发电机励磁系统讲座幻灯片.ppt

武汉大学程教授关于发电机励磁系统的讲座第一讲励磁系统的组成供给发电机励磁电流的电源及其附件称为励磁系统。它分为两个主要部分：励磁功率单元和励磁调节器。励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；励磁调节器根据输入信号和给定的调节标准控制励磁功率单元的输出。第一章概述了励磁系统在电力系统中的作用是根据发电机负荷的变化来调节励磁电流，以保持发电机端电压为给定值。控制并联运行的发电机之间的无功功率分配。提高了发电机并联运行的静态稳定性。提高了发电机并联运行的暂态稳定性。当发电机内部发生故障时，进行消磁以降低故障损失程度。提高继电保护的灵敏度。根据运行要求，发电机应满足最大励磁极限和最小励磁极限。改善电力系统的运行条件。第二部分，励磁系统的功能和发电机励磁控制系统的任务如下：1。电压控制应在发电机正常运行条件下进行，励磁系统应保持发电机端电压(或升压变压器高压侧的电压)在给定水平。相关指标：调压精度：指在自动励磁调节器投入运行，差动调节单元退出，给定电压值不需要手动调节的情况下，发电机负荷从零变化到视在功率额定值，以及环境温度、频率和电源电压在规定范围内波动所引起的发电机端电压的最大变化。它通常表示为发电机额定电压的百分比。发电机电压调节静态差率：电压调节静态压率定义为当自动励磁调节器的差动调节单元退出，给定电压值不变，负荷从额定视在功率降至零时，发电机端电压的变化率。发电机励磁控制系统的任务。控制无功功率的分配当发电机并入电力系统运行时，其输出的有功功率由原动机的功率输入决定，而发电机输出的无功功率与励磁电流有关。在发电机并入无限电网的情况下，调节励磁电流将改变发电机的无功功率输出。在实际运行中，与发电机并联运行的母线不是无穷大，改变励磁会改变发电机的端电压和输出无功功率。然而，一般来说，发电机的端电压变化很小，而无功功率输出变化很大。确保并联运行的发电机之间的无功功率合理分配是励磁系统的一项重要功能。研究并联运行的发电机之间无功功率分配的主要概念之一是发电机端电压差动调节。所谓发电机端电压差动调节率，是指在自动励磁调节器的差动调节单元投入运行，电压给定值固定，发电机功率因数为零的情况下，当发电机的无功负荷从零变为额定值时，发电机端电压的变化率，表示为发电机端电压的百分比。变化率通常由以下公式计算得出：发电机励磁控制系统的任务，3。提高同步发电机并联运行的稳定性暂态稳定性是指电力系统受到较大的扰动，如高压输电网发生短路或主发电机被切断，系统会强烈振荡，一些同步发电机可能失步。这种情况下的稳定性问题，即大扰动后系统能否在新的平衡条件下稳定工作，称为暂态稳定问题。另一种形式干扰是负载的微小随机变化，称为4、发电机励磁控制系统的任务。提高继电保护动作的灵敏度当系统处于低负荷运行状态时，发电机励磁电流不大，如果此时系统有短路故障，其短路电流很小，并随时间衰减，这样带时限的继电保护就不能正确工作。励磁自动控制系统通过调节发电机的励磁来对发电机进行强励磁，不仅有利于提高电力系统的稳定性，而且由于增加了电力系统的短路电流，提高了继电保护的运行灵敏度。5、发电机励磁控制系统的任务。快速退磁当发电机或升压变压器(带机组连接)发生内部故障时，为了减少故障造成的损坏，此时要求发电机快速退磁。此外，当机组空载时，发电机端电压会异常升高，尤其是水轮发电机。水轮发电机空载时，由于机组惯性时间常数大，发电机会会产生严重超速。对于带有同轴励磁机的发电机，其端电压与转速的三次甚至四次方成正比。因此，甩负荷可能导致发电机严重过压。为了防止发电机端电压过度升高而危及定子绝缘，还要求励磁系统具有快速退磁能力。发电机励磁控制系统的任务6。改善电力系统的运行条件如前所述，保持发电机的端电压恒定有利于维持电力系统的电压水平。当电力系统由于各种原因出现短期低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即通过大幅增加励磁来提高系统电压。因此，可以改善电力系统的运行条件。(1)。改善异步电动机的自启动条件(2)。为发电机的异步运行创造条件(3)。重负荷重合闸时降低电压降(4)。降低重负荷跳闸时系统电压的上升。第3节：励磁系统的基本要求。1.励磁电源装置的要求(1)。要求励磁功率单元具有足够的可靠性和一定的调节能力。在电力系统运行期间，发电机根据励磁电流的变化控制系统电压及其无功功率。因此，励磁功率单元应具有足够的调节能力和一定的裕度，以满足电力系统各种运行条件的要求。(2)。有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。如前所述，为了改善电力系统的运行条件和暂态稳定性，期望励磁功率单元具有大的强励磁能力和快速响应能力。因此，励磁最高电压和升压速度是励磁系统的两个重要技术指标。第3节励磁系统的基本要求2。励磁调节器要求(1)在系统正常运行期间，励磁调节器应能够反映发电机电压，以将发电机电压保持在给定水平，并具有足够的电压调节范围。(2)励磁调节器应能合理分配机组的无功功率。因此，励磁调节器应确保同步发电机的端电压差调整率可在以下范围内调整：半导体型10%；电磁类型为5%。并且可以根据系统的要求进行更改。(3)对于远距离输电的发电机，为了在人工稳定的区域运行，励磁调节器必须没有故障区域。(4)励磁调节器应能快速响应系统故障，并具有控制功能，如强制励磁，以改善暂态稳定性和系统运行条件。(5)它具有小的时间常数，并且能够快速响应输入信息的变化。(6)励磁调节器应具有高可靠性和稳定运行。在电路设计、元件选择和装配过程中应采取相应的措施。(7)励磁调节器应具有良好的静态和动态特性。(8)励磁调节器的时间常数应尽可能小，响应速度应尽可能快第3节励磁系统的分类励磁系统的典型类型1。1960年以前，同步发电机励磁系统的励磁功率单元一般使用同轴DC发电机，称为DC励磁器。励磁控制单元主要使用机电或电磁调节器。随着电力系统的发展和同步发电机单机容量的增加，这种励磁系统已经不能满足现代电力系统和大容量机组的需要，DC励磁器的励磁功率、响应速度和励磁电压的最大值也不能满足要求。交流励磁机励磁系统直流励磁换向器是影响安全运行的薄弱环节，也是限制励磁机容量的主要因素。因此，从六七十年代开始，大容量发电机不再使用DC励磁机，而是使用交流励磁机。交流励磁机系统与DC励磁机系统一样，根据励磁机的不同励磁模式，可分为独立励磁和自励磁交流励磁机系统。根据整流器是静止还是旋转，交流励磁机是磁场旋转还是电枢旋转，可分为以下四种励磁方式：(1)交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器；(2)交流励磁机(磁场旋转型)加静态可控硅整流器；(3)交流励磁机(电枢旋转)加旋转硅整流器；(4)交流励磁机(电枢旋转)加旋转晶闸管。典型类型的励磁系统，2。交流励磁机励磁系统，其他励磁交流励磁机励磁系统，典型类型的励磁系统，2。交流励磁机励磁系统，自励磁交流励磁机励磁系统(1)，典型类型的励磁系统，2。交流励磁机励磁系统，自励磁交流励磁机励磁系统(2)，典型类型的励磁系统，2。交流励磁机励磁系统，间接自励磁交流励磁机励磁系统，典型励磁系统，2。交流励磁机励磁系统的无刷励磁系统，典型的励磁系统类型，3。静态励磁系统的静态励磁系统取消了励磁机，采用变压器作为交流励磁电源，励磁变压器接发电机出口或辅助母线。由于励磁电源取自发电机本身或发电机所在的电力系统，这种励磁方法称为自励磁整流器励磁系统，简称自励磁系统。与电机励磁相比，在自励磁系统中，励磁变压器和整流器都是静态元件，因此自励磁系统也称为静态励磁系统。静态励磁系统也有几种不同的励磁模式。如果在机器端只有一个励磁变压器并联，这称为自并励。如果除了并联励磁变压器之外，还有一个励磁变压器(或串联变压器)与发电机定子电流回路串联，则两者的组合形成所谓的自复合励磁模式。有四种组合方案：(1) DC侧并联自激模式；(2) DC侧串联自激方式；(3)交流侧并联自励磁方式；(4)交流侧串联自励磁方式；3、典型类型的励磁系统。静态励磁系统(1)自并励方式，典型的励磁系统类型，3。静态励磁系统(2) DC侧叠加自复励磁方式，励磁系统的典型类型，3。静止励磁系统(3)交流侧叠加自复励磁方式(1)，典型的励磁系统类型，3。静止励磁系统(3)交流侧叠加自复励磁方式(2)，第二章静止励磁系统，发电机静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步发电机电压和无功功率的目的。它主要分为四个部分：励磁变压器；励磁调节器(AVR)；可控硅整流器；励磁和退磁装置；如下图所示：发电机静态励磁系统示意图，三相油浸励磁变压器，主要优点：无旋转部件。运行可靠性高，调整维护简单，维护方便。自并励方式取消了励磁机，缩短汽轮发电机轴长可以提高轴系的稳定性和机组的安全运行水平。因为励磁调节是直接在转子回路中进行的，所以主励磁机没有延时环节，它属于、起动励磁装置、自并励励磁系统及其主要特点，以及自并励励磁方式的缺点。整流装置的电源电压取自发电机端子。当系统发生故障时，随着发电机端电压的降低，励磁系统的强励磁能力将受到影响。碳刷增加了维护。发电机短路时，突然大幅降低时，发电机端电压可能达不到强励磁的要求。当强励磁减弱时，短路电流迅速衰减，导致出口限时继电器拒动，从而导致故障扩大。必须增加一个具有记忆功能的继电器。启动励磁时，发电机的剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要额外的启动电源。一、第一节励磁变压器，励磁变压器二次电压设计按满足强励磁要求，励磁变压器二次电流设计按满足额定励磁电流。励磁变压器提供温度测量、轻气体、重气体和减压装置。高压侧每相提供三套套管电流互感器。两套用于保护(过流、过载和差动)，一套用于测量(电压和电流)。低压侧的每相也提供三组电流互感器，两组用于保护，一组用于测量。第一段励磁变压器采用三相全波桥式整流，由六个臂组成。总共有五个电气柜。可控硅整流桥通过栅极驱动板(GDI)驱动可控硅整流。整流装置的每个功率元件都配有快速熔断器保护，以便及时排除短路故障并发出信号。电气柜退出运行时，能满足发电机强励和1.1倍额定电流运行的要求。当两个电源柜停止运行时，它们可以提供发电机额定工作条件所需的励磁容量，并且不能被强励磁。如果三个电源柜发生故障，励磁将自动切断。在第二节可控硅整流器中，运行中严禁打开电源柜的门，否则，电源柜将自动退出运行。标准整流器(n=5)有五个并联的可控硅整流桥，至少有一个冗余(n-1)配置。(n-1)表示当晶闸管发生故障时，系统仍能满足最大励磁功率。冷却模式：双冗余风扇强制冷却。当两个冷却风扇都不工作时，整流器柜也不工作。此外，整流器有温度保护，并在90跳闸。CIN:整流桥接口板；主要功能是向GDI发送一个序列脉冲，用于触发三相全控桥。用于监控整流桥的所有电子元件。它的主要功能是监控风扇、温度和保险丝。电流传感器设置在每个整流桥的正负输出连接处。根据这些输入值，CIN可以自动调节每个晶闸管的电流，从而实现并联电桥的均流。整流桥的实际状态显示在柜门的整流桥显示面板CDP上。栅极驱动器将脉冲放大到晶闸管触发所需的电平。对于自并励磁系统，由于励磁能量取自发电机端，当机组启动后速度接近额定值时，发电机端电压为剩余电压，一般较低(约为额定电压的1 2%)。此时，励磁调节器中的触发电路可能无法正常工作，因为同步电压太低，晶闸管没有打开，并且不能发送励磁电流来使发电机建立电压。另一方面，从等式(3-10)可以看出，当发电机有剩余电压时，将没有自激电流。即使可控硅完全打开，发电机转子电路中也不会有励磁电流，因此不会建立发电机电压。因此，必须采取措施，首先激励发电机以建立一定的电压。这个过程称为启动激励。激励有两种类型。第一种类型称为独立激励，即se对于励磁变压器二次电压高的励磁系统，即使发电机剩余电压低，转换到励磁变压器二次侧的电压仍高于整流桥的管压降。或者当发电机的剩余电压相对较高时，可以考虑使用发电机的剩余电压来直接启动励磁，而不是使用另一个启动电源。第三节励磁装置，正常情况下，发电机剩余压力对于励磁来说是足够的。发电机转子中存在剩磁，UN5000通常可以实现余压励磁。当励磁投入运行时，晶闸管桥立即触发。只要晶闸管输入端的电源电压为10-20V，门极控制单元就能有效控制晶闸管桥。备用激励电路(-R03，-V03，-Q03)通过其他激励方法建立该电压。备用励磁电源取自220伏DC系统。如果剩余电压低于10V，不足以建立发电机电压，经过一定时间延迟后，励磁装置将投入运行：励磁开关将自动闭合，流向磁场绕组，定子电压将开始增加。当电压达到额定值的10%时，晶闸管桥已经可以正常工作，励磁开关将自动关闭。软启动过程开始将发电机电压提升至22KV的额定电压。整个启动过程的控制和监控由AVR软件实现。当整流桥的输出电压高于DC系统电压时，激励电路中的二极管将阻止反向电流流入DC系统。