第四講：勵(lì)磁系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、第四講發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)n供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備稱(chēng)為勵(lì)磁系統(tǒng)。n它分為勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分。n勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理二、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用二、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用n勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部份，它對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用有：根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值。控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配。提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性。提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部

2、出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度。根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。三、勵(lì)磁系統(tǒng)的分類(lèi)三、勵(lì)磁系統(tǒng)的分類(lèi)四、勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)成發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)通過(guò)可控硅整流橋控制勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功功率的目的。其主要分為四個(gè)部分：n勵(lì)磁變壓器；n勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）；n可控硅整流器；n起勵(lì)和滅磁單元；如下圖所示：1、發(fā)電機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖勵(lì)磁變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整流器滅磁單元調(diào)節(jié)器測(cè)量元件RE主要優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件。運(yùn)行可靠性高，調(diào)整、維護(hù)簡(jiǎn)單，檢修方便。自并勵(lì)方式取消了勵(lì)磁機(jī)，縮短了的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸系長(zhǎng)度可提高機(jī)組軸系的穩(wěn)定性、提高機(jī)組安全運(yùn)行的水平。因勵(lì)磁調(diào)節(jié)直接在轉(zhuǎn)子回

3、路中，沒(méi)有主勵(lì)磁機(jī)時(shí)滯環(huán)節(jié)，屬快速響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)高，響應(yīng)快，性能參數(shù)好。起勵(lì)裝置起勵(lì)裝置3、勵(lì)磁變壓器u勵(lì)磁變提供整流的交流電源， 一般采用干式變。u勵(lì)磁變宜提供溫度及過(guò)電流保護(hù)。4、可控硅整流器采用三相全波橋式整流，由六個(gè)臂組成?？煽毓枵鳂蛲ㄟ^(guò)一個(gè)門(mén)極驅(qū)動(dòng)板（GDI）去驅(qū)動(dòng)可控硅，進(jìn)行整流。整流裝置的每個(gè)功率元件都裝有快速熔斷器保護(hù)，以便及時(shí)切除短路故障，并發(fā)出信號(hào)。當(dāng)一個(gè)功率柜退出運(yùn)行時(shí)能滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)和1.1倍額定電流運(yùn)行的要求。標(biāo)準(zhǔn)整流器 按至少有一個(gè)冗余的（n-1）配置。（n-1）的含義是當(dāng)一個(gè)可控硅故障時(shí)，系統(tǒng)仍能滿(mǎn)足最大勵(lì)磁功率。冷卻方式：一般為強(qiáng)迫冷卻。當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)都退

4、出運(yùn)行時(shí)，該整流柜退出運(yùn)行。5、起勵(lì)單元正常情況下，發(fā)電機(jī)的殘壓用于起勵(lì)是足夠的。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有剩磁存在，一般情況下可以實(shí)現(xiàn)殘壓起勵(lì)。當(dāng)勵(lì)磁投入后，可控硅橋立即被觸發(fā)，只要可控硅輸入端有10-20V的電源電壓，門(mén)極控制單元就能有效地控制可控硅橋。備用起勵(lì)回路（-R03，-V03，-Q03），用它勵(lì)方式建立這一電壓。備用起勵(lì)電源取自220V直流系統(tǒng)。如果殘壓不足以建立發(fā)電機(jī)電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延遲，起勵(lì)裝置就會(huì)投入：起勵(lì)開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，向磁場(chǎng)繞組通流，定子建壓開(kāi)始。6、滅磁單元n滅磁滅磁：當(dāng)保護(hù)繼電器檢出發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，為保護(hù)發(fā)電機(jī)，必須安全迅速地將儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的能量泄放。滅磁功能由滅磁開(kāi)關(guān)，跨

5、接器和滅磁電阻實(shí)現(xiàn)。 滅磁開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)用于在任何故障情況下安全切斷勵(lì)磁電流。滅磁開(kāi)關(guān)開(kāi)斷后，還在勵(lì)磁變壓器和磁場(chǎng)繞組之間形成明確的電氣隔離。 n自動(dòng)滅磁裝置裝在勵(lì)磁回路直流側(cè)。滅磁開(kāi)關(guān)的額定參數(shù)按勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)工況（機(jī)端電壓為80%額定電壓時(shí)，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)2倍額定勵(lì)磁電壓）選擇。6、滅磁單元n1）、滅磁作用滅磁作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部、引出線(xiàn)、廠高變等發(fā)生故障時(shí)，雖然保護(hù)裝置動(dòng)作迅速切除故障，但勵(lì)磁電流產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)繼續(xù)維持故障電流，為了迅速排除故障，減小其損壞程度，必須安全迅速地將儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的能量泄放，即把勵(lì)磁繞組的電流建立的磁場(chǎng)迅速降低到最小。n2）、滅磁要求滅磁要求:a.滅磁時(shí)間盡可能的短；b.勵(lì)

6、磁繞組兩端的過(guò)電壓不超過(guò)允許值。6、滅磁單元n3）、滅磁回路滅磁回路：由滅磁開(kāi)關(guān)，跨接器Crowbar和滅磁電阻組成。滅磁電阻用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的快速滅磁。a、非線(xiàn)性電阻02并聯(lián)固定接在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組回路中，不受直流回路中的滅磁開(kāi)關(guān)控制。 b 、發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，跨接器的可控硅不導(dǎo)通，非線(xiàn)性電阻上不通過(guò)電流；滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，跨接器的可控硅接受觸發(fā)脈沖導(dǎo)通，將勵(lì)磁電流瞬時(shí)導(dǎo)入滅磁回路，直至磁場(chǎng)能量釋放完。7、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVRn自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的主要功能是精確地控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無(wú)功功率，它對(duì)勵(lì)磁電壓快速作出反應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間為幾個(gè)毫秒。主要由測(cè)量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三個(gè)基本單元構(gòu)成

7、。n測(cè)量比較單元用來(lái)測(cè)量經(jīng)過(guò)變換的與發(fā)電機(jī)端電壓成比例的直流電壓，并與相應(yīng)的電壓整定值進(jìn)行比較，得到偏差；n電壓偏差信號(hào)輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對(duì)測(cè)量等信號(hào)起綜合放大作用；n移相觸發(fā)單元?jiǎng)t根據(jù)輸入的控制信號(hào)的變化，改變輸出到可控硅的觸發(fā)脈沖，改變導(dǎo)通角，從而控制可控硅的輸出電壓，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。7、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVRn勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中裝設(shè)無(wú)功功率、功率因數(shù)等自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)有過(guò)勵(lì)磁限制、過(guò)勵(lì)磁保護(hù)、低勵(lì)磁限制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、V/H限制及轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)和PT斷線(xiàn)閉鎖保護(hù)等單元；n采用兩路完全相同且獨(dú)立的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并聯(lián)運(yùn)行，兩路通道間能相互自動(dòng)跟蹤，當(dāng)一路調(diào)節(jié)器通道出

8、現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)無(wú)擾切換到另一通道運(yùn)行。手動(dòng)、自動(dòng)電路應(yīng)能相互自動(dòng)跟蹤；當(dāng)自動(dòng)回路故障時(shí)能自動(dòng)無(wú)擾切換到手動(dòng)。CT、PT均為兩路獨(dú)立的輸入回路。 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR主通道1和主通道2之間的切換 這種勵(lì)磁系統(tǒng)具有兩個(gè)完全獨(dú)立的調(diào)節(jié)器和控制通道(通道1 及 通道2) 。兩個(gè)通道完全相同，因此可以自由地選擇通道1 或 通道2作為工作通道。備用的通道 (不工作的通道) 總是自動(dòng)地跟蹤工作通道?；旧希讼率銮闆r以外，通道的切換可以在任何時(shí)間進(jìn)行：q如果工作通道檢測(cè)到故障，將自動(dòng)地緊急切換到第二個(gè)通道。而后，直到故障修復(fù)才可能再切回到故障通道。q如果不工作的通道故障，從工作通道到不工作通道的手動(dòng)切換

9、是不可能的。q若一個(gè)通道發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)電壓同時(shí)也發(fā)生動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。然而，立即自動(dòng)切換到不工作的通道，此不工作的通道不應(yīng)當(dāng)跟隨發(fā)電機(jī)電壓的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。為了防止這種情況的發(fā)生，不工作的通道相對(duì)緩慢地跟隨發(fā)電機(jī)電壓，并具有一段延時(shí)。q應(yīng)當(dāng)考慮到從工作通道向不工作通道的手動(dòng)切換時(shí)相應(yīng)的遲緩特性。直接跟隨發(fā)電機(jī)的電壓變化，則切換具有一個(gè)短的延時(shí)。這種方法在每一種場(chǎng)合都能達(dá)到無(wú)擾動(dòng)切換。五、勵(lì)磁限制與保護(hù)1、失磁保護(hù)（P/Q）n發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在超出其穩(wěn)定極限時(shí)，失磁保護(hù)動(dòng)作，跳發(fā)電機(jī)。2、過(guò)激磁保護(hù)（V/Hz觸發(fā)器） 用于防止同步發(fā)電機(jī)和變壓器過(guò)磁通。過(guò)激磁保護(hù)首先根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率和設(shè)定值計(jì)算出當(dāng)前的機(jī)端電壓允許值，如果發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓超過(guò)允許值，就會(huì)觸發(fā)定時(shí)器延時(shí)。在延時(shí)結(jié)束前，如果電壓仍沒(méi)有返回到允許值，則發(fā)出跳閘信號(hào)。額定端電壓時(shí)凸極同步發(fā)電機(jī)的典型功率圓圖和對(duì)應(yīng)的運(yùn)行極限位置3、定子電流限制器 該限制器用于防止發(fā)電機(jī)定子過(guò)熱，在過(guò)勵(lì)和欠勵(lì)側(cè)均有效。 定子電流限制器分欠勵(lì)側(cè)和過(guò)勵(lì)側(cè)兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)時(shí)，欠勵(lì)側(cè)定子電流限制器截止，反之亦然。4、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)轉(zhuǎn)子一