發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)-

1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)2013年07月生產(chǎn)準(zhǔn)備部金恩華潤電力（溫州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部粵電靖海電廠勵(lì)磁控制柜粵電靖海電廠勵(lì)磁控制柜（美國（美國GE公司）公司）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本原理供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。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。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)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。 勵(lì)磁系統(tǒng)的作用勵(lì)磁系統(tǒng)的作用 勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。其主要作用有：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

2、值?？刂撇⒘羞\(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配。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)行要求對發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。勵(lì)磁系統(tǒng)的分類勵(lì)磁系統(tǒng)的分類我廠勵(lì)磁系統(tǒng)UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)我公司發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用的是機(jī)端自并勵(lì)靜止勵(lì)磁自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)系統(tǒng)（瑞士ABB公司產(chǎn)品，型號:UNITROL 5000）。發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)通過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)電壓和無功功率的目的。其主要分為四個(gè)部分： 1、勵(lì)磁變壓器； 2、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）； 3、可控硅整流器； 4、起勵(lì)和

3、滅磁單元。發(fā)電機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖發(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)器測量元件RE沒有旋轉(zhuǎn)部件。運(yùn)行可靠性高，調(diào)整、維護(hù)簡單，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)子回路中，沒有主勵(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。自并勵(lì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)自并勵(lì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)自并勵(lì)系統(tǒng)的缺點(diǎn)自并勵(lì)系統(tǒng)的缺點(diǎn)整流裝置電源電壓取自發(fā)電機(jī)端，系統(tǒng)故障時(shí)，隨著機(jī)端電壓下降，影響勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)能力。有碳刷增加了維護(hù)量。發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，因機(jī)端電壓突然降低很多時(shí)可能不滿足強(qiáng)勵(lì)要求，強(qiáng)勵(lì)減弱

4、時(shí)，短路電流迅速衰減，而造成出口帶時(shí)限繼電器拒動(dòng)，使故障擴(kuò)大，須加有記憶功能繼電器。起勵(lì)時(shí)，發(fā)電機(jī)剩磁不足以提供可控硅的導(dǎo)通電壓，發(fā)電機(jī)不能自勵(lì)，需要另外設(shè)置起勵(lì)電源。主回路信號接口板主回路信號接口板控制板控制板測量單元板測量單元板擴(kuò)展門極控制板擴(kuò)展門極控制板整流橋接口板整流橋接口板門極驅(qū)動(dòng)器門極驅(qū)動(dòng)器/ /脈沖觸發(fā)板脈沖觸發(fā)板就地控制屏就地控制屏快速輸入輸出界面卡快速輸入輸出界面卡數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線勵(lì)磁變勵(lì)磁變PTPTCTCT發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)整流柜整流柜碳刷碳刷勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁變壓器我公司勵(lì)磁變壓器為廣東順特電氣有限公司生產(chǎn)的三臺單相環(huán)氧澆注干式變壓器；總?cè)萘繛?X3300KVA；變比為27kV/1

5、060V 。采用自然風(fēng)冷（帶冷卻風(fēng)機(jī)）的冷卻方式，當(dāng)勵(lì)磁變溫度高至100時(shí)，冷卻風(fēng)扇自啟；溫度低至80時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)停止。勵(lì)磁變溫度高至130時(shí)，發(fā)超溫報(bào)警。 高壓側(cè)每相提供3組套管CT，兩組用于保護(hù)，一組用于測量。低壓側(cè)每相也提供3組CT，兩組用于保護(hù)，一組用于測量。可控硅整流器可控硅整流器采用三相全波橋式整流，共有4個(gè)功率柜組成?？煽毓枵鳂蛲ㄟ^一個(gè)門極驅(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。當(dāng)一個(gè)功率柜退出運(yùn)行時(shí)能滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)和1.1倍額定電流運(yùn)行的要求。當(dāng)兩個(gè)功率柜退出運(yùn)行時(shí)，能提供發(fā)電機(jī)額定工況所需的勵(lì)磁容

6、量,不能進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)。如果三臺功率柜故障則自動(dòng)切斷勵(lì)磁。運(yùn)行中嚴(yán)禁打開功率柜的門，否則，該功率柜將自動(dòng)退出運(yùn)行（我廠待定）。標(biāo)準(zhǔn)整流器 (n = 4) 具有4個(gè)并聯(lián)的可控硅整流橋，其中至少有一個(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)仍能滿足最大勵(lì)磁功率。冷卻方式：帶冗余風(fēng)機(jī)的強(qiáng)迫冷卻。當(dāng)兩臺冷卻風(fēng)機(jī)都退出運(yùn)行時(shí)，該整流柜退出運(yùn)行。另外整流器還有溫度保護(hù)，90跳閘。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR 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)端電壓和無功功率，它對勵(lì)磁電壓快速作出反應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間為幾個(gè)毫秒。 我公司AVR選用帶有手動(dòng)緊急備用通道的雙通道系統(tǒng)，這

7、是目前UNITROL 5000系統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)的最高配置。AVRAVR的基本原理的基本原理主要由測量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三個(gè)基本單元構(gòu)成。測量比較單元用來測量經(jīng)過變換的與發(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；電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對測量等信號起綜合放大作用；移相觸發(fā)單元?jiǎng)t根據(jù)輸入的控制信號的變化，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。AVRAVR內(nèi)部模塊內(nèi)部模塊用于對可控硅橋的控制，安裝在一個(gè)金屬小箱內(nèi)具體包括：負(fù)責(zé)所有的調(diào)節(jié)和控制功能，還包括可控硅的脈沖產(chǎn)生。每一塊COB 包括以下功能：

8、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(自動(dòng)控制)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器(手動(dòng)控制)具有時(shí)間可調(diào)的軟啟動(dòng)功能自動(dòng)運(yùn)行通道和自動(dòng)備用通道之間的自動(dòng)跟蹤自動(dòng)和手動(dòng)通道的雙向自動(dòng)跟蹤恒無功或恒功率因素的控制PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器?？刂瓢蹇刂瓢?COB)(COB)用于測量發(fā)電機(jī)定子側(cè)信號。它直接測量發(fā)電機(jī)的三相電壓和電流，并通過這些量計(jì)算出其它信號：如P（有功）、Q（無功）、f（頻率）等，同時(shí)提供了強(qiáng)電參數(shù)和測量信號之間的電氣隔離。測量單元板測量單元板(MUB)(MUB)作為雙通道配置的后備通道使用。EGC 連同COB、MUB一起安裝在同一個(gè)金屬箱中，但在結(jié)構(gòu)上是獨(dú)立的。EGC具有下列功能： 1、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié) 2、通道跟蹤，以便在CO

9、B故障 時(shí)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換 3、備用瞬時(shí)過電流保護(hù)繼電器 4、備用反時(shí)限過電流繼電器 5、直流側(cè)短路保護(hù) 擴(kuò)展門極控制板擴(kuò)展門極控制板(EGC)(EGC) COB板與被處理信號接口16 路開關(guān)量輸入18 路開關(guān)量輸出4 路模擬量輸出3 路模擬量輸入跨接器電流信號輸入3 路帶放大器功能的電流電壓信號輸入快速輸入輸出界面卡快速輸入輸出界面卡(FIO)控制模塊(COB)和勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際測量值之間的帶電氣隔離的一個(gè)接口，包括勵(lì)磁電流和電壓的測量，可控硅整流橋輸入電流和電壓的3相測量。主回路信號接口板主回路信號接口板(PSI)就地控制屏（就地控制屏（LCPLCP）LCP可以用于UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)

10、的就地操作。它還能顯示重要的過程信號。它是可編程的，通過ARCNET總線與系統(tǒng)相連接。遠(yuǎn)方/遙控翻頁試驗(yàn)燈手動(dòng)功能按鈕滅磁開關(guān)下翻降壓勵(lì)磁退出功率因數(shù)打印報(bào)警復(fù)位通道模擬數(shù)顯電池%維護(hù)操作手持屏維護(hù)操作手持屏 (SPA) (SPA)多功能手持屏SPA用于調(diào)試和維護(hù)。具有就地操作、參數(shù)設(shè)定和應(yīng)用程序編程功能?？娠@示勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（如發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓）、設(shè)定參數(shù)。還具有實(shí)時(shí)報(bào)警和故障記錄管理功能。該手持屏有16個(gè)觸摸鍵和一個(gè)420字符的液晶顯示屏，類似于一個(gè)袖珍計(jì)算器。它通過串行接口與勵(lì)磁裝置相連接，數(shù)據(jù)傳輸速率為9600位/秒。手持屏的電源通過串行電纜提供，其本身不需電池。手持

11、屏與AVR雙通道之間的通訊是通過公共接口實(shí)現(xiàn)的。兩通道由各自的ID識別號區(qū)分，不需要重新連接電纜，就可以自由選擇與任一通道進(jìn)行通訊。主要功能是向門極驅(qū)動(dòng)板/脈沖觸發(fā)板GDI發(fā)送用于觸發(fā)三相全控橋的序列脈沖。用于監(jiān)控整流橋的所有電子部件。其主要作用是監(jiān)控風(fēng)機(jī)、溫度和熔絲。 在每臺整流橋的正、負(fù)輸出連接處都配有電流傳感器。根據(jù)這些輸入值，CIN可自動(dòng)調(diào)節(jié)各可控硅的電流，從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)橋的均流。整流橋的實(shí)際狀態(tài)顯示在柜門的整流橋顯示面板CDP上。 GDI: 門極驅(qū)動(dòng)器/脈沖觸發(fā)板 將脈沖放大到晶閘管觸發(fā)所必須的水平。整流橋接口板（整流橋接口板（ CIN CIN）門級驅(qū)動(dòng)器（門級驅(qū)動(dòng)器（GDI)GDI)

12、華潤電力（溫州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部瞬時(shí)橋電流整流橋故障信息整流橋就地顯示盤（整流橋就地顯示盤（CDP)CDP)華潤電力（溫州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部整流橋冷卻風(fēng)扇整流橋冷卻風(fēng)扇華潤電力（溫州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部提供電源，帶有濾波功能把交流或者直流變成 24VDC額定輸入范圍：100-240VAC,100-283VDC供電模塊供電模塊(POW)(POW)起勵(lì)起勵(lì)單元單元正常情況下，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UNITROL 5000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，門極控制單元就能有效地控制可控硅整流橋。如

13、果殘壓低于10V不足以建立發(fā)電機(jī)電壓時(shí)，經(jīng)過一定時(shí)間的延遲，起勵(lì)裝置就會投入：起勵(lì)回路自動(dòng)閉合，向磁場繞組通流，定子建壓開始。R03當(dāng)電壓達(dá)到額定值的10%時(shí)，可控硅橋已經(jīng)能正常工作，起勵(lì)開關(guān)自動(dòng)斷開。軟起勵(lì)過程開始將發(fā)電機(jī)電壓升到額定電壓27KV，整個(gè)起勵(lì)過程的控制和監(jiān)測都是由AVR軟件實(shí)現(xiàn)的。在整流橋的輸出電壓高于直流系統(tǒng)電壓時(shí)，起勵(lì)回路中的二極管會阻止反向電流流入直流系統(tǒng)。起勵(lì)電流大約為空載勵(lì)磁電流的10%至20%，其大小取決于串入的限流電阻 R03 。軟起勵(lì)用于防止機(jī)端電壓的起勵(lì)超調(diào)。如果超調(diào)的話可能引起電壓過高造成過激磁。滅磁單元滅磁單元 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

14、機(jī)，必須安全迅速地將儲存在磁場中的能量泄放。滅磁功能由滅磁開關(guān)，跨接器和滅磁電阻實(shí)現(xiàn)。 滅磁開關(guān)設(shè)計(jì)用于在任何故障情況下安全切斷勵(lì)磁電流。滅磁開關(guān)開斷后，還在勵(lì)磁變壓器和磁場繞組之間形成明確的電氣隔離。 自動(dòng)滅磁裝置裝在勵(lì)磁回路直流側(cè)。滅磁開關(guān)型號為GERapid8007 2X2額定電流8000A，開斷電流120KA。 勵(lì)磁系統(tǒng)具有短時(shí)過載能力，對靜態(tài)自并勵(lì)系統(tǒng)，按80%機(jī)端電壓計(jì)算，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)不小于2，允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間10秒。 滅磁作用滅磁作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部、引出線、高廠變等發(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)勢會繼續(xù)維持故障電流，為了迅速排除故障，減小其損壞程度，必

15、須安全迅速地將儲存在磁場中的能量泄放，即把勵(lì)磁繞組的電流建立的磁場迅速降低到最小。 滅磁要求滅磁要求： 1.滅磁時(shí)間盡可能的短（發(fā)電機(jī)端電壓由額定值Un降至5% Un所需的時(shí)間稱滅磁時(shí)間）2.勵(lì)磁繞組兩端的過電壓不超過允許值（通過跨接器來實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)的要求）。 滅磁方式滅磁方式：逆變滅磁。 滅磁回路：滅磁回路：主要由磁場開關(guān)、滅磁電阻、晶閘管跨接器及其相關(guān)的觸發(fā)元件組成。 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關(guān)控制。勵(lì)磁電流的衰減過程取決于滅磁電阻的特性。非線形電阻的滅磁特性比線性的好，勵(lì)磁電流的衰減比較快。b 、當(dāng)滅磁開

16、關(guān)斷開時(shí)，通過觸發(fā)跨接器的可控硅將勵(lì)磁電流瞬時(shí)導(dǎo)入滅磁回路，滅磁過程開始。 c 、發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，跨接器的可控硅不導(dǎo)通，非線性電阻上不通過電流；滅磁開關(guān)跳開后，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，直至磁場能量釋放完。d 、跨接器作為勵(lì)磁繞組和可控硅整流器過電壓保護(hù)。逆變滅磁在滅磁開關(guān)分閘時(shí)間內(nèi)完成的，一般是在毫秒內(nèi)完成。磁場開關(guān)跳開后通過非線性電阻實(shí)現(xiàn)滅磁，滅磁時(shí)間較短2-3S左右?？缃悠骷坝|發(fā)板跨接器及觸發(fā)板觸發(fā)單元是靜態(tài)滅磁裝置（跨接器）的一部分，具有多個(gè)獨(dú)立的放電可控硅觸發(fā)回路。發(fā)電機(jī)的受控滅磁回路是雙冗余的，與滅磁開關(guān)的跳閘線圈同時(shí)接通。設(shè)有一個(gè)電壓監(jiān)測回路，

17、在勵(lì)磁電壓超過設(shè)定值時(shí)它會自動(dòng)觸發(fā)可控硅。因此跨接器作為獨(dú)立的過電壓保護(hù)裝置，可保護(hù)可控硅和磁場繞組免受危險(xiǎn)過電壓尖峰的沖擊。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地對汽輪發(fā)電機(jī)組的影響不大，一般允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。發(fā)電機(jī)組發(fā)生一點(diǎn)接地后，轉(zhuǎn)子各部分對地電位發(fā)生變化，比較容易誘發(fā)兩點(diǎn)接地，汽輪發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生兩點(diǎn)接地，其后果相當(dāng)嚴(yán)重，由于故障點(diǎn)流過相當(dāng)大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體；由于部分繞組被短接，勵(lì)磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去平衡，從而引起振動(dòng)。勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地，還可使軸系和汽機(jī)磁化。勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地，即使保護(hù)正確動(dòng)作，從防止汽缸和大軸磁化方面來看，為時(shí)已晚。勵(lì)磁回路發(fā)生兩點(diǎn)接

18、地故障引起的后果非常復(fù)雜，處理很麻煩。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)近年來，大型汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)已屬定論，國內(nèi)外均無異議。但在一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號還是動(dòng)作于跳閘的問題上，存在著不同的看法。主張動(dòng)作于信號者，則考慮裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)；主張動(dòng)作于停機(jī)者，則認(rèn)為不必再裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)，這有利于避免發(fā)生汽機(jī)磁化。另外，由于目前尚缺少選擇性好、靈敏度高、經(jīng)常投運(yùn)且運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟的勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置，所以也有不裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)的意見，進(jìn)口大型機(jī)組，很多不裝兩點(diǎn)接地保護(hù)。ABB公司的UNITROL 5000型勵(lì)磁系統(tǒng)中帶有電橋式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，他們對轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的設(shè)計(jì)思想是：當(dāng)勵(lì)磁回路絕緣電阻下降到一定值時(shí)報(bào)警，當(dāng)絕緣電阻繼續(xù)下降至一定值時(shí)，保護(hù)即動(dòng)作切除發(fā)電機(jī)組，以防止發(fā)生兩點(diǎn)接導(dǎo)致災(zāi)難性事故。（我廠設(shè)不設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)待定）通電前的檢查通電前的檢查