(11)Std 421.4-1990 IEEE励磁系统规范准备指南

1、NARIIEEE励磁系统规范准备指南 IEEE Std 421.4-1990IEEE电力工程学会，发电委员会励磁系统分委员会 提出 IEEE标淮局 1990,5,31批准 国电自动化研究院 电气控制技术研究所 译 2003 年 5 月 目录1 引言.4.1.1 用途和范围41.2 参考文献51.3 定义.52 概述.62.1 基本情况.62.2 运行方式.62.3 安装.62.4 规约.62.5 绝缘系统.62.6 二极管及晶闸管72.7 利用率72.8 设备的冗余.72.9 备件.73、励磁系统定额考虑.73.1 总则.73.2 定额.73.3瞬态要求.84、励磁电源考虑.94.1 总则.9

2、4.2 旋转直流励磁机.104.3 旋转交流励磁机.104.4 静止励磁.105、励磁系统性能和同步电机调节器考虑.115.1 手动控制性能.125.2 自动控制性能（包括同步电机）.125.3 辅助控制功能.146、控制考虑.166.1 灭磁.166.2 机组手动控制176.3 机组自动控制176.4 机组自动起动/停机176.5 机组自动电压跟踪.176.6 设定点调整器.176.7 设定点跟踪186.8 控制电路和电厂电路连接.187、保护考虑.187.1 一般要求.187.2 保护动作.187.3 报警动作198、环境和密封考虑198.1 环境198.2 机柜198.3 远方安装的仪表

3、和控制器209、制造厂应提供的信息219.1 一般要求.219.2 投标时要提供的信息219.3发送设备前应提供的信息.219.4发送设备时应提供的信息.219.5 照片.229.6 设计阶段图纸评审过程229.7 设备安装后的图纸修正2210、试验.2210.1 例行工厂试验.2210.2 专门工厂试验.2510.3 现场试验.2810.4 其它部件的例行试验.29附录：交流直流功率变换器.30IEEE励磁系统规范(*)准备指南1、引言 本指南打算为规范编制者提供必要的资料，来准备一个采购同步电机励磁系统的规范（技术条件）。本指南中的信息是以叙事文形式，给出在准备规范时，应受检验的具体条款的

4、说明和功用。* 译者注(Specification 可译作技术条件、技术要求及规范等，从国人习惯讲前两者更合适些，但为了节省篇幅，采用规范一词)1.1 用途和范围本指南用途是帮助准备同步电机励磁系统采购规范。本指南适用于5000KVA或以上的同步电机励磁系统。在本指南中有些信息对某个励磁系统不适用时，可从编写的规范中去掉。贯穿于本指南的名词是“励磁控制系统”，励磁控制系统是包括同步电机和它的励磁系统的反馈控制系统。图1是励磁控制系统的方框图。图1 励磁控制系统部件方框图励磁系统是向同步电机提供磁场电流的设备，它包括所有电源、调节、控制和保护单元，励磁机是向同步电机励磁提供磁场电流的设备。同步电

5、机调节器是通过反馈和正向控制单元耦合同步电机输出变量和励磁机输入的调节器，用于调节同步电机输出变量（见IEEEStd421.1-19869）。当同步电机连接到电力系统时，必须考虑励磁控制系统对电力系统的影响。1.2 参考文献 本标准要用到下述出版物：1 ANSI C50.10-1977 同步电机的一般要求；2 ANSI C50.12-1982(1989重申) 水轮机用的凸极同步发电机和发电机/电动机的要求；3 ANSI C50.13-1989 圆柱形转子的同步发电机要求；4 ANSI C50.14-1977(1989重申)燃气轮机驱动的圆柱形转子的同步发电机要求；5 IEEE C37.18-1

6、979旋转电机(ANSI)用的IEEE标准密闭式磁场放电电路开关；6 IEEE C57.12.00-1980浸液式配电，电力和调节变压器（ANSI）的一般要求；7 IEEE C57.12.91-1979干式配电和电力变压器IEEE测试规范；8 IEEE Std100-1988 电气和电子学名词IEEE标准辞典；9 IEEE Std421.1-1986 IEEE同步电机励磁系统用标准定义；10 IEEE Std421.2-1990 IEEE 励磁控制系统动态性能的鉴别，试验和评估指南；11 IEEE Std421B-1979（1984重申） IEEE励磁系统高压试验要求标准；12 IEEE委员会

7、报告：用于电力系统稳定研究的励磁系统模型。 IEEE Trans. on PAS-100 1981 第494-509页1.3 定义 本指南要用到下述定义：励磁控制系统包括同步电机及它的励磁系统的反馈控制系统；励磁系统向同步电机提供磁场电流的设备，包括所有电源，调节、控制和保护单元；励磁系统稳定器用于稳定励磁控制系统的控制单元；励磁机为同步电机励磁直接提供磁场电流的设备；负荷调整率因负荷变化导致电压变化的大小；电力系统稳定器（PSS）用来阻尼和电力系统频率有关的当地或联络线方式振荡；同步电机调节器通过反馈和正向控制单元耦合同步电机输出变量到励磁机输入，以调节同步电机输出变量为目的的调节器（见IE

8、EEStd421.1-19869）。2、概述2.1 基本情况励磁系统的主要功能是为同步电机提供磁场电流，以满足在规定范围内的电力系统运行条件，除了满足上述要求外，买家在编制励磁系统规范时，还应该考虑其它的许多因素。在识别动态性能要求时，已经发现电力系统稳定研究是很有用的。对这些性能的评估，有助于确定要求的响应特性、和是否需要电力系统稳定器。现代励磁系统除了基本的电压调节外，可能包括各种辅助控制单元及保护元件，规范应对要包括在励磁系统内的所有辅助控制设备（补偿器、限制器、电力系统稳定器等）和保护设备（V/F保护、过励保护）进行功能性的鉴别。规范应包括关系到励磁系统设计，甚至不直接影响电压调节性能

9、的一些条款。为帮助制造厂认清适用的标准和可能的设计限制，应包括设备类型的说明在内，例如是核电站，燃煤火电站或水电站等等。2.2 运行方式 在设计励磁系统时一个重要的考虑是，弄清电厂的型式及运行方式，规范应清楚地说明所有可能的运行方式，如发电、抽水蓄能、同步调相等，对每种可能的运行方式应提供最重要的负荷率。此外，规范应指出对无人值守运行的要求，如自动启动、遥控等。2.3 安装励磁系统的规范应清楚地说明，所用的励磁控制设备应装在户内还是户外。在规范中应包括励磁系统安装前的贮存要求、运输及装卸要求。如果存在着较好的运输路径，规范应另行指出，所有已知的路径的最小运输尺寸和最大重量限制，此外规范应说明对

10、安装地点的吊车起重量和可用性要求。2.4 规约励磁系统规范应考虑对系统有用的规约和适用的标准。它应包括所有适用于设计、建筑和安装的当地法律和规约。应指出任何要用的测量单位，并且应指定书写安装、运行、维护和修理手册适用的语言。规范亦应确定励磁系统的国产化程度，包括设计、安装子系统、部件和劳动量等。规范应说明适用的绘图标准。2.5 绝缘系统 旋转励磁系统的规范应规定绝缘系统满足在ANSI C50.10-19771 中定义的B级或F级系统，IEEE Std421B-19791 中规定的耐压试验应包括在内。2.6 二极管与晶闸管对二极管与晶闸管应规定其电压定额为数倍（不必是整数）最大预期电压，在重要串

11、联元件应用中，可以规定每个元件的耐压定额。2.7 利用率 励磁系统的可靠性和可维护性，应和电厂要求的可靠性和服务相协调，有些电厂要求有最小停机时间，在这种情况下，应考虑用冗余单元，在极其重要的应用中，规范编制者可以对励磁系统提出如MTTR（最小修理时间）、MTBF（二次故障间最小时间）和MTTF（故障平均时间）的要求。2.8 设备的冗余足够的冗余度应允许元件故障和更换，不危及要求的发电机利用率。2.9 备件 应仔细地考虑备件的选用，保证有足够数目的另件可用，以支持所要求的可靠性和利用率。在写规范前可以和有希望的供应者接触，以得到一些建议。在招标过程中要给备件以专门的注意，使所有投标者都计及。3

12、 励磁系统定额考虑3.1 总则影响到励磁系统定额的所有参数，应经协调和明确地规定。因为定额决定了主要部件的价格，规范编制者应小心地只规定定额一次，避免和规范的其它部分发生矛盾。有些参数和稳态运行有关，另一些和瞬态运行有关。当励磁系统和同步电机同时向同一制造厂订货时，许多设计参数能自动协调，不需要向不同供货者订货时那么详细的规定。3.2 定额3.2.1 额定电流连续电流定额应规定为等于和大于同步电机在任何允许连续运行下的磁场电流最大值。注意有些电机有连续过负荷的定额。此外，ANSI C50.12-19822、ANSI C50.13-19893和ANSI C50.14-19774 允许所有电机在5

13、%端电压变化下运行在额定的千伏安，有些电机可能要求更宽的运行范围。在确定定额时亦有必要考虑，额定频率偏移的需要。某些电机，例如燃气透平驱动的机组，其定额取决于环境温度，这类电机的励磁系统可以有随温度而变化的定额。过去，有些励磁系统曾有过小的连续负向电流定额，这用在当电机运行在同步补偿机时，此负向磁场电流允许有稍大于输电线充电容量的能力。负电流比较容易从稍会复杂的直流励磁机得到。现代的利用固态整流器的励磁系统，通常不产生负电流。要产生它就相当复杂，带来很小的性能改善，是不合算的（除了同步补偿机外），有些现代励磁系统能产生瞬时的负电压，强迫励磁电流衰减到零，但这不应该和上面提到的连续负电流定额相混

14、淆。对带有冗余电流路径或冗余冷却元件的励磁系统，连续电流定额应在冗余部分退出时仍适用。励磁系统效率和损失应在额定电流和电压下，冗余部分投入时测量，因为这是它的正常运行方式。3.2.2 额定电压励磁系统连续电压定额是指该电压足以供给同步电机磁场必需的连续电流，且磁场绕组处在额定负荷下的最高温度。此外连续电压应能允许同步电机在端电压在5%内变化时额定千伏安运行（除非另有规定）。在确定连续运行要求的电压和下面提到的瞬态定额时，所有的电压降包括直到磁场绕组的端子的互联母线，电缆走线都应考虑。电刷压降应考虑为同步电机磁场电路压降的一部分。3.3 瞬态要求3.3.1顶值电流 低顶值电压（通常小于150%额

15、定值）的励磁系统，通常允许到达它对应的最终的顶值电流，为改善瞬态性能用的高顶值电压，其顶值电流如不加限制会达到很高的值，并且要求过大的励磁容量。应考虑用磁场电流限制器来限制它到规定的值。顶值电压仍可适用，来强迫电流快速变化。磁场系统顶值电流应有等于或大于它所联接的同步电机短时过负荷的瞬态（持续）时间。ANSI C50.13-19893和ANSI C50.14-19774 给出了磁场绕组短时过负荷发热的要求。注意：这些过负荷基于加在磁场绕组上的电压，而不是电流。目前在ANSI C50.12-19822 对凸极电机还无相应的要求。3.3.2 顶值电压 励磁系统顶值电压正常不直接规定，但它是励磁系统

16、额定响应要求的一个功能。这是一个容易产生矛盾的地方，规范编制者应小心保证一些涉及顶值电压提法不和响应要求衡突。响应应由用户规定，而顶值电压的选择留给制造厂家。对从交流电源得到能量的励磁系统，应该规定此电源的单位电压和电流（如适用），能满足额定响应的要求。现在的标准奠基于励磁系统连续输出参数的定额和对瞬态变化的时间响应。可理解为励磁设备必须在瞬态方式下起作用，且对顶值输出情况没有任何不利的影响。顶值和正常运行电压的比值，随着规定要较高的额定响应而增加。在某些情况下为控制电机过电压，可能要求一个负的顶值电压。由于可控硅励磁系统触发角裕量要求，负的顶值通常规定不超过70%正的顶值，否则，有可能要求更

17、大尺寸的设备。3.3.3 事故和滑极励磁系统必须经受住同步电机的任何故障和非正常运行而不损坏。同步电机交流端的故障，会在磁场中感应出大的正向电流（加于正常励磁电流上）。此外，感应电流中会有电网频率的交流分量。当涉及到整流器励磁系统，由电网频率的电源供电时，这是重要的，因峰值电流在每周的相同点发生，会使整流器的一个相过负荷。这个感应电流的大小和持续时间，是电机和系统阻抗的函数。参照IEEE C37.18-1979(ANSI)5 的对各类电机结构建议的感应电流值的表。在事故下，除了正向感应磁场电流外，也可能会有负向感应电流（从正向磁场电流中减去）。在滑极发生时，磁场电路可能感应出这类负电流，当负的

18、感应电流大到使总的磁场电流变负，并且如这负电流不允许流通，则会产生极高的电压。利用固态整流器的励磁系统正常只让正向电流流通。有些电机由于在转子有附加路径，能固有地自我保护。它们可能是阻尼绕组或实心钢转子。在可能产生高电压的电机，应配备保护设备，用以保护励磁系统及电机磁场电路。感应的负的磁场电流的大小是与电机设计有关，负电流流过的时间是滑极周波数、系统运行过程和有关继电保护的设定的函数。潜在的破坏性的负磁场电流允许流过的最大时间应作规定，以保证保护设备有足够能容。4 励磁电源考虑4.1 总则新发电机的励磁机规格，通常不仅有功率定额及需要的响应特性，并且还要选择运行人员和电厂控制的接口，励磁电源的

19、种类，起动容量要求，设备地点及可靠性等，制造厂通常应进行后者的一些协调。这些对将整个励磁机密封在发电机外罩内，和励磁电源绕组放置发电机绕组槽内的情况是特别真确。对更新或重建的励磁系统规范是更难准备的，因为不仅要提供足够的信息使励磁系统能和发电机协调，并且要保证配备足够的控制和保护系统。许多老的系统励磁设备和同步发电机原有设计图纸已丢失，或不足以为新的励磁系统提供必要的数据，在这种情况必须对发电机进行试验和测定。4.2 旋转直流励磁机大多数直流励磁机是并激发电机，有的带一些串激绕组，励磁机输出连到主发电机的滑环。通常励磁机有多个磁场绕组，用于有升-降双支调节器运行，和磁场变阻器控制。有些励磁机还

20、有能保证连续磁偏置的绕组。有些励磁机是他激，从付励磁机串变阻器来励磁的，还有些励磁机是由马达驱动，不是由主发电机同轴驱动。由于有滑环，替换这些直流励磁机是很容易的。装一台新的永磁发电机或一台交流励磁机到主发电机轴上，需大量的工作连接新轴及提供适当的支撑，新的静止励磁可离开发电机很远，用导线联到滑环。如果愿意，老的励磁机可从发电机处移走。在这种情况，对透平-发电机机轴的动力学特性要重新评估。还应提供一台励磁（功率）变压器，不管励磁电源来自同步电机机端或厂用电，变压器提供了电气隔离，谐波抑制，和故障限制，当励磁是从同步电机机端供电，励磁系统必须配备从厂用电或厂用蓄电池来的某种形式的起励功率。这些系

21、统的可靠性必须考虑，因为老厂设计是假定为自起动的励磁机。如果起励功率来自厂用电，许多不直接属于励磁的控制和保护电路必须修正。最后，新的励磁设备在老厂的安放地点必须小心选择。4.3 旋转交流励磁机旋转交流励磁机，可用旋转的或静止整流器（带电刷/集电环）系统。功率转换器可为可控整流器，大多数系统，励磁机端电压调节是通过控制励磁机磁场电流，励磁机磁场的功率可来自永磁机或励磁机本身，或辅助电源。4.4 静止励磁4.4.1 电压源整流器励磁电压源励磁的功率来自电压源（可以是同步电机机端），用的是静止可控整流器。在选择励磁机功率源时应作专门考虑。必需的母线管道或电缆和变压器都属励磁规范中的一部分。如用了厂

22、用电，必须考虑瞬态时励磁负荷，和厂用电传输电路的瞬态效应。磁场起励设备也很重要，对不需辅助冷却的，可规定它有足够的自冷却能力。额定响应应在规定的额定电源电压的百分数下确定。这个值最好由电力系统仿真研究确定。在这样的研究不可行时，这个值可根据选定的故障后第一个0.5秒的电压得到。常用的范围是70%80%额定电源电压。励磁系统在事故情况，降到了规定百分数（通常建议为同步电机端电压的25%）的额定电压降仍应能运行。随着电源电压的复原，励磁系统应能立即恢复。并提供最大可用电压来恢复系统电压。4.4.2 复励整流器励磁复式励磁系统的电源来自电压和电流源（均和同步电机机端有关），额定响应应在规定的端电压下

23、降和电流增加来确定。这个系统常用于要求同步电机有持续短路电流时。在这种情况下应规定持续短路电流的大小。5 励磁系统性能和同步电机调节器考虑本节涉及到励磁系统规定性能的常用判据。IEEE 421.2-199010 对所用到的参数作了详细讨论。影响励磁系统性能的大多数可调参数，包含在如电压调节器的误差检测器、补偿器，励磁系统稳定器和限制器等的励磁控制单元中。规范编制者必须小心地区分作为励磁系统自动控制一部分的辅助控制功能，和有关的励磁系统与电厂运行间的接口控制电路。而且许多辅助控制功能容易和其紧密相关的保护功能混淆。辅助控制功能的规范是放在本节中。控制和保护要求在随后两节中讨论。应该注意，单靠电压

24、调节器参数是不足以得到所需的性能。顶值电压，励磁系统稳定器增益和时间常数，同步电机参数，电力系统阻抗等参数对励磁控制系统性能有很大影响。同步电机调节器主要功能是控制稳态的端电压。调节器可能影响本地模式下的同步电机稳定，或互联网的频率，取决于包括同步电机调节器、励磁机、同步电机和电力系统的励磁控制系统的带宽，增益和强励能力。电力系统稳定器PSS可包括在同步电机调节器内的附加控制功能中。性能的规定只适用到被买成套设备的终端。设备供应者只能对性能负责不超过供应设备的终端。例如在大扰动下同步电机端电压偏差不能由同步电机调节器或励磁机来完全控制。5.1 手动控制性能手动控制器通常调节同步电机磁场电压从3

25、0%空载磁场电压到同步电机带负荷下要求的最大磁场电压。手动控制器通常在起动时，提供励磁使机端电压达到予定值。它也作为自动控制失效时的备用控制器。传统上对手动控制的要求很低，控制器常常很简单，以便成为高可靠的备用系统。通常由制造厂确定其参数及有关的控制系统响应。5.2 自动控制性能（包括同步电机）同步电机调节器，包括它的限制和稳定功能，是用加于励磁系统的控制信号来调节同步电机的端电压。调节器、励磁机、同步电机和电力系统都对端电压的响应有作用。能包括所有这些影响的控制系统就是“励磁控制系统”。规范编制者必须确定购买设备的动态性能要求，在IEEE Std421.2-199010中讨论了动态性能的分类

26、，本节中涉及的材料属于一般性质。应作详细的模型研究来确定对某个系统的性能要求。为帮助制造厂提供满足用户需要的系统，应规定“最坏情况下”励磁系统的运行和专门条件。5.2.1 稳态性能励磁系统对负荷、频率、环境温度的缓慢变化的响应，就是它的稳态性能“负荷调整率”，该术语是指负荷变化引起电压变化的大小。除非专门指出，所谓负荷变化是指同步发电机从空载到满载，负荷调整率的典型值是额定端电压的0.5%，电力系统运行负荷图的经常性变化和允许的电压变化，通常导致负荷调整率无关重要。由频率和环境温度变化引起的电压变化的允许值另有说明。5.2.2 小信号性能小信号特性是指可以不计励磁控制系统中的非线性的那些响应。

27、反馈控制系统的瞬态和频率响应，是规定的小信号性能的基础，在规定的瞬态响应中，上升时间，超调量，调节时间是主要的性能指标。开环频率响应特性提供了稳定裕量，而主要关心的特性有低频段增益，切割频率，相角裕量和增益裕量。另一方面闭环频率响应特性关联着瞬态响应特性，提供了小信号响应的指标。有用的特性是频带宽，幅值响应的峰值，以及峰值发生时的频率。IEEE Std421.2-199010包含了瞬态响应和频率响应特性的详细说明，给出了典型值的表。为调谐励磁控制系统使满足具体的应用要求，并且能适应电力系统要求的变化，隔一段时间可重新调谐，大多数同步电机励磁系统都设计成参数可调整的。如果同步电机、励磁机、调节器

28、是从同一制造厂购买，那末用瞬态和频率响应参数来规定励磁控制系统的离线动态性能。但如果购买的是励磁控制系统的一部分，对购买部分动态性能规定一个方法，允许没有励磁控制系统余下部分的情况，由制造厂在厂内展示它是符合规范的。例如，当前的目的是更换老的调节器，而保留励磁机和同步电机，在这种情况可规定调节器的参数和调节器的瞬态和频率响应要求。这些参数或响应必须从模型研究中确定。通常，参数的范围或响应有规定。在大多数应用中，用对照模型研究的要求和制造厂的资料，来规定在制造厂设备标准包中之一。在某些简单的电力系统应用中，建议将全套励磁控制系统要求的动态性能判据提供给制造厂，使其可能对系统中某个单元的要求更好的

29、理解。5.2.2.1 带高起始响应的系统高起始响应励磁系统是能在0.1秒内，达到顶值电压和额定负荷下励磁电压差的95%的系统，当要用这些系统时，它们的性能可用从端电压参考值到最终的励磁机输出的频率响应特性来规定。它们固有地基本是个平坦的频率响应，从直流到增益从直流下降3分贝处对应的规定的频率。相角响应在最大相角对应频率处是很小的角度。在重要的电力系统应用中，为使发电机或系统的稳定，常常希望用高起始响应励磁系统。高起始响应适用在交流励磁机系统和复式励磁系统中。也是电压源静止励磁系统的一个特性。频率响应可用后面5.2.2.3节解释的励磁稳定器应用来修正。5.2.2.2 非高起始响应的系统虽然一些用

30、旋转励磁机的励磁系统比高起始响应励磁系统有较慢的响应，主要差别是在大信号性能上，而不是在小信号性能上。减小额定反馈或瞬态增益可用于增加闭环增益和相角裕量，类似于高起始响应机组这个要求，通常用频率响应表示。带直流励磁机的同步电机，特别是更新励磁系统时保留直流励磁机，其性能会受限于励磁系统的时间常数。这些系统的频率响应是很难予决的，规定频率响应是不切合实际的，规定阶跃变化下超调量，调节时间是更实际些。5.2.2.3 励磁稳定器（额定反馈）对当前许多设计的和安装的励磁系统，小信号响应决定于同步电机调节器增益、励磁稳定器增益和时间常数的设置，传统上，特别对带有旋转励磁机的系统，用某些形式的额定反馈来提

31、供稳定作用。5.2.2.4 励磁稳定器（瞬态增益减小）在有些励磁系统中，励磁稳定器的功能是用减小瞬态增益实现的，同时使用额定反馈和瞬态增益减小是很少见的。瞬态增益减小，是专门用于减小电力系统不稳定的频带内的增益。5.2.3 大信号性能大信号性能特性是指系统负荷突然的大变化下，端电压的响应，其特点是励关控制系统已处于非线性段的运行。励磁系统对第一波摇摆或瞬态稳定改善的程度，取决于励磁系统正向强励电压、同步电机磁场电流的抵抗效应和电机磁场时间常数延迟的效果。通常对高起始响应系统要规定的参数是励磁系统额定响应，电压源励磁系统的电源电压，此外对复励励磁系统还有电源电流，在确定规定的参数时，电流限制器的

32、作用应预考虑。这些参数，如果规定，应能经得起最不利的情况（Should be under the most adverse conditions）对非高起始响应系统，只需规定励磁系统额定响应。应该指出，如果同时规定顶值和励磁系统额定响应，会出现对电压的矛盾要求。应该考虑在某个具体应用中，励磁控制系统响应在某种可能的运行，甩负荷和引起过速便是这类运行之一，特别对水力发电机言，励磁控制系统应在过速导致的频率上升时，能保证端电压仍在可接受的限值内。对带直流励磁机的系统，在甩负荷时，调节器的功放需有提供负电压和负电流的能力，对旋转励磁机提供强减。应考虑起动和停机为例行操作，有关这些操作的具体要求应有规

33、定。电力系统故障情况，低频运行和它们对励磁电源要求的影响也应予考虑。这些对规定对的电压源整流器励磁系统的情况是特别重要（如前面4.4.2节所说明的，需要有持续的故障电流时）。5.3 辅助控制功能有许多辅助控制功能会影响励磁控制系统的功能，它们是辅助的，因它们可能不包括在所有应用中，或者只在某种情况下起作用，通常它们包括在同步电机励磁系统内，但它们不起保护作用，虽然它们完成的作用和某种保护功能紧密相关。现代励磁系统经常同时包括辅助控制和同步电机保护功能。在某些情况下两者功能可被整合在共同体内，常用的组合功能是过励、欠励和V/F限制器。5.3.1 补偿器大多数励磁系统有几类补偿可用，最常用的是同步

34、电机有功和无功电流补偿。可以用无功压降补偿或线路压降补偿的连接，来仿真阻抗降和有效地调节电机机端外某点的电压，必须规定补偿的类型和及阻抗调整范围。5.3.2 电力系统稳定器（PSS）励磁系统用有几种类型的稳定器，励磁系统稳定器是指（前面5.2.2节说明）用于稳定励磁系统的控制单元。电力系统稳定器是用来阻尼和电力系统频率有关的区域或联络线振荡，在IEEE Std 421.2-199010 中PSS参数有详细的解释。规范中应包括对其应用的说明，包括涉及的频率范围，电力系统稳定器的输入信号源，如PT、CT、测速发电机等应指明。规范编制者应该意识到电力系统稳定器和电机机械轴系扭振的自然频率可能有不希望

35、的相互作用。为防止产生这种情况，需要滤波器和保护装置，来平息扭振信号和当控制电路故障时断开PSS。5.3.3 扭振稳定器在输电线上用串联电容器会形成电气谐振电路，它的自然频率可能会和同步电机机械轴的自然扭振频率重合，有足够宽带的频率响应励磁系统，可配备能提供这些频率下正阻尼转矩的控制系统，这些控制（常称次同步励磁阻尼控制）通常是相当复杂。它们必须组合控制、监视和保护电路，因控制的误动会造成电机的严重破坏。5.3.4 欠励限制器欠励限制器在大多数应用中，防止引起同步电机定子端部过热或失稳和失去同步，它的性能通常是用同步电机(P,Q)曲线，规定限制器作用的范围。它的性能应和同步电机失步保护相协调。

36、5.3.5 过励限制器过励限制器主要用来避免同步电机磁场绕组过热，磁场绕组允许的热过负荷是和时间成反比，因此限制器的动作可延时，但对高顶值的励磁系统可提供附加的瞬时动作限制器，这种限制器往往整合在多级控制和磁场绕组的保护设备内。5.3.6 V/F限制器V/F限制器用于防止低频运行时过高的磁通或过电压引起的过热。通常同步电机是通过变压器和断路器联到电力系统的，变压器在同步电机起动和停机是有电的，因此会使变压器低频运行。它亦用来保护同步电机在空载时可能产生的过高磁通。此外它亦用于二台同步电机一起使用或启动，一台当电动机，另一台当发电机用时。在这类使用中，V/F限制器使端电压在频率上升时增大。限制器

37、动作的V/F比值必须要规定。5.3.7 励磁机辅助控制功能类似于前面叙述的辅助功能，亦可像对同步电机提供的一样向励磁机提供，如果制造厂认为必须，亦可提供励磁机的低电压限制器，V/F限制器或其它限制器。6 控制考虑许多和励磁系统控制有关的器件必须加以考虑，如制造厂提供了全部器件，它们应包括在规范内，一般讲，其目的是从制造厂得到用在电站安装和接线要求的完整的资料。 控制设备的设计和制造厂、监控硬件和励磁系统性能规范的协调，是十分重要的。6.1 灭磁同步电机需要有一个有效、可靠的灭磁方法，对带有滑环的同步电机可以利用带放电电阻的主磁场开关。对带有直流或交流励磁机的系统，可用带放电电阻的励磁机磁场开关

38、。对电压源的静止励磁系统，用交流功率开关亦是合适的。有些复励式静止励磁系统允许用短路开关。 在大多数系统中可用专门的励磁控制迫使励磁输出为零。为防止磁场开关失效，经常用后备的停机方法。6.2 机组手动控制在直流励磁机的情况下，手动控制可用磁场变阻器来实现。在旋转整流器励磁机，经常用基本调整器系统（a base adjuster system）。在其它的大多数励磁机都有某种形式的直流调节器，以控制励磁电压。马达驱动的励磁机过速保护，或过励磁（过电流，过电压）会导致自动切换到手动控制，运行人员的转移手动常用在交流调节器的维护，更换整流器和熔丝时。6.3 机组自动控制 如规定用自动控制，应确定用户提

39、供的和制造厂提供的设备间相互关系。对制造厂的一个典型要求是设定用触点每次闭合，使端电压或无功有规定的变化。触点每次闭合的时间也应规定。如励磁系统设定值是模拟或数字量，而不是用上升或下降触点输入，则应规定设定值的单位变化引起端电压或无功的变化应考虑对励磁系统远方控制和监视需要，甚至在全自动的系统，应谨慎地配有某种形式的远方手动操作的能力，证实通信联接是完好的措施也是有价值的。为对励磁设备提供现地操作，配备指示灯和仪表等也是常用的做法。最好能从现地或远方对励磁系统运行作在线测试，在这种情况买主最好规定要测量的参数，而制造厂应该提供在控制电路中方便连接点。6.4 机组自动起动/停机如规定用自动起动和

40、（或）停机，应规定用户提供的设备和制造厂提供的设备间联接方法。典型规范应要求制造厂提供励磁系统投入运行（或退出运行），必须的所有设备细节，直到触点的闭合。应该说明所有可调控制的设定点的自动设定。通常这对自动起动前或自动停机后的控制的予置是必需的。保留手动控制的现场操作是很重要的，选择现地和远方自动控制或现地手动控制的设备是有用的。6.5 机组自动电压跟踪通常配合自动同期装置的自动电压调节也包括在励磁调节内，应给出自动同期装置和励磁设备间的接口要求。6.6 设定点调整器 操作励磁设备使电压或无功上升或下降可由几个方法来实现，最常用方法是用马达操作设定点调整器，在有些应用中可能要求从自动监控设备得

41、到模拟或数字信号，用户提供的和制造厂提供的设备之间的接口的条款必须要规定。规定用端电压表示设定范围是重要的，在用升、降触点操作时，在规定闭合时间和闭合次数下，提供一个规定的端电压或无功的变化，设定点的远方操作需要和在励磁设备处的现地操作一起考虑。在自动化系统，也应考虑手动和自动操作的需要。6.7 设定点跟踪许多应用中，设定点跟踪的设备是重要的，这些设备使手动设定跟踪同步电机运行点的励磁要求，所以当自动控制失效时，励磁系统会有合适的手动设定。 6.8 控制电路和电厂电路的连接 励磁控制和电厂电路间的连接可能会是不同的电压和电流。用户和制造厂必须协调以便於设计。在控制电路用的宽范围的直流电压，包括

42、标准蓄电池电路的48，125或250vdc，直流电压的额定范围应有规定。因负荷或电池充电情况引起变化的典型范围是80%到115%。在控制电路中用的宽范围的交流电压，包括标准电压120，240，480和600V。单相和三相的都用，电压变化的典型范围应规定为90%至110%。有的用户可以允许控制电源瞬时中断，另一些要求提供连续的电流，历史上，这类意外由指定的机械闩锁继电器来应付，对有些装置，磁场起励点火是必须的，可以用直流或交流电压，也可用控制电路用的电压，或者用独立的电源。这个点火电流及其最大持续时间应有规定。规范也应有用户电厂技术人员故障诊断和维护的内容，例如简单地使控制电路断电和接隔离地的过

43、程。为励磁系统提供交流电压和电流信号的仪用互感器的数量和型号，应在规范中给出，还应给出监控励磁系统参数所需的变送器的数量和型号。如控制电路电源需用电路开关，则应作出规定，如必要还应包括放置地点。7 保护考虑7.1 一般要求 比起老的励磁系统来近代励磁系统，要求更高程度的保护，通常保护可分成二类：保护励磁系统本身和保护励磁系统外部的设备。应考虑用非正常情况的报警，把即将来临的设备保护的动作通知运行人员。7.2 保护动作励磁系统规范应和用来检测外部设备情况(可能引起励磁系统和同步电机损坏)的器件相协调，这些情况包括发电机过电压、发电机失磁、发电机磁场过励、滑极反向电流、磁场接地和同步电机及其升压变

44、压器的过大的V/F值。在励磁系统内部要求保护的器件包括整流器冷却停风，励磁系统断相（三相不平衡），可以考虑励磁系统内的保护电路，等过励一定时间后返回到予定值。也可包括将励磁切换到手动控制。7.3 报警动作励磁系统内部报警，提醒运行人员考虑潜在的问题，帮助确定可能引起励磁系统跳闸或减少设备故障查找时间的情况。除了在7.2节提到的保护动作的报警外，有时报警会提供控制电源消失，调节器的检测失灵，晶闸管、二极管、熔断器或励磁柜内高温等情况。虽然几个这类报警功能成组地传送到远方操作人员，但在当地务必要有各自的报警。8 环境和密封考虑8.1 环境励磁系统所安放的环境必须明确规定，并符合规定的要求，励磁系统

45、所在的环境，对电磁瞬变，无线电干扰，温度极限，湿度，海拔高度，振动，腐蚀气体或任何异常情况应有规定，也要考虑由励磁系统产生的干扰。任何特殊要求如湿热带（用封装来防止潮气，老鼠，昆虫）或地震亦应指出。详细的冷却信息，包括主要的冷却介质，冷却剂最大、最小温度及压力，冷却管材料，阴极防腐和任何必要的电厂联系务必详细通知制造厂。8.2 机柜当在电厂内安放的最后地点确定后，应由用户规定适当机柜，其适用性取决于几个因素，它的一个极端例子是机柜靠墙可接近性。具体应提到能容易接近和移走机柜内的某个设备零件。如果机柜从各方面都能接近，为便于维护，要指定各方向的门。为必须的冷却或通风，或两者，特别用了冷却风扇时，

46、要有适当的冷却通风口及天窗。其它的考虑应包括滤尘器，防啮齿动物屏蔽窗。具体的电厂的附加考虑可以是下述诸项中的一些。1） 用户为运行、试验和调整装设的监控仪表。2） 用户为手动/自动控制切换装的按钮和开关。3） 油漆/涂料4） 结构a) 端子/连接器b) 接线/线标、绝缘可燃性、危险材料，例如石棉，聚氯乙烯等。c) 名牌d) 防火e) 户外/户内（NEMA型）、紧密度，防水，防尘，防溅等、热交换器，空调器。f) 尺寸限制g) 地震h) 加热器/热电偶i) 门/面板/可接近性j) 手柄/锁/闩k) 电缆入口地点，密封方法l) 按装和抛锚m) 断路器互锁n) 接地o) 人身保护p) 电路隔离/挡板q

47、) 内部照明/插座孔/通信r) 噪声分贝，电磁干扰（EMI），无线电频率干扰（RFI），电话受扰系数（TIF）。8.3 远方按装的仪表和控制器要求在远方安装的开关板上的仪表，开关，按钮或控制器应有其它厂家提供。如果励磁系统设备设计成远方控制，它应包括下述功能：1） 发电机电压给定的控制；2） 手动给定的控制；3） 励磁系统投入或退出运行；4） 励磁系统运行试验；5） 励磁系统电压，磁场电流及制造厂认为有关励磁运行的重要参数的指示。6） 由制造厂向用户推荐的必需的指示灯。在复审厂家图纸时，如果远方设备是由其它厂家提供和安装，励磁系统制造厂应提供足够资料，并保证适当的协调。1） 要安装仪表的参数，

48、如控制电压和电流的要求，此外，其型号和信号范围；2） 控制开关功能；3） 控制，起动，停机和控制电路关闭；4） 指示灯电路的类别和数目。9 制造厂应提供的信息9.1 一般要求要求的励磁系统信息能有效地指导该项目的工程、安装、试验和励磁系统所有元件的运行和故障查找。规范要求应针对某个项目，包括图纸，数据和提交下面各节提到的说明性资料。随着合同的签订，制造厂应提出，发货的时间表，并应和所有设备和电厂设计的时间表协调。9.2 投标时应提交的信息如果要求，制造厂应提供励磁系统性能数据以及工作原理的说明书，通常这些要求包括带近似尺寸的励磁部件的典型外形图。9.3 发送设备前应提供的信息 制造厂应提供下列

49、图纸和说明书给买主供检查。1） 合同生效后，应在规定时间内提供该工程的主要励磁系统部件的带外形尺寸及重量的图纸。2） 合同生效后，应在规定时间内提供该工程下列图纸： 完整和详细的基础要求，母线图（如用），接线图，用于计算机动态仿真研究的数学模型，励磁系统所用零件的电路图，包括整个系统要求的所有接口部件及辅助器件。9.4 发送设备时应提供的信息制造厂应提供使用和维护手册，用以介绍设备的细节和励磁系统及其部件的装配，安装规程，折卸，维护，故障诊断和运行的细节。买主应明确，他们是否要求这些手册得到认可，或者满意地接受这些制造厂家的标准手册。通常这些手册至少应包括：1） 所有主要部件的技术数据，包括重

50、量；2） 所有有关卖主的公告，指令性手册，图纸或者由各个部件分包商提供的资料；3） 励磁系统的装配，折卸，调整，运行，故障查找和维护的顺序包括推荐的附加备件；4） 润滑要求，包括所有需润滑的部件的推荐润滑剂表；5） 制造厂规定的选定组部件的物理布置，电路图及励磁系统接线图。可以缩小尺寸，以适合页面格式的说明手册；6） 表示出全套设备另件的一组装配图纸或印刷物，并列出了每个另件的项号，包括常用的商业牌号。9.5 照片 全部或部分设备的照片(如有)应包括在使用或/和维护手册内，如果照片仅仅是用来帮助运行和维护人员表明外形，则不能作为重要的要求。9.6 设计阶段图纸评审过程 应按照提出的时间表，制造

51、厂按时提交在9.3节中规定的图纸和说明材料给买主，买主应评审提交的图纸，适当地批注它们，并在收到它们后，在规定的时期返回。9.7 设备按装后的图纸修正 制造厂应在有关图纸上加进所有现场的变化，或者提供一份附录，或对以前标有“发货”的有关图纸作修正，这些图纸应标有“安装”字样。10、试验10.1 例行工厂试验例行工厂试验可不要求励磁系统完全在工厂内总装好。建议对励磁系统的每个单元作下述例行试验。10.1.1 励磁控制设备1） 肉眼检查，以证实主要部件或分装配的身份，位置和安装符合厂家图纸；2） 按IEEE Std421B-197911规定的耐压试验；3） 对所有的控制开关，控制，保护，切换继电器

52、，凸轮开关，接触器，电路开关验证其电气和机械操作的正确性，检查接线的正确性；4） 验证各个励磁控制单元输入输出的静态传递特性；5） 调节器功放部分在额定电源电压、和在电阻电感下带和实际相等的电流运行，用以证实其输入输出传递特性，顶值电压的能力，控制的稳定性和均压均流；6） 如有规定，调节器功放部分应在规定的环境温度下，在规定时间内带额定负荷电流及电压运行的老化试验。10.1.2 直流励磁机例行试验应包括下述测量和验证：1） 绝缘电阻（用兆欧表量）；2） 在规定温度下，测所有绕组的电阻；3） （如果适用）所有外部限流电阻器及磁场变阻器电阻；4） 气隙；5） 空载饱和曲线，从剩磁到励磁机顶值电压；6） 按IEEE Std421B-197911 的高压试验。10.1.3 交流励磁机整流器1) 绝缘电阻；2) 在规定温度下，测所有绕组的电阻；3)（如果适用）所有外部限流电阻器及磁场变阻器电阻；4) 气隙；5) 空载饱