发电机无刷励磁系统基本原理

发电机励磁系统励磁系统主要类型目前，国内、外汽轮发电机机组的励磁系统主要有以下两种方式：无刷励磁系统和自并励静态励磁系统。国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有：西屋、三菱、ALSTOM、西门子等；主要采用自并励静态国内135MW及以下容量汽轮发电机组采用无刷励磁系统及自并励静态励磁系统，300MW及以上的大部分采用自并励静态励磁系统。无刷励磁与自并激静止励磁的比较表1234整流盘故障检测间接，误动和拒动率高，检出率低不56提高暂态稳定性稳定性差，从空载到满载控制角仅7差，但由于封闭母线的采用，故障概率几乎为对主保护无影响，对后备保护采取适当措施也无法安装灭磁开关，只能是自然续流灭磁，灭磁速度慢，尤其是故障情况可安装灭磁开关和非线性灭磁电阻，以实现逆无刷励磁主要部件•3、旋转硅整流装置（旋转二极管+快速熔断器）三相全波桥式整流电路励磁调节器基本任务DVR-2100B励磁调节器主要功能DVR-2100B励磁屏主要结构(一）表计层装设发电机机端电压表，永磁机电压表，励磁电流表，便于就地试验监视。QK3自动/手动开关：用来选择DVR-2100B微机励磁调节器在自动运行、手动运行方式。QK1通道选择开关：可以通过此开关进行通道间的切换，共有四个位置可供选择，即切除、通道A（运行）、通道B（运行）、切除。QK2就地/主控开关：该开关打到主控位置，本柜操作开关失效，DVR-2100B微机励磁调节器受主控开关的控制；该开关打到就地位置，DVR-2100B微机励磁调节器接受本柜开关的命令，主控室的对应开关失去作用。运行中如果进行主控/就地切换时，应先将主控和就地的开关位置先对应成一致状态。QK4减/增磁开关：为自复归开关，用来调整发电机电压或无功功率的大小。QK5方式选择开关：用来选择DVR-2100B微机励磁调节器在恒电压运行、恒功率因数运行、恒无功运行工作方式。DVR-2100B励磁屏主要结构(二）UG1:机端三相线电压平均值IG1:定子三相电流平均值UFD:励磁电压,对于无刷励磁系统此处显示零IFD:励磁电流,对于无刷励磁系统显示的为微机励磁控制柜输出电流UGR:自动（恒机端电压调节）PID的给定参考电压IFR:手动（恒励磁电流或恒输出电流调节）PID的给定参考电流P:有功功率Q:无功功率ARF:可控硅输出角COS:功率因数F0:系统频率ILD：本通道电流DVR-2100B励磁屏主要结构(三）有交流电源开关QS1、直流电源开关QS2、通道A电源输入开关KKA、通道B电源输入开关KKB。QS1：DVR-2100B微机励磁控制柜的工作电源开关。机组达到额定转速，永磁发电机输出电压达到额定值时，合上该开关，永磁发电机向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作QS2：DVR-2100B微机励磁控制柜辅助工作电源开关。机组未运行时合上该开关，220V直流母线向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作电源，也可用于DVR-2100B微机励磁控制柜静态时的参数调整或其他试验。机组运行时，合上该开关，220V直流为DVR-2100B微机励磁控制柜提供备用工作电源。KKA：通道A励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数设定完成，机组具备投励时合上该开关。KKB：通道B励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数设定完成，机组具备投励时合上该开关。DVR-2100B励磁屏主要结构(四）有可控硅模块、二极管整流模块、熔断器。功率单元由可控硅模块和二极管整流模块组成单相可控桥式整流电路。功率单元A和功率单元B经过逆止二极管并联后向外供电。包括电源变压器T、LEM、瓷管电阻、分流器FL1、FL2、FL3，继电器K1、电源变压器T将给DVR-2100B微机励磁控制柜供电的中频交流电隔离、降压,整流后与厂用直流电经过逆止二极管并联给DVR-2100B微机励磁调节器供LEM是用于DVR-2100B微机励磁控制柜励磁输出电流的测量。FL1、FL2用于发电机中控盘或DCS的显示，FL3用于本柜的励磁输出电流表DVR-2100B励磁调节器主要组成•为了提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余，来自永磁机发电机输出的交流电源经过隔离变压器隔离后，经过整流变为直流，并经过二极管和来自厂用蓄电池的直流电并联运行，共同为机箱内的开关电源供电，为了提高系统的抗干扰能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分。•CPU电源：5V，±12V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,低压系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。•操作电源：24V2，用于开关量的输入输出，对于双通道的励磁系统，其两个通道的24V2经过二极管并联，提供操作信号。两个通道的0V2直接并联。这样就保证了24V2电源的冗余。•脉冲电源：24V1，用于脉冲放大和触发回路。DVR-2100B微机励磁调节器的功率输出部件为单相半控晶闸管整流桥。为了保证其输出直流电压连续可调，要求控制角α在0~170度之间变化。DVR-2100B微机励磁调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用大规模逻辑器件直接将数字控制量转换成相应控制角α的触发脉冲信号。脉冲放大板本板将主CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动5组以上并联的可控硅桥。同时本板上有脉冲指示灯，用于显示脉冲是否正常，本板上可以通过跨接器选择脉冲变压器是内置式，还是外置式。晶闸管(可控硅)的控制原理•晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备a.正向阳极状态（阳极电位高于阴极电位）；b.控制极加上触发电压（或触发脉冲）；•晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断a.主回路断开；b.晶闸管两端处于反向电压时（阳极电压低于阴极电压）c.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流晶闸管的控制原理－单相半波可控整流电路•控制角α：从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加入时的•导通角θ：晶闸管在一个周期内导通的角度。•移相：改变α的大小即改变脉冲在每个周期内出现的时刻；对单相半波电路α的移相范围是0~Π。a越大即脉冲移晶闸管导通时间越小，电阻上的输出电压越小。•单相半波可控桥输出电压和电流为：单相全波半控桥式整流电路单相桥式整流模块灭磁，即是快速把转子电感中储存的大电流释放掉，以保证发电机安全运行，保护机组和其它设备安全。转子电感是大的储能元件，电感中的电流是不能突变的。储存能量为：灭磁系统由灭磁开关、灭磁电阻及灭磁回路开通控制单元组成。灭磁，就是把转子中储存的能量转移到灭磁电阻中来消耗掉。发电机正常运行中，励磁电压比较小，控制单元不能触发可控硅开通，灭磁电阻回路中没有电流通过。当灭磁开关分断后进行灭磁时，转子电感两端出现较大的反向电压，同时控制单元快速接通反向可控硅触发回路，把灭磁电阻接入、灭磁电阻回路开通，转子电流就可以快速转移到灭磁电阻回路，通过灭磁电阻把电流转换为热量释放。灭磁原理图DVR-2100B励磁调节器主要保护（一）•1、PT断线保护程序将测量到的仪表PT值和量测PT的值进行比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发PT断线信号，如果是量测PT断线，除发信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行方式。•2、触发脉冲丢失保护触发脉冲重新被CPU重新回读，并进行综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失脉冲发生时，发报警信号。•3、系统自检故障检测系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障，通讯故障等、当有故障发生时，发通道故障信号，同时本通道退出运行。对于主备用系统，备用通道自投。•4、旋转二极管故障报警的有效值之和与22次谐波的有效值的比值小于0.1时判为正常运行状态，比值大于50时判为一臂短路故障；当2、4次谐波有效值分别与22次谐波有效值相除，所得两个比值相乘，结果小于1时判为一臂断路，小于10而大于1时判为一相DVR-2100B励磁调节器主要保护（二）5、欠励限制和保护欠励限制按两段整定，如图所示，第一条线为限制线，第二条线为保护线。当发电机无功功率进入低励限制区时，DVR-2100B微机励磁调节器将封闭减磁按钮，不会再继续减磁，并且发报警信号，同时自动进行增磁，直到退出低励状态。如果DVR-2100B微机励磁调节器在某种工况下进入低励限制区，而没有被控制住，无功功率继续减少，当无功功率低于保护线时，DVR-2100B微机励磁调节器发报警信号并且切手动方式运行。欠励限制线和欠励环参数可以在菜单上进行整定。保护线为对应的限制线上无功功率的1.25倍。其中，Qa点为零有功时，允许进相的无功功率值。Pb为点允许发电机无功为零进相运行时的最大有功功率。DVR-2100B励磁调节器主要保护（三）6、过励限制和保护过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施,从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。过励限制和保护按照下列原则：•励磁电流Ifd＞Ifd_max时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行。Ifd_max为菜单整定的瞬时过励值；•Ifd＞1.1Ifdn、Ifd＜1.0IfdnHeat_n=∫(Ifd_2set-Ifdn2)*t_set;其中：Ifd_set:设定的强励倍数的电流值t_set：强励时间；H0>80%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%IfdnH0<10%，复归过励信号最大励磁电流反时限保护曲线DVR-2100B励磁调节器主要保护（四）V/Hz是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。限制和保护跟踪切换•双通道之间通过CAN总线高速通讯将双方的运行数据进行交换，完成运行方式的选择•DVR-2100B微机励磁控制柜具有以下四种运行方式选择,并且四种运行方式可以进行无扰动切换，其中后两种调节方式是叠加在第一种调节方式上的辅助功能。•恒机端电压调节•恒励磁电流调节•恒功率因数调节•恒无功功率调节•2．恒励磁电流调节称为手动调节方式，其基本功），AVR故障时（如PT故障）的备用控制模式。就地运行启机操作•1、将就地/主控选择开关QK2切换到“就地”位置。•2、将通道选择开关QK1放“切除”位置，自动/手动开关QK3放“手动”位置。•合上DVR-2100B微机励磁控制柜电源开关QSl，QS2，检查DVR-2100B微机励磁控制柜的两个液晶显示是否有故障，有故障按RST键复掉信号。。•3、分别合上励磁输入开关KKA、KKB。•5、将通道选择开关QK1切到通道A或通道B运行，在手动状态正常时可将自动/手动开关QK3切到“自动”位置，连续按住零起升压按钮发电机电压升压到设定电压值，升压时间大约为20秒，中间可以松开按钮，再按下则继续升压。（注，零起升压只对自动运行时有效，手动运行此按钮无效）。•6、用QK4减磁/增磁开关将发电机电压升至额定，并网后用QK4增减无功。•7、切换操作：自动模式与手动模式的相互切换，均需要等30秒～1分钟；CHA通道与CHB通道之间的切换