電氣講義2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修_圖文

1、電氣講義2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修 前 言勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的一個重要組成部分，其主要任務是向發(fā)電機的轉子提供一個可調的勵磁直流電源，從而達到控制發(fā)電機機端電壓恒定，滿足發(fā)電機正常發(fā)電的需要。同時，勵磁系統(tǒng)還具有合理分配并聯(lián)機組無功功率和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用。因此，保證勵磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關重要，提高勵磁設備的檢修試驗技術也至關重要。 目前我國勵磁系統(tǒng)的種類很多，設備五花八門，技術水平參差不齊，給勵磁設備的檢修試驗帶來難度。為了規(guī)范和提高我國水電勵磁系統(tǒng)的檢修試驗技術水平，特編寫本篇作為電氣二次設備檢修技術的一部分。 本篇主要指導常規(guī)直流勵磁系統(tǒng)的檢修，對于交流勵磁系統(tǒng)，可以作為檢修

2、參考。目前，風力發(fā)電機一般采用交流勵磁系統(tǒng)，通過控制三相轉子繞組的勵磁電流幅度、頻率和相位，即可以控制發(fā)電機的無功和有功功率輸出，從而實現(xiàn)風力發(fā)電機組的變速恒頻運行。 編寫發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修試驗，以國內大中型勵磁系統(tǒng)的A修為主線，適當介紹一些運行維護和常見故障的處理方法。按照勵磁系統(tǒng)的主要部件來編寫檢修內容，按照勵磁系統(tǒng)整體來編寫試驗內容，其編排順序盡量與實際檢修試驗順序一致。第一章 概 述 第一節(jié) 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的分類 按照勵磁電源的不同，將勵磁系統(tǒng)分為直流勵磁機系統(tǒng)、交流勵磁機系統(tǒng)、無刷（旋轉）勵磁系統(tǒng)和靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。這種分類，基本反映了勵磁系統(tǒng)的發(fā)展進程。從直流勵磁機發(fā)展到交流勵磁機，從

3、交流勵磁機又發(fā)展成兩個方向，小方向發(fā)展為無刷勵磁系統(tǒng)，大方向發(fā)展為自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。本勵磁檢修試驗技術主要針對自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。 另外，發(fā)電機滅磁技術發(fā)展迅速，我國正在使用的滅磁類型和設備種類也很多，對此進行簡單分類，有助于勵磁系統(tǒng)的檢修試驗技術的學習。 下面對發(fā)電機各種勵磁系統(tǒng)和滅磁設備類型作一簡單介紹。 一、直流勵磁機系統(tǒng) 在電力系統(tǒng)發(fā)展初期，同步發(fā)電機容量較小，勵磁電流通常由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給，用專門的直流發(fā)電機向同步發(fā)電機轉子回路提供勵磁電流，即直流勵磁機系統(tǒng)。 直流勵磁機系統(tǒng)又分為自勵與他勵兩種方式。所謂自勵，就是勵磁電源取自發(fā)電機本身，而他勵的勵磁電源取自其他發(fā)電機

4、或廠用電等。自勵直流勵磁系統(tǒng)原理圖如圖11所示。發(fā)電機（F）的轉子繞組（FLQ）由專門的自勵式直流勵磁機（L）供電， Rc為勵磁機磁場調節(jié)電阻。該勵磁系統(tǒng)可以手動調節(jié)Rc的大小，也可以由自動勵磁調節(jié)器改變勵磁機磁場電流，達到自動調節(jié)發(fā)電機端電壓的目的。 直流勵磁機勵磁系統(tǒng)在我國老式機組上使用，其數(shù)量在不斷減少。原配用的機械式或電磁式自動調節(jié)器都已逐步淘汰，取而代之的是主要以絕緣柵極雙極晶體管IGBT為功率元件的半導體自動調節(jié)器。這種將IGBT串入直流勵磁機的磁場回路內，通過改變IGBT導通時間與關斷時間的比例，來控制磁場電流的大小，稱作“開關式勵磁系統(tǒng)或開關式勵磁調節(jié)器”，其接線原理圖如圖12

5、所示。這里，IGBT控制勵磁機（EL）的勵磁繞組（L2）電流，DXL是續(xù)流二極管，Rx是限流電阻，L1是發(fā)電機G的轉子繞組。圖12中的照片采用直流勵磁機的小型水電站廠房，在直流勵磁機下面才是發(fā)電機和水輪機，三者同軸。 開關式勵磁調節(jié)器的優(yōu)點是：可利用直流機本身實現(xiàn)自并激，無需另配電源，因此，結構緊湊，體積小，且勵磁電源可靠，不受電力系統(tǒng)電壓波動的影響。另外，不存在可控整流橋的觸發(fā)同步問題，控制簡便，運行可靠性高。 二、交流勵磁機系統(tǒng) 20世紀60年代初，國外開始在中型發(fā)電機上采用交流發(fā)電機加半導體整流器的勵磁方式，即交流勵磁機系統(tǒng)。交流勵磁機系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機組較為主要的勵磁方式。 交流勵磁機系

6、統(tǒng)的具體接線方式很多，但究其整流器的區(qū)別可以歸納為：同步發(fā)電機采用二極管整流勵磁，交流發(fā)電機（交流勵磁機）采用晶閘管整流勵磁。下面給出幾種典型的接線方式。 1他勵交流勵磁機系統(tǒng)（三機他勵勵磁系統(tǒng)） 他勵交流勵磁機系統(tǒng)原理一如圖13所示。圖13中的照片是一個采用三機他勵方式的大型汽輪發(fā)電機，從左到右排列的設備是：汽輪機、發(fā)電機、交流主勵磁機、交流副勵磁機，四者同軸。 交流主勵磁機（ACL）和交流副勵磁機（ACFL）都是交流發(fā)電機，均與同步發(fā)電機同軸。副勵磁機是自勵式的，其磁場繞組由副勵磁機機端電壓經自動恒壓裝置控制。也有用永磁發(fā)電機作副勵磁機的，亦稱三機他勵勵磁系統(tǒng)。主勵磁機磁場繞組由自動勵磁調

7、節(jié)器控制，采用晶閘管整流電路。主勵磁機定子繞組經過二極管整流器向發(fā)電機轉子提供勵磁電流。 2自勵交流勵磁機系統(tǒng) 自勵交流勵磁機系統(tǒng)沒有副勵磁機。交流勵磁機的勵磁電源是從該機（ACL）的出口電壓直接獲得。交流主勵磁機經過二極管整流裝置向發(fā)電機轉子回路提供勵磁電流；自動勵磁調節(jié)器控制晶閘管的觸發(fā)角，調整其輸出電流，控制主勵磁機的出口電壓。其原理接線二見圖14所示。 圖15也是自勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng)，交流勵磁機的勵磁電源由發(fā)電機出口電壓經勵磁變壓器后獲得，自動勵磁調節(jié)器控制晶閘管的觸發(fā)角，以調節(jié)交流勵磁機勵磁電流，交流勵磁機輸出電壓經硅二極管整流后接至發(fā)電機轉子，亦稱為兩機一變勵磁系統(tǒng)。 三、無刷勵

8、磁系統(tǒng) 上述交流勵磁機系統(tǒng)，勵磁機的電樞與整流裝置都是靜止的。雖然由硅整流元件或晶閘管代替了機械式換向器，但是靜止的勵磁系統(tǒng)需要通過滑環(huán)與發(fā)電機轉子回路相連?；h(huán)是一種轉動的接觸部件，仍然是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。圖16是某大型水輪發(fā)電機碳炭刷和滑環(huán)照片。隨著巨型發(fā)電機組的出現(xiàn)，轉子電流大大增加，可能產生個別滑環(huán)過熱和冒火花的現(xiàn)象（俗稱碳刷打火現(xiàn)象）。為了解決大容量機組勵磁系統(tǒng)中大電流滑環(huán)的制造和維護問題，提高勵磁系統(tǒng)的可靠性，出現(xiàn)了一種無刷勵磁方式。這種勵磁方式整個系統(tǒng)沒有任何轉動接觸元件，故無刷勵磁系統(tǒng)也稱為旋轉勵磁系統(tǒng)，其原理圖見圖16所示，虛線框內的設備安裝在發(fā)電機轉子內，定子與轉子的能量

9、傳遞通過磁感應方式進行，因而省去了發(fā)電機滑環(huán)和碳刷。 無刷勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機（ACL）電樞是旋轉的，它發(fā)出的三相交流電經旋轉的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉子回路。由于主勵磁機電樞及其硅整流器與主發(fā)電機轉子都在同一根軸上旋轉，所以它們之間不需要任何滑環(huán)及電刷等轉動接觸元件。無刷勵磁系統(tǒng)中的副勵磁機（PMG）是一個永磁式中頻發(fā)電機，它與發(fā)電機同軸旋轉。主勵磁機的磁場繞組是靜止的，即它是一個磁極靜止、電樞旋轉的交流發(fā)電機。 無刷勵磁系統(tǒng)徹底革除了滑環(huán)、電刷等轉動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。但旋轉半導體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，不能采用傳統(tǒng)的滅磁裝置進行滅磁，轉子

10、電流、電壓及溫度不便直接測量等。這些都是不同于其他勵磁系統(tǒng)類型的新問題。盡管無刷勵磁系統(tǒng)也是采用交流勵磁機，很多人也將無刷勵磁系統(tǒng)歸納于交流勵磁機類型。但是，鑒于無刷勵磁系統(tǒng)的特殊性，這里單獨歸納為一種勵磁系統(tǒng)。四、靜止勵磁系統(tǒng) 靜止勵磁系統(tǒng)取消了勵磁機，采用變壓器作為交流勵磁電源，勵磁變壓器接在發(fā)電機出口或系統(tǒng)或廠用母線上。因勵磁電源系取自發(fā)電機自身或是發(fā)電機所在的電力系統(tǒng)，故這種勵磁方式稱為自勵靜止勵磁系統(tǒng)，簡稱自勵系統(tǒng)。如果勵磁變壓器取至與廠用電，則稱為他勵靜止系統(tǒng)，簡稱他勵系統(tǒng)。電站備用勵磁系統(tǒng)，是他勵系統(tǒng)；自勵系統(tǒng)的發(fā)電機進行零起升壓升流試驗，有時候也將自勵改為他勵方式進行。 與電機

11、式勵磁方式相比，在自勵系統(tǒng)中，勵磁變壓器、整流器等都是靜止元件，勵磁電流需要通過發(fā)電機的碳刷和滑環(huán)進入發(fā)電機轉子繞組，故自勵磁系統(tǒng)又稱為靜止勵磁系統(tǒng)。 靜止勵磁系統(tǒng)也有幾種不同的勵磁方式。如果只用一臺勵磁變壓器并聯(lián)在機端，則稱為自并勵方式。如果除了并聯(lián)的勵磁變壓器外，還有與發(fā)電機定子電流回路串聯(lián)的勵磁變流器（或串聯(lián)變壓器），二者結合起來，則構成所謂自復勵方式。主要結合的方案有下列兩種：直流側并聯(lián)自復勵方式和交流側串聯(lián)自復勵方式。 1自并勵方式 自并勵是自勵系統(tǒng)中接線最簡單的勵磁方式，其典型原理圖如圖18所示。只用一臺接在機端的勵磁變壓器ZB作為勵磁電源，通過晶閘管整流裝置KZ直接控制發(fā)電機的勵

12、磁。這種勵磁方式又稱為簡單自勵系統(tǒng)，目前國內比較普遍地稱為自并勵（自并激）方式。圖中照片只有汽輪機和發(fā)電機，沒有勵磁機，采用的就是自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。 自并勵方式的優(yōu)點是：設備和接線比較簡單：由于無轉動部分，具有較高的可靠性；造價低；勵磁變壓器放置自由，縮短了機組長度；勵磁調節(jié)速度快。但對采用這種勵磁方式，以前人們普遍有兩點顧慮：第一，發(fā)電機近端短路時能否滿足強勵要求，機組是否失磁；第二，由于短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護可能會拒絕動作。國內外的分析和試驗以及工程實踐表明，目前，這些問題在技術上是可以解決的。自并勵方式愈來愈普遍地得到采用。 2直流側疊加的自復勵方式 在自并勵的基礎上加一

13、臺與發(fā)電機定子回路串聯(lián)的勵磁變流器，后者另供給一套硅整流裝置，二者在直流側疊加，則構成直流側疊加的自勵方式。疊加方式分為電流疊加（直流側并聯(lián)）和電壓疊加（直流側串聯(lián)）兩種。圖19為直流側并聯(lián)自復勵方式原理圖。發(fā)電機F的轉子勵磁電流由硅整流橋GZ與晶閘管整流橋KZ并聯(lián)供給。硅整流橋由勵磁變流器GLH供電，晶閘管橋由勵磁變壓器ZB供電。ZB并接于機端，GLH串接于發(fā)電機出口側或中性點側。發(fā)電機空載時由晶閘管橋單獨供給勵磁電流，發(fā)電機負載時，由晶閘管橋與硅整流橋共同供給勵磁電流。其中硅整流橋的輸出電流與發(fā)電機定子電流成正比，晶閘管橋的輸出電壓受勵磁調節(jié)器的控制，起電壓校正作用。 這種直流側并聯(lián)的自復

14、激方式，在我國一些中、小型汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機上采用較早，有一定的運行經驗，但未得到推廣。因為在系統(tǒng)中短路時，復勵部分與自并勵部分協(xié)調配合較差，此外，勵磁變流器副方尖峰過電壓問題也比較嚴重。 3交流側電壓疊加的自復勵方式 勵磁變壓器的輸出與勵磁變流器的輸出，先疊加再經過整流供給發(fā)電機勵磁，則構成交流側疊加的自復勵方式，注意這時勵磁變流器原邊電流要轉換成副邊電壓信號，變流器鐵芯必須加有空氣隙，這將大大增加變流器的體積。圖110為交流側串聯(lián)的自復勵方式，勵磁變壓器ZB的副方電壓與勵磁變壓器 GLH的副方電壓相量相加，然后加在晶閘管整流橋KZ上，經整流后供給發(fā)電機的勵磁。當發(fā)電機負載情況變化時，例

15、如電流增大或功率數(shù)降低，則加到晶閘管整流橋上的陽極電壓增大，故這種勵磁方式具有相復勵作用。 交流側疊加的自復勵方式，由于反應發(fā)電機的電壓、電流及功率因數(shù)，故又稱為相補償自復勵方式。實際上，串聯(lián)變壓器一般安裝在發(fā)電機的中性點側，圖111就反映這種實際位置接線圖原理，其晶閘管陽極電壓（勵磁變壓器二次電壓）向量圖則顯示其獨有的相復勵作用。由相量圖可知: Uy=Uzb+Ucb=Ug/Kzb+jIgXu 而： Ud1.35UyCOS 式中： Uy晶閘管整流橋陽極電壓 Kzb整流變變比 Uzb并聯(lián)變壓器二次側電壓 Ig發(fā)電機定子電流 Ucb串聯(lián)變壓器二次側電壓 Ug發(fā)電機定子電壓 Xu串聯(lián)變互感抗 Ud整

16、流橋輸出電壓 因此，交流側串聯(lián)型自復勵的晶閘管陽極電壓，不僅反映了發(fā)電機機端電壓的水平，而且也同時反映了發(fā)電機實際負載情況，其整流輸出電壓不僅與陽極電壓和控制角有關，而且也與機組工況密切相關。特別是，當發(fā)電機機端發(fā)生三相短路，盡管機端電壓下降了，造成Uzb變小，但短路電流的上升，卻使Ucb變大，其結果可以維持較高的晶閘管整流橋陽極電壓Uy，從而保證勵磁裝置的強勵能力。 對于三相晶閘管整流電路來說，由于串聯(lián)變壓器的存在，使得陽極回路的總電抗增大，從而造成換相缺口大，過電壓很高。圖112是某大型電廠兩種勵磁陽極電壓波形，前者為自復勵系統(tǒng)波形，后者為自并勵系統(tǒng)的波形。換向缺口大，所產生的晶閘管換向過

17、電壓也大。過高的換相電壓，使轉子電壓和陽極電壓的過電壓毛刺尖峰極高，不僅損害電氣設備的絕緣，還加重晶閘管阻容保護的負擔，這一切都使得勵磁系統(tǒng)主回路設備極易損壞。因此，新設計的勵磁系統(tǒng)基本上不再采用自復勵系統(tǒng)。 鑒于靜止半導體勵磁系統(tǒng)是現(xiàn)代勵磁的主要方式，也是勵磁檢修的主要對象，在此進一步歸納總結如下： 五、發(fā)電機滅磁系統(tǒng) 同步發(fā)電機安全可靠的滅磁，是一個不僅關系到勵磁系統(tǒng)本身安全，而且直接關系到整個電力系統(tǒng)安全運行的大問題。 發(fā)電機滅磁技術的演變，基本上沿著滅磁開關滅弧柵滅磁，線性電阻滅磁，非線性電阻滅磁發(fā)展，其間，逆變滅磁和交流滅磁，伴隨著現(xiàn)代勵磁的基礎即三相全控橋整流電路的出現(xiàn)而發(fā)展。 在

18、滅磁系統(tǒng)中，滅磁開關占據(jù)很重要的地位，其分類復雜。按照滅磁開關是否參與吸收滅磁能量，分為耗能型（滅弧柵滅磁）和移能型（電阻滅磁）；按照滅磁開關的斷口數(shù)量，分為多斷口（正極斷口、負極斷口、常閉斷口、主斷口、弧斷口）和單斷口；按照滅弧柵片是金屬還是非金屬，分為短弧原理滅弧柵和長弧原理滅弧柵；按照滅磁開關安裝位置，分為直流滅磁開關和交流滅磁開關。一般來說，帶常閉斷口的開關是專門用于滅磁的開關；雙斷口滅磁開關，在停機后可以隔離發(fā)電機轉子與勵磁裝置回路，有利于檢修試驗。 由于勵磁裝置滅磁設備主要考慮的是安全、快速的吸收轉子能量，因而滅磁方式的分類主要是按吸收能量方式來劃分的： 需要說明的是，移能放電滅磁

19、系統(tǒng)中也有滅磁開關，但是其主要作用是切斷勵磁電流回路，即利用滅磁開關斷開勵磁繞組時產生的反電勢，將勵磁電流轉移到滅磁電阻中，并通過滅磁電阻來吸收磁場能量。因此，放電滅磁系統(tǒng)中的滅磁開關也稱為磁場斷路器。而開關滅磁系統(tǒng)中的滅磁開關，不僅要切斷勵磁電流回路，還要利用滅弧柵片來吸收整個滅磁能量，此時，開關的負擔很大，往往不能滿足大型水電站的滅磁需要，故純粹的開關滅磁方式越來越少見，電阻滅磁方式越來越普遍。第二節(jié) 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的組成 盡管不同的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，包括不同的組成部份，但我們依然可以用三個大的部分來概括：調節(jié)控制部分，包括自動勵磁調節(jié)器、自動恒壓裝置、手動調節(jié)器電阻等；電源部分，包括直流勵

20、磁機、交流勵磁機、勵磁整流裝置、勵磁變壓器等；滅磁與起勵部分，包括滅磁開關、滅磁電阻、過電壓保護和起勵回路等。 下面，以自并勵靜止勵磁系統(tǒng)為重點，簡要介紹各組成部分及其作用。 一、自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的組成 自并勵靜止勵磁系統(tǒng)主要由勵磁變壓器、晶閘管整流橋、自動勵磁調節(jié)器及起勵裝置、轉子過電壓保護與滅磁裝置等組成，其原理接線如圖113所示。目前，水電站都采用自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。 1勵磁變壓器勵磁變壓器為勵磁系統(tǒng)提供勵磁能源。對于勵磁變二次側自動開關，如果這個開關聯(lián)動滅磁電阻的投切，則是交流滅磁開關；如果不聯(lián)動滅磁電阻，這個開關僅僅起了隔離作用，則是交流隔離開關。無論是交流滅磁開關還是交流隔離開關

21、，可以在停機后隔離勵磁裝置和勵磁變壓器回路，方便檢修試驗。勵磁變壓器可設置過電流保護、溫度保護。容量較大的油浸勵磁變壓器還設置瓦斯保護。小容量勵磁變壓器一般自己不設保護。變壓器高壓側接線必須包括在發(fā)電機的差動保護范圍之內。 早期的勵磁變壓器一般都采用油浸式變壓器。近年來，隨著干式變壓器制造技術的進步及考慮防火、維護等因素的影響，現(xiàn)在都采用環(huán)氧樹脂變壓器。對于大容量的勵磁變壓器，往往采用三個單相干式變壓器組合而成。勵磁變壓器的聯(lián)接組別，通常采用Y/組別。與普通配電變壓器一樣，勵磁變壓器的短路壓降為4%8%。 2晶閘管整流橋 自并勵勵磁系統(tǒng)中的大功率整流裝置均采用三相橋式接法。這種接法的優(yōu)點是半導

22、體元件承受的電壓低，勵磁變壓器的利用率高。三相橋式電路可采用半控或全控橋方式。這兩者增磁的能力相同，但在減磁時，半控橋只能把勵磁電壓控制到零，而全控橋在逆變運行時可產生負的勵磁電壓，把勵磁電流急速下降到零，并將能量反饋到電網和發(fā)電機中?，F(xiàn)在自并勵勵磁系統(tǒng)中幾乎全部采用全控橋。 晶閘管整流橋采用相控方式。對三相全控橋，當負載為感性負載時，控制角在0o90o之間為整流狀態(tài)（產生正向電壓與正向電流）；控制角在90o150o（理論上控制角可以達到180o，考慮到實際存在換流重疊角，以及觸發(fā)脈沖有一定的寬度，所以一般最大控制角取150o）之間為逆變狀態(tài)（產生負向電壓與正向電流）。因此當發(fā)電機負載發(fā)生變化

23、時，通過改變晶閘管的控制角來調整勵磁電流的大小，以保證發(fā)電機的機端電壓恒定。 對于大型勵磁系統(tǒng)，為保證足夠的勵磁電流，采用數(shù)個整流橋并聯(lián)。整流橋并聯(lián)支路數(shù)的選取原則為：（N+1），N為保證發(fā)電機正常勵磁的整流橋個數(shù)。即當一個整流橋因故障退出時，不影響勵磁系統(tǒng)的正常勵磁能力。有些資料用(N-1方式來表達勵磁整流柜的冗余，其含義同(N+1。 3勵磁控制裝置 勵磁控制裝置包括自動電壓調節(jié)器和起勵控制回路。對于大型機組的自并勵勵磁系統(tǒng)中的自動電壓調節(jié)器（AVR），多采用微機型數(shù)字電壓調節(jié)器。勵磁調節(jié)器測量發(fā)電機機端電壓，并與給定值（設定值）進行比較，當機端電壓高于給定值時，增大晶閘管的控制角，減小勵磁

24、電流，使發(fā)電機機端電壓回到設定值。當機端電壓低于給定值時，減小晶閘管的控制角，增大勵磁電流，維持發(fā)電機機端電壓為設定值。 4滅磁及轉子過電壓保護 發(fā)電機滅磁就是由滅磁開關和滅磁電阻配合，安全迅速的切斷勵磁電流并吸收轉子能量。非線性電阻滅磁方式在大型發(fā)電機組，特別是水輪發(fā)電機組中得到了大量應用。對于滅磁電阻，國內一般采用高能氧化鋅閥片（ZnO），而國外采用碳化硅電阻（SiC）。對于采用線性電阻或采用滅弧柵方式滅磁時，須設單獨的轉子過電壓保護裝置（跨接器）。而采用非線性電阻滅磁時，可以同時兼顧轉子的過電壓保護。 二、UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)的配置介紹 UNITROL 5000是瑞士ABB公

25、司生產的大型靜止勵磁裝置，在我國得到廣泛應用，其裝置整體前視圖如114所示。左起第一個柜是勵磁調節(jié)器柜；第二個柜是滅磁柜兼直流出線柜，包括滅磁開關、滅磁電阻、轉子過電壓保護裝置等；第三至第五個柜是整流柜，包括交流側過電壓保護裝置；第六個柜是交流進線柜和起勵回路等。 UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)典型原理圖如圖115所示，主要由勵磁變壓器（T02）、晶閘管整流裝置（EG31至EG34）、雙自動電壓調節(jié)器（A10和A20）、滅磁開關（Q02）、滅磁非線性電阻R02、跨接器（F02、A02）、直流測阻容吸收器（F04、R04、C04）、起勵裝置（Q03、V03、R03）、分流器R06和必要的監(jiān)測、

26、保護、報警輔助裝置等組成。 在自動電壓調節(jié)器框圖中，由測量板MUB、主控板COB和陽極電源信號接口板PSI1/2、快速IO接口板FIO1/2、LCP就地控制面板、手持編程器SPA、Modbus通訊適配器MBA、CMT調試和維護電腦、ARCnet現(xiàn)場總線等組成。在整流柜原理框圖中，主回路由整流柜輸入輸出隔離開關（可選）、快熔、晶閘管、正負極電流測量傳感器組成。脈沖回路由整流器接口板CIN、脈沖驅動板GDI、整流柜顯示板CDP組成。風機回路由風機電源開關、風機切換繼電器和風機組成。F05、T05、Q05、Z05、G05組成自用電交流輸入穩(wěn)壓電源回路，Q80、Q15、G15組成直流輸入穩(wěn)壓電源回路，

27、Q90是廠用交流輔助電源開關。UNITROL 5000還可以選配獨立的擴展門極控制板（EGC）作為后備通道，也就是一個手動通道。 UNITROL 5000具有強大的串行通信功能。一方面，它可以通過串行通信實現(xiàn)與電站監(jiān)控系統(tǒng)的接口，支持MODUS和PROFIBUS等協(xié)議。另一方面在勵磁系統(tǒng)內，控制和狀態(tài)信號的交換是通過ARCNET現(xiàn)場總線實現(xiàn)連接的，這些連接板有現(xiàn)場總線連接器FBC、開關量輸入接口板DII、繼電器輸出接口板ROI、開關量輸入輸出接口板DIO、模擬量輸入輸出接口板AIO、PT100接口板等。 1自動電壓調節(jié)裝置(AVR AVR采用雙通道數(shù)字式微機勵磁調節(jié)器，具有穩(wěn)定發(fā)電機電壓和合理

28、分配無功以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。本調節(jié)器具有手動和雙自動通道，各通道之間相互獨立，可隨時停用任一通道進行檢修。各備用通道可相互跟蹤，保證無擾動切換。AVR與監(jiān)控裝置DCS接口實現(xiàn)控制室內對AVR的遠方操作。 AVR采用強迫通風，風機故障時能保證AVR正常運行。AVR柜為封閉式，進風口有空氣過濾器，柜體的保護接地與工作接地分開，以提高設備的抗干擾能力。 UNITROL 5000勵磁裝置的主要配置及其功能和技術參數(shù)如下： （1）電壓調節(jié)、監(jiān)測和保護功能 a：發(fā)電機電壓調節(jié)：給定值調整；有功補償和無功功率補償；V/Hz限制器；軟起勵；自動跟蹤；PID控制器。 b：監(jiān)視和保護功能：PT 故障檢測

29、；轉子溫度測量；勵磁變壓器溫度測量；反時限過流保護和瞬時過流保護；失勵保護（P/Q 保護）；過激磁保護（V/Hz 繼電器）；電子控制板自診斷功能。 c：具有下列晶閘管整流器監(jiān)視功能：電力電子器件具有帶熔斷報警接點的熔斷器；導通監(jiān)視；冷卻流量及風機監(jiān)視；整流橋溫度監(jiān)視；整流橋柜門鎖閉監(jiān)視。 （2）交流側過壓保護具有帶熔斷報警接點的熔斷器。 （3）AVR的自動調節(jié)模式為PID+PSS，手動調節(jié)采用PI方式。 （4）AVR各通道設恒電流調節(jié)手動單元，手動跟蹤自動，切換無擾動。 （5）AVR兩個通道設獨立PT接口，每個通道功能齊全，都具有獨立工作能力。 （6）AVR可顯示和修改參數(shù)并可故障自檢。 （7

30、）AVR工作邏輯：正常時，雙通道自動運行，同時發(fā)脈沖；運行通道故障時，故障通道無擾動退出、報警。 （8）AVR主要性能?？蛰d到額定負載調壓精度：不大于0.5%；調差率10%可調。 （9）調節(jié)范圍：自動調節(jié)范圍20%110%Un；手動調節(jié)范圍10%Ifo110%Ifn。 （10）AVR報警信號和顯示：AVR1通道故障；AVR2通道故障；過磁通報警；低勵限制動作報警；轉子反時限限制動作報警；有功/無功限制報警；勵磁電流限制報警；定子電流限制/過勵限制報警；PT斷線報警；強勵動作信號；勵磁控制回路電源消失信號；自動運行顯示；手動運行顯示；AVR正常運行顯示；PSS投入顯示；PSS退出顯示。 2晶閘管

31、整流裝置 （1）整流方式為三相全控橋，具有逆變能力。 （2）整流柜數(shù)量45個，如一個柜故障退出報警，剩下的柜可滿足包括1.1倍額定勵磁和強勵在內的各種運行工況的要求；退出二個柜能保證發(fā)電機在額定工況下連續(xù)運行。 （3）每個晶閘管元件設快速熔斷器保護，可及時切除短路故障電流。 （4）每柜交流側設尖峰過電壓吸收器。 （5）冷卻方式采用強迫開啟風冷，具有100%容量備用。在風壓或風量不足時備用風機能自動投入。提供二路冷卻風機電源，二路電源能自動切換。 （6）晶閘管整流裝置報警信號：任一個整流柜退出運行報警；晶閘管熔絲熔斷報警；散熱器或空氣過熱報警；冷卻風扇故障報警；空氣流量過低報警。 3交流側過壓保

32、護裝置 置于每個整流橋的交流側過壓保護裝置可吸收晶閘管換相過壓尖峰。主要由1個三相二極管整流橋及其直流側連接的電容組成。在出現(xiàn)高頻過電壓時，電容器呈現(xiàn)出低阻抗特性，起到濾波作用。將一個放電電阻器與電容并聯(lián)，可以吸收電容器內儲存的過壓能量。在二極管整流橋的交流側裝有帶報警接點的保護熔斷器。 4滅磁與過電壓保護裝置 滅磁與過電壓保護裝置主要由直流滅磁開關、跨接器（觸發(fā)電子板、雪崩轉折二極管BOD、兩個正反相連接的晶閘管）及相串聯(lián)的碳化硅非線性電阻組成。其作用是在發(fā)電機正?；蚬收蠒r迅速切除勵磁電源并滅磁、抑制正向和反向轉子過電壓或出現(xiàn)發(fā)電機大滑差以及非全相運行時保護轉子。 發(fā)電機正常停機時，可切斷滅

33、磁開關或使晶閘管橋逆變退勵磁；當發(fā)電機故障時，直接跳開滅磁開關的同時觸發(fā)跨接器，使發(fā)電機磁場回路與整流器斷開而與非線性電阻短接成回路。當發(fā)電機轉子回路中產生正或反向過電壓時，跨接器中的雪崩二極管被擊穿，相連的晶閘管被觸發(fā)，立即將滅磁電阻器串聯(lián)到轉子回路中，同時發(fā)跳閘令使滅磁開關斷開。 5轉子接地保護裝置 轉子接地保護的目的是監(jiān)視轉子繞組對地的絕緣水平。保護的測量回路采用惠斯頓電橋原理，由兩個電容建立測量橋的平衡；一個連接在正極和地之間，另一個連接在負極和地之間。該繼電器不僅能檢測勵磁繞組的絕緣水平，還能檢測包括勵磁變壓器的次級線圈在內的所有主回路設備的絕緣水平。繼電器具有兩段設置，接地電阻整定

34、值和延時時間分別可調的。接地故障報警具有自保持功能，可以由繼電器面板上的按鈕復歸。繼電器還具有在線試驗功能。 6起勵回路 該起勵回路具有如下功能：起勵時，當發(fā)電機電壓不大于10%，起勵裝置應保證AVR能可靠投入；當發(fā)電機電壓上升到規(guī)定值時，起勵回路自動脫開；設有“起勵投入”和“起勵故障”遠方信號。 一般情況下，UNITROL 5000 可實現(xiàn)殘壓起勵。控制回路能夠正常工作所需的整流橋輸入電壓為 1020V。如果電壓大于或等于該值，首先使用殘壓起勵，連續(xù)觸發(fā)晶閘管整流橋，將電壓升至額定值；如果整流橋輸入電壓小于1020V，起勵回路會自動閉合，為整流橋提供輸入電壓；當機端電壓達到發(fā)電機額定電壓的1

35、0%時（根據(jù)軟件參數(shù)設定），整流橋已能正常工作，起勵開關自動退出，軟起勵過程開始并將發(fā)電機電壓升到額定值。整個起勵過程的控制和監(jiān)測都是由AVR 軟件實現(xiàn)的。 三、EX2100勵磁系統(tǒng)的配置簡介 EX2100是美國GE公司生產的大型靜止勵磁裝置，在我國火電應用較為廣泛。圖116是EX2100勵磁裝置典型配置整體圖。左起第一個柜是勵磁控制柜，前面是勵磁調節(jié)器，后面是滅磁電阻、跨接器和起勵回路；第二個柜至第三個柜是整流柜，上面是脈沖控制板，中間是晶閘管組件，下面是輸入輸出五極隔離開關；第四個柜是勵磁控制輔助柜，主要是陽極過電壓保護裝置和主回路測量保險；第五個柜是直流滅磁開關柜和直流出線母排。 四、T

36、HYRIPOL勵磁系統(tǒng)的配置簡介 THYRIPOL是德國西門子公司生產的大型靜止勵磁系統(tǒng)，在我國水火電都有應用。圖117是某大型水電站所采用的西門子THYRIPOL勵磁裝置整體前視。左起第一個柜是勵磁調節(jié)器柜；第二個柜是勵磁控制輔助柜，包括電源變壓器、接觸器和繼電器等；第三至第七個柜是整流柜；第八至第九柜是直流滅磁開關柜，包括起勵回路；第十個柜滅磁電阻柜（后面），前面是交流輔助滅磁開關和制動輸出開關；第十一個柜是電氣制動整流柜。 該THYRIPOL勵磁系統(tǒng)圖如圖118所示。這里最顯著的特點是采用交直流雙滅磁開關，交流側采用SIEMENSI 3AH3 078-8真空開關，直流側采用LENOIR

37、2CEX98 5500 4.2滅磁開關。正常停機后只跳交流滅磁開關，事故停機先跳直流滅磁開關，緊接著跳交流滅磁開關。第三節(jié) 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修的主要標準和規(guī)范 1引用的主要標準和規(guī)范 （1） GB/T 7409.3-2007 同步電機勵磁系統(tǒng)，大、中型同步電機勵磁系統(tǒng)技術要求； （2） DL/T 583-2006 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術條件； （3） DL/T 6501998 大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術條件； （4） DL/T 489-2006 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置試驗規(guī)程； （5） DL/T 1013-2006 大中型水輪發(fā)電機微機勵磁調節(jié)器試

38、驗與調整導則； 2主要參考資料 （1） 許其品等.三峽右岸勵磁系統(tǒng)培訓教材.南京南瑞集團電氣控制公司.2006年. （2） 陳小明.三峽勵磁軟件及調試學習手冊.三峽水力發(fā)電廠.2005年. （3） 陳小明.勵磁維護檢修與試驗.中國勵磁專業(yè)網第一屆學術研討會論文集.2007年. （4） 馬鐵軍. Q5S-0/U241-S6000型靜態(tài)勵磁調節(jié)器檢修規(guī)程.內蒙古國華準格爾發(fā)電有限責任公司.2007年. (5 張照林、曾濤等.勵磁系統(tǒng)檢修作業(yè)指導書.葛洲壩水力發(fā)電廠.2007年.第二章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)檢修第一節(jié) 檢修項目與工藝要求 一、勵磁系統(tǒng)檢修試驗項目 勵磁系統(tǒng)的檢修試驗項目，主要是定期檢查試驗

39、，是指對已投入運行的勵磁系統(tǒng)設備和裝置進行定期A、B級檢修期間，為確保其安全、可靠運行所做的定期檢查試驗。其試驗周期一般與機組檢修周期相同或根據(jù)裝置運行的情況而定。勵磁系統(tǒng)所有檢修試驗項目表如表21所示。 表中的型式試驗，是對產品電氣性能的正確性和完整性、環(huán)境適應性、電磁兼容性及達到標稱參數(shù)的能力等方面進行檢驗。出廠試驗，是對產品的部分電氣性能及產品銘牌參數(shù)(或合同中的產品參數(shù)進行校核驗證。對組成勵磁系統(tǒng)的設備和裝置，每臺(套均應進行出廠試驗。在制造廠無條件進行的出廠試驗項目，可與勵磁系統(tǒng)安裝后的交接試驗一起進行。交接試驗，是為勵磁設備安全投產運行所做的工業(yè)性試驗，是對產品的主要性能指標的綜合

40、測試。表21 勵磁系統(tǒng)檢修試驗項目序號試驗項目型式試驗出廠試驗交接試驗定期檢查試驗1勵磁變壓器試驗a1.1絕緣和耐壓試驗1.2三相不對稱試驗1.3溫升試驗1.41.3倍工頻感應耐壓試驗2磁場斷路器及滅磁開關試驗a2.1絕緣和耐壓試驗2.2導電性能檢查2.3操作性能試驗2.4同步性能測試2.5分斷電流試驗3非線性電阻及過電壓保護器部件試驗a3.1絕緣和耐壓試驗3.2滅磁電阻試驗bd3.3跨接器試驗4功率整流器試驗4.1絕緣和耐壓試驗4.2功率元件試驗bb4.3脈沖變壓器試驗4.4電氣二次回路試驗5自動勵磁調節(jié)器試驗5.1電氣調整試驗5.2絕緣和耐壓試驗5.3振動和環(huán)境試驗5.4電磁兼容性試驗6勵

41、磁系統(tǒng)試驗6.1開環(huán)高壓小電流試驗6.2開環(huán)低壓大電流試驗6.3零起升壓，自動升壓，軟起勵試驗6.4發(fā)電機逆變滅磁特性試驗6.5自動手動及兩套獨立調節(jié)通道的切換試驗6.6空載狀態(tài)下10%階躍響應試驗6.7調壓精度測試c6.8電壓給定值整定范圍及變化速度測試6.9測量自動勵磁調節(jié)器的發(fā)電機電壓-頻率特性6.10電壓/頻率限制試驗6.11TV（PT）斷線模擬試驗6.12整流功率柜的噪聲試驗6.13勵磁系統(tǒng)整流功率柜的均流試驗6.14發(fā)電機電壓調差率的測定6.15發(fā)電機無功負荷調整及甩負荷試驗6.16發(fā)電機在空載和額定工況下的滅磁試驗6.17勵磁系統(tǒng)頂值電壓及電壓響應時間的測定d6.18過勵磁限制功

42、能試驗6.19欠勵磁限制功能試驗6.20電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS試驗d6.21勵磁系統(tǒng)各部分的溫升試驗6.22勵磁系統(tǒng)在額定工況下的72h連續(xù)試運行a :每一型號產品由制造廠提供有關按照國家和行業(yè)標準所進行的型式和出廠試驗文件。b :出具有關元件參數(shù)文件和功率組件全動態(tài)試驗報告。c :出具新產品測試報告或在用戶特別要求下做。d ：可選項。 二、勵磁定期檢修試驗準備 1人員要求及其工具圖紙準備 根據(jù)實際情況適當安排工作負責人和工作班成員，根據(jù)工作內容帶上相應的圖紙和檢修規(guī)程或作業(yè)指導書。根據(jù)工作內容，選用適當?shù)陌踩O備和檢修工具。o 人員安全用具（例如：安全靴、安全帽、高電壓手套等）o 高電壓AC/

43、DC檢測器（具有適當長度的絕緣棒）o 防靜電腕帶o 帆布手套和口罩o 小型標準的平頭和梅花螺絲刀、小型套筒扳手o 手電筒、尖嘴鉗、剝線鉗、斜口鉗等個人工具o 絕緣膠布、扎帶、白布帶、聚氯乙烯帶等電氣膠帶o 清潔干布和軟毛刷子、無水乙醇等清潔劑o 吸塵器、吹塵機或干的低壓壓縮空氣源o 力矩扳手o 數(shù)字表、相序表o 兆歐表(100V；500V；1000V；2500Vo 單臂直流電橋、小型鉗型電流表（AC/DC）o 高電阻測試表（可以做從500V到5KV的直流測試）o 電壓互感器等試驗PT（例如6KV/0.1KV）o 承載3A及以上電流和頂值電壓的試驗電阻o 電源插座、對線燈o 調試計算機o 繼電保

44、護測試儀（標準三相交流電壓源和電流源）o 氧化鋅閥片測試儀（比如WCY-50C）o 電量記錄分析儀o 示波器（雙蹤示波器）o 更換的元件，還應包括熔絲，接線，電纜，風扇等o 電烙鐵、吸錫器、焊錫絲等焊錫工具o 號頭機、號頭套管、標簽機、標簽紙等o 手電鉆 2現(xiàn)場檢修試驗安全技術措施 根據(jù)工作性質和內容，填寫相應工作票，采取適當?shù)陌踩夹g措施。檢修作業(yè)開工前，由工作負責人向工作班成員交待工作任務、工作地點、安全措施及安全注意事項。o 機組處于停機狀態(tài)o 在勵磁變壓器二次側掛一組三相短路接地線o 斷開交流和直流滅磁開關，拉開整流柜輸入輸出隔離開關o 斷開滅磁開關交流或直流操作電源開關o 斷開啟勵電

45、源開關o 斷開勵磁裝置交流和直流操作電源，并掛上“禁止合閘，有人工作”標識牌o 取下各控制保險熔芯o 必要時應解開的相應回路，解開前做好記錄，并將號頭用絕緣膠布包好o 檢查回路絕緣及通電耐壓試驗時做好安全措施o 試驗接線應相互檢查，儀器，儀表，量程應放置正確o 回路聯(lián)動試驗，應按有關規(guī)程的規(guī)定進行o 滅磁開關合跳試驗時，遠離開關機構，以防人身傷害o 工作結束后對所有動過的線頭，開關和有關器具均應恢復原位 三、現(xiàn)場檢修周期與檢修質量標準 現(xiàn)場檢修周期如表22所示，項目與質量標準如表23至表28所示。表22 檢修周期檢修類別周期工期備注A、B級檢修（大修）4年-6年3060天隨機組大修C級檢修（小

46、修）1年510天隨機組小修D級檢修1天缺陷處理巡回檢查/設備點檢12周半天表23 勵磁回路及器件檢修項目與質量標準檢修試驗項目質量標準設備吹灰，清掃，外觀檢查清潔無灰塵，無過熱，破損，松脫電纜，端子，接線及器具檢查無破損，器具清潔完整電阻，電容元件檢查參數(shù)檢查螺絲緊固、無松動，電阻沒有嚴重過熱，電容不漏電SCR、二極管檢測無破損，接線正確、螺絲緊固、無松動繼電器、接觸器檢查符合有關校驗規(guī)程或與原記錄（出廠或交接試驗記錄）比無明顯差別電磁元件檢查符合名牌參數(shù)，與原記錄比無明顯差別快熔、電抗器檢查外觀正常、無松脫、螺絲緊固，快熔指示器正常脈沖變及主回路絕緣檢查、耐壓試驗無破損，無放電、絕緣滿足要求

47、報警、勵磁跳閘回路動作試驗動作正確、可靠二次回路操作模擬動作正確、可靠表24 自動勵磁調節(jié)器檢修項目與質量標準檢驗試驗項目質量標準外部檢查 吸出灰塵應無過熱、松脫和破損情況，板架、導線清潔無灰塵調節(jié)器內各端子、接線器具檢查、緊固外觀正常、無松脫、螺絲緊固穩(wěn)壓電源檢查輸出電壓值符合技術要求調節(jié)器單板檢查，靜態(tài)特性測試符合要求或與原出廠試驗一致調差單元，欠勵限制單元，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器單元檢查，靜態(tài)特性測試，動作點整定符合調試方案要求或與原記錄（出廠或交接試驗記錄）無明顯差別表25 發(fā)電機運行狀況下調節(jié)器試驗檢修試驗項目質量標準發(fā)電機空載運行時發(fā)電機空載運行時主勵“自動”啟勵，逆變和自動電壓調節(jié)范圍試

48、驗主勵自動通道工作正常；整流裝置正常，錄波波形正確主勵“手動”起勵逆變試驗手動通道工作正常；錄波波形正常自動手動切換試驗切換時，Ug、Uf、If無波動勵磁系統(tǒng)空載滅磁試驗錄波波形正確，主要參量與原波形（出廠或交接試驗記錄）無明顯差別轉子一點接地試驗正確動作發(fā)電機負載運行時發(fā)電機負載運行時調差極性，調差率試驗調差極性和調差率正確欠勵限制單元試驗欠勵動作正確電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS投切穩(wěn)定性試驗PSS投切時，機組運行穩(wěn)定表26 磁場斷路器檢修項目與質量標準 檢驗試驗項目 質量標準開關外部檢查，柜內及開關本體清掃螺絲應緊固，盤內及開關本體應清潔無灰塵滅弧柵檢查，吹弧線圈，弧道等檢查清理所有連線牢固，無損

49、傷，無斷裂，絕緣良好觸頭（主確頭、弧觸頭、常閉輔助觸頭）檢查無嚴重缺陷和燒傷痕跡，主弧觸頭壓力行程足夠，間距滿足要求操作機構檢查操作機構動作靈活可靠，無破損輔助接點，限位接點，接觸器合閘跳閘線圈檢查調整線圈阻值應與原記錄無明顯差別，輔助接點通斷可靠邊接點閉合應有一定壓力，開啟應有一定間隙絕緣檢查絕緣電阻阻值與原記錄無明顯差別軸承，滾筒潤滑保養(yǎng)見開關保養(yǎng)、潤滑說明手動、電動操作試驗動作可靠表27 勵磁冷卻風機檢修項目與質量標準 檢驗試驗項目 質量標準風機過濾網清洗及修整整潔，無灰塵，過濾網仔細均勻風機座及電動機清掃整潔，無灰塵，無松動現(xiàn)象電動機檢驗絕緣及線圈電阻值與原記錄無差別風壓繼電器檢驗二次

50、接線整潔，無松動，動作正確表28 勵磁巡回檢查項目與質量標準檢查試驗項目質量標準檢查正常運行中運行監(jiān)視燈運行指示燈顯示正確進風過濾網是否很臟，風機運行時有無機械異常聲響過濾網不是很臟，無凹陷，功率柜出風口風壓正常，風機無異常聲響檢查所有繼電器蓋子是否完整，接點有無振動聲，變壓器，變流器有無過熱，端子排接線完整各器具及二次線清潔完整，無過熱，松脫現(xiàn)象觀察調節(jié)器前門各表計指示值，是否正常并做好記錄各參數(shù)顯示正確四、勵磁機檢修試驗項目與要求 1勵磁機檢修試驗主要項目 （1） 空氣間隙測量，調整。 （2） 勵磁機各部及引線檢查清掃。 （3） 炭刷裝置檢查、調整。 （4） 勵磁機整流子圓度測量，云母槽修刮。 （5） 勵磁回路各元件清掃、檢查、電氣性能試驗。 （6） 勵磁機槽楔松動處理。 （7） 勵磁機擺度測量和調整。 （8） 勵磁機空載及負荷特性試驗。 2永磁機檢修 （1）檢查定子繞組，綁繩有無損傷、松脫。 （2）檢查定子槽楔有無松動。 （3）