溪口电厂励磁系统培训讲义

1、宁波溪口抽水蓄能电站有限公司,机组励磁系统 培训讲义 主讲：潘学忠,培训内容,1、 励磁系统基本知识 2、溪口电厂机组励磁系统介绍 3、励磁系统的运行操作,同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备。为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场。产生这个磁场的直流电流称为发电机的励磁电流，专门为同步发电机提供励磁电流的设备，即励磁电压的建立、调整和使其电压消失的设备，统称为励磁系统。 励磁系统的主要任务：励磁系统的主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的的直流电流（电压），以满足发电机正常发电和电力系统安全运行的需要。即所谓的建立磁场。 同步发电机的两个基本控制：

2、励磁&调速 电能质量：电压&频率,第一讲、励磁系统的基本知识,由发电机简化相量图可知： Ut = Eq jIXd 式中 Eq发电机空载电动势（励磁电动势） Ut发电机机端电压 I发电机定子（负荷)电流 Xd发电机的同步直轴阻抗 由此可见，发电机的出口电压，主要由励磁决定，同时也和发电机电流及发电机的参数有关。,励磁的三种运行方式,第一是恒机端电压方式运行。它是对发电机端电压偏差进行最优调节，并自动完成调节器的全部功能，是调节器的主要运行方式。 第二是恒励磁电流运行。它是对励磁电流偏差进行比例调节，维持励磁电流的稳定运行。一般是在恒机端电压运行方式下出现强励、PT断线、功率柜故障等情况时，调节器

3、自动切换到恒励磁电流方式运行，故障消除后又自动恢复。在水泵启动时及电制动时也是进入恒励磁电流方式。 第三是恒无功方式运行。它是对发电机无功进行比例调节。当发电机过无功或欠励限制动作后，调节器自动转入恒无功方式运行。,一、励磁系统的组成,二、励磁系统的主要任务,三、励磁系统的主要作用,从发电厂角度研究励磁 调节发电机电压（空载）（并网前） 调节发电机无功功率（负载）（并网后） 多台发电机无功功率分配（调差） 安全可靠运行（事故时，对转子绕组迅速灭磁） 从电力系统角度研究励磁 提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定） 改善系统的电压

4、稳定性 二次电压控制 安全可靠运行。,四、PSS介绍,电力系统稳定器(PSS)作为励磁调节器的一种附加功能，能够有效地增强系统阻尼，抑制系统低频振荡的发生，提高电力系统的稳定性，目前在大多发电机的励磁系统上已得到广泛的应用，成为现代励磁调节器不可缺少的功能之一。 AVR产生负阻尼 PSS产生正阻尼 采用电力系统稳定器（PSS）是增加系统阻尼，防止低频振荡的有效措施。自20世纪70年代末，国外大部分电力系统发生低频振荡时，均采用PSS。 我们电站采用的是PSS2B,PSS原理简介,在电力系统中，发电机经输电线路并列运行时，在诸如负荷变化等小的扰动作用下，等值发电机之间就会发生相对摇摆，输电线路上

5、的功率也发生相应的振荡。一般情况下，由于阻尼的作用，振荡23次后即平息。如果系统阻尼不足，则振荡将持续甚至放大。这种振荡频率一般为0.22.5Hz之间，故称为低频振荡。 改善电力系统网架结构对防止低频振荡是很重要的，但系统是在不断发展，不断变化的，随时可能发生新的弱联系。因此，单纯依靠加强系统结构来防止弱阻尼，不仅是不经济的，也几乎是不可能的，必须同时在控制系统采取措施，增加阻尼，防止振荡。,PSS框图,五、发电机事故灭磁,灭磁的主要目的 在机组故障情况下断开灭磁开关、导通灭磁回路(a,b,c,d 4) 快速吸收转子能量,衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时

6、间短，灭磁电压不能超过转子允许电压值。 最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理想灭磁系统,发电机,发电机出口开关,可控硅整流桥,c,d,If, Uf p.u.,t,t=0,b,a,理想灭磁、SIC灭磁、线性电阻灭磁,六、 励磁调节器功能简介 PID调节器,无功补偿（调差） 强励电流限制（快速限制） 过励限制（励磁电流慢速、反时限） （转子的热稳定问题） 欠励限制（P-Q）同步问题 定子电流限制（过无功限制） 伏赫限制（V/HZ、U/F）（过激磁） 软起励功能 PSS功能 电制动功能 PT断线保护,作用：电

7、压频率限制器亦称磁通限制器，磁通量与机端电压和频率的比值成正比， U/F愈大，发电机与变压器铁芯饱和愈严重，铁芯饱和，励磁电流就会增加，造成铁芯发热加剧，所以必须加以限制。电压频率限制器的作用就是限制发电机端电压和频率的比值，防止发电机与其连接的主变压器由于电压过高和频率过低，引起铁芯饱和发热。 工作原理：按照一定的曲线，当频率降低或机端电压升高时，去改变发电机电压设定值，从而降低U和F的比值，限制磁通增大。,七、电压/频率限制器,八、励磁系统的分类,励磁系统的分类有两种分类方式。其一是按照有无旋转励磁机来分，其二是按照功率电源的取向来分。 按照有无旋转励磁机的分类方式有如下类型：,按照功率电

8、源的取向分类时有如下类型：,九、自并励磁系统,励磁装置就是提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置 励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统 励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响,第二节 溪口电厂机组励磁系统,一、励磁系统概述 励磁系统简介： 该系统是由瑞士ABB公司提供，其产品型号为ABB公司UNITROL 6000系列，是从原来的ABB公司UNITROL P,升级改造而来，全数字式自并激可控硅静止励磁系统，可满足机组在发电和水泵工况下运行，并能实现SFC和电气制动时对励磁系统的要求。,溪口励磁装置框图,励磁软件的简化框图,励磁

9、软件框图,二、励磁系统的组成,1)微机型双通道励磁调节器 2)励磁交流电源： 励磁变压器 3) 可控硅整流 4)灭磁及灭磁开关 5)转子过电压保护 6)起励,（1）设有两套微机型励磁调节器，其中一套工作，另一套备用； （2）设有3个支路并联运行的全控桥式整流电路，采用n-1冗余设计； （3）机组励磁电源取自发电机出口；经励磁变压器和可控硅整流器后送至励磁绕组。 （4）机组灭磁采用逆变灭磁和磁场开关灭磁两种方式。 （5）机组起励采用220V直流起励,三、励磁系统的特点,四、励磁系统主要技术参数,额定励磁电压: 156 V 额定励磁电流: 1045 A 空载励磁电流： 505 A 磁场顶值电压:

10、385VDC 强励倍数： 2倍 顶值持续时间: 20S,五、励磁系统主要设备 1、励磁变压器：,2.励磁控制柜,关于通道运行问题 励磁系统有二个通道，为通道1和通道2。每个通道中，既有自动通道，又有手动通道，通道之间及手动、自动之间都可以通过面板进行操作。正常情况下并网后，励磁均在自动通道运行，开机过程及停机过程会根据需要在手动通道运行（抽水启动，电制动均在手动通道下运行）。通道的切换问题说明如下，如果正常在通道1的自动通道运行，如果有故障，自动切换到通道2的自动通道运行，如果继续有故障，会切换到通道2的手动通道运行，如果继续有故障，会自动切换到通道1的手动通道运行。如果在切换前已经判断出，要

11、切换的下一关通道故障，则会跳到下一个要切换的通道。,3.功率柜,由6个可控硅组成一个整流桥 控制触发角就可以控制输出电流 共有3个功率柜 完成n-1冗余 即正常时3个功率柜同时运行，当一个功率柜因故障退出运行时，其余2个柜能够正常运行，满足励磁系统的各种运行模式 浪涌保护：采用Y接线的硅堆过电压限制器限制。另外每个整流桥支路的交流侧设有一组整流桥和RC组成的过电压保护回路，主要吸收交流回路的浪涌电压。,4.起励和灭磁单元,5.1 发电工况起励：发电工况起励一般情况下是他励方式，当电站进行黑启动时，起励电源由电站的220V蓄电池提供直流起励电源，通过二级管、限流电阻及接触器送至磁场回路。当机端电

12、压接近发电机额定电压的5时，整流器开始工作，当励磁变低压侧电流超过空载电流20时，直流起励回路切除。 5.2水泵工况起励：当机组SFC启动时，励磁采用手动模式，励磁电流根据SFC的给定值进行控制。当发电机并网以后，励磁切换为自动模式。当机组半压启动时，机组首先是异步启动，当转速达到90%以上，且滑差检查满足要求时，投入励磁。 5.3 灭磁： 正常情况下机组停机采用逆变灭磁，灭磁开关不动作。事故时，直接跳开磁场断路器，磁场能量经碳化硅非线性电阻迅速放电进行灭磁。 5.4 转子过电压保护：由正反并联的可控硅和一个相对应的监视继电器组成，如果直流电压超过任一可控硅的触发电压，相应的可控硅将导通，使直

13、流侧过电压通过磁场非线性电阻短接放电，从而起到保护发电机转子回路的作用。,励磁系统有两种操作方式：一种是远方控制，另一种是现地控制 一、远方控制 采用远方操作方式时，运行人员可在中控室或者LCU中通过计算机监控系统进行励磁系统的起停操作及励磁的升降等进行调节。励磁系统接收并执行远方发来的操作或调节指令，并将结果反馈到计算机监控系统。,第三节 励磁系统的运行操作,远方控制,二、现地控制,查看可以点击屏幕后就可以了 如果需要操作，如灭磁开关的分、合，励磁启、停，通道选择，自动、手动运行方式，恒无功运行方式，恒功率因数运行方式及PSS投、退。报警信号的复归等均需要在现地控制模式。 进入现地控制模式，

14、先需登录，需要密码test5，登录后设置成现地模式（手）。 对按钮的操作还需要先按释放按钮（锁）,图表显示,功率图显示,正常显示信息,报警显示信息,1、发电工况运行： 闭环自动电压调节，励磁盘柜控制方式置Remote，在转速n90%时自动投入励磁，自动电压调节AVR，机组并网前调节发电机出口电压，并网后调节机组无功负荷。 2、水泵工况运行： 闭环自动电压调节，运行时机组功率因数为1，自动电压调节AVR，调整发电机出口电压，不调整无功。,三、各工况下的励磁运行,3、电气制动工况运行： 机组停机时利用电气制动，将发电机出口短路开关三相短路，励磁投入采用手动模式的电流开环调节，此时转子磁场与定子磁场

15、相反，形成制动力矩以降低发电机转速，快速停机。 当发电机转速n=50，监控系统给励磁发一个电气制动投命令，励磁自动投入电气制动，先合上发电机出口短路开关，然后启动励磁，励磁调节采用手动方式（磁场电流调节方式），加入励磁电流，使发动机电子电流达到3000A，电气制动结束时，先退出励磁，再断开发电出口短路开关。 4、水泵工况的励磁配合放在SFC中介绍,四、几点注意事项 1.关于FCB（灭磁开关问题） FCB的手动分合闸操作，如果不通过面板操作，励磁装置会检测到一个错误信号ID 21197，灭磁开关手动合闸故障。虽然可以复归，但总归不方便。因此，建议采用面板操作。 2.关于电源供电问题 本装置对电源

16、做了大量的冗余，可以有二路直流及一路交流分别对二套电源系统供电，因此坏掉一个电源模块，装置能正常工作，并且外面线路短路也是只跳掉自己这一路，其他回路可正常工作。 其中Q61、Q62为励磁变供调节器电源空开，Q80、Q81为直流220V信号调节器电源空开，Q90为交流220V辅助电源空开，Q96为交流220V风扇电源空开。 这几个电源的辅助触点串联在一起，送监视的，因此，只要有一个电源空开断开，励磁就要报警，并且不满足开机条件。,3.关于报警信号及复归问题 励磁装置提供了非常丰富的报警和跳闸信号表，见清单，监视到每块卡的通信、光纤、温度配置错误等，每个可控硅的导通、触发、温度等，每个保险的通断，

17、RC阻容保护，跨接器的触发，灭磁开关，电源供电问题等，一些故障可能对应好几个报警信号。 对故障信号的复归，可能有时候需要重复几次，主要是外部报警不复归，有时候内部信号也是复归不掉，而内部报警不复归，有时候外部ESD信号也复归不掉，因此，碰到复归不掉的报警，再好二者之间多复归一下。 整流柜中的小显示屏在该整流柜出现故障时，也会提供报警，前面的绿灯会变成黄灯，但其复归故障信息，同样可以在ECT中复归。,4、关于ECT操作问题 现地的操作均通过ECT完成，有信号、图形、录波信号等丰富的人机界面，需要操作首先需登入，登入密码是TEST5，再切换到现地，在现地情况下就能在面板上操作了。要操作命令，必须首先对命令解锁，解锁一次，只能执行一个命令。