发电机励磁系统培训

1、发电机励磁系统培训发电机励磁系统培训培训人：钱程培训人：钱程2发电机励磁系统定义发电机励磁系统定义中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、并切割磁中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流场的磁力线时，导体中将会产生电流 这就是最基本的发电机原理。这就是最基本的发电机原理。这说明，要发电必须同时满足两个条件：这说明，要发电必须同时满足两个条件：1 1） 要有产生磁力线的磁场；要有产生磁力线的磁场；2 2） 运动的导体必须切割磁力线。运动的导体必须切割磁力线。励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统。励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统。3发电机励磁系统定义发电机励

2、磁系统定义发电机由两大部分组成。发电机由两大部分组成。1.1.） 转子转子 转子绕组通以直流电流，用以产生转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；发电机的磁场；2.2.）定子）定子 定子绕组被旋转的磁场之磁力线切定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。割，在定子绕组中产生（发出）电流。发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。静止的定子及定子绕组产生相对运动。4发电机励磁系统的分类1. 直流励

3、磁机励磁系统多用于七十年代以前的中小型机组。2. 具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静止整流器励磁系统（“三机”励磁系统）多用于六十年代以后100MW以上的大型火电机组。3. 具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-旋转整流器励磁系统（“无刷”励磁系统）用于八十年代以后的大中小型机组（用量较多）。4. 静止可控硅自并激励磁系统（“自并激”励磁系统）多用于七十年代以后的水电机组、以及九十年代以后的大中小型火电机组，系优质励磁系统。5交流励磁机不可控整流器励磁系统交流励磁机不可控整流器励磁系统 6交流励磁机不可控整流器励磁系统交流励磁机不可控整流器励磁系统 7交流励磁机不可控整流器励磁系统交流励

4、磁机不可控整流器励磁系统8交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统9交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统10交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统交流励磁机不可控整流器无刷励磁系统11励磁系统的主要技术指标1 1 当发电机的励磁电压和电流不超过额定励磁电压和当发电机的励磁电压和电流不超过额定励磁电压和电流的电流的1.11.1倍时，励磁系统保证连续运行。倍时，励磁系统保证连续运行。2 2 励磁系统顶值电压倍数励磁系统顶值电压倍数 1.61.8 1.61.8 （2.02.0）3 3 励磁系统允许强励时间励磁系统允许强励时间 10s 10s （

5、2020）4 4 励磁系统电压响应比（电压上升速度）励磁系统电压响应比（电压上升速度）“自并激自并激”系统系统 3.5 “ 3.5 “三机三机”系统系统 1.61.8 1.61.8 （2.02.0）5 5 电压调整范围电压调整范围70110% 6 70110% 6 电压调整精度电压调整精度 0.5 % 0.5 % （0.25%0.25%）7 7 调差范围调差范围10 % 10 % （15%15%）8 8 励磁系统强行切除率励磁系统强行切除率 0.1 %0.1 %蓝色数字为对一般励磁系统的要求蓝色数字为对一般励磁系统的要求, , 红色数字为对大红色数字为对大型机组和优质励磁系统的要求。型机组和优

6、质励磁系统的要求。12励磁系统试验常用的依据1 1 国际电工委员会标准国际电工委员会标准IEC13-1978IEC13-1978汽轮发电机励磁系统技术要求汽轮发电机励磁系统技术要求IEC593-1982IEC593-1982关于同步发电机励磁系统的若干规定关于同步发电机励磁系统的若干规定2 2 中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准GB755-87 GB755-87 旋转电机基本技术要求旋转电机基本技术要求GB/T 7409.3-1997 GB/T 7409.3-1997 大、中型同步发电机励磁系统技术要求大、中型同步发电机励磁系统技术要求3 3 中国电力行业标准中国电力行业标准SD27

7、1-88 SD271-88 汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件DL/T650-1998 DL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件4 4 国家电网公司企业标准国家电网公司企业标准Q/GDW 143-2006Q/GDW 143-2006电力系统稳定器整定试验导则；电力系统稳定器整定试验导则；Q/GDW 142-2006 Q/GDW 142-2006 同步发电机励磁系统建模导则。同步发电机励磁系统建模导则。5 5 励磁系统监督标准励磁系统监督标准DL/T1049-2007 DL/T1049-200

8、7 发电机励磁系统技术监督规程；发电机励磁系统技术监督规程；13发电机励磁相关的试验发电机励磁相关的试验励磁系统静态试验励磁系统静态试验励磁系统动态试验励磁系统动态试验励磁系统参数测试试验励磁系统参数测试试验电力系统稳定器试验电力系统稳定器试验发电机进相试验发电机进相试验AVCAVC闭环试验闭环试验14发电机励磁系统任务a a 发电机并网前，调节发电机输出的端电压；发电机并网前，调节发电机输出的端电压；b b 发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；c c 提高同步发电机并列运行的静、动态稳定提高同步发电机并列运行的静、动态稳定1 1 静态稳定静态稳定:

9、 : 采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；2 2 动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）；态稳定、暂态稳定）；d d 发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。机的安全。15中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务同步发电机运行时

10、，必须在励磁绕组中通入直流电流，同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个电流称为励磁电流，而供给电流以便建立磁场，这个电流称为励磁电流，而供给电流的整个系统称为励磁系统。由于励磁绕组又称发电机的整个系统称为励磁系统。由于励磁绕组又称发电机转子，故励磁电流也叫转子电流。转子，故励磁电流也叫转子电流。在电力系统的运行中，同步发电机是电力系统的无功在电力系统的运行中，同步发电机是电力系统的无功功率主要来源之一，通过调节励磁电流可以改变发电功率主要来源之一，通过调节励磁电流可以改变发电机的无功功率，维持发电机端电压。不论在系统正常机的无功功率，维持发电机端电压。不论在系统正常

11、运行还是故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都运行还是故障情况下，同步发电机的直流励磁电流都需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部需要控制，因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。分。16中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务电压控制电压控制电压控制电压控制在同步发电机空载运行中，转子以同步转速在同步发电机空载运行中，转子以同步转速n 旋转时，旋转时，励磁电流产生的主磁通励磁电流产生的主磁通0 切割切割N 匝定子绕组感应出频匝定子绕组感应出频率为率为f=pn/60 的三相基波电势，其的三相基波电势，其有效值有效值E0 同同f，N, 0 以及绕

12、组系数以及绕组系数k 的关系：的关系：E0=4.44 fNk0这样，改变励磁电流这样，改变励磁电流If 以改变主磁通以改变主磁通0，空载电势，空载电势E0 值也将改变，二者的关系就是发电机的空载特性值也将改变，二者的关系就是发电机的空载特性E0=f(If)或发电机的磁化特性或发电机的磁化特性0=f(Ff)。在发电机空载。在发电机空载状态下，空载电势状态下，空载电势E0 就等于发电机端电压就等于发电机端电压Ut，改变励，改变励磁电流也就改变发电机端电压。磁电流也就改变发电机端电压。17中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务电压控制电压控制虚线框内是励磁

13、调节器的基本原理框图。按照调节原理，一虚线框内是励磁调节器的基本原理框图。按照调节原理，一个控制调节装置，至少要有三个环节或单元。第一是测量单个控制调节装置，至少要有三个环节或单元。第一是测量单元，它是一个负反馈环节；第二是给定单元，它是调节中的元，它是一个负反馈环节；第二是给定单元，它是调节中的参考点；第三是比较放大单元，它将测量值同参考值进行比参考点；第三是比较放大单元，它将测量值同参考值进行比较，并对比较结果的差值进行放大，从而输出控制电压较，并对比较结果的差值进行放大，从而输出控制电压UkUk。这里的其他信号，是指调节器中的其他功能的作用信号，比这里的其他信号，是指调节器中的其他功能的

14、作用信号，比如调差、励磁电流限制、无功限制、如调差、励磁电流限制、无功限制、PSS PSS 等。这里的励磁电等。这里的励磁电源是指可控硅整流装置。源是指可控硅整流装置。18中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务电压控制电压控制对于一个励磁控制系统来说，电压控制就是维持发电机端电对于一个励磁控制系统来说，电压控制就是维持发电机端电压在设定位置。为实现这一目的，首先就要设定电压，要有压在设定位置。为实现这一目的，首先就要设定电压，要有一个给定信号一个给定信号UgUg，以便明确电压控制值；其次要测量电压，以便明确电压控制值；其次要测量电压，看发电机端电压是

15、多少，这里由发电机电压互感器看发电机端电压是多少，这里由发电机电压互感器PT PT 和调和调节器中的测量板组成，将节器中的测量板组成，将UtUt 变为变为UcUc；最后，由调节器比较；最后，由调节器比较给定值和测量值，当测量值小于给定值时，励磁装置增加励给定值和测量值，当测量值小于给定值时，励磁装置增加励磁电流磁电流IfIf，使发电机端电压上升，当测量值大于给定值时，使发电机端电压上升，当测量值大于给定值时，励磁装置减少励磁装置减少If If 使发电机端电压下降。使发电机端电压下降。19中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配在发电机负

16、载运行时，根据所带负载的性质，空载在发电机负载运行时，根据所带负载的性质，空载电势电势E0 E0 同发电机端电压同发电机端电压UtUt 的关系发生了变化。当的关系发生了变化。当发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁性质，随发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁性质，随着负载的增加，着负载的增加，UtUt 越来越小于越来越小于E0E0，这时为了维持，这时为了维持UtUt 不变，必须增大励磁电流；当发电机带容性负不变，必须增大励磁电流；当发电机带容性负载时，电枢反应具有助磁性质，随着负载的增加，载时，电枢反应具有助磁性质，随着负载的增加，UtUt 越来越大于越来越大于E0E0，同样为了维持，同样为了维

17、持UtUt 不变，必须减不变，必须减少励磁电流。少励磁电流。20中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配在发电机并网运行时，系统母线电压控制着发电机端在发电机并网运行时，系统母线电压控制着发电机端电压电压 Ut，当调节励磁电流，当调节励磁电流If，使，使E0 发生变化时，发电发生变化时，发电机的定子电流和功率因数也随之变化，即发电机的无机的定子电流和功率因数也随之变化，即发电机的无功功率随功功率随If 变化。同步发电机的变化。同步发电机的V 形曲线，就是反映了形曲线，就是反映了励磁电流同定子电流的关系。在这一关系中，功率因励磁电流同定子

18、电流的关系。在这一关系中，功率因数等于数等于1 的励磁电流称为正常励磁。当励磁电流大于正的励磁电流称为正常励磁。当励磁电流大于正常励磁时，定子电流滞后于端电压，功率因数滞后，常励磁时，定子电流滞后于端电压，功率因数滞后，发电机输出滞后无功功率，这种状态我们俗称为发电发电机输出滞后无功功率，这种状态我们俗称为发电机带无功运行；当励磁电流小于正常励磁时，定子电机带无功运行；当励磁电流小于正常励磁时，定子电流超前于端电压，功率因数超前，发电机输出超前无流超前于端电压，功率因数超前，发电机输出超前无功功率，这种状态我们俗称为发电机进相运行功功率，这种状态我们俗称为发电机进相运行。21中海石油（中国）有

19、限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配在发电厂中数台发电机并网运行时，调节一台发电机的励磁电在发电厂中数台发电机并网运行时，调节一台发电机的励磁电流，不仅会改变这台机的无功，还要影响其他发电机的无功稳流，不仅会改变这台机的无功，还要影响其他发电机的无功稳定性。为此，励磁系统分配并联运行的发电机无功时，还要考定性。为此，励磁系统分配并联运行的发电机无功时，还要考虑其稳定性和合理性，这就要求励磁调节器具有调差功能。虑其稳定性和合理性，这就要求励磁调节器具有调差功能。母线电压水平及无功功率在机组之间的分配，取决于发电机的母线电压水平及无功功率在机组之间的分配

20、，取决于发电机的电压调节特性即调差特性电压调节特性即调差特性Ut=f（Q），一般来说，发电机的调），一般来说，发电机的调差特性是一条发电机端电压差特性是一条发电机端电压Ut 随无功随无功Q 增加而下降的直线，增加而下降的直线，见图正调差系数见图正调差系数K3，K0 和和K2 分别表示零调差和负调差系数。分别表示零调差和负调差系数。22中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配如果励磁调节器具有调差功能，则发电机总的调差系如果励磁调节器具有调差功能，则发电机总的调差系数是发电机（发变组）的自然调差系数与励磁调差系数是发电机（发变组）的自然调

21、差系数与励磁调差系数的代数和。由于自然调差系数不可变，故发电机的数的代数和。由于自然调差系数不可变，故发电机的总调差系数由励磁调差系数控制。若励磁调差系数为总调差系数由励磁调差系数控制。若励磁调差系数为零，比如退出调节器中的调差电路，则发电机的调差零，比如退出调节器中的调差电路，则发电机的调差特性就是自然调差特性，其大小由发电机和变压器的特性就是自然调差特性，其大小由发电机和变压器的电磁参数决定，且变压器参数起主导作用。电磁参数决定，且变压器参数起主导作用。23中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配若励磁调差系数为负，如图中的直线若励

22、磁调差系数为负，如图中的直线K2 K2 所示，则发电所示，则发电机调差特性就是发电机的自然调差系数减励磁调差系机调差特性就是发电机的自然调差系数减励磁调差系数的差；若励磁调差系数为正，如图中的直线数的差；若励磁调差系数为正，如图中的直线K1 K1 所示，所示，则发电机调差特性就是发电机的自然调差系数加励磁则发电机调差特性就是发电机的自然调差系数加励磁调差系数的和。在这里之所以有加减之别，其目的是调差系数的和。在这里之所以有加减之别，其目的是在控制励磁调差系数大小情况下，保证发电机调差特在控制励磁调差系数大小情况下，保证发电机调差特性向下倾斜，因为只有具有正调差特性的发电机才能性向下倾斜，因为只

23、有具有正调差特性的发电机才能并联运行。并联运行。24中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配对于单元接线的发电机系统来说，若发变组的自然调对于单元接线的发电机系统来说，若发变组的自然调差率很大，励磁调差系数应选择负，以补偿无功电流差率很大，励磁调差系数应选择负，以补偿无功电流在主变上的压降；若发变组的自然调差率很小，励磁在主变上的压降；若发变组的自然调差率很小，励磁调差系数应选择正。对于扩大单元接线的发电机系统调差系数应选择正。对于扩大单元接线的发电机系统来说，由于发电机的自然调差率很小，为保证数台发来说，由于发电机的自然调差率很小，为

24、保证数台发电机的并联运行及其无功功率的均衡分配，发电机必电机的并联运行及其无功功率的均衡分配，发电机必须具有基本一致的正调差特性，这就要求励磁调差必须具有基本一致的正调差特性，这就要求励磁调差必须为正极性须为正极性。25中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配无论励磁调节器是何种类型，其工作原理都是将反映无论励磁调节器是何种类型，其工作原理都是将反映发电机端电压发电机端电压Ut 的测量电压的测量电压Uc，与给定电压，与给定电压Ug 进行进行比较，从而得到发电机电压偏差信号即控制电压比较，从而得到发电机电压偏差信号即控制电压Uk。对于可控

25、硅整流器来说，对于可控硅整流器来说，Uk 经移相器产生经移相器产生角变化的角变化的脉冲，以此改变整流桥输出电压，使发电机端电压同脉冲，以此改变整流桥输出电压，使发电机端电压同给定电压保持一致。给定电压保持一致。26中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配如果在测量电压如果在测量电压UcUc 或者给定电压或者给定电压UgUg 上，再叠加一个上，再叠加一个反映发电机无功变化的附加量反映发电机无功变化的附加量UqUq，就能使控制电压，就能使控制电压UkUk 和和角产生变化，从而改变发电机的电压调节特性。角产生变化，从而改变发电机的电压调节特性。这个附加量就是励磁调差起作用的量，也称无功补偿这个附加量就是励磁调差起作用的量，也称无功补偿量，其极性直接影响励磁调差极性。一般说来，给定量，其极性直接影响励磁调差极性。一般说来，给定为正信号，测量为负信号，描述了这一过程的基本原为正信号，测量为负信号，描述了这一过程的基本原理，虚线表示调差单元的输出电平可以有两种接入方理，虚线表示调差单元的输出电平可以有两种接入方式参与励磁调节。式参与励磁调节。27中海石油（中国）有限公司湛江分公司中海石油（中国）有限公司湛江分公司励磁系统的任务无功分配无功分配如果将调节器中调差单元接入到给定单元上，当调差如果将调节器