同步发电机自动调节励磁装置.ppt

同步发电机自动调节励磁装置 概述 励磁系统 专门为同步发电机提供励磁电流的设备 即与同步发电机转子电压的建立 调整 以及必要时使其消失的设备同步发电机的励磁系统 由励磁功率单元和自动调节励磁装置AER组成 励磁功率单元 向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流自动调节励磁装置AER 根据机端电压变化控制励磁功率单元的输出 达到调节励磁电流的目的 同步发电机的自动调节励磁系统 由同步发电机和励磁系统共同构成 一 自动励磁调节系统的作用 调节电压 当励磁电流不变时 EG不变 无功负荷的变化是造成发电机机端电压变化的主要原因 要保持机端电压不变 必须相应调节发电机的励磁电流 调节无功功率分配同步发电机与无限大系统并联运行当发电机输出有功保持不变时 有P UGIGcos 常数P EGUG Xd sin 常数式中 为功率因数角由于UG 常数 Xd不变故IGcos 常数EGsin 常数 可见 励磁电流变化时 发电机发出的无功功率随之变化 实际运行中 改变发电机的励磁电流不但影响其本身的电压和无功功率 也影响与其并联运行机组的无功功率即担负着合理分配并联运行机组间无功功率的任务 提高电力系统运行稳定性提高电力系统运行条件电动机自起动 发电机自同步并列或失磁时出现无功缺额时 能自动增加励磁电流 多发无功 加速电网电压恢复 改善系统工作条件 抑制水轮机突然甩负荷时的电压升高 提高保护灵敏度 灭磁 减小故障损失 实行最大 最小励磁限制 二 对自动调节励磁系统的基本要求 自动调节励磁装置系统正常运行时有足够的调压范围 0 8 1 2UN 并能合理分配机组间的无功功率 系统故障时 应能迅速强励 提高系统暂态稳定和改善系统运行条件结构简单 可靠 反应速度快 运行维护方便 应无失灵区 能在人工稳定区内运行 励磁功率单元要求足够调节容量足够励磁响应速度和励磁顶值电压 三 励磁系统分类 励磁功率单元分类直流励磁机励磁系统有转动接触部件 运行维护工作量大 励磁电流小 只能用在中小容量发电机中 交流励磁机系统静止硅整流励磁系统励磁响应速度慢静止晶闸管整流励磁系统励磁响应速度快 可实现逆变灭磁 但要求励磁机容量大一些 旋转硅整流励磁系统 无刷励磁系统 运行维护简单 现代大型同步发电机较广泛应用 静止励磁系统自励静止励磁系统 优点 无励磁机 简单可靠 响应速度快 能实现逆变灭磁 缺点 发电机近端短路能否满足强励要求 机组是否失磁 带时限保护是否拒动近年来一些大型机组使用 自复励静止励磁系统 减轻了调节器负担 提高了励磁响应速度 且励磁可靠 但设备和电路变得复杂 只适合中小型发电机 自动励磁调节装置的分类实现连续作用的比例式调节按构成机电型 不能连续调节 响应速度慢 有死区 已淘汰电磁型 调节速度慢 可靠性高 用于直流机励磁系统半导体型 响应速度快 可靠性高 广泛应用微机型 功能全面 灵活方便按调节原理按电压偏差比例调节补偿调节 针对影响电压的某些因素进行调节 作辅助调节 不单独使用 半导体自动励磁调节器 励磁系统的整流电路交流转换为直流 作为发电机转子的励磁电流 一 三相桥式不可控整流电路二极管承受正向电压时导通 承受反向电压时截止 二 三相半控桥式整流电路二极管承受正向电压时导通 承受反向电压时截止 晶闸管承受正向压降的同时接受触发脉冲导通 要求 触发脉冲在0 180 区间内发出 且按VSO1 VSO2 VSO3的顺序间隔120 依次发出 三 三相全控桥式整流电路晶闸管承受正向压降的同时接受触发脉冲导通 有整流 逆变两种工作状态 半导体励磁调节器的构成基本控制 调节励磁电流 以便维持电压水平及合理分配机组间的无功功率 辅助控制 为了满足不同工况要求 改善电力系统稳定性和励磁系统动态性能而设置的 包括励磁系统稳定器 电力系统稳定器和励磁限制器等 主要环节的作用及特性调差 无功补偿 单元使发电机的调压特性曲线UG f IQ 具有必要的调差系数 以保证并列运行机组间无功功率稳定 合理地分配 详细分析见后 测量比较单元作用 测量发电机电压 调差单元输出 并变为直流信号 与给定的基准电压比较 得出电压偏差信号 输入到综合放大单元 要求 输出偏差电压能线性反映输入机端电压的变化 灵敏度高 输出直流偏差电压平稳 纹波系数小 时间常数小 响应快 组成 正序电压过滤器 提高测量比较单元灵敏度 进而提高自动调节励磁装置的灵敏度 只反映输入电压的正序分量 测量变压器 整流滤波电路 获得与发电机电压成比例的 平稳的直流电压电压比较整定环节 将滤波回路的输出与给定电压USET比较 得到反映发电机端电压的直流偏差电压 U 并可根据需要对给定电压USET进行整定 综合放大单元将电压偏差信号与其它辅助信号进行综合放大 以提高装置的灵敏度 适应不同运行工况的要求 综合信号的性质主控制信号 电压偏差信号 用于正常的励磁调节反馈控制信号 改善控制系统动态性能而设置的辅助控制信号如励磁系统稳定信号和电力系统稳定器限制控制信号 保证发电机及系统安全运行设置的辅助控制信号 包括最大 最小励磁限制信号 异常情况下进行限制控制 移相触发单元产生相位随控制电压而改变的触发脉冲 控制晶闸管整流输出电压的大小 达到自动调节励磁的目的 同步信号取自可控硅整流回路的主回路 保证触发脉冲在可控硅阳极电压为正半周时发出 使控制脉冲与主回路同步 励磁调节系统静态工作特性简化框图静态工作特性在励磁调节器工作范围内 UG升高 Uav急剧减小 UG降低 Uav急剧增大 维持发电机机端电压为给定水平 励磁调节系统中的辅助控制用于改善励磁系统动态性能和保证发电机和电力系统安全运行最小励磁限制 MEL 发电机进相运行时 限制最小励磁电流值在发电机临界失步稳定极限允许范围内 同时考虑发电机定子端部发热容许的容量范围 根据不同运行状态 实施相适应的最小励磁限制 最大励磁限制 MXL 防止转子绕组长时间过励磁采取的安全措施 不同励磁电流时的允许时间 若超过允许时间 励磁电流仍不能降下来 最大励磁限制器执行限制功能 具有反时限特性 瞬时电流限制 ICL 励磁电流过大 超过规定顶值电流时 会危及发电机和系统安全 由瞬时电流限制器检测励磁电流 通常设置三级 第一 二级输出限制励磁电流 第三级延时2s跳发电机并灭磁 电压 频率限制 HXL 防止发电机及主变压器铁心饱和过热 若限制失败 由相应保护动作跳发电机并灭磁 并联运行机组间无功功率的分配 有自动励磁调节装置同步发电机的无功调节特性指发电机的无功电流IQ G与端电压UG之间的关系曲线调差系数 Ku UG0 UG2 UGN UG0 UG2 式中 UGN 发电机额定电压 UG0 UG0 发电机空载电压 无功电流为0时的电压 及空载电压标幺值 UG2 UG2 发电机带额定无功负荷时的电压 IQ G IQ GN 及其标幺值 用百分数表示 Ku UG0 UG2 UGN 100 调差系数Ku表示无功电流从0变化到额定值时 发电机的端电压的相对变化 表征了励磁调节系统维持发电机端电压的能力 Ku 0为正调差系数 Ku 0为负调差系数 Ku 0为无差特性 并列运行机组间无功功率的分配一台无差特性机组与有差特性机组并联运行 一台无差特性机组可以和一台或多台正调差特性机组并联运行 但无功的分配是不合理的 实际很少采用 两台及以上无差特性机组不能在同一母线运行 因为无功分配是任意的 机组不能稳定运行 一台负调差特性机组和一台正调差特性机组并联运行无功负荷变化时 无功功率在两机组间转移 不能合理分配 因此不允许负调差特性机组直接参加并联运行 两台正调差特性机组并联运行两台正调差特性机组并联运行时 无功负荷的分配与调差系数成反比 无功增量分配也与调差系数成反比 通常要求机组间无功负荷和无功功率增量按容量进行分配 则要求并联运行的发电机具有相同调差系数 发电机经升压变压器后并联运行应具有负调差系数 以维持高压母线电压稳定 机端直接并联运行的发电机应具有正调差系数 无功负荷的分配与调差系数成反比 要按机组容量进行分配 发电机必须具有相同调差系数 发电机经升压变压器后并联运行应具有负调差系数 以维持高压母线电压稳定 无功调节特性的调整作用 进行无功功率的稳定 合理分配 保证平稳地投入和退出发电机调整内容 调差系数的调整和调差特性的平移调差单元进行调差系数的调整 正调差特性 令UG UG RIQ CIQ C UG 减小励磁电流 UG 负调差特性 令UG UG RIQ C 调差特性平移平移发电机的无功调节特性 可以在电压不变时改变该发电机所承担的无功负荷 从而实现发电机的平稳投入或退出 这是通过改变机端电压给定值实现的 同步发电机的强行励磁和灭磁 强行励磁发电机电压急剧下降时 将励磁电流迅速增加到顶值的措施有利于电网稳定运行 提高保护的灵敏度 缩短故障切除后系统电压恢复时间 有利于电动机自起动 要求 强励顶值电压高且响应速度快衡量指标强励倍数 能达到的最高励磁电压UE MAX与额定励磁电压UE N的比值KI UE MAX UE N KI越大 强励效果越好 受励磁系统结构和设备费用的限制 通常为1 2 2倍 励磁电压响应比又称励磁电压响应倍率 反应强励过程中励磁电压增长速度 励磁电压响应比 励磁电压等值上升数值 0 1 UE N一般为2 快速励磁系统6 7 同步发电机的灭磁基本要求灭磁时间短 灭磁过程中转子电压不应超过允许值 通常取额定励磁电压的4 5倍 灭磁后 机组剩磁不应超过500V利用放电电阻灭磁 将磁场能转换为热能采用常规电阻灭磁速度慢 目前采用非线性电阻灭磁 提高灭磁速度 利用灭弧栅灭磁将磁场能转换为电弧能 灭磁速度快 广泛应用于大中型发电机组中 可控硅整流桥逆变灭磁灭磁速度快 灭磁效果好 但受励磁系统限制 大机组励磁系统实例 励磁系统概念工作励磁机手动调节励磁系统 备用励磁机 多机共用一套 工作励磁机系统 数字式自动励磁调节装置 微机励磁调节器的硬件构成变送器 将模拟信号变换为成比例的直流模拟信号输入量有 机端电压 有功 无功 发电机励磁电流 主励磁机励磁电压输入 输出通道模拟量输入通道开关量输入 增 减磁 开 停机等 脉冲检测输入等 开关量输出 调节器工作状态输出 晶闸管触发脉冲输出同步电压检测电路主机 微机励磁调节器的软件监控程序 系统自检 初始化 处理键盘命令 处理遥控通信接口命令 完成显示和人机接口功能 应用程序 实现自动励磁调节和限制控制等功能数字移相的基本原理数字移相控制角 大小可以用触发脉冲距 角起始角的延时t 表示 折算成对应的计数脉冲个数Dt 360 TT为晶闸管交流电源周期D t fc 360 Tfc 由 UG和 Q通过软件计算确定 求得D 在 0 时装入计数器 计数结束 输出低电平信号 经功率放大和脉冲变压器 形成触发脉冲 同步电路将同步变压器二次侧电压整形成方波 作为定时 计数器门控信号 指明控制角的计时起点 线电压方波及各自的反相波依次间隔60 上升沿刚好与六个自然换相点对应 作为控制角的起始点 本厂励磁系统简介 励磁调节器 采用南瑞电气控制公司生产的SAVR 2000发电机励磁调节器 按主从方式工作 默认工作方式下A套为主调节通道 输出脉冲控制可控硅 B套作为从调节通道 处于热备用状态 B套自动跟踪A套通道的调节角度及控制给定值 其输出脉冲在主从切换输出之前阻断 当两套均正常工作时 按任一套上的切换按钮 即将此套定为主套 故障时A套自动切换至B套 无波动 设有自动 手动两种调节方式 方式之间设有自动跟踪装置 以实现平稳 无扰动切换 输入输出信号机端电压信号 两路 定子三相电流信号 转子回路整流前三相交流电流信号控制信号与故障输入信号调节器的开出信号触发脉冲信号 调节及控制功能 具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能 配备在线专家系统 全中文信息集成显示 模拟 数字显示一体化 具备实时数据库及历史数据库 能够进行事件录波辅助分析 并给出有效提示 保证发电机按要求升压 并网 增减无功负荷及逆变停机 保证发电机稳定运行于空载 发电 调相 停机等工况 可按要求选择起励方式 1 100 额定电压起励 2 零起升压 3 软起励 保证机组在突甩负荷时机端电压迅速稳定在额定电压 保证无冲击地进行手动 自动的切换及双机切换 可任意设定正 负调差方式 且调差率大小可选择 软件数字整定和比较功能 可通过串行通讯方式或其它通讯方式将调节过程中的数据实时传送至上位机 并接收上位机的控制命令 如开 停机 恒发电机机端电压的PID调节规律 恒发电机转子电流的PID调节规律 发电机恒定触发角运行 选用 发电机恒功率因数运行 选用 发电机恒无功运行 选用 系统电压跟踪方式 选用 转子过热保护 选用 电力系统稳定器 PSS 附加控制 选用 线性最优励磁调节规律 选用 非线性自适应励磁调节规律 选用 主备励无扰动切换 选用 水轮发电机机组用电气制动方式停机 选用 实时故障诊断及异常状态的限制功能 电源电压过低或消失的检测 实时监视多路电源 电源消失或过低时自动调整控制方式 保证机组稳定运行 PT断线的检测 可控硅同步电压信号断线检测 可控硅脉冲丢失的检测 控制角的检测 计算机在发出控制角后又将其回读并进行检查 以确保控制角的正确性 发电机机端电压及可控硅阳极电压相序的检测 通迅故障的检测 看门狗 WatchDog 电路监测主CPU电路 SAVR 2000可及时检测发电机的下列异常运行工况 并做相应的处理 以确保发电机机组的安全 欠励瞬时限制及保护 过励延时限制及保护 发电机强励的反时限限制及保护 最大励磁电流瞬时限制及保护 可控硅整流柜快速熔断器熔断 停风 部分柜切除时的励磁电流限制 V F限制及保护 当机组转速下降时 如仍维持发电机电压恒定将引起转子过磁通 为保护机组安全 调节器将自动降低发电机电压 如转速过低 调节器将自动逆变灭磁 空载过压限制及保护 可控硅控制角 分辨率 最高可达40MHz A D转换量分辨率 2 14 8路同步采样 控制计算调节速度 20毫秒 典型 调压范围 5 130 调压精度 2倍 秒高起始响应励磁系统 上升 0 1秒下降 0 15秒 指标参数 SAVR 2000发电机励磁调节器的运行界面由5个窗口组成 分别为 主控窗 设置窗 信息窗 开关量窗和报警窗 自上而下三个灯分别表示 交流220V输入 直流220V输入 直流220V输出