自励恒压及发电机组的无功功率分配

7 7自励恒压装置及其发电机组的无功功率分配 教学要求 熟悉自励恒压装置的作用与分类 能根据单线原理或系统框图说明工作原理 理解均压线的作用 一 自动调压装置的功能和基本要求 保证供电品质的两个重要指标是 电压和频率恒定 16351 自励恒压装置的作用功能 发电机起动后转速接近额定转速时 能建立额定空载电压 当负载大小和负载性质变化时 能自动保持电压基本恒定 还有 均匀分配无功功率的功能 2 对自励恒压装置的基本要求 规范 静态电压调整率 要求 主发电机 2 5 以内 应急发电机 3 5 以内 动态电压调整率 要求 突加 减 50 Iecos 0 4调整率 15 以内 t 1 5s 强行励磁 负载突变或短路故障消除后电压可迅速恢复 电磁兼容性 在规定的电磁环境中有效工作 电磁方面不干扰其他设备的正常工作 自励起压 同步发电机转子励磁电流 是由三相输出电压经整流而形成 这就是自励 因起励电流在二极管死区电压内不能导通 故转子要有剩磁外 还要有起压措施 1 按电压偏差调节 即按发电机电压偏差调节 静态性能好 2 按负载扰动调节 即按负载电流 功率因数调节 动态性能好 3 复合调节 按负载电流 功率因数 电压偏差调节 静 动态性能都较好 3 自动调压装置的分类及调压原理 按负载电流的大小进行励磁调节 复励补偿调节 按负载功率因数的变化进行励磁调节 相位补偿调节 既根据负载电流 又根据负载的功率因数的变化进行励磁调节 相复励恒压调节 仅根据负载扰动调节的相复励系统 不可控相复励系统 既按负载扰动 又按电压偏差调节的相复励系统 可控相复励系统 4 相复励恒压装置类型 不可控相复励自励恒压励磁装置 负载扰动调节 可控相复励自励恒压励磁装置 可控相复励系统 晶闸管自励恒压励磁装置无刷同步发电机励磁系统 二 不可控相复励恒压原理 相复励自励恒压装置特点 1 同时按负载电流和负载功率因数进行调节 根据负载电流大小调节 复励补偿调节根据负载功率因数的变化调节 相位补偿调节合称相复励 2 动态性能好 有好的强励能力3 分电流叠加 电磁叠加 电势叠加三种 1 自励起压基本原理 利用发电机本身的剩磁磁通产生的电压 通过励磁装置的作用建立起额定电压 条件 必须有足够大的剩磁电压 否则充磁 适当整定自励回路 采用电抗X和电容C组成串联谐振回路 电流叠加相复励自励恒压装置 对称三相电流叠加相复励线路是最典型的线路 其等效电路 励磁电流解析式和相量图等分析结果也适合其它线路 电流叠加相复励线路 等效电路 等效电路 单线图 电容C1C2C3起压用 谐振电容 三相桥式整流器及并联的R与C或硒堆 过压保护 其它线路都省略 2 恒压基本原理 电路组成原理 直接取负载电流进行复式励磁 电流互感器CT测量输出电流大小 输出电压经电抗器x移相90 后 再进行电流叠加 经过整流后得到直流励磁电流 电流分量称为复励分量 电压分量称为空载分量 励磁电流大小分析 复励线路单线图如将励磁回路直流电阻等效到交流侧 用三相电阻代替实际直流电阻 可得一相等效电路 由电路定律 且 R x 励磁电流表达式为 等效电路 移相电抗器的作用 是使电压移相90 否则 电压和电流相位关系就不是复励时的关系 不能满足励磁电流既随负载电流变化 又随负载电流相位变化而变化 只随电流大小变化 失去相位补偿作用 也就不能满足相复励要求 有复励补偿 无相位补偿 移相电抗器的结构 带气隙的铁心线圈 铁心线圈才有足够的电感值 带气隙才能保证磁路不饱和 才能得到线性的电感元件 而只有线性元件才能有足够的控制精度 移相电抗器 补偿原理 复励原理 1 负载电流变化 相位 滞后 不变时 根据调节特性 滞后的电流增加 电枢反应的去磁作用增强 要保持电压不变 应增大励磁电流 由相量图分析可知 相复励线路满足这一要求 2 功率因数变化 相位更加滞后时 相复励线路也将使励磁电流增大 参数调整 1 Iv的相量为励磁电流的空载分量 其作用是决定发电机空载输出电压的大小 空载电压偏低 说明Iv分量偏小 调整方法 调电抗器铁芯间隙 2 Ii的相量为励磁电流的复励分量 其作用是产生电流补偿和电压补偿 接负载后电压偏低 说明Ii分量偏小 调整方法 改变电流互感器副边匝数 3 Iv分量适当 Ii分量太强 发电机外特性上翘 Ii分量太弱 发电机外特性严重下斜 归纳 不可控相复励恒压原理 结构简单 工作可靠 但调压精度不高 属按负载电流和功率因数调节的类型 其动态性能好 但静态性能较差 静态调压率 3 5 规定 应为 2 5 根据变压器的磁势关系 可得到平衡方程式 即 调节变压器的匝数 可获得比电流叠加相复励更好的复励恒压特性 电磁叠加是在磁路中的叠加 但其大小和相量关系与在电路中叠加是一样的 电磁叠加相复励自励恒压装置 如果加上电压检测环节 根据电压偏差附加励磁调节 则成为可控相复励系统 作业 阅读P167 173习题 1636 1638 1643 1646 1652 1656 1666 1670 1671 1672 1674 课二 电流叠加不可控相复励自励恒压装置 单线图 不可控相复励精度不高 采用复合式励磁装置即为可控相复励 基本励磁 相复励 辅助励磁 可控组成 在相复励的基础上加一个按电压偏差调节的装置 特点 原相相复励装置作用 实现自励起压 动态性好 电压校正器AVR作用 按电压的偏差调节 静态特性好 单线原理图 三 可控相复励变压器式可控相复励装置 几种常用可控相复励装置 1 可控相复励变压器式可控相复励装置组成 基本励磁 电磁叠加 可控 AVR控制 按电压偏差调节的装置 原理 通过改变相复励变压器的磁化程度达到控制励磁电流的目的 2 可控移相电抗器式可控相复励装置 调节原理 电流叠加AVR按电压偏差输出相应的直流电流 控制移相电抗器饱和程度 改变电抗值 以调节相复励空载分量消除偏差 调节空载分量 3 可控电抗器分流的可控相复励装置 调节原理 电流叠加整流器交流侧并联一个三相饱和电抗器 进行交流侧分流 AVR控制分流 也是调节空载分量 4 交流侧晶闸管分流的可控相复励装置 调节原理 电流叠加相复励装置的交流侧并联晶闸管 出现电压偏差时 AVR输出与电压偏差相应的触发电流 改变晶闸管的导通角控制分流 也是调节空载分量 5 直流侧晶闸管分流的可控相复励装置 调节原理 由电压校正器AVR的输出信号 U去控制并联在励磁绕组两端的晶闸管 即AVR控制直流侧分流 直接调节励磁 原理与交流侧分流控制相同 归纳 可控相复励自动调压装置是带有电压校正器的相复励装置 具有调压精度高 无功功率分配均匀 起动可靠 强励倍数高 动态性好等特点 得到广泛应用 四 可控硅自励恒压励磁系统 1 测量电路作用 测量发电机电压 并经整流器变换为直流电压 与给定的基准电压比较 得出电压的偏差信号 控制发电机的励磁 2 移相触发电路作用 根据比较电路输出的偏差 对晶闸管发出相应控制角的触发脉冲 使晶闸管导通 而相应的励磁电流 使电压保持恒定 3 保护和起励电路 保护电路 对元件保护 通常采用阻容吸收电路 硒堆吸收 快熔等作过压 过流保护 起励电路 设置起压电路触发 若无剩磁则还有 充磁 电路 利用蓄电池向晶闸管提供触发电压 发电机端电压升高后 自动断开蓄电池电路 五 无刷同步发电机励磁恒压系统 属于他励 结构及特点1 励磁机电枢3 转子 与发电机G励磁4 转子 同轴 励磁机电枢电流经整流后作发电机励磁 2 励磁机励磁绕组1的电流决定于G电枢2输出的电流 电压 3 无刷同步发电机的关健是由具有旋转硅整流器提供励磁电流 去掉了滑环和电刷 恒压原理 励磁机的电枢的励磁电流由相复励和AVR两部分构成 输出电流经整流后作为G的励磁 G的电压为综合调节 无功功率的自动调整 采用差动电流互感器进行无功功率分配 1 无功功率的自动分配的基本原理调发电机励磁电流 即调无功功率 也调电压 直流发电机调励磁电流 即调有功功率 因有恒压装置 当电网功率因数降低时 仅使发电机容量不能充分利用 线路功率因数降低 规范 规定 当负载在总额定功率20 100 范围变化时 应能稳定运行 功率分配误差应符合 实际承担无功功率与按额定功率分配比例的计算值之差 应不超过最大发电机额定无功的 10 六 无功功率的自动分配 调压特性 U f IQ 调压器特性有两种 无差特性和有差特性 稳定要求 调压特性都为有差特性 且两特性应尽量一致 1 一般为有差特性 两台机特性很难一致 2 负载变化 通过调励磁 使电压稳定但略有变化 出现无功分配不均 3 电压下降 斜率绝对值大的无功分配少 斜率小的无功分配多 电压升高相反 有差特性 无差特性 2 均压连接 用于不可控复励自励恒压系统 作用 实现并联机组间无功功率的自动 稳定和均匀的分配 直流均压线 并联运行发电机励磁绕组用两根均压线并接 使发电机励磁电流随无功负载变化而相应变化 保证无功分配均匀 适用于容量相同 同型号的发电机 交流均压线 并联运行发电机电压调整器的移相电抗器并联连接 接在整流器之前 适用于容量不同的发电机 要求 均压电路连接要可靠 均压线电阻要小 视并联运行发电机容量设置不同的均压线 注意 按电压偏差调节装置 其特性接近无差 并联时会使无功分配不稳定 调差装置 又称 电流稳定装置 为使调压特性有差 在调压装置加装可改变调差系数 用以调节发电机调压特性的就是调差装置 如图 AVR输入端可反映无功分量 调R 可使特性一致 3 调