励磁培训讲义(四川德阳东方电机控制设备有限公司编)

1、同步发电机励磁系统培 训 讲 义四 川 德 阳 东 方 电 机 控 制 设 备 有 限 公 司 编 .前 言东方电机控制设备前身早在1964年诞生于东方电机厂内，当时分成设计、工艺、检查、采购和消费车间的方式分别隶属于各个职能部门。国家的每个五年方案中，东电控制人都承当了发电控制设备的研发攻关义务，先后研制消费了磁放大器式励磁调理安装、晶体管式励磁调理安装、晶闸管整流型励磁安装、集成电路励磁调理安装和微机型励磁调理器，是国内主要制造消费企业之一。研发、消费出的近五百套产品，有效地保证了国内如乌江、龚嘴、葛洲坝、铜街子、映秀湾、龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡、宝珠寺、大朝山等大、中型水电站以及

2、出口美国、加拿大、伊朗、叙利亚、土耳其、菲律宾、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿尔巴尼亚、缅甸、危地马拉等国家众多电站机组的正常运转，为国家的电力制造业和电力工业的开展做出了奉献。但由于控制设备消费基地建立的初衷是处理国内水力发电设备成套供货问题，并且受方案经济体制的影响，当时国内采用的是发电设备成套供货方式。由于水电开发工程建立周期普遍很长，加之控制设备技术更新开展很快，随发电设备主机配套供货的当时以为成熟、可靠、有运转阅历的产品，往往在机组投运时，控制设备在技术上便已显落后。此外，由于长期受方案经济体制的影响，励磁产品根本上都采用的是成套供货方式，整个东方电机没有单独的辅机销售人员， 这无形之中

3、使产品的研发和产品对市场的顺应都相对滞后，不能很好地满足用户需求。为了改动这种局面以顺应市场需求，2000年东方电机股份出资注册成立了全资子公司东方电机控制设备。东方电机控制设备是东方电机股份集销售、设计、工艺、采购、制造、质量检验到用户效力等各环节于一体成立的发电控制设备专业公司。公司成立的这五年多时间以来，一直以“始于用户所需，终于用户称心为运营理念，改革、完善劳动用工制度，建立严明高效的内部管理机制，全面实施目的本钱控制；努力开辟市场，以元器件全球采购、安装免维护设计以及产品实现“智能式操作和维护为理念，晋级完善现有产品，强化产品规范化、系列化任务，广泛与国际一流公司协作，提升技术程度，

4、经过建立完善的质量保证体系，加强质量过程控制，提高效力认识和效力质量，公司技术开发、运营、消费获得了长足开展。公司的快速生长和开展，从另一个角度充分阐明了东方电机控制设备 .多年的技术贮藏和阅历底蕴正逐渐被市场认同；同时，大型国有企业作风严谨，功底扎实的优良传统和“重合同、守信誉的良好信誉保证，也重新博得用户的信任和青睐。 公司概貌 公司消费作业面积近8000m2，电气产品科研、实验基地2600m2。设计手段先进，配有多台HP任务站，引进了美国EDS公司UGII 及ANSYS等大型工程软件包。消费、实验设备精良，拥有加工设备116台，各型动态实验机组四套，进口的发电机电力系统仿真安装，可进展励

5、磁系统闭环实验、并网实验、PSS实验。2004年公司为了满足三峡工程励磁系统、燃气轮机工程励磁系统、SFC系统厂内消费、实验的要求，投资600多万元进展厂房改造和实验设备的晋级更新，使消费才干大幅提高，改造后将拥有2600 m2全新的、设备齐全和全封锁净化的科研、装配和实验厂房，用于电气设备消费与实验，拥有的七个公用励磁实验工位，能保证每月同时产出三峡同类型机组励磁系统两套。公司以人为本，一支高素质的职工队伍，是企业走向胜利的根底。东方电机控制设备拥有一支朝气蓬勃高素质的科技人才队伍，300多名职工中，大专以上学历占总人数的三分之二，其中博士研讨生2名，硕士研讨生33人含工程硕士15人。教授级

6、高级工程师5人，享用政府特殊津贴的专家2人、高级工程师47人，工程师65人。.公司从事与励磁产品相关的专业技术人员共45人，全部拥有大学本科以上学历，具有10年以上任务阅历并承当过大型工程工程的高级工程师占62%，工程师占31%，其中包括中国电机工程学会大电机专委会励磁分专业委员会副主任委员和委员兼任秘书各1名、顾问委员原主任委员、副主任委员2名。中国电机工程学会大电机专委会励磁分委会长期挂靠在我公司，为励磁技术的开展作出了应有的奉献。为了公司长期开展的需求，公司成立了技术委员会，成员构成除公司内部各专业专家外，还聘请了国内各专业的多名知名专家为非执行委员。公司技术委员担任对公司执行的艰苦工程

7、工程和科研开发工程进展工程评审、审批和技术监视。公司设有技术开发部，担任公司新产品的开发，技术工程部担任公司工程工程组织实施和全过程管理。励磁专业设有专业总设计师，在总工程师的指点下，担任励磁产品的开发和设计的全部技术问题，并且针对三峡工程、燃机工程等国家重点工程，设立专门的工程小组，担任全部任务。公司在产品设计上贯彻“始于用户所需，终于用户称心的设计理念，一直把高可靠性和免维护性做为用户的最根本需求，严厉按照有关的国家规范和国际规范以及技术协议和用户要求，以国际惯例和当前行业中成熟可靠的技术和控制实际为根底，来进展系统的设计和配置。以全球采购的原那么来采购所需的元器件和部件，并且只选用规范的

8、、成熟的、经过运转证明是可靠的元器件和部件，以保证系统可靠性及免维护性，并为用户备品备件提供协助和支持。.“九五、“十五期间公司受国家有关部门的委托，担任三峡机组励磁系统国产化研讨，以期到达国内能自主消费类似于三峡等级巨型机组励磁系统的程度。在新产品的科研开发上投入了大量经费，长期与国内著名高等院校如清华、华中科技大学、浙江大 学、四川大学、重庆大学等以及国外著名公司如ABB、GE、Siemens、R-R等进展技术交流、科研协作、技术引进与人员培训等全方位协作，使公司的技术程度和产品制造才干大幅度提高。为了让我们与用户之间有很好的交流，我们特编写这本“励磁培训讲义。目的是让用户了解和掌握我们产

9、品的性能和运用方法，同时也引见励磁系统的一些根本概念，加深对我们产品功能、特性的全面了解，使我们的产品更好的为用户效力。.目 录第一章概述1.1 同步发电机励磁的含义及其调理作用1.2 同步发电机励磁系统的开展简介1.3 同步发电机励磁系统的分类、组成和特点第二章 自并鼓励磁系统2.1 自并鼓励磁系统主电路的接线方式2.2 自并鼓励磁发电机的起励2.2.1 他励起励2.2.2 残压起励2.3 自并鼓励磁发电机短路过程的分析及短路电流计算2.3.1 自并鼓励磁发电机短路电流的特点2.3.2 自并鼓励磁发电机短路电流的计算2.4 自并鼓励磁发电机对继电维护的影响2.5 自并鼓励磁系统与电力系统稳定

10、2.5.1 自并鼓励磁系统对静态稳定的影响2.5.2 自并鼓励磁系统对动态稳定的影响第三章 同步发电机励磁系统主回路的分析3.1 励磁变压器的分析3.1.1 两大类型干式变压器的比较3.1.2 关于“环保特性3.1.3 市场前景展望3.2 三相晶闸管整流柜3.2.1 晶闸管的构造方式.3.2.2 整流柜冷却方式 3.3 同步发电机的灭磁3.3.1 常值电阻灭磁3.3.2 非线性电阻灭磁3.3.3 逆变灭磁3.3.4 灭磁方式的讨论第四章 励磁安装的维护4.1 过电压的来源及维护方式4.1.1 过电压的来源4.1.2 抑制过电压的措施4.2 过电流维护4.3 自并鼓励磁系统轴电压的维护4.3.1

11、 轴电压的来源4.3.2 轴电压的防护第五章 微机励磁调理器5.1 励磁调理器的分类5.2 东方GES系列励磁调理器5.3 PCC励磁安装产品引见5.3.1 概述5.3.2 PCC型的主要特点5.3.3 PCC型微机励磁调理器有以下主要功能5.3.4 PCC型微机励磁调理器的主要技术目的5.3.5 任务原理5.3.6 软件引见.5.3.7 励磁变压器5.3.8 晶闸管整流安装5.3.9 灭磁及过压维护安装5.3.10 起励方式附 东方GES型发电机励磁安装电站厂调试大纲.第一章 概述1.1 同步发电机励磁的含义及其调理作用1.1.1 发电机励磁的含义发电机是将机械能转变为电能的机器，但它必需具

12、备有三个条件：a 有磁场转子b 有导线定子c 有使导线切割磁力线的动力水、汽轮机。因此，所谓发电机励磁就是用直流电源供应发电机转子使定子产生电势的磁场。E=BVl E发电机内电势B 转子产生的磁通密度V 发电机导线切割磁力线的速度l 发电机定子导线的长度从上式中可见，当V、l不变时，E是随的改动亦即随转子电流的大小而改动。故而研讨发电机励磁就是要控制转子电流使发电机满足电力系统各种工况的要求。1.1.2 发电机励磁的调理作用a 提高电力系统稳定运转的才干电力系统无论遭到任何扰动，经过调理同步发电机的励磁，使系统稳定运转的才干有所提高。当电力系统遭到小干扰或大干扰，导致同步发电机转速出现小的或者

13、大的变速形状，使静稳定性或动稳定性亦或暂态稳定性将遭到不利的影响。这时，励磁控制将使这种影响得到抑制或消除，坚持同步发电机的同步稳定。b 维持电力系统的电压程度发电机的内电势E与发电机端电压U、发电机的负载电流I及发电机电抗x的关系可由如下公式表示：.当电网的负载增大时，亦即发电机电流I增大。从上式中可看出，如E不变，那么发电机端电压U下降。如装有励磁调理器，那么励磁电流即转子电流可随负载的添加而添加，亦即E添加而使发电机端电压U维持在一定的程度上。相反，在发电机甩负荷后，自动励磁调理器可以及时减少励磁电流以限制机端电压不致过份升高。自动调理发电机的励磁，可以维持供电系统的无功功率或功率因数坚

14、持恒定。电压恒定是供电质量的一个重要标志。c 提高发电机功率极限和电力系统传输功率的才干d 改善电力系统及同步发电机的运转形状：提高继电维护安装的可靠性；当系统发生短路缺点时，经过调理励磁强励，使短路电流衰减得很慢，甚至不衰减。这就保证了短路电流使继电维护安装在整定值及时间内准确可靠地动作。平衡并网运转时各台发电机之间无功功率，使之合理分担系统所需无功；当系统短路缺点消除，自动调理励磁使其加快系统电压恢复；经过控制励磁，除坚持同步发电机的恒压运转外，还可以使系统作恒无功或恒功率因数运转，以提高电力系统运转的经济性。1.2 同步发电机励磁系统的开展简介同步发电机传统的励磁方式是采用同轴的直流发电

15、机作为励磁机，提供发电机的励磁电流。经过励磁调理器改动直流发电机的励磁，从而改动供应转子的励磁电压，以调理同步发电机的励磁电流。众所周知，这种励磁方式存在很多问题，如直流励磁机受制造容量限制；整流子和炭刷维护较费事；励磁调理呼应较慢。这些问题使得这种励磁方式无法顺应电力系统开展的需求。半导体励磁就是为顺应电力系统开展需求而出现的一种新的励磁方式，半导体励磁是采用大功率的硅整流器或晶闸管组成整流电路，用电子整流方式将交流变换成直流，取代直流励磁机用机械整流方式获得直流励磁电源。从五、六十年代以来电力电子技术、计算机及现代控制实际等新兴科学相继在电力系统中得到运用并开展，这就为充分发扬励磁控制的作

16、用，处理同步发电机和电力系统的稳定运转发明了条件。国内外的科技任务者相继研制胜利强力式励磁调理器、电力系统稳定器、最正确励磁控制器和自顺应控制器等，特别是微机被运用于同步发电机励.磁系统中，使半导体励磁技术有了一个质的飞跃。由于微机的运用使励磁调理功能得到了更大的扩展，为开展更大的同步发电机单机容量、电网的开展和提高电力系统稳定性、可靠性成为能够。我公司在八十年代初就投入到微机励磁调理器的研制任务中去，相继研制胜利单微机励磁调理器、双微机励磁调理器和三微机励磁调理器，并运用于同步发电机的励磁系统中去，获得了很好的效果。1.3 同步发电机励磁系统的分类、组成和特点1.3.1 同步发电机励磁系统的

17、分类同步发电机励磁系统可分成两大类，如下表所列带旋转部件的励磁他励方式直流励磁机加晶闸管电路控制直流电机的励磁电流交流励磁机加静止硅整流器加静止晶闸管整流器加旋转硅整流器（无刷励磁）加旋转晶闸管整流器（无刷励磁）全静态励磁自励方式励磁变压器加静止晶闸管整流器励磁变压器加复励变压器分别带可控或不可控整流器在直流侧相并联变压器与变流器在交流侧并联后加可控或不可控整流器励磁变压器加复励变压器分别带可控或不可控整流器在直流侧相串联变压器与变流器在交流侧串联后加可控或不可控整流器.1.3.2 同步发电机励磁系统的组成和特点 1.3.2.1 同步发电机励磁系统的组成a 励磁系统主回路：由励磁电源、晶闸管整

18、流器、灭磁回路、起励回路以及过流、过电压维护回路组成。b 自动励磁电压调理器：由丈量、给定比较、综合放大、移相触发、脉冲放大、加上各种限制器、补偿器、功率稳定器等各种功能模块组成。1.3.2.2 同步发电机各励磁系统的特点1.3.2.2.1 他励励磁系统他励励磁系统的特点是用同轴的交流励磁机作为主整流器的电源。励磁电源独立，不受电力系统运转情况变化的影响。根据所用整流器情况的不同，他励系统可分成以下几种方式a 交流励磁机带静止硅整流器励磁方式这种励磁方式中，由于励磁机电枢及整流器均静止不动，其输出与同步电机励磁绕组滑环上的电刷相衔接，所以又称为静态励磁系统。整个系统中，有与发电机同轴旋转的10

19、0HZ交流主励磁机，400HZ的中频永磁式副励磁机，习惯上将这种励磁简称为“三机励磁系统。我公司20世纪90年代消费的200MW，300MW火电机组上，主要运用的就是这种励磁系统。如以下图所示：.主励磁机的输出经硅二极管整流后供应发电机的励磁，而主励磁机的励磁那么取自于同轴的永磁励磁机。它是由传统的直流机励磁方式演化而来的，相当于用静止的半导体整流器替代了转动的机械整流器，这不但处理了整流子和碳刷运转维护问题，而且由于交流励磁机的制造容量可以不受限制，故能顺应大型发电机励磁要求。这种励磁方式具有以下特点： 励磁系统完全独立，不受电力系统运转形状的影响； 用交流励磁机供电，励磁电源可靠，维护任务

20、量较小； 励磁调理反响速度较快，强励顶值电压易于满足电力系统稳定性的要求； 副励磁机带晶闸管整流桥负载后，受每个周波内晶闸管换流的影响，输出电压的波形要产生畸变，给励磁安装的运转带来不利的一面，须在安装中采取措施进展防止； 存在转动部件维护费事。b 交流励磁机加旋转硅整流器励磁方式无刷励磁这种励磁方式的原理与上述他励静止整流励磁方式一样，但构造不同。交流励磁机的直流励磁绕组固定不动，励磁机的交流电枢绕组、硅整流器与主机励磁绕组一同，在一根转轴上旋转，因此发电机的励磁绕组与硅整流器处于相对静止的位置，直接电衔接在一同，没有了将静止部件中的电流引入旋转部件的滑环电刷构造，故称无刷励磁。 .无刷励磁

21、的主要优点是： 没有整流器子、滑环、碳刷，不需求进展这方面的维护任务，也无机械换向事故，运转的可靠性提高了； 没有碳粉和铜沫引起电机线圈污染，故电枢绕组绝缘的寿命较长； 没有滑环容量的限制，励磁机的容量可以作的很大，与“三机励磁系统相比，相近的励磁调理性能，随着单机容量的进一步增大，无刷励磁更优越些； 在易燃、易爆的环境条件下，无刷励磁不会因滑环的滑动电气接触而产生火花呵斥恶性事故。由于取消了整流器子和滑环，在带有腐蚀气体场所，只需对绝缘采取措施，亦可运转。无刷励磁在运用过程中也存在着以下几个方面的问题： 无刷励磁主要是从发电机及励磁系统的整体性出发构成的，其投入、切除及运转，均以整机为单元，

22、因此对励磁系统内的各组件要求很高，而旋转整流器及其辅助设备熔断器，电阻，电容等，在运转中要接受强大的离心力，对这些部件间的机械衔接和电衔接是一个极大的考验，要求有很高的维护检修程度； 发电机的励磁是经过调理交流励磁机的励磁来间接调理的，而交流励磁机作为一个机电组件，其时间常数较大，使励磁系统的反响速度降低； 发电机的转子电流、电压不能直接丈量； 由于发电机转子与硅整流器在一根轴上旋转，目前尚无法在发电机磁场回路中装入灭磁开关及灭磁电阻，当发电机内部及外部缺点，需求立刻进展停机灭磁时，无刷励磁不能马上直接对发电机磁场回路进展灭磁，而是经过对主励磁机磁场回路进展灭磁来间接对发电机进展灭磁，灭磁时间

23、较长，对事故的迅速处置不利，这是这种励磁方式的最大缺陷； 对旋转元器件的缺点检测与报警技术有待进一步完善； 发电机转轴上添加了旋转硅整流器盘及其辅助部件，转轴长度势必添加，这样又添加了整个汽电机轴系的长度和分量，这对整个轴系的稳定是不利的。1.3.2.2.2 自励励磁系统.这类励磁系统的共同特点是励磁电源取自发电机本身，用励磁变压器或与励磁变流器共同供应整流安装变换成直流后，再供应发电机本身，这种励磁系统称为自励励磁系统。按励磁功率引出方式的不同，自励励磁系统可分为自并鼓励磁系统、自复鼓励磁系统二种，常用的、且运用也最广的是自并鼓励磁系统。a 自并鼓励磁方式电势源静止励磁机系统这是自励励磁系统

24、中接线最简单的一种励磁方式。其典型原理图如下所示：自并鼓励磁系统原理图励磁电源由一台接于机端的励磁变压器获得，经变压器ET降压后，接入晶闸管整流器SCR，经过晶闸管整流成直流后，供应发电机磁场绕组。自动励磁调理器从发电机机端获得信号，控制晶闸管的导通角，从而按需求控制发电机励磁电流。自并鼓励磁方式的主要特点是：设备和接线比较简单；由于无转动部分，具有较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自在，缩短了机组轴系长度；励磁调理速度快。由于励磁电源相对不独立，故而需求起励电源；由于整流输出的直流顶值电压受发电机端或电力系统短路缺点方式三相、二相或单相短路和缺点点远近等要素的影响，因此被疑心能否能满足强励

25、的要求等等。目前这些技术问题都已相继得到处理。.b 自复鼓励磁方式复合源静止励磁机系统励磁电源除来自机端的励磁变压器外，还取自于与发电机定子回路串联的励磁变流器，这就是自复鼓励磁，其原理图如下所示： 按照励磁电源在交流侧或是直流侧复合，自复激又可细化为四种励磁方式： 直流侧并联自复励方式； 直流侧串联自复励方式； 交流侧并联自复励方式； 交流侧串联自复励方式。其中交流侧串联自复励方式最常用，故而引见此种励磁方式。这种励磁系统中晶闸管的阳极电压是与定子电流成比例的励磁变流器串联变压器的二次电压与机端供电的励磁变压器二次电压相量和，经过晶闸管桥整流输出的励磁电流能反响定子电压、定子电流和功率因数的

26、变化。用自动励磁调理器控制晶闸管的触发角来调理励磁电流的大小。其主要特点为：时间常数小，反响迅速，调理灵敏；当发电机近端短路时，能迅速强励，机组不易失磁；励磁系统受电网干扰小；与自并励相比较，接线较复杂，设备较多；励磁变流器副方尖峰过电压问题较严重；同样需求起励电源。 .第二章自并鼓励磁系统目前由于自并鼓励磁系统本身的优点，已在国内、外水、火电的大、中、小型同步发电机组上得到广泛的运用，因此对该励磁系统进展着重的引见。2.1 自并鼓励磁系统主电路的接线方式这是自励励磁系统中接线最简单的一种励磁方式。其典型原理图如下所示：自并鼓励磁系统原理图励磁电源由一台接于同步发电机机端的励磁变压器获得，经变

27、压器ET降压后，接入晶闸管整流器SCR，经过晶闸管整流成直流后，供应发电机磁场绕组。自动励磁调理器从发电机机端获得信号，控制晶闸管的导通角，从而按需求控制发电机励磁电流。励磁变压器通常采用环氧浇注、干式、自冷型式，有温控报警，其高压侧不设自动开关，副边根据需求可设、可不设开关或自动开关。高压侧接线必需包括在发电机的差动维护范围之内。副边出线口装有电流互感器TA，作为励磁调理器的丈量转子电流信号。励磁变压器绕组的联接组别普通为Y/d11，也有采用D/y11，目的为了消除由于晶闸管整流换向引起波形畸变所产生高次谐波中的三次谐涉及其三倍的高次谐波之影响。.2.2 自并鼓励磁发电机的起励当机组启动后，

28、在转速接近额定值时，机端电压为残压，其值普通较低约为额定电压的1%2%。这时由于同步电压太低，调理器能够还不能正常任务，晶闸管不能开放，故而没有励磁电流送出使发电机建立电压。因此，必需采取措施，先供应发电机初始励磁，以便发电机可以建立起一定的电压，完成起励过程。起励措施有两类。第一类是他励起励，第二类是残压起励。a 他励起励其根本作法是另设起励回路，由另外的电源供应初始励磁电流。起励电源可以是厂用蓄电池直流，也可以是厂用交流电。厂用交流电普统统过起励变压器降压后，由二极管整流变成直流。然后经过限流电阻和直流接触器，将起励回路接入发电机磁场回路。对采用厂用蓄电池电源的，起励回路中须接入一正向二极

29、管，防止发电机建压过程中的反充电。起励时，起励接触器闭合，励磁电流送入发电机磁场绕组，发电机电压逐渐升高。当电压升至额定电压的10%30%时，起励回路断开，进展自励。起励电源容量和电流的选择，普通遵照这种原那么：起励电流选择为发电机空载额定励磁电流的10%左右，继续时间56秒。b 残压起励当发电机残压较高约5%以上时，可利用残压起励。这要求励磁调理器在同步信号为5%以上时，能输出触发脉冲，使在起励初始阶段，整流桥中的晶闸管完全导通。然后在励磁调理器的控制下，将发电机的电压升至所整定的电压。目前采用微机励磁调理器后，对于同步信号可降低至2%5%左右时即可残压起励。当残压不能满足起励要求，经过几秒

30、钟的延时，自动投入他励起励方式。2.3 自并鼓励磁发电机短路电流的特点及计算2.3.1 自并鼓励磁发电机短路电流的特点由于自并鼓励磁的励磁电源取自于发电机机端，因此当自并鼓励磁发电机发生短路时其短路电流与常规励磁发电机发生短路时的短路电流有一些共同点，也有其特殊性。共同点为：一是两种励磁方式的发电机短路电流的超瞬变分量是一样的，由于超瞬变分量由发电机阻尼绕组的参数决议，与励磁方式无关；二是两种励磁方式的短路电流. 的瞬变分量的起始值相等，由于它是由励磁绕组磁链守恒原理决议的，也与励磁方式无关。其特殊性为：瞬变分量衰减的时间常数二者不同，而且当近端三相短路时，自并鼓励磁发电机的短路电流会不断衰减

31、到零，没有一个稳定值。注：常规励磁是指采用半导体励磁调理器的直流励磁机方式和交流励磁机带硅整流器的励磁方式。这两种励磁方式都存在着励磁机励磁绕组的时间常数，因此整个励磁系统的时间常数较大。2.3.2 自并鼓励磁发电机短路电流的计算目前采用自并鼓励磁系统的发电机在机端至主变的引线均采用封锁母线，使机端发生短路的概率很小。故以主变高压侧发生三相短路时这一最为严重缺点工况来计算其短路电流。几个假设： 根据发电机组的额定容量SGN，取主变容量ST为1.1SGN，主变压器的阻抗为 UK%=14% 短路前机端电压为UGN 短路前发电机为空载即Ed=Ed=Ed=1 短路切除时间速动为0.5s，后备维护动作切

32、除时间为3s。a 发电机短路电流计算.b 三相忽然短路瞬间阳极电压的计算 式中：Kf T 励磁变压器变比发电机额定相电压c 三相忽然短路瞬间励磁系统提供的转子电压的计算自并鼓励磁发电机短路时，励磁回路等效时间常数。 d 计算短路临界切除时间Id衰减到10%Idk时.实践运用证明，按照我公司对励磁变压器选择的参数能满足在主变高压侧三相短路时0.150.5s速动切除短路点和后备维护3s内动作切除短路点后，发电机能自动建压恢复运转。 2.4 自并鼓励磁发电机对继电维护的影响自并鼓励磁发电机发生近端短路特别是三相对称短路时，短路电流迅速衰减，这对继电维护动作来说，在强励才干缺乏的情况下会使其后备维护无

33、法动作。因此对自并鼓励磁系统必需采取相应的措施。目前在大、中型水、火电机组上机端到主变压器的引线包括到励磁变压器的高压侧的引线均采用封锁母线，这就使具有自并鼓励磁系统的发电机发生近端短路包括三相短路的概率到达非常非常小，几乎为零。假设短路发生在主变高压侧以三相短路为例根据实例计算能保证继电维护在0.150.5s速动，后备维护在3s内动作时短路电流衰减在1.51.7倍以上。另外也可采用过电流起动“记忆带时延的低电压维护。当发生短路时电流突增，电压突降，电流继电器起动后依然坚持着它的作用记忆，假设在整定的时间内电压还不恢复，电压继电器不断在起动形状，那么动作于跳闸。2.5 自并鼓励磁系统与电力系统

34、稳定 先引见电力系统稳定的根本术语： 静态稳定：指电力系统的负载或电压遭到微小扰动时，系统本身坚持稳定传输的才干。这主要涉及到发电机转子功角过大而使发电机同步才干减少的情况。 动态稳定：主要指系统蒙受大扰动之后，同步发电机坚持和恢复到稳定运转形状的才干。失去动态稳定的主要表现方式为发电机之间的功角及其它量产生随时间而增长的振荡，或者由于系统非线性的影响而坚持等幅振荡。这一振荡也能够是自发性的，其过程较长。假设在大扰动事故后，采用快速和高增益的励磁调理系统所引起的振荡频率在0.23Hz之间的自发振荡，属于动态稳定范畴。2.5.1 自并鼓励磁系统对静态稳定的影响由于自并鼓励磁系统的反响灵敏、调理速

35、度快，对于同步发电机蒙受微小扰动时，根据实际分析和实验证明，自并鼓励磁系统的发电机可稳定运转在极限功率角max为110130的范围内常规励磁系统极限功率角max为90。.2.5.2 自并鼓励磁系统对动态稳定的影响当电力系统蒙受大扰动如忽然短路并切除之后，机端电压下降，励磁系统给出顶值电压进展强励，并平息振荡。过去人们以为，自并鼓励磁系统在短路时强励才干缺乏，动稳定极限低。但是应该从短路地点、短路种类作详细分析。对于远方短路，电压下降不多不影响强励倍数。对于近端不对称短路，特别是单相短路，也不影响强励倍数。对于主变高压侧目前在大、中型发电机组的出口端到主变副边都采用封锁母线，故而近端不太能够发生

36、三相短路三相短路，由于主变有一个短路阻抗，因此机端电压不能够降到零，故而还有一定的强励作用，另外在大、中型发电机组中，本身有一定的固有强励倍数，因此只需在0.150.7s内切除短路点，自并鼓励磁系统随着电压的恢复，强励才干也就恢复。.第三章同步发电机励磁系统主回路的分析同步发电机励磁系统主回路包括有：励磁变压器、晶闸管功率安装、灭磁安装及过电压维护安装维护安装在第四章单独论述。3.1 励磁变压器的分析在自并鼓励磁系统中励磁变压器是一个很重要的设备，普通采用干式、环氧浇注型的变压器，也有提出采用纸绝缘，那末它与环氧浇注型有何不同，下面作一些简单的引见。变压器分成干式和油浸式两种绝缘冷却方式。而干

37、式变压器又可分为环氧浇注型包括带填料与不带填料的，注型式与绕包式等，其绝缘耐温等级为B、F、H级，以F级运用最多；另一类型那么是浸渍式包括绕组绝缘资料用NOMEX纸的以及不用NOMEX纸的等类型，其绝缘耐温等级普通为H级。3.1.1 两大类型干式变压器的比较a 机械强度和耐受短路的才干：环氧浇注式线圈的整体机械强度好，耐受短路的才干最强，由于其高、低压绕组是在模具内进展整体浇注，经加热固化成型，从而构成一个机械强度很高的圆柱体，由于没有垫块这类支撑点，所以导线不会接受弯曲应力。无论对突发短路时的轴向电动力或幅向电动力均有很强的耐受才干，因此机械强度高可以以为是环氧浇注干变的最大优点。无论从运转

38、实际或突发短路实验结果都证明了这点。浸渍式干变主要采用饼式线圈，低压导线与铁心之间靠撑条支撑。而作为饼间绝缘介质的空气其绝缘强度又大大低于环氧树脂，所以轴向绝缘尺寸较大，相应饼间电容较小，因此在冲击过电压作用下的过电压分布特性较差，其机械强度与耐受短路电动力的才干就大大不如环氧浇注式干变。根据兴隆国家的阅历，采用NOMEX纸、VPI真空压力浸渍工艺的开敞通风式H级干变，其BIL基准冲击程度值最高仅能达150千伏，相应只能制造33千伏级的干变。相反，国际公认的环氧浇注干变的BIL值可达250千伏，即可以制造到66千伏级的干变。由于环氧浇注式干变采用层式线圈，沿其轴向可设置多个散热风道，故可以制造

39、大容量的干变。目前国际公认：环氧浇注式干变的最大容量可达2万千伏安，而浸.渍式干变仅能到达0.8-1万千伏安。因此，要消费高电压、大容量的干变，非环氧浇注式莫属。b 损耗及过载才干：从实际上来说，干变的过载才干是与其热容量成正比，而与其负载损耗成反比的，采用饼式线圈的浸渍式，其本身的散热性能并不优于环氧浇注式，所以，绝不能简单地说浸渍式干变的过载才干就一定优于环氧浇注式。环氧浇注式干变的环氧树脂耐电压强度较之空气要高出许多约3.54倍，其线圈包封为2mm树脂层，在同等绝缘程度条件下，浸渍式干变线圈的段绝缘间隔、主风道间隔和饼间绝缘间隔较环氧浇注式干变大15。因此在同等耐电压绝缘程度和尺寸条件下

40、，根据对比计算分析和制造实验验证，浸渍式干变的损耗较环氧浇注式干变大1520。另一方面，在同等绝缘程度和尺寸条件下，一样的绝缘等级(H级)，由于环氧浇注干变的额定损耗和额定温升低，具有节约能源环保的优点，同时由于额定温升低，其过载才干强。只需当不仅线匝的绝缘采用NOMEX纸，而且一切绕组的绝缘件如撑条，垫块等也都采用NOMEX纸件来制造时，这样的浸渍式干变才具有较强的过载才干。这是由于NOMEX纸是C级绝缘资料，其耐热温度可达220，故用它来制造H级耐热温度为180的干变，一开场就存在有20%左右的过载热裕度之故。但是NOMEX纸的价钱昂贵，我国目前消费H级浸渍式干变的厂家，往往只是在匝绝缘中

41、运用它，而绕组的其他绝缘件都采用普通的H级资料。因此对这样的H级干变，就不能一概以为它具有较强的过载才干。目前国产的浸渍类干变都是H级的，由于其损耗规范较高，这对节能降耗不利。从实际上来说，H级产品较之F级可以尺寸更小，分量更轻，但实践上从各厂的产品样本看，这两种类型产品并无多大差别。c 防潮及耐腐蚀性能：环氧浇注式干变的防潮及耐腐蚀性能比较好，尤其适用于在极端恶劣的环境下任务；相反，传统浸渍式干变的主要缺陷就是防潮性能差，且容易吸尘，在投入运转前需求预热等。即使在采用NOMEX纸以及真空压力浸漆等新工艺后，虽然这些缺陷可以一定程度得到抑制，但一些本质上的问题却依然存在。d 部分放电与运转寿命

42、：由于环氧浇注式的线圈经过真空处置和浇注成型，匝间和层间无气泡，在同类产品中，其部分放电最低；此外环氧浇注式干变的机械强度高，在短路电动力的作用下不. 会变形，且防尘、防污性能好。故运转寿命长。根据国外的报导，其运转寿命较之OVDT类干变要长。以往影响环氧浇注变压器运转可靠性与寿命的主要问题是浇注线圈的开裂。但是随着薄绝缘玻璃纤维加强构造的采用以及原资料的提高和浇注工艺的改良，目前这一问题已很益处理。当然一旦树脂混料不均匀或浇注工艺有缺陷时，仍有开裂或内部出现气泡而使部分放电增大等事故产生。相反，浸渍式干变却无需担忧开裂，在采用NOMEX纸后，由于匝绝缘较薄，绕组内部的温度分布也比较均匀。浸渍

43、式干变的最大优点是无需浇注设备与模具，初期投资可大大节省，另外，产品设计的灵敏性也较大，特别是消费油浸式变压器厂转产这类产品较容易。e 运转维护：环氧浇注式的运转维护任务量可以为是很小的，特别是可以立刻从备用形状下投入运转而无需预热去潮。这是由于它的防潮、防尘性能好，无需预热。因此可立刻投运并带负荷运转。浸渍式线圈的外表是靠真空压力浸漆VPI后的薄的复盖绝缘层来绝缘的，所以这种变压器在停运形状下，就容易因吸潮而降低其绝缘程度，在投运后能够引起部分放电增大，甚至发生绝缘击穿等严重事故。因此，为可靠起见，当停运一段时间后再重新投运时必需先行预热去潮后，才干投运带负荷，这样势必呵斥停电后投运时间的延

44、伸，对可靠性呵斥一定影响，且维护任务量也较大。3.1.2 关于“环保特性a 从资料的环保特性到产品制造与运转的环保特性NOMEX纸作为已有多年运用业绩并经认证的一种资料，其环保特性是获得认可的。至于其他一些H级资料及浸漆消费过程，在环保特性方面的优越性如何，现仍缺乏足够的根据。对环氧树脂资料而言，本身既是无毒的且在制造过程中也不污染环境，在环氧树脂浇注干变制造中，环氧树脂复合资料主要运用在线圈浇注绝缘、铁心绑扎涂覆、以及各种绝缘成型件。环氧树脂浇注干变构造设计时，选用环氧树脂作为固体绝缘，这种绝缘技术本身赋予了变压器运转时无油化、难燃防火的环保特性；环氧树脂固体绝缘干式变压器，在运转中没有温室

45、气体走漏，无油污，难燃防火，环氧树脂配方中没有卤素和硫元素，即使着火熄灭也不会有卤素化合物以及硫化物的产生，熄灭时主要分解 . 产物为H2O、CO2等，没有毒害气体产生，故不会对人员和环境有任何危害，即使熄灭也不会放出有害气体。该当指出的是，薄绝缘环氧树脂浇注式干变，在熄灭时所释放的能量与NOMEX纸及用其它H级绝缘资料制造的浸渍类干变相比，也是较小的。2000年曾将一台薄绝缘环氧树脂浇注式630kVA的干变在法国顺利经过F1级的熄灭实验，这证明它满足最新国际规范中对干变熄灭特性的要求的。另外，我国的一些大型工程中还直接从欧洲一些著名厂家进口了一批大容量环氧浇注式干变，而这些干变都是经过了熄灭

46、特性、环境特性以及气候实验这三项特殊实验的。这阐明环氧树脂干变的运用是符合环保要求的。b 产品寿命终结后回收降解处置的环保问题根据近年来对欧洲和美国所做的调查，国外厂家都明确表示：两种产品的回收处置是类似的。产品寿命终结后的最终处置原那么是回收利用可再生资源，环保处置废弃物料。对环氧树脂浇注干式变压器而言，就是拆解变压器，回收钢构造件及硅钢片；分解线圈，回收铜(铝)导体；剩余的少量环氧树脂绝缘资料进展环保处置，这包括有三种途径：熄灭发电、地下填埋、粉碎后用作建筑资料。它的废弃物处置不会呵斥对环境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。3.1.3 市场前景展望目前就世界范围来看，环氧浇注干变主要运用

47、于欧洲以及亚州的中国、日本、韩国以及东南亚等宽广地域，而浸渍式干变那么主要是美国运用较多，这与NOMEX纸的产地是美国等特殊国情有关。总的来说，就全世界而言，环氧树脂式的市场占有率要显著高于浸渍式干变。迄今，我国的环氧浇注式干变无论是工厂规模、产量或是技术程度都已到达世界先进程度，2002年其总产量约为20000MVA，约占我国干变市场份额的95%。从全世界来看，预期今后在相当一段时间内，这两大类型的干变都将共存，也正如前所述，它们也各有其优缺陷。但由于我国这10多年来在环氧树脂干变制造技术上所获得的成就，以及它本身所固有的许多优点，并思索到运用部门早已熟习了这类干变的运转维护，因此，从保证运

48、转可靠性，减少备品、备件的种类以及提高运转、检修效率等方面来看，今后还是会大量运用环氧浇注式干变，这也与欧洲等兴隆国家的先例是完全一致的。.3.2 三相晶闸管整流柜3.2.1 晶闸管的构造方式在晶闸管的构造选择上，目前国际上主要有两种构造，SIEMENS、英国R-R、和GE均为抽屉式构造，即每个晶闸管、脉冲放大、检测、阻容维护等元件均经过独立框架组合成一个独立的晶闸管模块组件，选取六只模块组件可以组成一个全控整流桥，冷却风道由然结合而成，这种方式呵斥了各厂家的晶闸管模块组件内部构造完全不同，不具有互换性。我公司采用的是平板式构造晶闸管，晶闸管桥安装在一块整体绝缘板上，分为上、下两层布置，+U、

49、+V、+W相晶闸管在上部，-U、-V、-W相晶闸管在下部，在晶闸管U、V、W相元件间安装耐高压绝缘隔板有些小型的机组或阳极电压不太高的可不安装，用以防止晶闸管相间短路，冷却风道采用高绝缘的阻燃透明PC板经热压后成形，由面板和侧板紧贴晶闸管拼装组成，外观质量好，加工方便，构造简捷，该构造的风道由于较好的密闭，不存在漏风，最有效地到达散热效果，对发热元件如熔断器，风道开有导风走漏孔，以便冷却熔断器。风道中除去晶闸管散热器及管芯占据的位置后，有效的风道通风面积为0.2m2，风阻限制在一定范围内，确保上、下两层晶闸管的可靠散热。风道设计时，思索了进风口和出风口温差小于10K，因此虽然串联风道中各层之间

50、的进风温度有差别，但在允许误差内。平板式构造晶闸管是规范构造的晶闸管，通用性、互换性很强。为了保证励磁系统平安可靠地运转，在晶闸管整流桥交流侧加装整流桥式阻容吸收器电路、在每只晶闸管元件两端并联R-C阻容吸收电路以减少换相过电压，同时减小直流输出的毛刺电压。晶闸管侧的吸收电路设计在散热器旁，减少线路电感，保证散热，而且美观。晶闸管安装方式见以下图。.3.2.2 整流柜冷却方式 目前，晶闸管的冷却普遍采用强迫风冷，对于小功率元件也有采用自然冷却和热管冷却的。在几种冷却方式中，以强迫风冷为主，强迫风冷也有集中冷却和独立冷却之分。采用风冷的国外知名消费厂家有ABB、西门子、ALSHTOM、罗尔斯-罗

51、易斯等公司，国内厂家也绝大部分采用强迫风冷的冷却方式。虽然均为风冷系统，但设计上也有区别。ABB公司在冷却系统中采用双风机构造，风机置于柜底，独立冷却。西门子是将风机装于柜顶，双风机互为备用，加拿大GE公司的功率柜风冷有特征，专门有一个风冷柜，由2台主备任务的风机抽风，经过风道走廊送到各柜体供风，冷却效果好，属集中冷却，但体积庞大，不方便水电站机旁柜体布置。普通强迫风冷方式风机可以安排在整流桥或柜顶上部，也可以安排在下部，假设风机装在柜体顶盖上方，优点是风机的型号便于选择。目前，这类风机运用轴流式风机，规格齐全。另一优点是不占柜体空间，柜内可布置更多排晶闸管，安装较多的部件。但是，柜顶布置风机

52、也有许多缺陷：顶部安装风机振动大，噪音高，可靠性差。在运输时，由于功率柜尺寸高于其它柜体尺寸，给包装运输带来困难。有时需求将风机单独发货，到现场后装配，均有些不便。在现场布置中，顶装式风机也不与其它柜体协调，不美观。针对目前对功率柜提出的高可靠性、大容量、小振动、低噪音等要求，经过吸收国内外先进阅历，我公司设计了内置式公用风机箱，安装在柜体底部。风机箱内安装二台进口高转速、低噪声风机，可以将柜外的风经过前门的进风过滤网抽进后直接在风道内吹向晶闸管整流桥，对晶闸管整流桥进展强迫冷却，热风由柜顶的通风道排出柜外。每个风机都单独装有行程检测开关，当某一风机缺点时，行程开关动作，发出报警，冷却风机采用

53、单相220V双回路电源供电，两路电源能相互闭锁和切换，完全到达100%的冗余效果，使整流安装实现了真正的振动小、噪音低、可靠性高，保证了柜内电气部件的长期可靠任务。另外还可将AC380V三相电源分相接于各柜，防止了三相电源断相呵斥各柜风机全停引起的缺点。 3.3 同步发电机的灭磁灭磁的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁，并将蓄藏在励磁绕组中的磁场能量快速耗费在灭磁回路中。快速灭磁有两种方式：一种是耗能型的，即将磁场能量耗费在磁场开关安装中，运用 .最为广泛的是DM2型和DW10M型。目前已根本不采用DM2型磁场开关，因其本身有一些致命的缺陷。DW10M型在要

54、求不高的小型机组上还可以采用。另一种灭磁方式是移能型的，即将磁场能量由磁场断路器转移到线性或非线性电阻耗能元件中。现已大量运用在各种类型的发电机组中。普通以为水轮发电机组由于转子本体的阻尼作用较小，在灭磁时励磁回路中的磁场能量几乎为灭磁安装全部吸收，因此需求快速灭磁，以阻止事故的扩展。在采用交流励磁机或自励晶闸管励磁系统中，灭磁方式多数采用磁场断路器加SiC进口或ZnO非线性电阻灭磁，并和逆变灭磁配合运用。对于汽轮发电机，鉴于转子本体具有很强的阻尼作用，由阻尼绕组全电感及电阻所决议的阻尼绕组时间常数TD远大于由阻尼绕组漏电感及电阻之比所决议的超瞬变时间常数Td，因此，虽然采用快速灭磁系统，也只

55、能加速纵轴励磁绕组回路中的转子励磁电流的衰减，而不能使蓄藏在发电机转子本体以及横轴阻尼绕组中的能量迅速消逝，且往往这部分在一定的条件下占的比例还比较大，例如一台400MW的汽轮发电机在功率因数为1时，其横轴磁通分量为87%，纵轴磁通分量为48%，因此得不到快速灭磁的效果。故而对于大型汽轮发电机多采用简化的灭磁方式：a 无刷励磁系统因无法在发电机励磁绕组回路中接入灭磁安装，故只能在交流励磁机励磁绕组侧进展灭磁，而发电机励磁回路那么经旋转整流器按相应发电机时间常数进展自然灭磁。b 交流主、副励磁机的静止整流器励磁系统国外均以在交流主励磁机励磁回路设置磁场开关作为典型灭磁方式。国内那么多以在发电机主

56、励磁回路设置两或三断口磁场断路器及线性电阻作为主要灭磁方式。c 静止自励系统国外采用磁场断路器加线性电阻或SiC非线性电阻的灭磁方式。国内也采用磁场断路器加线性电阻或SiC进口或ZnO非线性电阻的灭磁方式。在正常灭磁时，普通采用逆变灭磁。下面引见三种常用的灭磁的方法：3.3.1 常值电阻灭磁这种灭磁方式运用范围较广，其原理是：发电机正常运转时，磁场开关处于闭合形状。当发电机需求灭磁时，磁场开关常闭主触头闭合，在磁场回路接入灭磁电阻，.紧接着磁场开关常开主触头断开，切断磁场电源回路。发电机磁场的储能，经过转子绕组电阻和灭磁电阻进展耗费，转子回路的电流呈指数规律衰减。衰减的快慢取决于，灭磁电阻的大

57、小及灭磁时转子滑环间最高允许电压。如取灭磁时转子滑环间最高允许电压为发电机额定励磁电压的5倍，那么灭磁电阻Rm为励磁绕组电阻的5 倍，并以转子绕组电流Ifd衰减到初值的1%所经过的时间为灭磁时间Tm，那么可计算出灭磁时间为：Tm=0.77 Tdo其中：Tdo发电机定子绕组开路时转子绕组时间常数需求指出的是，假设发电机的励磁电源取自交流励磁机，那么发电机灭磁时，忽然断开励磁机电枢回路，相当于励磁机甩负荷，会在励磁机磁场回路感生出很高的过电压，因此在励磁机的磁场回路也应装设灭磁电阻，其电阻值普通选取励磁机励磁绕组电阻的10倍左右，并经过磁场开关联动投入。3.3.2 非线性电阻灭磁利用放电电阻灭磁的

58、方案，由于受转子允许过电压的限制，放电电阻不能获得太大，灭磁时间还是较长。假设采用非线性电阻作为放电电阻，那么灭磁性能就好得多。非线性电阻的特性是，其两端电压衰减速率远远小于其电流衰减速率。当经过其电流较小时，它呈现的动态电阻较大，经过其电流较大时，它呈现的动态电阻较小。适中选择非线性电阻的特性和阻值，可以在灭磁初瞬使转子电压不超越允许值，在其后的灭磁过程中，电压变化率根本上接近于恒定，即电压值根本不变，灭磁曲线接近理想灭磁曲线，灭磁时间就短得多了。非线性电阻根据阀片的材质不同可分为碳化硅SiC和氧化锌(ZnO)非线性电阻，就其非线性特性而言，氧化锌非线性电阻优于碳化硅非线性电阻，且氧化锌非线

59、性电阻具有较小的走漏电流和较陡的非线性特性。非线性电阻其端电压与经过非线性电阻电流的函数关系可表示如下：.式中：C非线性电阻位形系数，与阀片的材质、几何尺寸以及电阻串、并联组合方式有关非线性电阻系数，与电阻阀片的材质有关非线性电阻系数，与电阻阀片的材质有关。它与的关系为：=1/ 氧化锌非线性电阻=2040，即=0.0250.05；碳化硅非线性电阻=24，即=0.250.5如取灭磁初瞬转子过电压值倍数为5倍，采用氧化锌非线性电阻灭磁，其非线性系数=0.025，那么此种灭磁方式的灭磁时间为： Tm=0.187 应阐明的是，上述的灭磁时间是基于理想灭磁过程得出的结论。3.3.3 逆变灭磁在灭磁过程中

60、，假设向转子励磁绕组施加一个比较大的负值恒定电压，那么可以为转子电流根本上按直线率下降，灭磁时间就会加快，而转子过电压又在允许范围内。这正是晶闸管全控桥的一个特性，即在灭磁时把晶闸管控制角后退到最小逆变角min的位置，使整流桥由“整流任务形状过渡到“逆变任务形状，这样加到转子励磁绕组上的就是一个恒定的负值电压。逆变形状的深浅受晶闸管最大控制角逆变角的控制，逆变角的大小直接决议了逆变时励磁绕组两端负值电压的大小。当接近发电机出口短路，在强励之后进展逆变灭磁时，逆变产生的负值电压与灭磁初瞬时的励磁电压比值a取为1，那么灭磁时间为：Tm=0.7当发电机在额定工况下进展逆变灭磁时励磁电压比值a取为1.