自動(dòng)裝置-第五章-同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)

1、第五章 同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁第一節(jié) 概述一、勵(lì)磁系統(tǒng) 1、概念：供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備 2、組成：勵(lì)磁機(jī)（或其它勵(lì)磁供電設(shè)備）L（ZB、GLH） 手調(diào)勵(lì)磁裝置RC 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器ZTL 自動(dòng)滅磁裝置MK 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置 強(qiáng)行勵(lì)磁裝置QLC 強(qiáng)行減磁裝置QJC 二、自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的作用（略講） 1、保持端電壓于定值（f獨(dú)立運(yùn)行） P U iL U U恒定 負(fù)反饋 2、維持系統(tǒng)電壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)功分配（f聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行） Ux iL Q Ux Ux恒定 U Q合理分配（Kdc） 3、利于系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定（小擾動(dòng)） 功角特性：Pe=sin 其中：Pe發(fā)電機(jī)傳送有功功率 與（系統(tǒng)母線電壓）相位

2、差 或各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子空間位置 =+j 有勵(lì)磁調(diào)節(jié)：=Ed不變，<<xd，dPe/d（整步功率系數(shù)），Pemax（功率極限） 4、提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定（大擾動(dòng)） 如圖：1事故前 2事故中 3事故后（無(wú)勵(lì)磁） 事故后（有勵(lì)磁） abcd加速面積s1 def減速面積s2 減速面積s3 s1>s2 失步 s1=s3 穩(wěn)定運(yùn)行在新的平衡點(diǎn)i 5、機(jī)組甩負(fù)荷，強(qiáng)行減磁，限制過(guò)壓 機(jī)組內(nèi)部故障，迅速滅磁三、組成 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（ZTL）、強(qiáng)勵(lì)、強(qiáng)減、滅磁四、對(duì)ZTL的基本要求 第二節(jié) 小型水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一、勵(lì)磁方式 1、分類： 相復(fù)勵(lì)（移相電抗分流） （1）自勵(lì)自并勵(lì)、自復(fù)勵(lì)（可控硅） 諧

3、波勵(lì)磁（三次諧波） 特點(diǎn)：由發(fā)電機(jī)本身提供勵(lì)磁電流 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：受系統(tǒng)影響大 直流勵(lì)磁機(jī)（2）它勵(lì) 交流勵(lì)磁機(jī) 特點(diǎn)：由發(fā)電機(jī)本身以外的電源供電 優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，受系統(tǒng)影響小 缺點(diǎn)：造價(jià)高，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜 2、常用勵(lì)磁方式：（1）直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（它勵(lì)） iL=iZTL+iZL 勵(lì)磁電源：L 調(diào)節(jié)方法：手調(diào)RC； 自動(dòng)調(diào)節(jié)iZTL（U） 優(yōu)點(diǎn)：勵(lì)磁電源可靠 缺點(diǎn)：碳刷、換向器維護(hù)麻煩，調(diào)節(jié)速度慢，容量受限制（100MW以下機(jī)組）， 機(jī)組長(zhǎng)度增加（2）交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)（它勵(lì)） a、靜止整流器勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電源：L 調(diào)節(jié)方法：ZTL 優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)換向器 缺點(diǎn)：仍有滑環(huán)、碳刷

4、b、旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁系統(tǒng)（無(wú)刷勵(lì)磁） 如上圖，紅色虛框?yàn)樾D(zhuǎn)部分 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)碳刷、換向器，維護(hù)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：勵(lì)磁回路無(wú)法監(jiān)測(cè)； 整流裝置需承受較大離心力； 滅磁慢 3、自并勵(lì)可控硅靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電源：ZB 調(diào)節(jié)方法：ZTL 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)碳刷、換向器磨損及環(huán)火 缺點(diǎn)：強(qiáng)勵(lì)性能取決于機(jī)端電壓 4、直流側(cè)并聯(lián)的自復(fù)勵(lì)可控硅靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電源：ZB（電壓源）； GLH（電流源） 復(fù)勵(lì)電流取決于：定子電流i； iZTL 空載：i=0（GLH無(wú)輸出），由ZB提供iL 負(fù)載：ZB iL GLH 短路：IdGLH提供強(qiáng)勵(lì)iL 開(kāi)機(jī)：ZB、GLH無(wú)輸出，設(shè)起勵(lì)裝置 優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)勵(lì)電流大； 兩個(gè)勵(lì)磁電源互為備用，避免失

5、勵(lì) 5、交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)可控硅靜止勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電源：ZB； GLH鐵芯帶氣隙的電抗變壓器 合成電勢(shì)可控硅整流iL （反映Uf、If、cos大小，相復(fù)勵(lì)特性） 優(yōu)點(diǎn)：相復(fù)勵(lì)特性（相位補(bǔ)償）cosUf補(bǔ)償（IL） 缺點(diǎn)：GLH激磁電抗大，效率低 6、三次諧波（自勵(lì)恒壓）勵(lì)磁系統(tǒng) 勵(lì)磁電源：發(fā)電機(jī)定子槽中一組獨(dú)立諧波繞組 優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)調(diào)節(jié)性能（P諧波電壓UiLU）； 強(qiáng)勵(lì)性能（短路諧波電壓UiLU）復(fù)習(xí)提問(wèn)：1、勵(lì)磁系統(tǒng)概念、作用對(duì)象及組成2、自勵(lì)、它勵(lì)區(qū)別3、自并勵(lì)、自復(fù)勵(lì)區(qū)別4、相復(fù)勵(lì)箱位補(bǔ)償含義第三節(jié) 繼電強(qiáng)行勵(lì)磁和強(qiáng)行減磁一、強(qiáng)勵(lì)的作用 概念：系統(tǒng)電壓急劇下降時(shí)迅速將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增至最大值

6、的自動(dòng)裝置 作用：P79二、強(qiáng)勵(lì)性能的衡量指標(biāo) 1、勵(lì)磁電壓上升速度 定義：強(qiáng)勵(lì)時(shí)第一個(gè)0.5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得的強(qiáng)勵(lì)電壓上升平均速度，用額定勵(lì)磁電壓倍數(shù)表示 = （一般=0.81.2 1/s） 2、強(qiáng)勵(lì)頂值電壓倍數(shù) 定義：強(qiáng)勵(lì)時(shí)最高勵(lì)磁電壓與額定勵(lì)磁電壓之比 KQ=ULm/ULe （一般KQ =1.82倍） 3、強(qiáng)勵(lì)允許時(shí)間 1min左右三、繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置 1、原理接線圖 a、組成： 1YJ、2YJ、1YZJ、2YZJ、XJ、QLC（QLC接點(diǎn)為常開(kāi)，圖中有誤） b、原理： UF8085%Ue 強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作RC短接； 發(fā)信號(hào) UF恢復(fù)強(qiáng)勵(lì)復(fù)歸 c、接線特點(diǎn)： 1YJ、2YJ串接：防1YH（2YH）熔

7、斷器熔斷，強(qiáng)勵(lì)誤動(dòng)作 DL1輔助觸點(diǎn)：F起動(dòng)、事故跳閘時(shí)閉鎖QLC（退出） BK切換開(kāi)關(guān)：投切QLC d、保證最大動(dòng)作機(jī)率 并列運(yùn)行各機(jī)組，其低壓元件接于不同的相間電壓上 （而每臺(tái)機(jī)中的兩個(gè)低壓元件應(yīng)接于同一相間電壓上） e、與復(fù)勵(lì)調(diào)節(jié)器配合 考慮ZTL對(duì)某些故障喪失強(qiáng)勵(lì)能力，依靠繼電強(qiáng)勵(lì) f、采用正序?yàn)V過(guò)器 提高強(qiáng)勵(lì)裝置靈敏度可反映各種不對(duì)稱短路 g、確保低電壓繼電器動(dòng)作 兩YH箱位不同時(shí)，應(yīng)確保兩YJ反映同一故障四、繼電強(qiáng)行減磁裝置（僅用于水輪發(fā)電機(jī)） 1、減磁的作用 a、機(jī)組甩負(fù)荷 b、機(jī)組內(nèi)部故障，滅磁引起的勵(lì)磁機(jī)甩負(fù)荷 2、強(qiáng)減的取得方式 a、ZTL負(fù)反饋 b、繼電器、直流接觸器等（

8、同強(qiáng)勵(lì)） c、滅磁開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)（MK跳開(kāi)，自動(dòng)接入強(qiáng)減電阻） 3、繼電強(qiáng)行減磁裝置的原理接線圖 與強(qiáng)勵(lì)的區(qū)別： （1）接線 強(qiáng)減 強(qiáng)勵(lì) 1YJ、2YJ YJ （低電壓繼電器） （過(guò)電壓繼電器） （2）強(qiáng)勵(lì)：RIL 強(qiáng)減：RIL 相同之處：改變勵(lì)磁回路阻值改變勵(lì)磁大小 原理：U>1.15Ue 強(qiáng)減動(dòng)作Rjc接入； 發(fā)信號(hào) UUe 返回 第四節(jié) 復(fù)式勵(lì)磁和相位復(fù)式勵(lì)磁復(fù)習(xí)： 發(fā)電機(jī)外特性曲線：iL恒定，Uf=f（If） （比較cos=0.9，0.8，0.7曲線特點(diǎn)) 發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)特性曲線：Uf恒定，iL=f（If） （比較cos=0.9，0.8，0.7曲線特點(diǎn))一、復(fù)式勵(lì)磁 1、特點(diǎn)：根據(jù)發(fā)電

9、機(jī)定子電流If的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁 2、接線：P85圖4-16 組成元件：電流互感器LH 復(fù)勵(lì)變壓器FZB（變壓、隔離交、直流） 復(fù)勵(lì)整流橋FZL 復(fù)勵(lì)調(diào)節(jié)電阻Rft 復(fù)勵(lì)開(kāi)關(guān)FK 3、原理：iL=iZL+ifL（1）ifL=0 ifL=0 iL=iZL（調(diào)節(jié)Rc的大小來(lái)滿足空載額定電壓的需要）（2）ifL1020%Ie（ifL較小） ifL=0 iL=iZL（整流橋的輸出電壓被“封鎖”）（3）ifL>1020%Ie iL=iZL+ifL（IfifL） 復(fù)勵(lì)特性及裝有復(fù)勵(lì)的發(fā)電機(jī)外特性如圖4-17所示 只有A、B兩點(diǎn)能保持Uf=Ue 4、功率因數(shù)cos的影響 iL只反映If大小，不反映c

10、os大小 cosUf（復(fù)勵(lì)特性與調(diào)節(jié)特性偏移較大） 5、手動(dòng)調(diào)節(jié)Rft Rft作用：If、cos變化時(shí)，維持Uf恒定； 平滑退出復(fù)勵(lì) Rft對(duì)發(fā)電機(jī)外特性的影響見(jiàn)圖4-19（b） 另：調(diào)節(jié)Rc也可維持Uf恒定，但Rc位置在使用復(fù)勵(lì)時(shí)一般不變 Rc對(duì)發(fā)電機(jī)外特性的影響見(jiàn)圖4-19（a） 6、短路時(shí)的工作情況 IdifL具有一定強(qiáng)勵(lì)特性（但受鐵芯飽和限制）二、相位復(fù)式勵(lì)磁 1、接線 P87圖4-20 XFB：相復(fù)勵(lì)變壓器 2、原理： = = （其中： ） 取|、|為定值，以為cos的函數(shù)作出矢量圖 P88圖4-21 3、特點(diǎn)： （1）相復(fù)勵(lì)的輸出電流與、和cos三者有關(guān) （2）cos|相位補(bǔ)償 （

11、cos=1|最小 cos=0|最大） （3）電壓互感器YH斷開(kāi)復(fù)式勵(lì)磁 （4）空載或負(fù)荷電流較小“電壓源”保證一定的電流輸出 （5）DK作用：正常運(yùn)行或靠近機(jī)端短路時(shí)，限制“電流源”在WV回路中的汲出電流，增加在W2回路中的輸出電流三、小結(jié) 1、復(fù)勵(lì)與相復(fù)勵(lì)均能反映定子電流的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁，并有一定的強(qiáng)勵(lì)性能； 但前者僅反映定子電流絕對(duì)值，而后者則反映定子電流絕對(duì)值及端電壓和cos，具有較好的補(bǔ)償特性。 2、單獨(dú)使用復(fù)勵(lì)與相復(fù)勵(lì)均不能維持端電壓恒定，須與電壓校正器配合。 3、相復(fù)勵(lì)必須采用DK，若無(wú)DK，則正常運(yùn)行時(shí)復(fù)勵(lì)環(huán)節(jié)作用甚微；且機(jī)端短路將失去強(qiáng)勵(lì)能力。復(fù)習(xí)提問(wèn)：1、復(fù)勵(lì)裝置中下列元件

12、的作用： FZB、FK2、Rft、RC作用3、復(fù)勵(lì)特點(diǎn)，與相復(fù)勵(lì)相同與不同之處介紹復(fù)勵(lì)與相復(fù)勵(lì)的工作特點(diǎn)：復(fù)勵(lì)：IfUf IfILUf 補(bǔ)償相復(fù)勵(lì)：IfUf IfILUf cosUf 補(bǔ)償 cosILUf結(jié)論：?jiǎn)为?dú)使用均不能保證Uf恒定與可控硅靜止勵(lì)磁裝置的比較：可控硅勵(lì)磁：Uf-Ue=U調(diào)節(jié)IL 調(diào)節(jié)效果好，考慮了引起U變化的各種因素影響，包括If、cos等 復(fù)習(xí)提問(wèn)：1、強(qiáng)勵(lì)性能的兩個(gè)衡量指標(biāo)、意義2、繼電強(qiáng)勵(lì)、強(qiáng)減相同與不同之處3、繼電強(qiáng)勵(lì)接線特點(diǎn)（同一機(jī)組、不同機(jī)組）4、繼電強(qiáng)勵(lì)接線DL輔助接點(diǎn)作用 第五節(jié) 可控硅靜止勵(lì)磁裝置的基本電路一、可控硅靜止勵(lì)磁裝置的組成（結(jié)合框圖講解）（一）

13、基本工作單元： 測(cè)量變壓器 Ue 測(cè)量比較 If、Uf、cosU 電流調(diào)差 綜合放大 UUK 移相觸發(fā) UKUg（） 勵(lì)磁電源 功率輸出 可控硅橋式整流 Ug（）UL（iL） 保護(hù)附加回路（二）輔助工作單元： 起勵(lì) 手動(dòng)、自動(dòng)切換 低勵(lì)（最小勵(lì)磁限制） 過(guò)勵(lì)（電流限制）二、種類 TKL型：適用100010000KW水輪發(fā)電機(jī) TKL-11：自并列 ZTL（ZB） 小型機(jī)組 TKL-21：自復(fù)勵(lì) 復(fù)勵(lì)+ZTL 大型機(jī)組 （GLH）（ZB）三、可控硅靜止勵(lì)磁裝置功率輸出電路 勵(lì)磁電源 可控硅整流電路 保護(hù)附加回路（一）勵(lì)磁電源 1、自并列 TKL-11：ZB UL=1.35U 其中：U半控橋三相對(duì)

14、稱線電壓（ZB副邊） 控制角 2、自復(fù)勵(lì) TKL-21：ZB 3040%ILe GLH 6070%ILe 空載：IL0=IZTL 負(fù)載：IL1=IZTL1+IFL1 如圖：復(fù)勵(lì)太強(qiáng)調(diào)節(jié)器失去作用 復(fù)勵(lì)太弱調(diào)節(jié)器負(fù)擔(dān)過(guò)重復(fù)習(xí)提問(wèn)：1、可控硅靜止勵(lì)磁裝置的組成及作用2、TKL-11、TKL-21勵(lì)磁電源的差別（二）可控硅整流電路 1、三相半控橋式整流電路 三只可控硅共陰極組； 三只二極管共陽(yáng)極組 可控硅導(dǎo)通條件：陽(yáng)極電位高于陰極（正向陽(yáng)極電壓） 控制極加入正觸發(fā)脈沖 可控硅截止條件：陽(yáng)極與陰極間加反向電壓 （或通過(guò)電流小于維持電流） 整流二極管導(dǎo)通條件：陰極電位最低 控制角：可控硅在正向電壓下不導(dǎo)通的角度范圍 （未加觸發(fā)脈沖的角度） =0可控硅在剛進(jìn)入正向電壓瞬間加觸發(fā)脈沖 導(dǎo)通角：可控硅在正向電壓下導(dǎo)通的角度范圍 自然換向點(diǎn)：三相瞬時(shí)電壓的交點(diǎn) 移相：改變加入觸發(fā)脈沖的時(shí)刻以改變