发电机励磁系统简介课件

发电机

励磁系统简介

1.

发电机基本原理及励磁系统

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——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：1.）要有产生磁力线的磁场；2.）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。

2.发电机的转子和定子

发电机由两大部分组成。

1.）转子——转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；2.）定子——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。

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，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。4.同步发电机现代励磁系统的功能

1.发电机并网前，调节发电机输出的端电压；2.发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；3.提高同步发电机并列运行的静、动态稳定

3.1静态稳定: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）；

3.2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（动态稳定、暂态稳定）；4.发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。5.励磁系统的技术标准1国际电工委员会标准

IEC2A（秘13-1978）汽轮发电机励磁系统技术要求IEC（秘593-1982）关于同步发电机励磁系统的若干规定2中华人民共和国国家标准

GB755-87旋转电机基本技术要求GB/T7409.3-1997大、中型同步发电机励磁系统技术要求3中国电力行业标准

SD271-88汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件（“三机”系统）

DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件（“自并激”系统）6.励磁系统的主要技术参数1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1.1倍时，励磁系统保证连续运行。2励磁系统顶值电压倍数≮1.6~1.8

（2.0）3励磁系统允许强励时间≮10s

（20）4励磁系统电压响应比（电压上升速度）“自并激”系统≮

3.5

“三机”系统≮

1.6~1.8

（2.0）

5电压调整范围

70~110%6电压调整精度

≤±0.5%

（0.25%）

7调差范围

±10%（15%）

8励磁系统强行切除率

≤0.1%

蓝色数字为对一般励磁系统的要求,红色数字为对大型机组和优质励磁系统的要求。8.目前国内常用的励磁系统1.直流励磁机励磁系统

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（用量较少）。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。9.“三机”励磁系统发电机

交流励磁机-静止整流器励磁系统

（“三机”励磁系统）

简介10.“三机”励磁系统慨述

主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。12.“三机”励磁系统的缺点——交流主励磁机是一“时滞”环节

要调节发电机励磁电流，必须先调节交流主励磁机的励磁电流，有“时滞”存在。

——副励磁机波形畸变

可控硅整流桥的负载是交流主励磁机转子绕组这一电感性负载。因此，励磁电源副励磁机的输出电压波形将产生畸变，容易出现发电机调节不稳定、无功功率跳动或摆动的情况。13.“三机”励磁系统原理框图14.“三机”励磁系统设备成套范围1.交流主励磁机（发电机生产厂家制造）

1台

2.永磁副励磁机（发电机生产厂家制造）

1台

3.硅二极管整流装置1套

4.微机励磁调节装置1套

5.灭磁及转子绕组过电压保护装置1套

6.主励磁机手动备用励磁装置（可不设置）

1套

16.永励副励磁机额定容量

根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电压

根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电流

根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数

三相频率

400或500Hz（中频）额定转速

与同轴发电机相同励磁方式

永磁式17.硅整流装置

整流方式三相全波桥式不可控整流整流元件大功率硅二极管整流桥数量1~2（并联）个单个整流桥输出电压≮2倍发电机额定励磁电压单个整流桥输出电流≮2倍发电机额定励磁电流只需单个整流桥即可满足发电机强励需要硅二极管参数：

额定电流额定电压反向电压

18.微机励磁调节装置

内有单通道或双通道容错型数字式（微机型）自动励磁调节器（AER）。

可最大限度地允许调节器内线路和元件故障。任一AER皆可单独满足包括强励在内的所有运行工况。

可减少因调节器故障引起的机组强迫停机率。可使发电机工作于恒端电压的P、PI、PID，恒电流，恒无功，恒功率因素四种模式。正常或无特殊要求时，首选恒端电压的运行方式。

软件采用C语言编写。20.“三机”励磁系统的限制和保护功能低励磁限制/低励磁保护反时限过励磁限制/过励磁保护V/Hz限制/V/Hz保护电力系统稳定器PSS（小机组可不设）发电机PT断线检测和保护误强励检测和限制发电机空载过电压保护可控硅失脉冲检测硅二极管整流柜（桥）故障的强励限制21.“自并激”励磁系统发电机

静止可控硅自并激励磁系统

（“自并激”励磁系统）

简介22.自并激励磁系统概述

接自汽轮发电机机端的励磁变压器之副边电压，经可控硅整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。自动励磁调节器（AER）控制可控硅整流器输出的励磁电流之大小。自并激励磁系统没有旋转部分，属静态励磁系统。24.自并激励磁系统的优点（续）运行可靠性高

自并激励磁系统为静态励磁，没有旋转部分，运行可靠性高。随着电力电子技术的发展，大功率可控整流装置的可靠性已与不可控整流装置大致相当。可提高机组轴系的稳定性

由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机发电机组的轴系长度（例如300MW汽轮发电机轴长由原“三机”系统的14922mm缩短至11220mm，减少了3.7m），提高了机组轴系的稳定性、改善了轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。励磁系统响应快

因为没有主励磁机这一时滞环节，所以自并激励系统是一种高起始的快速响应励磁系统。因而技术指标高，性能参数好。

25.自并激励磁系统的优点（续）

可提高电力系统的稳定水平

在小干扰稳定方面，自并激励磁系统配置PSS（电力系统稳定器）后，小干扰稳定水平较交流励磁机励磁系统有明显的提高；

在大干扰稳定方面，电力系统的计算表明，自并激励磁系统的暂态稳定水平与交流励磁机励磁系统相近或略有提高。

可提高电厂的经济效益

自并激励磁系统没有旋转部分，运行可靠性高、调整容易、维护简单、检修工作量小，因而可提高发电效益。

可节约电厂的基建投资

自并激励磁系统缩短了汽轮机发电机组的轴系长度，因而减少了电厂厂房的长度，节约了电厂的基建费用。

28.励磁变压器

功用：将发电机端电压降至可控硅整流器（整流桥）所需的输入值，为发电机提供足够的励磁功率。额定容量

根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定原边额定电压

与发电机额定输出电压参数相同副边额定电压

根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定

相数三相频率

50Hz接线方式

Y/11短路阻抗5~7

%绝缘等级B或F型式油浸式或干式，自冷油浸式：放置于厂房之外；干式：放置于厂房之内29.微机励磁调节装置

功用：按要求（机端电压偏差、恒电流、无功功率或功率因素）自动调节可控硅整流装置输出的大小和方向。

内有单通道或双通道冗余容错型数字式（微机型）励磁调节器（AER）。可最大限度地容许调节器内线路和元件故障。任一AER皆可单独满足包括强励在内的所有运行工况。可减少因调节器故障引起的机组强迫停机率。可使发电机工作于恒端电压的P、PI、PID，恒电流，恒无功，恒功率因素四种模式。正常或无特殊要求时，首选恒端电压的运行方式。

软件采用C语言编写。33.可控硅整流装置

功用：在励磁调节器的控制下，将励磁变压器副边的交流电压转换成相应的直流电压，提供给发电机转子绕组励磁。整流方式三相全波桥式可控整流整流元件大功率可控硅元件（晶闸管）整流桥数量1~2（并联）个单个整流桥输出电压≮2倍发电机额定励磁电压单个整流桥输出电流≮2倍发电机额定励磁电流只需单个整流桥即可满足发电机强励需要可控硅元件参数：额定电流额定电压反向电压

34.灭磁及转子绕组过电压保护装置

功用：机组事故停机时，对转子绕组用灭磁电阻进行灭磁；发电机正常运行时，抑制转子绕组各种过电压；发电机启动时，对转子绕组进行初始励磁。1“自并激”励磁系统灭磁方式

——发电机正常停机：通过可控硅整流桥逆变灭磁

——发电机事故停机：通过氧化锌（ZnO）非线性电阻灭磁2灭磁装置：双断口磁场断路器+ZnO非线性电阻3过电压保护装置：发电机转子绕组：ZnO非线性电阻可控硅整流桥：ZnO构成的尖峰吸收器4

起励装置：起励电源直流或交流均可35.“自并激”励磁系统的限制和保护功能

低励磁限制/低励磁保护反时限过励磁限制/过励磁保护

V/Hz限制/V/Hz保护电力系统稳