葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹

1、葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹（1）2004年5月11日編寫人鄒先明一、基礎(chǔ)知識一、基礎(chǔ)知識1、勵磁系統(tǒng)的定義同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是將旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電磁功率的設(shè)備。為完成這一轉(zhuǎn)換，它本身需要一個直流磁場。產(chǎn)生這個磁場的直流電流稱為發(fā)電機(jī)的勵磁電流，專門為同步發(fā)電機(jī)提供勵磁電流的設(shè)備，即勵磁電壓的建立、調(diào)整和使其電壓消失的設(shè)備，統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。 勵磁系統(tǒng)設(shè)備一般由兩部分組成，勵磁功率設(shè)備和勵磁控制設(shè)備。 功率設(shè)備：向勵磁系統(tǒng)提供電源勵磁設(shè)備 控制設(shè)備：自動控制勵磁系統(tǒng)的參數(shù)。主 要是勵磁調(diào)節(jié)器。 勵磁系統(tǒng)的分類有兩種分類方式。其一是按照有無旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)來分，其

2、二是按照功率電源的取向來分。 按照有無旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)的分類方式有如下類型：按照有無旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)的分類方式有如下類型：2、勵磁系統(tǒng)的分類旋轉(zhuǎn)勵磁方式 靜止勵磁方式 有刷勵磁 無刷勵磁 混合式勵磁方式 二極管整流勵磁方式 可控硅整流勵磁方式 混合式整流勵磁方式 自勵方式 他勵方式 自并勵 自復(fù)勵 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵 直流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵 勵磁機(jī)供電方式 （包括直流勵磁機(jī)和交流勵磁機(jī)） 二極管整流方式 可控硅整流方式 廠用交流電源供電方式 按照功率電源的取向分類時有如下類型：按照功率電源的取向分類時有如下類型：3、勵磁系統(tǒng)的任務(wù)（1）、電壓控制 同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)通過不斷調(diào)節(jié)勵磁電流來維持機(jī)端電壓為給定

3、水平。 （2）、控制無功功率的分配 與無限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組調(diào)節(jié)勵磁電流可以改變發(fā)電機(jī)的無功功率。但在實(shí)際運(yùn)行中，與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的并不是無窮大系統(tǒng)。改變一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流，不但影響它自己的電壓與無功，也將影響與它并聯(lián)的機(jī)組的無功功率。因此，勵磁自動控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無功合理分配。 （3）、提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性 a、勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響 單機(jī)向無窮大系統(tǒng)送電的極限功率為： Pm=EqU/XPO09001800PabmP0圖1-1 同步發(fā)電機(jī)的功率特性 實(shí)際運(yùn)行時，為可靠起見，運(yùn)行點(diǎn)總是低于功率極限。事實(shí)上，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出有功功率P增加，功角增加時，對于具有按電壓偏差調(diào)節(jié)

4、勵磁的發(fā)電機(jī)來說，要維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的穩(wěn)定，必須增加勵磁電流使Eq值升高。于是，運(yùn)行點(diǎn)將移到另一條幅值較大的內(nèi)功率特性曲線上。同理，當(dāng)角再增加時，運(yùn)行曲線也更高。這樣就得到幅值連續(xù)增高的一簇內(nèi)功率特性曲線，如1-2圖所示。由于勵磁調(diào)節(jié)器的作用，使得功角極限e大于90有效提高了系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限。eP圖1-2 發(fā)電機(jī)幾條代表性功率特性曲線P0Be00b 、勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響PP00ba圖1-3發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定等面積法則 如圖（3）所示，當(dāng)突然受到某種擾動后，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)由特性曲線上的a點(diǎn)突變到曲線上的b點(diǎn)，由于動力慣性，轉(zhuǎn)子加速，若加速面積小于減速面積，發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定，反之，發(fā)電機(jī)則失去穩(wěn)定，這

5、時，發(fā)電機(jī)如能強(qiáng)行增加勵磁，使受到擾動后的發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行曲線回到功角曲線上運(yùn)行，既增大了減速面積，又減小了加速面積，改善了電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。短路切除后可以加速系統(tǒng)電壓恢復(fù)過程，改善異步電動機(jī)的自啟動條件， （2）為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行和自同期并列創(chuàng)造條件 （3）提高保護(hù)裝置工作的正確性5、PSS原理簡介 在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運(yùn)行時，在諸如負(fù)荷變化等小的擾動作用下，等值發(fā)電機(jī)之間就會發(fā)生相對搖擺，輸電線路上的功率也發(fā)生相應(yīng)的振蕩。一般情況下，由于阻尼的作用，振蕩23次后即平息。如果系統(tǒng)系統(tǒng)阻尼不足，則振蕩將持續(xù)甚至放大。這種振蕩頻率一般為0.22.5Hz之間，故稱為低頻振蕩。 改善電力系統(tǒng)

6、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對防止低頻振蕩是很重要的，但系統(tǒng)是在不斷發(fā)展，不斷變化的，隨時可能發(fā)生新的弱聯(lián)系。因此，單純依靠加強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來防止弱阻尼，不僅是不經(jīng)濟(jì)的，也幾乎是不可能的，必須同時在控制系統(tǒng)采取措施，增加阻尼，防止振蕩。 采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是增加系統(tǒng)阻尼，防止低頻振蕩的有效措施。自20世紀(jì)70年代末，國外大部分電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，均采用PSS。 PSS是采取轉(zhuǎn)速偏差（），頻率偏差（f ），功率加速偏差（ Pa），電功率偏差（ Pe）中的一個或幾個信號（一般為二個），作為自動勵磁調(diào)節(jié)器（AER）的附加輸入，產(chǎn)生阻尼轉(zhuǎn)矩，提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定。二、葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹二、葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)

7、介紹1、葛洲壩電廠勵磁方式 它勵：備勵系統(tǒng) 自并勵：20F21F勵磁系統(tǒng) 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵：1F19F勵磁系統(tǒng)1F19F20F21FFCBZBUZBUYUdUCBUtItUtUZBUCBUY圖2-1 自復(fù)勵系統(tǒng)一次電源接線原理圖圖2-2自復(fù)勵系統(tǒng)電壓向量圖ICBSCR電壓向量圖忽略了變壓器電阻的影響。由向量圖可知：UY=UZB+UCB=UZB+jICBXCB式中：XCB為CB的電抗自并勵方式與其他勵磁方式相比，設(shè)備和接線都比較簡單，可靠性高，降低了造價，勵磁調(diào)節(jié)速度很快，優(yōu)點(diǎn)十分突出。但在發(fā)電機(jī)近機(jī)端短路時，由于機(jī)端電壓很低，自并勵系統(tǒng)強(qiáng)勵能力差，由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護(hù)有可能

8、使拒動。交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵方式 可以從勵磁變和串聯(lián)變同時獲得電源，解決了發(fā)電機(jī)近機(jī)端 短路時的強(qiáng)勵問題，但由于增加了串聯(lián)變，設(shè)備和接線都變得復(fù)雜了。 n 在實(shí)際運(yùn)行中，交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)n （1）、串聯(lián)變運(yùn)行噪聲很大n （2）、串聯(lián)變的電抗使整流柜的可控硅換相角和可控硅的關(guān)斷尖峰電壓增大 （3）、由于整流柜陽極電壓與發(fā)電機(jī)電壓不同相位，且相位差在不同的運(yùn)行狀況下也不相同，故勵磁調(diào)節(jié)器只能在整流柜陽極采取同步電壓信號，而整流柜陽極的交流波形很差，可能使同步采樣出現(xiàn)錯誤。葛洲壩二江電廠勵磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表葛洲壩二江電廠勵磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵磁系統(tǒng)主要參數(shù)葛洲壩二江電廠勵

9、磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表葛洲壩二江電廠勵磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵磁系統(tǒng)主要參數(shù)葛洲壩二江電廠勵磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表葛洲壩二江電廠勵磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵磁系統(tǒng)主要參數(shù) 機(jī)組編號機(jī)組編號參數(shù)名稱參數(shù)名稱12F37F發(fā)電機(jī)型號發(fā)電機(jī)型號TS1760/200-110SF125-96/15600額定功率因數(shù)額定功率因數(shù)0.8750.875額定機(jī)端電壓額定機(jī)端電壓13.8KV13.8KV額定定子電流額定定子電流8125A5980A額定勵磁電流額定勵磁電流2077A1653A額定勵磁電壓額定勵磁電壓497V498V空載勵磁電流空載勵磁電流1289A916A空載勵磁電壓空載勵磁電壓21

10、0V183.2V強(qiáng)勵勵磁電流強(qiáng)勵勵磁電流1.5If1.5If勵磁電壓強(qiáng)勵倍數(shù)勵磁電壓強(qiáng)勵倍數(shù)1.8Uf1.8Uf額定陽極電壓額定陽極電壓727+J 83V790+J 144V勵磁方式勵磁方式靜止可控硅交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵靜止可控硅交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵T do5.59秒5.53秒轉(zhuǎn)子直流電阻（轉(zhuǎn)子直流電阻（75）0.2020.248發(fā)電機(jī)短路比發(fā)電機(jī)短路比1.331.1整整流流變變壓壓器器型號型號ZSG-2400/13.8ZSG-2000/13.8額定容量額定容量2400KVA2000KVA接線組別接線組別Y/-12Y/-12變比變比13800/727V13800/790V低壓側(cè)額定電流低壓側(cè)額定電流1

11、900A1462A串串聯(lián)聯(lián)變變壓壓器器型號型號CDT-800/15CDT-1000/13.8額定容量額定容量3800KVA31000KVA接線組別接線組別1/1-121/1-12電流電流/電壓比電壓比8125A/83V5980A/144V低壓側(cè)額定電流低壓側(cè)額定電流1711A1350A整整流流功功率率柜柜型號型號STR-1600/800STR-1600/800額定輸入電壓額定輸入電壓800V800V額定輸出電流額定輸出電流31600A21600A冷卻方式冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷強(qiáng)迫風(fēng)冷額定冷卻風(fēng)速額定冷卻風(fēng)速單柜 5m3/s單柜 5m3/s2、葛洲壩電廠勵磁功率柜原理、葛洲壩電廠勵磁功率柜原理葛洲壩電

12、廠勵磁功率柜全部采用三相全控整流橋電路其接線原理圖如圖2-3。6個可控硅按+A-C、+B-C、+B-A、+C-A、+C-B、+A-B、+A-C的順序輪流配對導(dǎo)通，每個可控硅導(dǎo)通120。它既可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。 電感負(fù)載時，其整流輸出電壓Ud與陽極電壓Uy和控制角的關(guān)系式為： Ud=1.35UyCOS， 當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時，整流電流的平均值Id與交流電流Iy的關(guān)系式為： Iy=0.816Id。AYGK+A+B+C-A-B-CCCCCCCRRRRRRKRDKRDKRDKRDKRDKRDZDK圖2-3 三相全控整流橋原理接線圖并聯(lián)在可控硅兩端的RC回路主要作用有：（1）、吸收可

13、控硅的換相過電壓（2）、限制可控硅兩端的電壓上升率Udt圖2-4 =60時可控硅全控整流橋的輸出電壓波形 在運(yùn)行中，可控硅脈沖掉相是勵磁功率柜最常見的故障。當(dāng)功率柜有一只可控硅不導(dǎo)通時 ，這個功率柜的輸出電流比 與其并聯(lián)運(yùn)行的功率柜要小1/3左右。 Udt圖2-5 有一只可控硅不導(dǎo)通時可控硅全控整流橋的輸出電壓波形 在實(shí)際運(yùn)行中，由于整流柜陽極電抗的存在，使得換相過程不能瞬間完成，要持續(xù)一段時間。使得功率柜的輸出電壓波形與圖2-4所畫的理想波形有一些差別，出現(xiàn)了換相電壓缺口和可控硅關(guān)斷尖峰電壓，功率柜的陽極電壓波形也不是標(biāo)準(zhǔn)的交流波。圖2-6 功率柜輸出直流電壓波形逆變失敗與最小逆變角的限制（

14、1）、逆變失敗的原因主要有：a、觸發(fā)電路工作不可靠b、可控硅發(fā)生故障，在應(yīng)阻斷時失去阻斷能力，或應(yīng)導(dǎo)通時不能導(dǎo)通。c、在逆變時，交流電源發(fā)生缺相或突然消失。d、換相的裕量角不足，引起換相失敗。 （2）最小逆變角min的確定 min =+ 式中： 為可控硅關(guān)斷時間tq 折合的電角度 為換相重疊角 為安全裕度 一般約45， 隨直流平均電流和換相電抗的增大而增大，考慮安全裕度， min 一般取3035。設(shè)計電路時，要保證min 葛洲壩電廠勵磁功率柜逆變時=120，即逆變角=180- =60 1 F設(shè)設(shè) 備備 技技 術(shù)術(shù) 規(guī)規(guī) 范范項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)名 稱出廠編號功率整流柜型 式制造廠STR-1600/80

15、0葛電能達(dá)公司出廠日期投產(chǎn)日期 序號參參 數(shù)數(shù) 名名 稱稱符號符號單位單位數(shù)值數(shù)值 備注備注1功率柜額定輸入電壓功率柜額定輸入電壓Uye 伏伏800 2功率柜額定輸出電流功率柜額定輸出電流Ide安培安培4800單柜單柜1600A3功率柜均流系數(shù)功率柜均流系數(shù) 0.85 4整流元件技術(shù)參數(shù)：整流元件技術(shù)參數(shù)： KPX1650/4200強(qiáng)迫風(fēng)冷元件強(qiáng)迫風(fēng)冷元件5通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT 安培安培1650 6通態(tài)峰值電壓通態(tài)峰值電壓UTM伏伏1.5 7斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM伏伏4200 8反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM伏伏4200 9 9斷態(tài)重復(fù)峰值電流斷態(tài)重復(fù)峰值電流I IDRMDRM毫安毫安3003001010反向重復(fù)峰值電流反向重復(fù)峰值電流I IRRMRRM毫安毫安2002001111斷態(tài)電壓上升率斷態(tài)電壓上升率dv/dtdv/dt10001000v/v/ s s1212通態(tài)電