科目二十一：水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)

科目二十一：水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)一、勵磁系統(tǒng)概述勵磁系統(tǒng)的組成勵磁功率單元勵磁控制單元勵磁系統(tǒng)的主要作用1） 供給發(fā)電機勵磁電流，當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)磁場的強弱，維持機端電壓為給定水平2） 使并列發(fā)電機無功功率得到合理分配3） 電力系統(tǒng)發(fā)生短路事故或其他原因使機端電壓嚴重下降時，能對發(fā)電機強行勵磁4） 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。5） 在發(fā)電機內(nèi)部出現(xiàn)故障時，能迅速進行滅磁，以減小故障損失程度6） 發(fā)電機突然甩負荷等原因造成過電壓時，能對發(fā)電機進行強行勵磁勵磁系統(tǒng)的基本要求1）具有足夠的勵磁容量，勵磁系統(tǒng)應保證在發(fā)電機額定負載下勵磁電流和電壓的1.1倍時,能長期連續(xù)運行,以滿足發(fā)電機在允許的各種工況下獲得足夠的勵磁電流,即勵磁裝置的額定容量應有一定的裕度。2）具有十分高的可靠性，勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機組主要的自動控制系統(tǒng)之一,出現(xiàn)故障就會直接影響機組的運行,甚至影響電力系統(tǒng)的正常運行。勵磁系統(tǒng)的年強迫停運率不應大于0.1%3）具有足夠的強勵能力，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障電壓降低時,勵磁系統(tǒng)應有很快的響應速度和足夠大的勵磁頂值電壓,以保證電網(wǎng)電壓能維持在較高的水平。勵4）發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器應設(shè)有自動切換裝置。當自動勵磁調(diào)節(jié)器工作通道故障時,能正確自動切換到備用通道或從自動調(diào)節(jié)切換到手動調(diào)節(jié),且發(fā)電機無功功率無大幅度波動5）發(fā)電機應裝有自動滅磁裝置及斷路器,在任何需要滅磁的工況下,能保證在轉(zhuǎn)子線圈絕緣所允許的過電壓條件下盡快可靠滅磁6）保證發(fā)電機電壓具有足夠的調(diào)節(jié)范圍。自動勵磁調(diào)節(jié)器和手動勵磁調(diào)節(jié)單元應能在發(fā)電機空載電壓10%~110%額定值范圍內(nèi)進行穩(wěn)定、平滑的調(diào)節(jié)7）保證發(fā)電機電壓調(diào)差率具有足夠的調(diào)節(jié)范圍，勵磁系統(tǒng)應能保證發(fā)電機機端電壓調(diào)差率整定范圍為士15%,級差不大于1%,調(diào)差特性應有較好的線性度8）保證勵磁自動控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。a、發(fā)電機空載運行,轉(zhuǎn)速在0.95~1.05額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),突然投入勵磁系統(tǒng),使發(fā)電機端電壓從零上升至額定值時,電壓超調(diào)量不大于額定電壓的10%，振蕩次數(shù)不超過3次,調(diào)節(jié)時間不大于10s。b、在額定功率因數(shù)下,當發(fā)電機突然甩掉額定負載后,發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于15%額定電壓，振蕩次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時間不大于10s9） 勵磁系統(tǒng)應保證發(fā)電機機端調(diào)壓精度優(yōu)于士0.5%10） 大型水輪發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)器應具備保護限制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器Pss等助功能二、勵磁系統(tǒng)的主要勵磁方式1）他勵勵磁方式由發(fā)電機組本身以外的電源供電的勵磁系統(tǒng)稱為他勵勵磁方式，他勵勵磁方式，般由直流勵磁機或交流勵磁機提供勵磁電源。a） 直流勵磁機供電的勵磁方式，具有專用的直流發(fā)電機,這種專用的直流發(fā)電稱為直流勵磁機自勵直流勵磁機供電的勵磁方式. 他勵直流勵磁機供電的勵磁方式，他勵直流勵磁機的勵磁電流不再由自己供給,而是由另一臺被稱為副勵磁機的同軸的直流發(fā)電機供給,所以叫做他勵。b） 交流勵磁機供電的勵磁方式隨著整流技術(shù)的發(fā)展和大容量硅整流元件的出現(xiàn),現(xiàn)代大容量發(fā)電機有的采用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發(fā)電機大軸上,它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁分為以下方式：交流勵磁機（磁場旋轉(zhuǎn)）加靜止硅整流器（有刷）交流勵磁機（磁場旋轉(zhuǎn)）加靜止晶閘管整流器（有刷）交流勵磁機（電樞旋轉(zhuǎn)）加旋轉(zhuǎn)硅整流器（無刷）交流勵磁機（電樞旋轉(zhuǎn)）加旋轉(zhuǎn)晶閘管整流器（無刷）2）自勵勵磁方式在這種勵磁方式中不設(shè)置專門的勵磁機,而是通過勵磁變壓器或大功率電流互感器從發(fā)電機本身取得勵磁電源，經(jīng)靜止整流器整流后再供給發(fā)電機本身勵磁,故也稱自勵式靜止勵磁。自勵勵磁方式又可分：自并勵勵磁方式：勵磁功率取自發(fā)電機機端,由接于發(fā)電機機端的勵磁變壓器提供,經(jīng)晶閘管整流后向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流。自動勵磁調(diào)節(jié)器進行控制,起勵時需要另加一個起勵電源。自復勵勵磁方式，除勵磁變壓器外,還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機定子回路中的大功率電流互感器,具有兩種勵磁電源,通過勵磁變壓器獲得的電壓源,通過串聯(lián)變流器獲得的電流源。機端電壓量和電流量疊加方式的不同可分為直流側(cè)并聯(lián)、直流側(cè)串聯(lián)、交流側(cè)并聯(lián)、交流側(cè)串聯(lián)三、勵磁控制單元1） 微機勵磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點a）可靠性高b）功能多c）通用性好d）性能好e）運行維護方便2） 微機勵磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)要求a）微機勵磁調(diào)節(jié)器采用兩套調(diào)節(jié)通道時,應能自動或手動切換,互為熱備用,以保證當運行調(diào)節(jié)通道故障時,能正確、自動地切換到備用調(diào)節(jié)通道b）勵磁系統(tǒng)某個調(diào)節(jié)器通道如設(shè)有自動、手動運行方式,則應具有雙向跟蹤、切換功能。跟蹤部件應能正確、自動地跟蹤。切換應具有手動和TV斷線自動切換能力,切換時保證發(fā)電機端電壓和無功功率無大幅度的波動c） 獨立運行的自動調(diào)節(jié)通道電壓給定或勵磁電流給定應帶有限位功能，發(fā)電機解列后應能自動返回至空載額定電壓位置

勵磁調(diào)節(jié)器應備有通信接口,能輸出勵磁有關(guān)數(shù)據(jù)到上級計算機或監(jiān)控裝置,并能接受其升、減磁等命令勵磁調(diào)節(jié)器應有兩路供電電源,其中至少一路應由廠用蓄電池組供電微機調(diào)節(jié)器還應有勵磁系統(tǒng)參數(shù)的顯示和在線整定;故障的檢測和診斷;調(diào)試和試驗;狀態(tài)、事件的記錄和故障的錄波等功能微機勵磁調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成整個微機勵磁調(diào)節(jié)器的硬件系統(tǒng)一般由穩(wěn)壓電源部分、測量部分、控制信號輸入部分、控制與報警信號輸出部分、脈沖放大部分、顯示部分及CPU部分等構(gòu)成微機勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)通道和運行方式通道結(jié)構(gòu)有形式有：單微機、雙微機、多微機恒機端電壓運行方式，即自動運行方式恒勵磁電流運行方式，即手動運行方式恒無功運行方式微機勵磁調(diào)節(jié)器的限制保護功能最大勵磁電流限制強勵反時限限制欠勵限制無功過載限制V/F限制TV斷線保護在線檢測電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS附加控制四、勵磁功率單元勵磁功率整流橋全控和半控勵磁功率柜的冷卻方式自然冷卻、強迫風冷卻、水內(nèi)冷冷卻阻容保護裝置過電壓時起保護回路勵磁變壓器五、發(fā)電機滅磁及過電壓保護單元發(fā)電機的典型滅磁方式，止制鐘H逆事滅縮*電托更畝離汕反込交it，止制鐘H逆事滅縮*電托更畝離汕反込交it電滅* …一亠事斤英克?lial ?申財蚯徉咗料電:上艮怨纓性4JH氏叱大功羋電戢徉咗料電:上艮怨2hO電RL“內(nèi)興出電昭&O赳乩1*4*<MHiH發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護過壓時電阻自動投入，正常運行電阻不投發(fā)電機滅磁及過壓保護原理框圖a)滅磁過電壓保護，勵磁系統(tǒng)在正常停機時,調(diào)節(jié)器自動逆變滅磁,滅磁開關(guān)不跳閘,非線性氧化鋅電阻不參與工作,無電流通過。當逆變失敗或者事故停機時,滅磁開關(guān)快速跳開b)非全相及大滑差異步運行過電壓保護當發(fā)電機斷路器發(fā)生非全相或非同期合閘時,會使發(fā)電機非全相運行或大滑差異步運行。在這兩種運行狀況下,定子負序電流產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)磁場以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組,在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生劇烈的過電壓,能量遠超過通常滅磁裝置的滅磁能量,產(chǎn)生的過電壓將會擊穿轉(zhuǎn)子繞組的絕緣六、水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)正常操作滅磁開關(guān)的操作起勵操作除殘壓起勵外,還采用外部輔助電源起勵,保證勵磁系統(tǒng)起勵的可靠性起勵操作有自動起勵和手動起勵兩種方式，無論手動還是自動,只要發(fā)出起勵命令后，經(jīng)10s機端電壓達不到10%額定電壓，就認為起勵不成功，調(diào)節(jié)器將自動撤消起勵命令,解除起勵電源,同時發(fā)“起勵失敗”信號零起升壓操作發(fā)電機勵磁回路絕緣電阻的測量停機測量應采用500~1000V絕緣電阻表，其勵磁回路全部絕緣電阻值不應小于0.5M。若低于以上數(shù)值時,應采取措施加以恢復。如暫日時不能恢復,由發(fā)電廠總工程師決定是否運行了機組運行中也可以用勵磁回路電壓表進行定期測量當運行中需要測量勵磁回路絕緣時，應先將轉(zhuǎn)子一點接地保護連接片退出，再通過切換61SA，測量三個電壓值，絕緣正常時,正對地電壓和負對地電壓為零;當正極接地時,則正對地電壓降低負對地電壓升高;當負極接地時,則負對地電壓降低,正對地電壓升高;當發(fā)生