备的不正常状态，发信号或自动调整。 要求：可靠性、选择性、快速性、灵敏性 可靠性：指继电保护装置经常处于完善的准备动作状态，不应由于本身的缺陷而误动或拒动，即该动时动，不动时不动。 选择性：指能选择出故障发生的区段和故障类型，可靠地把出故障的设备切除，保证非故障设备继续运行，使停电范围尽量缩小。 快速性：由于故障延续的时间越长，造成的损失越大，必须尽快使保护动作。现在单个继电器的动作时间是几个毫秒，成套动作时间与电压等级有关。 第六节、继电保护的组成和分类 1、组成 成套保护装置要包括一些基本功能元件才能完成继电保护的任务，这些功能元件可以是一种继电器、一块电路板，也可以是其他电子部件，但都要完成一些基本功能。 11信号采集或信号转换功能 它要把电力系统的运行状态及时和真实地反映给保护装置。因为电力系统的一次侧的电压很高在完成信号转换时要把电压降到保护装置能接受的电压，额定电压定为100V，也要把一次侧的电流降下来，额定电流为5A或1A。这种降下来的电压和电流称为二次电压和二次电流。完成这种功能的元件是电压互感器和电流互感器（PT、CT）。12启动测量元件 它的功能是对电力系统运行状态的测定直接接在PT、CT的次级，只有在故障和不正常状态时才启动，一般是电流值突然增大或电压值突然下降。这种电流增大电压降低在事先定好一个水平或叫阀值，超过这个阀值才启动。这里讲的事先定好术语叫整定。按照电流电压值变化而启动的元件用的很普遍，较复杂的保护有用功率、相角、阻抗、相序变化（包括正序、负序、零序电流和电压变化）而启动的，也有用高频信号远方启动的。1、二次回路的作用及地位 发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备是构成电力系统的主体，它是直接生产输送分配电能的电气设备。包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备。包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。 二次设备是通过CT、PT同一次设备取得电的联系。二次设备及其相互连接的回路称为二次回路。二次回路是电力系统安全生产、经济运行可靠供电的重要保障。它是发电厂和变电站中不可缺少的重要组成部分。二次回路的重要性（略）。 2、二次回路的内容 二次回路的内容包括发电厂和变电站的一次设备的控制、测量、信号、调节、继电保护和自动装置等回路，以及操作电源系统。具体的讲: 2.1从电流互感器电压互感器二次端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对于多油断路器或变压器等套管互感器自端子箱开始） 2.2从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。 第九节 继电保护的设置 电力系统继电保护设置是否合理，直接影响电力系统输电线运行的可靠性。继电保护选用的不合理，被保护线路有故障时保护该动不动，不该动时误动，影响了送电的可靠性。故选用合适的继电保护是十分重要的。选择是根据电力系统电网结构、电压等级、接线方式、线路长度、用户性质以及继电保护的性能和特点进行的。电力系统按继电保护的作用可分为主保护、后备保护、辅助保护、异常运行保护。a) 主保护：当被保护元件出故障时能以最快速度有选择地切除故障，保证无故障元件安全运行。如主变压器的差动保护；线路的电流速断保护。b) 后备保护：当被保护元件主保护拒动时，能以较长的时间（相对于主保护）切除故障称后备保护。线路保护中的过流保护可做本线路和相邻线路的后备保护。后备保护可分近后备和远后备。远后备：是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现切除故障。近后备：是当主保护拒动时由本设备或线路的另一套保护来切除故障。当断路器拒动时由断路器失灵保护电力系统科普知识 文章来源：国家电力信息网 浏览次数：371 更新时间：2003-2-17 8:55:541、电力系统最常用的开关哪几类？ 主要有少油开关、真空开关、SF6开关等。2、各类高压开关速度特性测试时测速成传感器能否通用？为什么？ 主要有少油开关、真空开关、SF6开关的测速传感器不能通用。因为上述三种开关传动机构的结构完全不同，故测速尺的结构和安装方法也不相同。3、同类型开关所用测速传感器一定能通用吗？举例说明。 同类型 开关所用传感器不一定能通用。例1:220KV少油开关，西安、上海产的开关可通用一处测速装置，但用于沈阳产、河南平顶山产的则不行，且相互不能通用。110KV少油开关测速时，测速装置其结构区别也很大。例2：国产SF6开关，进口SF6开关，110KV、220KV、500KV，其技术来源有德国西门子、美国ABB、日本三菱、法国MG等公司，开关结构完全不同，故测速装置要求也全不相同。4、速度参数V=S/T，在开关测试过程中S、T与测试仪的关系如何？举例说明。 由于开关生产厂家众多（包括国内、国外），同类型开关结构差别很大，故做开关测试时，要求所用的开关测试仪具有灵活的界面及人机对话功能。例：河南平顶山厂220KV、SF6开关做刚分（合）速度测试时，参数t由仪器测得，参数s须定为36mm，真空开关、少油开关测速时，有关参数s也各不相同，故事片开关测试过程中，应根据各国、各厂家生产的开关不同，灵活（按厂家要求）设置测试参量值。而有些厂家生产的测试仪，其s值是不能更改的（那些仪器无任意设置测试参数功能），故常出现一些虚拟测试结果。对此，用户一定要注意。5、选购高压开关动特性测试仪应注意些什么问题？ 应根据各单位开关配置情况选购不同型号开关测试仪。除注意本问答所提3、4、5问题外，最好请仪器生产厂派人带上仪器用到用户单位现场做全面试验，以检验仪器性能与宣传说明书是否一致。另外，仪器的抗干忧性，自保护功能也是仪器必须具备的。发电机保护 开放分类： 工业、电力对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。(1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。(2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。(3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。(4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。(5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。 (6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。(7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。(8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。(9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。(10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。(11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。励磁 开放分类： 技术、机械励磁就是向发电机转子提供转子电源的装置。 根据直流电机励磁方式的不同，可分为他励磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用励磁的主要作用是：1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。2、合理分配并列运行机组之间的无功分配。3、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。 励磁的种类：按整流方式可分为旋转式励磁和静止式励磁两大类 。其中旋转式励磁又包括直流交流和无刷励磁；静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。一般我们把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁. 励磁分类方法很多,比如按照发电机励磁的交流电源供给方式来分类: 第一类是由与发电机同轴的交流励磁机供电,称为交流励磁(他励)系统,此系统又可分为四种方式: 1.交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器(有刷). 2.交流励磁机(磁场旋转)加静止可控硅整流器(有刷). 3.交流励磁机(电枢旋转)加硅整流器(无刷). 4.交流励磁机(电枢旋转)加可控硅整流器(无刷). 第二类是采用变压器供电,称为全静态励磁(自励)系统,当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上,称为自励励磁方式,把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式.这种结合方法也有四种: 1.直流侧并联 2.直流侧串联 3.交流侧并联 4.交流侧串联软启动 开放分类： 电机、电气、软起动、工控、变频频率由零慢慢提升到额定频率，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。可根据需要调解启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。这就是软启动。软起动（soft start） 软起动（soft start）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。电动机软起动器是运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式：（1）斜坡升压软起动。（2）斜坡恒流软起动。 （3）阶跃起动。 几种大型电机起动方法之比较当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。社会发展是有阶段性的。在不同阶段，人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪8090年代，我国的经济实力尚较薄弱，当时的小水泥和小钢铁发展很快，1000kW4000kW电机的应用增长很快，与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现，它经济实用，解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期，我国经济实力已有较大的发展，生产手段和生产工具亦有了较大发展，电机容量也有了很大增长，人们开始不满足液态起动装置的低性能，于是晶闸管串联式（固态）软起动装置的应用开始增加，继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式（磁控）起动装置，变频装置用于电机软起动的情况也越来越多，当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品，液态起动装置则应用在小型（5000kW以下）电机上较多。另外，两种老式起动方法（自耦变压器和变压器-电动机组）也常常出现在20000kW以下电机的起动上。大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备，直接影响企业的生产状况，因此人们应该对其起动给予特别的关注，合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术，许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别，往往会造成不恰当的选择，有时甚至不得不做出第二次选择，给企业造成不应有的损失。因此，如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。为此我们在这方面做抛砖之尝试，如有不完善和不妥之处，望不吝添金加玉。一、电动机直接全压起动的危害性及软起动好处 引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的47倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。 软起动时，起动电流一般为额定电流的23倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。 对电网的影响对电网的影响主要表现在两个方面：超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。软起动时起动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。 伤害电机绝缘，降低电机寿命大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。软起动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。 电动力对电机的伤害大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。软起动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。 对机械设备的伤害全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。软起动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软起动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。二、开关变压器技术简介哈尔滨帕特尔科技有限公司研制的开关变压器技术现在已经成功的应用到高压电机软起动上。至今已有40多套在使用，起动最大电动机12000kW。由于该技术的主电路是完全线性化的，实际上任何容量的电动机（比如60000kW）软起动都可以做到，只是人们的认识和担心需要等待（哈尔滨帕特尔科技有限公司从实验室的100W手电钻到第一台800kW，再到现在的12000kW都是一次设计成功，因为只要把功率电路成比例放大就可以了，其它控制完全一样）。下面列出几个主要业绩： 2001年9月首台800kW（一拖二）软起动装置应用于大庆油田钻井机组。 2003年12月南京钢铁公司8000kW软起动装置（一拖二）成功投运。 2005年9月24日济南鲍德气体10800kW制氧离心空气压缩机软起动成功。 2007年4月北京燕山石化12000kW软起动装置（一拖一，采用变压器并联技术）成功起动。开关变压器式高压电动机软起动装置是对可控硅串联式软起动装置的改进，它用开关变压器（TK）的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧（如图1所示）这样可控硅不用串联，可靠性大大提高；且由于开关变压器漏抗的分压滤波作用，加到电源上的谐波大大减少。其它方面：电压电流可全范围线性调节；可输出任意波形；可构成闭环控制，时间常数小、反应迅速；电动机功率增加时只要增加功率器件的容量即可；开关变压器工作于开关状态，开通时只有铜损，隔断时只有铁损，起动过程中开关变压器损耗很小，可连续起动；由于是纯调压软起动，故一拖多时电动机的容量可以相差很远。这一切使开关变压器式高压电动机软起动装置成为当前性/价比最高的高压电动机软起动装置。主电路如图1所示：K1为运行柜，它与电动机D构成正常工作时的运行系统；K2为起动柜，它与开关变压器TK构成起动回路。当电动机起动时，合上K2，给可控硅SCR加上触发信号即可实现相控调压软起动；起动结束后，合上K1、断开K2，电动机即转入运行状态。起动回路的控制系统框图如图2所示。软起动不同时段的电流由程序给定，主电路中的电流由采样单元采集，PLC比较电流反馈值和给定值，根据差值调节触发单元的输入电压，改变SCR的导通角，从而使主电路中的电流与给定值相等。修改程序中起动各时段电流的大小和保持时间，即可得到各种不同的起动电流曲线。图 1 图 2由控制系统框图可见，如果从虚线处隔开，右侧为功率主回路，左侧为控制环节。当电动机功率不同时，只要更改TK、CT及SCR即可，其控制环节不用改变。三、开关变压器式高压电动机软起动装置与变频器装置的比较变频器装置主要是用在交流电机的调速上，具有明显的节能效果。如果把它用在电机软起动上，则不应再把它的调速性能与我公司产品相比较。把变频装置用来做软起动，在整个起动过程中电机不会有过流现象，起动转矩大，具有很好的起动性能。但对于起动转矩小的风机水泵类负荷，变频装置的这一优点则表现不明显。与我公司产品相比它也存在一些不足：1.变频技术还处于发展阶段，由于开关损耗还比较大，所以可靠性还比较低，故障率比较高，各单位往往由于维修技术跟不上而造成停工时间长。某钢铁公司曾发生35000KW高炉鼓风机一个多星期才起动起来的事例。2.变频装置输出电压中，高次谐波的含量大，会在电机齿槽上产生局部过热现象，烧毁绝缘，影响电机使用寿命。在调速应用时要使用特殊设计的变频电机就是这个原因；而我公司产品高次谐波含量小，对电机的伤害小。3.用变频装置做软起动，当达到亚同步转速要从变频电源向工频电源切换时，必须有良好的同步功能（有的变频装置不具备此功能），否则会产生机械冲击，损伤机械设备。4.变频装置价格高5.变频装置电路原理复杂，对维修技术水平要求高，维修时间长，而我公司产品一般技术工人即能维修，提供的图纸资料齐全。与变频装置相比，开关变压器式软起动装置的不足之处仅仅是起动过程中有过流现象，但时间并不长；过电流倍数也不大，空载起动不超过额定电流的2倍，负载起动（风机泵类负荷）不超过额定电流的3倍。四、开关变压器式（A）和可控硅串联式（B）软起动装置之比较二者都是相位控制调压软起动装置。主要性能有许多相近之处，二者比较尚有如下差别：1.可靠性 B装置由于采用可控硅串联，因此对元器件特性参数的一致性要求很高。不容易得到保证。元器件在使用一段时间后特性参数会发生变化，使均压性能降低，极易造成整串元器件的损坏，一旦损坏用户很难修复；而 A 装置由于采用了开关变压器技术，元器件不用串联。因此可靠性大大提高。使用寿命远大于B。2.高次谐波 二者虽然都是相控。产生谐波的情况是一样的。但 A 装置的开关变压器具有很大的电感量。谐波电压大部分加在它上面，加到电源上的谐波电压较小。所以 A 比 B 对电机的高次谐波伤害要小得多。3.体积 B 比 A 的体积小，占地面积小。 成本A的可靠性是靠成本来换取的，A用的可控硅数量少、电流大；B用的可控硅数量多、电流小，二者在这方面的投入相差不多。而A增加了一个容量很大的开关变压器，故成本高。五、开关变压器式（A）和磁控式（B）软起动装置之比较1.控制性能A的输出电压、电流全范围可调。电压、电流波形可任意设定，是严格意义上的软起动产品。B的调节范围较小，一般只能做恒流式起动。“磁控”即饱和电抗器，它是靠改变铁芯的磁饱和度来改变其电抗值，从而改变其与电机的分压。铁磁性材料的磁化曲线如右图3所示，磁饱和电抗器靠改变其直流激磁0来改变电抗器的电抗值。由图可见磁化曲线的斜率（对应电抗值）变化范围较小，只有角的范围。因此B的阻抗值变化范围不大。电机端电压的调节范围不大。 用固定的电抗器起动时，电压是不可调的。随着电机的加速，起动电流将下降，如果电网容量不足，很容易引起起动失败（或切换到全压时冲击很大）。饱和电抗器与固定电抗器相比，仅在于它能保持电流不下降，但能不能造成起动失败（或起动时间过长或切换时冲击过大），还要看最大电抗值的选择。最大电抗 图 3值选的小些，起动失败的可能性小,但合闸时对电网和机械设备的冲击大，最小电抗值选的大些，则容易造成起动失败。所以说B不能称为软起动产品，只是比电抗器好一点的减压起动产品。A在起动过程中可以连续大范围调节电压和电流，这就从原理上保证了起动不失败。从应用实例上也证明了这一点：在鄂钢10000KW电机软起时，电网容量较小（该厂说140MVA，老外计算后说103MVA）,但由于A的调节范围大，仍能做到了无冲击软起。 2.发热方面A工作于开关状态，开通时开关变压器（TK）上电压很小，无铁损，只有铜损。关断时TK中电流很小，无铜损，只有铁损。TK发热很小。B始终工作在饱和区附近，铁芯磁通量很大，铁损很大；另外饱和电抗器有一直流激磁绕组，激磁功率很大（据磁控厂家自己的文章说，7000KW电机起动的辅助电源要180KVA）。这也引起绕组和铁芯发热。由于发热，B的连续起动性能非常差。这一点对设备安装和设备维修是非常不利的，设备安装时一般都要经过多次起动，发现问题，解决问题；设备维修后也常常需要多次起动来检查维修质量，连续起动性能差将延误工作的进行。由于发热，绕组绝缘容易老化，引起设备寿命降低。 3.冲击方面 A的电压和电流都可以从零连续调节，对电网无冲击，电压波动小，电机的转速也是从零起慢慢上升，达到了真正的软起动。 B只能以恒流方式工作，且电流不能较小，故在上电时对电网有冲击，电机转速也一下子上升到某一数值，这对于安装非常精密的轴流风机叶片来说，是非常不利的，会增加风机的故障率。4.控制精度A完全等同可控硅相位控制，线性度高、控制精度高、响应速度快（10ms），控制实时性好。B由于受发热和铁芯磁化曲线非线性等因素影响，控制精度低、线性度差、响应速度慢（几百ms）、控制实时性差。5.一拖多性能A完全是调压软起，输出电压与负载无关，加上发热小可连续起动，因此非常适于一拖多软起，降低总造价，且电机不受容量限制，例如在鄂钢的一拖三软起，最大电机10000kW，最小电机1000 kW，相差10倍。B靠分压减压起动，电机端电压与电机容量（阻抗）有关，如果用B起动多台电机，则容量不能相差较多，否则大电机阻抗小、分压低、电流小；小电机阻抗大、分压高、电流大，另外由于B的连续起动性能差，一拖多也无实际意义。近几年，又有一种被称为“磁控”的新型可控硅饱和电抗器式软起动装置出现，它与老式“磁控”装置的不同之处是直流激磁电源的取法不同，它直接取自高压电源，从结构上看简便了许多，但其性能和老式“磁控”相差不多。六、两种老式起动方法 自耦变压器减压起动这种方式在起动时电机接于低压侧。因此一次电流较小，能减小线路压降，减小对其它设备的影响。这种起动方式的缺点如下： 冲击方面：在起动过程中，电压有23次切换，因而转矩也有23次突变，这对较精密的机械设备是非常不利的；在电气方面，如果变比较高对电网的冲击也会较大。 可靠性方面：在电压切换时由于电流还比较大，因而在自耦变压器绕组上会产生感应过电压，有时会伤及绕组绝缘，降低使用寿命。这种方法常在1000020000kW电机上用，电机再大时已很少应用。2. 变压器-电动机组该方法实际上就是直接全压起动。只是用一个独立变压器来隔离对其它用电设备的影响，其它的对电机、对机械设备的危害依然存在。另外，与共用电网的情况相比，要增加相当可观的电能损耗，在过去其实就是一种没有办法的办法，在如今是很不值得称道的。以20000kW/10kV电机为例，当采用独立变压器供电方式时，一次系统一般如图4所示：T1为三绕组主变。10kV绕组给其它负荷供电；35kV绕组给T2-D供电。D的容量一般在T2容量的0.6左右。如果电机D与其它负荷共网运行，则一次系统如图5所示。主变 选择双绕组变压器即可。从三相油浸式电力变压器国家标准上可以查到如下数据：变压器 功率损耗110kV/10kV双绕组63000kVA 260kW110kV/35kV/10kV三绕组63000kVA 300kW35kV/10kV双绕组31500kVA 132kW图4 图5比较图4和图5可见，独立供电方式较共网方式耗损增加主要由两部分组成： 主变的损耗差异。 T2的功率损耗。T2的功率损耗主要由铁损和铜损构成。由于不满负荷，故铜损较满负荷时小些，铜损与电流的平方成正比，此时的铜损相当于满负荷的 。我们假设满负荷时的铁损等于铜损，则可得出如下的多耗能计算：大电机一般都是连续工作制，假设按0.5元/kWh计算，则每年多耗电费 (万元) 即由于采用独立变压器供电方式，每年多耗电116万度，多花电费58万元。如果考虑到共网运行时少用一个变压器T2，在基建投资中又可节约一笔费用，其经济效益是相当可观的。七、结语大型高压电动机价格昂贵，在各行业的生产运行中起核心作用，对它进行多方呵护是非常必要的。软起动装置虽然工作时间短，但其重要作用不可轻视，应该引起我们电气技术工作者的高度重视。从电机系统节能的角度看，使用软起动可以取消独立供电变压器，具有很大的节电效果。超大型高压电动机软起动装置属于重大技术装备类别。过去主要靠进口，价格昂贵，哈尔滨帕特尔科技公司生产的开关变压器式高压电机软起动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉，给我们提供了一个新的选择。业内专家和国家有关领导曾多次指出：“我国对有关技术装备的引进量太大，已经影响到国家的经济安全”。这个问题应该引起我们的重视，在国家大力提倡自主创新、建设创新型国家的今天，我们更应该振奋精神，自强、自重，为国家的崛起贡献我们的力量。发电机励磁系统 开放分类： 直流电、电厂、发电机励磁系统、励磁系统发电机励磁系统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；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。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。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。如图所示：其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。同步发电机励磁系统的形式有多种多样，按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。一、发电机获得励磁电流的几种方式1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。二、发电机与励磁电流的有关特性1、电压的调节自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。2、无功功率的调节：发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。3、无功负荷的分配：并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。三、自动调节励磁电流的方法在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。 励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。电力系统稳定器 电力系统稳定器（pps）就是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术。它在励磁电压调节器中，引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用。用于提高电力系统阻尼、解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。一、电网PSS试验情况1.励磁控制系统滞后特性的测量 励磁控制系统滞后特性即无补偿频率特性。因励磁控制系统滞后特性的存在，加到励磁调节器的附加信号经滞后才能产生附加力矩。测量励磁控制系统滞后特性，应测量附加力矩对PSS迭加点的滞后角度。由于附加力矩无法测量，实际上是测量机端电压对PSS迭加点的滞后角度。因为在发电机高功率因数运行时，机端电压对PSS迭加点的滞后角度近似等于附加力矩对PSS迭加点的滞后角度。 由试验可见： (1)励磁控制系统滞后特性基本分为两种：自并励系统(约-4090)：励磁机励磁系统(约-40-150)。(2)同一频率角度范围，表示同一发电机励磁系统在不同的系统工况和发电机工况下有不同的滞后角度，从几度到十几度，其中也包含了测量误差。(3)温州电厂与台州电厂虽采用同一励磁控制系统，因转子电压反馈和调节器放大倍数不同，励磁系统滞后特性发生明显变化。(4)励磁调节器的PSS迭加点位置不同，励磁控制系统滞后特性也不同。2.有补偿频率特性的测量 有补偿频率特性，由无补偿频率特性与PSS单元相频特性相加得到，用来反映经PSS相位补偿后的附加力矩相位。DLT650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件提山，有补偿频率特性在该电力系统低频振荡区内要满足-80-135的要求，此角度以机械功率方向为零度。根据试验的方便情况，可采用两种方法：(1)断开PSS信号输入端，在PSS输入端加噪声信号，测量机端电压相对PSS输入信号的相角：(2)PSS环节的相角加上励磁控制系统滞后相角。 由试验可见：(1)通过调整PSS参数，可以使有补偿频率特性在较宽的频率范围内满足要求。 (2)ALSTHOM机组PSS低频段相位补偿特性未能满足要求。(3)北仑电厂1号机PSS在小于04Hz范围增大隔直环节时间常数，使之低频段有良好的相位补偿特性，而且提升放大倍数(02Hz处提高176倍)。3.PSS放大倍数和输出限幅 PSS放大倍数都以标幺值表示。输入值按PSS信号是哪一种，取机组额定有功功率、额定转速或额定频率为基值。输出值以PSS迭加点额定机端电压为基值。当PSS迭加点与电压迭加点不一致时，要按低频振荡频率下的环节放大倍数折算额定机端电压值。因PSS中的超前滞后环节影响放大倍数，本文以1Hz下的放大倍数进行比较.4.PSS开环频率特性 开环频率特性用于测量增益裕量及相角裕量，判断闭环控制系统的稳定性，判断PSS放大倍数是否适当。可在PSS输入端或PSS输出端解开闭环进行测量。由表5可见，除台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机以外，开环频率特性的增益裕量及相角裕量均符合DLT650-1998标准的要求，增益裕量大于6dB、相角裕量大于40。5.负载电压给定阶跃响应 负载电压给定阶跃响应作为为验证试验项目，可以直接观察PSS投入引起地区内与本机有关振荡模式阻尼比的提高，从表6中可见振荡频率均在118Hz以上。阶跃响应不能检验区域间与本机有关振荡模式阻尼比的提高。试验结果表明，以上机组PSS的作用均有效。有的机组对负载电压阶跃反映迟钝，以至难以测量，这可能是调节器的一些环节滤去了阶跃信号中的高频分量，也可能是在试验工况下系统组尼比较大。二、对PSS工作的几点看法1、关于相位补偿的频率范闹 DLT650-1998大型汽轮发机自并励静止励磁系统技术条仆提出了PSS应满足该机各振荡模式下的相位补偿要求，其振荡频率一般在02Hz20Hz范围内。相位补偿可按分析计算得出该系统振荡模式的实际频率范围设计，也可按02Hz20Hz频率范围设计。后者因频带宽，不易在全范围满足要求，如果有一定的经验，也可以经初步分析后进行现场试验整定。以上所列浙江电网PSS整定I作均为不依靠系统计算分析，仅由现场试验整定。除ALSTHOM机组PSS因没有可调整点无法扩大相位补偿的频率范围之外，其它机组在05Hz16Hz内满足-60-135有补偿频率特性的要求。这里要指出，在DLT6501998发布之前，采用有补偿频率特性-60-135的要求：DLT650-1998提出了有补偿频率特性-80-135的要求。 ALSTHOM机组PSS的相位补偿仅满足075Hz以上低频振荡范围的要求。其原因是PSS仅设计一个隔直环节，没有超前滞后环节。建议：(1)对电力系统进行小干扰稳定性分析后，判断ALSTHOM机组PSS是否需要重新设计。(2)应在供货前提供励磁系统数学模型参数，得到确认后再发货。 现场试验整定的条件为，励磁调节器可以进行励磁系统滞后特性的测量，即可以在PSS迭加点加入测量川的噪声信号。但有些微机励磁调节器做不到。对此，DLT650-1998柄；准中明确要求，励磁调节器应具备测量励磁控制系统滞后特性的功能。将PSS计算分析得到不同运行方式利事故状况下的励磁系统滞后特性，结合现场试验实测励磁系统滞后特性，从而合理而准确地整定PSS参数。2、关于振荡模式的分析 通过振荡模式的分析，了解各振荡模式的振频和阻尼比。 PSS首先应保证在大小运行方式下阻尼比均满足要求。于是要分析无PSS时大小运行方式下的阻尼比，确定必须投入PSS的电厂和机组。 电力系统故障以后阻尼往往被削弱，所以要进行故障预测和故障后动态稳定性分析，以判断在故障情况FPSS是否仍可为系统动态稳定提供足够的正阻尼。如存在问题，需进行进一步研究。各振荡模式的振频应包括在PSS频带范围内。 由于振荡模式分析需要电力系统和励磁系统的参数，需要运行状态和分析经验的积累，建议在开展分析工作的同时，不失时机地通过现场试验将大型汽轮发电机组PSS投入运”。通过投入试验来验证和改进分析工作，用计算分析来指导和简化PSS投入试验。3、关于PSS放人倍数 PSS放大倍数可按临界放大倍数的1315整定。浙江电网PSS试验均采用测量开环频率特性稳定裕量的方法测量调整PSS放大倍数。其原因有三个：一是测量开环