發(fā)電機勵磁系統(tǒng)分解課件

1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機中性點柜汽輪機勵磁變壓器勵磁系統(tǒng)第1頁，共48頁。什么是勵磁系統(tǒng)？同步發(fā)電機是將旋轉(zhuǎn)形式的機械功率轉(zhuǎn)換為三相交流電功率特定的機械設(shè)備。為了完成這一個轉(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就是發(fā)電機的勵磁電流，也是轉(zhuǎn)子電流。而與勵磁電流有關(guān)的元件和設(shè)備，我們統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。第2頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的構(gòu)成同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分組成，勵磁功率單元向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵磁電流，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出，整個勵磁自動控制系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機構(gòu)成的一個反饋閉環(huán)

2、控制系統(tǒng)。 第3頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的作用提供勵磁電流（勵磁功率單元完成）調(diào)節(jié)勵磁電流（自動調(diào)節(jié)勵磁裝置完成）：（1）調(diào)節(jié)電壓；（2）調(diào)節(jié)無功功率；（3）提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；（4）改善電力系統(tǒng)運行條件。第4頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的簡單分類他勵系統(tǒng)他勵旋轉(zhuǎn)硅整流他勵靜止硅整流自勵系統(tǒng)：采用接于發(fā)電機出口的變壓器（稱為勵磁變壓器）作為勵磁電源，經(jīng)硅整流后供給發(fā)電機勵磁，因勵磁電源取自發(fā)電機本身或發(fā)電機所在的電力系統(tǒng)，故這種勵磁方式稱為自勵硅整流勵磁系統(tǒng)，簡稱為自勵系統(tǒng) 。第5頁，共48頁。自勵系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：取消了勵磁機，縮短了機組長度，結(jié)構(gòu)簡單，因而提高了可靠性。缺點：發(fā)電機出口端短路

3、時，將會導致勵磁電源降低或消失。第6頁，共48頁。電勵磁系統(tǒng)簡介我公司發(fā)電機勵磁系統(tǒng)采用的是機端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，全套進口ABB公司原裝產(chǎn)品，型號為UNITROL 6000。 勵磁系統(tǒng)主要由機端勵磁變壓器、可控硅整流裝置、自動電壓調(diào)節(jié)器、滅磁和過電壓保護裝置、啟勵裝置及必要的監(jiān)測、保護、報警輔助裝置等組成,勵磁變壓器采用全連式離相封閉母線與發(fā)電機出口T接于主封母。勵磁變電源直接取自發(fā)電機出口，啟勵電源取自汽機PC B段380V交流電源。第7頁，共48頁。發(fā)電機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)原理簡圖 第8頁，共48頁。勵磁變壓器勵磁變壓器采用德國ABB 公司生產(chǎn)三臺單相相干式變壓器，容量33300kVA，變比為

4、27 kV1100V，接線形式為Yd，冷卻方式為ANAF，。阻抗電壓為11。高壓側(cè)每相提供3 組套管CT，兩組用于保護，一組用于測量。低壓側(cè)每相亦提供2 組 cT 用于保護。第9頁，共48頁。勵磁調(diào)節(jié)器AVR 采用數(shù)字式(DAVR)，其性能可靠，并具有與DCS、ASS 的硬接口和與DCS 通訊接口。它有2 個冗余主控制器A 和B，分別接受來自不同的PT 和CT 二次側(cè)的信號量，輸出信號分別經(jīng)脈沖放大器A 和B 放大后形成觸發(fā)脈沖去控制可控硅整流器。當工作系統(tǒng)故障時，將自動無擾切換至備用系統(tǒng)。每一個主控制器都包含手動勵磁控制功能作為備用和用于調(diào)試的目的，此外每通道還有一個獨立的手動備用勵磁控制通

5、道，該通道也能提供觸發(fā)脈沖和過流保護，可用于調(diào)試的目的。第10頁，共48頁。AVR 至少設(shè)有下列附加單元 過勵磁限制； 過勵磁保護： 低勵磁限制； 低勵磁保護； 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)； 附加過流保護； VHz 限制及保護； AVC 接口及相應(yīng)功能； 恒功率調(diào)節(jié)； 恒無功調(diào)節(jié)等。第11頁，共48頁?？煽毓枵髌?可控硅元件串聯(lián)數(shù)為l，同臂并聯(lián)可控硅元件數(shù)為6，當1 個并聯(lián)支路退出運行時，能滿足發(fā)電機強勵要求。當2 個支路退出運行時，能保證發(fā)電機在額定工況下連續(xù)運行。整流裝置的每個功率元件都設(shè)有快速熔斷器保護，以便及時切除短路故障元件，并可檢測熔斷器熔斷并給出信號。每個空氣冷卻的整流柜采用可靠

6、的4 個低噪聲風機(含100的備用容量)，在風壓或風量不足時，各用風機能自動投入，采用兩路冷卻風機電源，兩路電源能夠自動切換。整流裝置并聯(lián)元件具有均流措施，整流元件的均流系數(shù)不低于0.95。第12頁，共48頁。起勵和滅磁單元在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(通常稱為自并勵或機端勵磁系統(tǒng))中，勵磁電源取自發(fā)電機機端。同步發(fā)電機的勵磁電流經(jīng)由勵磁變壓器、磁場開關(guān)和可控硅整流橋供給。一般情況下，起勵開始時，發(fā)電機的起勵能量來自發(fā)電機殘壓。當可控硅的輸入電壓升到10V20V時，可控硅整流橋和勵磁調(diào)節(jié)器就能夠投入正常工作，由AVR 控制完成軟起勵過程。如果因長期停機等原因造成發(fā)電機的殘壓不能滿足起勵要求時，則可以采用22

7、0V DC 電源起勵方式，當發(fā)電機電壓上升到規(guī)定值時，起勵回路自動脫開。然后可控硅整流橋和勵磁調(diào)節(jié)器投入正常工作，由AvR 控制完成軟起勵過程。第13頁，共48頁。第14頁，共48頁。第15頁，共48頁。勵磁變啟勵滅磁第16頁，共48頁。啟勵裝置由啟勵變、二極管模塊、接觸器及限流電阻、電容組成。作用是在發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速時，利用廠用380V交流電源，短時向發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁，使之建立空載電壓。當DAVR檢測到發(fā)電機端電壓到達10%（也有相關(guān)材料上說是60%）時，立刻斷開接觸器，AVR輸出脈沖觸發(fā)可控硅整流橋并使之輸出電流，使發(fā)電機電壓連續(xù)上升并達到設(shè)定值。 接觸器二極管啟勵變第17頁，共48頁

8、。滅磁過程：1）取消可控硅整流橋的全部觸發(fā)脈沖，2）觸發(fā)滅磁可控硅，3）切斷勵磁電源開關(guān)41E。 41E滅磁可控硅滅磁電阻觸發(fā)脈沖第18頁，共48頁。滅磁設(shè)備的作用將磁場回路斷開并盡可能快地將磁場能量釋放。滅磁回路主要由磁場斷路器-Q02、滅磁電阻R02、晶閘管跨接器F02 及其相關(guān)的觸發(fā)元件組成。第19頁，共48頁。DAVR設(shè)計了雙通道+獨立備用手動通道，其中雙自動通道中又含有手動回路，運行時，雙自動通道都工作（按PID調(diào)節(jié)或恒無功/恒功率因數(shù)任選），但其中一個自動通道脈沖被閉鎖。當有脈沖輸出的通道故障時，自動無擾切換到另一個的自動通道且封閉本通道脈沖（不允許切換到本通道的手動回路）。如果此

9、時備用通道也處于在故障狀態(tài)，則切換到備用的獨立手動通道（BFCR）并按PI調(diào)節(jié)。此種設(shè)計自動通道與手動通道完全獨立而備用。 第20頁，共48頁。限制器作用限制器的目的是維護發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，避免由于保護繼電器動作而造成非正常事故停機。第21頁，共48頁。圖示出了額定端電壓時凸極同步發(fā)電機的典型功率圓圖和對應(yīng)的運行極限位置。由圖中可以看出，在過勵區(qū)域設(shè)置有最大勵磁電流和感性定子電流兩個過勵限制器；在欠勵區(qū)域設(shè)置有容性定子電流、無功限制（P/Q限制）和最小勵磁電流三個欠勵限制器。第22頁，共48頁。勵磁電流限制最大勵磁電流限制器用于防止轉(zhuǎn)子回路過熱，它設(shè)計具有反時限特性。限制器有兩個限制值：一

10、個是強勵頂值電流限制器，另一個是連續(xù)運行允許的過熱限制值。與過熱限制值關(guān)聯(lián)的兩個控制參數(shù)分別是轉(zhuǎn)子等效加熱時間和轉(zhuǎn)子等效冷卻時間。第23頁，共48頁。定子電流限制該限制器用于防止發(fā)電機定子過熱，在過勵和欠勵側(cè)均有效。其工作原理與最大勵磁電流限制器的工作原理相似。主要差別在于定子電流限制器沒有一個確定的最大定子電流限制值，當時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax），通過適當?shù)膮?shù)整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能Emax的反時限特性。第24頁，共48頁。定子電流限制器分欠勵側(cè)和過勵側(cè)兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當發(fā)電機過勵時，欠勵側(cè)定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測

11、負載的功率因數(shù)，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發(fā)電機的有功電流分量。如果發(fā)電機的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發(fā)電機無功功率調(diào)整為零。第25頁，共48頁。P/Q限制器P/Q限制器本質(zhì)上是一個欠勵限制器，用于防止發(fā)電機進入不穩(wěn)定運行區(qū)，該限制器的限制曲線由對應(yīng)五個有功功率點（P0，P25，P50，P75，P100）的五個無功功率設(shè)定值確定，曲線與發(fā)電機的定子電壓水平有關(guān)，發(fā)電機電壓變化時，限制曲線隨之偏移。第26頁，共48頁。過激磁保護(VHz 觸發(fā)器) 用于防止同步發(fā)電機和變壓器過磁通。過激磁保護首先根據(jù)

12、發(fā)電機頻率和設(shè)定值計算出當前的機端電壓允許值，如果發(fā)電機實際電壓超過允許值，就會觸發(fā)定時器延時。在延時結(jié)束前，如果電壓仍沒有返回到允許值，則發(fā)出跳閘信號。第27頁，共48頁。失磁保護(PQ) 發(fā)電機運行點在超出其穩(wěn)定極限時，失勵保護動作，跳發(fā)電機。利用功率圓圖上的五點設(shè)定保護曲線，保護曲線與PQ 限制器的限制曲線相似。但PQ 保護曲線在PQ限制曲線基礎(chǔ)上左移5到100。由于同步發(fā)電機的穩(wěn)定極限與機端電壓有關(guān)，PQ 保護曲線也與電機端電壓成比例校正。發(fā)電機工作點超過保護曲線時，觸發(fā)定時器，經(jīng)過可整定的延時居發(fā)出跳發(fā)電機命令。定時器延時啟動信號也可用于報警。第28頁，共48頁。轉(zhuǎn)子接地保護轉(zhuǎn)子接地

13、保護裝置UNS 3020是一個獨立的保護繼電器。它用作發(fā)電機整個轉(zhuǎn)子回路（包括功率可控硅和勵磁變壓器二次側(cè)）的接地故障保護。它的特點是：2段結(jié)構(gòu)（1段報警，2段跳機），每段定值和延時可單獨調(diào)整。第29頁，共48頁。轉(zhuǎn)子接地保護原理圖第30頁，共48頁。軸電壓吸收軸電壓是指發(fā)電機在全速旋轉(zhuǎn)時, 在發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩側(cè)形成的電位差。軸電壓的形成可以是: 發(fā)電機空氣間隙磁不對稱; 轉(zhuǎn)子偏心、繞組不對稱或轉(zhuǎn)子短路接地等;汽機葉片產(chǎn)生靜電; 有源的轉(zhuǎn)子勵磁如可控硅勵磁。軸電壓的幅值過大時, 軸承油膜將被破壞。在軸承對地絕緣不良的情況下, 軸電壓產(chǎn)生的電流會引起軸頸表面和軸瓦的電燒傷。第31頁，共48頁。滅磁和

14、過壓保護觸發(fā)單元是靜態(tài)滅磁裝置（跨接器）的一部分，具有多個獨立的放電可控硅觸發(fā)回路。電機的受控滅磁回路可以是雙冗余的，與滅磁開關(guān)的跳閘線圈同時接通。另外，設(shè)有一個電壓檢測回路，在勵磁電壓超過預(yù)設(shè)值時它會自動觸發(fā)可控硅。因此跨接器作為獨立的過電壓保護裝置，可保護可控硅橋和磁場繞組免受危險過電壓尖峰的沖擊。第32頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)投入前的檢查 系統(tǒng)的維護工作已完成。 控制和電源柜已準備好待運行并且適當?shù)乇绘i定。 發(fā)電機輸出空載，臨時接地線拆除。 滅磁開關(guān)的控制電源及調(diào)節(jié)器電源已送電。 沒有報警信號和故障信息。 勵磁系統(tǒng)切換到遠方控制方式。 勵磁系統(tǒng)切換到自動運行方式。 發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速(檢查

15、顯示儀表上的轉(zhuǎn)速)。第33頁，共48頁。運行中的檢查1)在控制室中 無限制器動作。 運行調(diào)節(jié)器的給定值沒有達到極限位置。 通道間跟蹤平衡，通道切換準備就緒。 勵磁電流、發(fā)電機電壓和無功功率平穩(wěn)。2)在勵磁柜旁： 無報警動作。 無異常噪音。第34頁，共48頁。正常運行方式調(diào)節(jié)器“遠方控制”。整流柜全部運行。調(diào)節(jié)柜主通道1（2）AVR運行，F(xiàn)CR跟蹤AVR。調(diào)節(jié)柜主通道2（1）AVR跟蹤主通道1（2）AVR，F(xiàn)CR跟蹤AVR。緊急備用通道跟蹤主通道。轉(zhuǎn)子接地保護投入。各限制器投入。疊加控制、PSS根據(jù)調(diào)度要求投入。第35頁，共48頁。非正常運行方式整流柜缺柜運行。調(diào)節(jié)器FCR方式運行。調(diào)節(jié)柜主通道

16、1（2）故障。緊急備用通道故障。第36頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的一些相關(guān)注意事項 勵磁系統(tǒng)是維持發(fā)電機運行的核心，其作用不僅在于在發(fā)電機正常運行時，為發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供基本的磁場能量，也在于當電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路或突加負荷、甩負荷時，自動對發(fā)電機進行強行勵磁（發(fā)電機出口附近故障，發(fā)電機機端電壓急劇下降）或強行減磁（減小發(fā)電機定子電壓，減小故障電流），以提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性，也在于當發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)短路時，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)繞組進行滅磁，以避免事故的擴大。因此，要求發(fā)電機運行時勵磁調(diào)節(jié)器必須投入自動通道，不允許使用恒流電源或手動通道。否則，可能導致事故的發(fā)生。第37頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的一些相

17、關(guān)注意事項 對于啟動過程中的發(fā)電機，當機組達到額定轉(zhuǎn)速并且調(diào)速系統(tǒng)運行正常之前，絕對禁止對發(fā)電機進行勵磁升壓。對于額定轉(zhuǎn)速下已經(jīng)升壓等待并網(wǎng)、已經(jīng)解列準備停機或進行其他試驗等情況下空載運行的發(fā)電機，如出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的情況，應(yīng)立刻分斷磁場開關(guān)強行滅磁。 發(fā)電機強勵過程也是轉(zhuǎn)子過載(發(fā)熱)的過程。所以當發(fā)電機誤強勵或正常強勵后不能正常返回，并且轉(zhuǎn)子過負荷保護又不能正常投入時，必須在短時間內(nèi)強行滅磁(過勵限制定值是1820倍額定勵磁電流時，強勵10s，發(fā)電機轉(zhuǎn)子強勵通常不允許超過30s)。 第38頁，共48頁。發(fā)電機和勵磁系統(tǒng)測絕緣的要求如下（1） 發(fā)電機定子繞組應(yīng)用2500V搖表測量絕緣電阻，其值不

18、小于3M且與前次測量值相比較，如有明顯降低（低于前次的1/31/5）應(yīng)查明原因。通水后用水搖表測量，其阻值不低于0.1M。（2） 發(fā)電機轉(zhuǎn)子測絕緣用500V的搖表測量，其值不小于1M。（3） 發(fā)電機密封油、頂軸油軸瓦及軸承座絕緣電阻用1000V搖表測量，其值不小于1M。勵磁系統(tǒng)的一些相關(guān)注意事項每次起機前要進行轉(zhuǎn)子絕緣測試第39頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)的投運條件AVR無故障；發(fā)變組出口保護無動作；汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速大于2950轉(zhuǎn)/分；勵磁調(diào)節(jié)器投入處于熱備用狀態(tài)運行 第40頁，共48頁?？蛰d勵磁電流: 1828.6A空載勵磁電壓：133V額定勵磁電流：5173A額定勵磁電壓：445V重要的監(jiān)視參數(shù)勵

19、磁系統(tǒng)的一些相關(guān)注意事項第41頁，共48頁。運行注意事項1、 當任一臺功率柜故障后，其它功率柜將承擔其工作電流，滿足強勵和1.1倍勵磁電流要求。兩臺功率柜故障后，勵磁電流限制器設(shè)定值將自動減少，不能進行強勵。如果三臺功率柜故障則自動切斷勵磁。2、 運行中嚴禁打開功率柜柜閥，否則，該功率柜將自動退出運行3、當發(fā)電機電壓低于90%額定電壓時，調(diào)節(jié)器強勵10秒，強勵電流10346A。第42頁，共48頁。運行中更換碳刷時的注意事項當碳刷磨損到極限線時應(yīng)予更換。更換時應(yīng)由有經(jīng)驗的檢修人員擔任。工作人員應(yīng)特別小心，不使衣服及擦拭材料被機器掛住，應(yīng)扣緊袖口，女工發(fā)辮要放在帽內(nèi)。工作時站在絕緣墊上，不得同時接觸兩極或一極與接地部分，也不能兩人同時進行工作。更換碳刷時，要使其型號與舊碳刷相一致。更換的新碳刷應(yīng)能在刷窩內(nèi)自由移動，否則應(yīng)用木質(zhì)刮刀刮磨，禁止用砂紙打磨。彈簧應(yīng)壓在碳刷中心位置。第43頁，共48頁。勵磁系統(tǒng)運行中的一些可能的不正?，F(xiàn)象 1.失磁危害：從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，使系統(tǒng)電壓降低，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定；發(fā)電機失磁進入異步運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)差頻電流，引起轉(zhuǎn)子過熱；定子過電流；異步運行后，發(fā)電機轉(zhuǎn)矩、有功功率劇烈波動?，F(xiàn)象：發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓降低或指示為零；轉(zhuǎn)子電流指示為零或指示異常，無功反向指示，功率因數(shù)指示進相；發(fā)電機有功指示降低，定子電壓指示降低，電流指示增大并擺動；“失磁