励磁系统培训课件经典.ppt

生产准备部 励磁系统培训资料 1励磁系统的作用 同步发电机的励磁系统 励磁功率单元 励磁调节器 装置 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 向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的电源部分 由励磁变 励磁调节器 励磁功率单元 灭磁开关 灭磁电阻 封母 碳刷滑环和发电机本身一起组成的整个系统 称为励磁系统 一 概述 二 励磁系统主要作用 主要作用 保证发电机运行的经济性 给发电机提供励磁电流 以保证发电机的正常运行 根据系统电压的变化 相应地调节励磁电流 以维持机端电压为给定值 控制并列运行各发电机间的无功功率分配 保证电力系统运行设备的安全 提高发电机并列运行的静态稳定性和暂态稳定性 在发电机内部出现故障时 进行灭磁 以减小故障损失程度 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 三 励磁系统的基本任务 在正常运行条件下 供给同步发电机的励磁电流 并根据发电机所带负荷的情况 相应地调整励磁电流 以维持发电机机端电压在给定水平上 使并列运行的各同步发电机所带的无功功率稳定而合理地分配 增加并入电网运行的同步发电机的阻尼转矩 以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力 提高电力系统的静态稳定的能力 在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时 进行强励 将励磁电流迅速增加到足够的顶值 以提高电力系统的暂态稳定性 在同步发电机突然解列甩负荷时 进行强减 将励磁电流迅速降到安全数值 以防止发电机电压的过分升高 在发电机内部发生短路故障时 进行快速灭磁 将励磁电流迅速减到零值 以减少故障损坏程度 在不同运行工况下 根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制 以确保同步发电机组的安全稳定运行 四 对励磁系统的性能要求 600MW及以上机组的励磁系统 都是高起始响应励磁系统 对其基本要求如下 具备足够的调节容量 以适应各种运行工况要求 要提高电力系统的暂态稳定性 励磁系统必须同时具有较高的强励倍数和足够的励磁电压上升速度 可能提供的最高输出电压值和电流值 该值与额定工况下的励磁电压和电流之比为强励倍数 我厂强励倍数为2倍 允许强励时间应与转子过负荷能力相适应 我厂强励允许时间为20秒 电压响应比定义 强励动作后在最初0 5秒内 根据等面积原则确定并用标么值表示的励磁电压平均增长率 电压响应时间定义 在强励作用下 励磁电压由额定值升到顶值电压与额定电压之差的95 所花费的时间 该时间小于或等于0 1S的励磁系统称为高起始励磁系统 调节器的工作应是自动 连续动作 没有死区 自动和手动能平滑无扰切换 具有足够的电压调节精度 反应灵敏 迅速 时间常数小 无失灵区 运行可靠 维护方便 2发电厂励磁系统介绍 一 大型发电机组励磁系统分类 根据交流电源的来源不同分为两大类 第一类 交流电源来自与主机同轴的交流发电机 经整流后 供给主机的转子绕组 此交流发电机称为交流励磁机 第二类 交流电源来自接于发电机出口的励磁变 经硅整流后供给发电机励磁 静止硅整流旋转硅整流 按整流器是静止还是随发电机轴旋转 全静态自励系统 自并励方式自复励方式 我公司两台发电机组均采用自并励静止励磁方式 自并励励磁系统的特点 优点 缺点 取消了励磁机 缩短了机组长度 结构简单 提高了可靠性 励磁调节的反应速度很快 可实现逆变快速灭磁 由于不能自激 发电机启动后并网前 必须先接入起励电源 其整流装置的电源电压 在电力系统故障时 将随发电机端电压下降而下降 可能影响暂态过程中的强励能力 一 发电机近区内短路 机端电压突然降低很多时 能否满足强励要求 机组是否会失磁 二 由于强励减弱 短路电流迅速衰减 带时限的继电是否会拒绝动作 研究 只要配合快速保护 完善转子阻尼系统 采用性能良好的励磁调节器和可控硅整流装置 并适当提高励磁倍数 就足以补偿其缺点 措施 二 港电公司励磁系统的组成 励磁系统的组成 发电厂2 660MW励磁系统采用自并激可控硅静止励磁方式 励磁系统主要由机端励磁变 可控硅整流装置 自动电压调节器 灭磁和过电压保护装置 启励装置 必要的监测 保护 报警辅助装置等组成 本套系统有9面柜组成 各柜的型号及数量如下 NES5100励磁调节器柜 1柜FLK灭磁开关柜 1柜FLZ 3000可控硅整流柜 4柜FLR灭磁电阻柜 1柜FLJ交流进线柜 1柜FLJ直流出线柜 1柜 2 1FLZ 3000可控硅整流柜 可控硅整流柜采用六个ABB公司生产的大功率可控硅元件 此模块整流柜输出电流3000A 输出电压1050V 做成每柜一个桥 共4个桥柜并联组成N 1运行方式 即4组整流柜中一组整流柜故障的情况下仍能够产生最大励磁功率 每柜桥臂串联快速熔断器 每柜的交 直流流侧均装设刀闸 运行时如有元件损坏 可以完全退出故障桥 进行检修 而不影响运行 不必停机后再进行检修 当运行中退出1个柜时 其余3个柜能满足强励在内的所有发电机运行工况 当运行中退出2个柜时 其余2个柜能满足额定励磁的要求 每柜均设均流限制电子板 正常运行时 4个柜并联输出的均流系数达90 整流柜接线原理 当90 150 时 输出电压Ud为负值 整流桥处于逆变状态当10 90 时 输出电压Ud为正值 整流桥处于输出电流状态 功率柜的保护 三相全控整流桥工作时 元件因换相而关断时 因变压器漏抗的存在 会在元件两端产生较高的换相过电压 对这种过电压 采用换相阻容吸收回路吸收过电压能量 抑制过电压 配有快熔及快熔指示器模块在运行中会产生大量的热量 为了保证模块的正常运行 在功率柜顶部设有两台通风机 加强冷却 监视与报警任一个整流柜退出运行报警可控硅保险熔断报警 微型开关监控 散热器或空气过热报警冷却风扇故障报警空气流量过低报警 带风量继电器监控 2 2灭磁电阻柜 FLR灭磁电阻柜 包含励磁系统中灭磁及过电压回路 直流起励回路 其具体内容如下 灭磁回路 采用非线性电阻 氧化锌 灭磁 灭磁阀片采用ZnO灭磁阀片 每片20KJ 60A 过电压吸收回路 采用非线性电阻 氧化锌 吸收过电压 过压阀片采用ZnO灭磁阀片 每片20KJ 60A 1 灭磁作用和要求 当发电机内部 出口近区发生短路故障时 虽然继电保护装置能快速地将发电机一变压器组高压断路器跳开 切断故障点与系统的联系 但发电机励磁电流产生的感应电动势 仍会继续维持故障电流 为了快速限故障范围 减小其损坏程度 必须尽快地降低发电机电动势 即需要把励磁绕组电流建立的磁场 迅速地降低到尽可能小 把发电机磁场迅速降低到尽可能小的过程 称为灭磁 作用 灭磁要求 灭磁时间应尽可能短 这是评价灭磁装置的一项重要技术指标 发电机励磁绕组两端的过电压不应超过容许值 其值通常取为转子额定励磁电压的4 5倍 2 600MW汽轮发电机灭磁方式 正常停机时 控制系统向NES5100自动励磁调节器与手动励磁调节器发出停机逆变信号 励磁装置向可控硅整流装置发出逆变脉冲 发电机转子能量通过逆变送回励磁变压器交流侧 进行灭磁 事故停机时 直接跳灭磁开关 则磁场电流瞬间到零 完成灭磁 但磁场绕组具有很大电感的 突然断流会在其两端产生很高的感应过电压 可能将绝缘击穿 因此 在断开磁场电流的同时 还应将转子励磁绕组自动接入到放电电阻或其它消能装置上 使磁路中的储能迅速消耗掉 灭磁开关耗能型灭磁方式 直接将励磁回路断开 使转子电流到零 但励磁绕组具有很大的电感 电感电流不能突变 如果没有其他通路 则会在断口两端产生很高的过电压 会使断口开断所产生的电弧维持燃烧 直到磁场储能在电弧上全部消耗 转变为热能 断口电压下降 电弧不能维持燃烧 断口息弧开断 这种灭磁方式对开关的容量要求很高 故大型机组一般不采用此方式 直流开关移能灭磁 a 直流开关灭磁接线原理图直流开关移能灭磁接线原理图如下图所示 图中MK为灭磁开关 SCR为可控硅装置 R为灭磁电阻 灭磁电阻可为线性电阻 也可以为非线性电阻 一般地 直流灭磁开关总是配合非线性灭磁电阻使用 特别在自并激励磁系统 b 直流开关移能灭磁原理直流开关灭磁原理为 灭磁时 跳开灭磁开关MK 灭磁开关断口间产生电弧 电弧压降与可控硅SCR输出的电压共同加在灭磁电阻两端 当灭磁两端电压UR超过非线性灭磁电阻导通电压时 发电机励磁电流从灭磁开关转移到灭磁电阻R中 灭磁开关断口间电弧随之熄灭 发电机励磁绕组能量主要在灭磁电阻中消耗 发电机转子的过电压保护 当发电机在正常运行中 转子回路发生正向或反相过电压时 过电压保护动作 以保护发电机转子 发电机起励在发电机电压建立前 励磁变压器不能提供励磁电源 首先利用起励电源对发电机进行励磁 待发电机电压达到或大于10 时通过切换装置自动退出起励回路 转换为励磁变压器提供励磁电源 起励装置由小型开关 二极管模块 接触器及限流电阻组成 初励回路由调节器自动控制投入和退出 起励超时也会自动退出 若起励不成功会发出报警信号 发电机第一次启动及大修结束后 需要作发电机短路 空载试验 并且需对励磁系统做全面检查 此时必须为自并励系统提供一试验电源 此时 不用起励电源 2 3NES5100发电机励磁调节器 1 励磁调节器功能 自动励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压 调节器的主要输入量是发电机端电压 它将发电机端电压 被调量 与给定值 基准值或称参考值 进行比较 得出偏差值 U 然后再按 U的大小输出控制信号 改变励磁机的输出 励磁电流 使发电机端电压达到给定值 自动励磁调节器 除输入发电机端电压进行反馈控制完成调压任务外 还可输入其他补偿调节信号 例如加入定子电流作输入信号 以补偿由于定子电流变化引起的发电机端电压的波动 2 通道配置从电源 输入到脉冲输出各个环节均完全独立的双通道配置 每一自动通道中还设有独立手动控制环节 通道间相互备用 相互闭锁 当一个自动通道故障后 自动切换到备用的自动通道 切换过程中无扰动 双通道之间相互自动跟踪 跟踪信息和数据能进行滤波和容错处理 故障时能滤除错误信息 保证切换无扰动 3 运行调节方式恒机端电压闭环方式 维持机端 母线 电压恒定运行 恒转子电流闭环方式 维持发电机转子电流恒定运行 试验开环运行方式 人为控制触发角度 便于试验 恒无功闭环方式 选用 双环控制方式 机端电压为内环 无功为外环 使得无功功率与参考设定值相同 恒功率因数运行 选用 双环控制方式 机端电压为内环 功率因数为外环 使得功率因数与参考设定值相同 系统电压跟踪方式 选用 发电机空载时 控制发电机机端电压跟踪电网电压变化 提高发电机并网速度 3 励磁限制和保护 1 空载励磁限制2 励磁过负荷延时限制3 最大励磁限制 瞬时过励限制 4 最小励磁限制 欠励限制 5 V Hz限制 又称U f 电压 频率限制 主要是避免起励升压过程中电压较低 励磁调节器产生不必要的强励动作和减少电压上升过程的超调量 是为了避免发电机转子励磁绕组长期过载而采取的限制励磁的措施 有的励磁系统 为了获得高起始响应速度 常采用提高转子励磁顶值电压 可控硅阳极电压 而限制励磁电流超过容许值的强励办法 这就需要采用瞬时 非延时 过励限制 以限制强励电流的最大值 就是在发电机处于进相运行时 将其最小励磁电流值 限制在发电机临界失步稳定极限范围内 目的是 防止发电机和主变压器 发电机一变压器组 在空载 甩负荷和机组启动期间 由于电压升高或频率降低 使发电机及主变压器铁芯过饱和而引起的发热 超过危险值 6 定子过电流限制考虑机组运行工况 进相以及滞相整定值不同 当定子电流超过整定值时 反时动作 调整励磁 使定子电流回到整定值内 7 PT断线保护功能PT断线判断逻辑涉及到两路PT测量值比较 定子电流变化速度的容错参考 同步电压幅值容错参考 定子电压及定子电流负序容错参考 转子电流容错参考 PT熔断器信号容错参考 由此可判断出单PT断线 双PT断线 PT断线与短路 PT单相与多相断线 判断出PT断线后 执行主从切换 同时转电流闭环 可判断两套PT同时断线 从自动通道切换至手动通道运行 具备可靠的防止空载误强励措施 8 硅柜限制当可控硅整流柜快速熔断器熔断 风机停风 部分柜切除时 进行各柜励磁电流限制 保证各柜运行在安全范围内 9 转子过热保护调节器采集有关转子信息量 通过计算得到转子温度 当高于整定的温度保护值时 发出保护信号 PSS功能原理励磁调节器按电压偏差的方法倍数越大 发电机维持机端电压的能力越强 发电机的稳定极限功率越大 但高放大倍数的励磁调节器在某些情况下会产生负阻尼 是系统的动态特性变坏 引起低频震荡 有没有可能既用高的放大倍数的励磁调节器又能避免负阻尼引起的低频振荡呢 一个可能引起负阻尼的励磁调节