热电厂发电机励磁系统的设计

热电厂发电机励磁系统的设计

摘要：近几年来，由于新技术、新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善，大幅度地提高了电厂的工作效率。通过介绍发电机自并励静止励磁系统在电厂中的应用，说明该励磁方式与过去的励磁方式相比有较大的优越性。并探讨了大中型汽轮发电机自并励静止励磁系统组成方案及保护问题，可供设计参考。

关键词：发电机；励磁方式；自并励静止励磁系统；组成方案

Abstract: In recent years, thanks to the new technologies, new processes and new emerging and use of the device, making the generator excitation way to get the continuous development and perfection, greatly improve the efficiency of the power plant. Through the introduction of the generator excitation system since by static in the application of power plant that the excitation type and past excitation compared with the advantages of large way. Exploring the large and medium-sized turbo generator excitation system since by static schemes and protection which can provide reference for design.

Key Words: generator; excitation method; static excitation system; schemes

引言

发电机励磁系统在发电机机组投资中所占的比重虽然极小,却是一个实时控制系统,其安全性和可靠性关系到电力系统的安全与可靠,各项性能指标直接关系到电力系统的稳定。发电机励磁系统的性能对于提高电网的输送能力和稳定性等具有重要意义,尤其是大型发电机励磁系统,其调节性能以及安全性、可靠性是电网安全稳定的重要环节,是电网安全稳定的基础。近期的实践也进一步表明,发电机励磁系统,特别是大型发电机励磁系统,是提高电网稳定性最经济、有效、直接的手段,所以,提高大型发电机励磁系统的设计水平,不但具有直接的经济效效益,同时具有很大的社会效益。

随着计算机技术的发展, 目前在硬件上已经有不少文献对发电机励磁系统的原理做了较全面的阐述。在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配；在某些故障情况下，发电机的端电压降低，近发电机机端发生短路情况下及保证系统稳定性方面是要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。可见发电机励磁系统性能的优劣，其各部件质量的好坏，是影响整个机组安全、经济的重要因素之一。中型汽轮发电机组的常用励磁方式主要有交流励磁机一静止整流器励磁系统、交流励磁机一旋转整流器励磁系统(以下称无刷励磁系统)、自并励静态励磁系统三种。

1 三种励磁方式在的选择比较

1）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统需要同轴励磁机，励磁系统中间多一个环节，增加了故障率。自并励励磁系统的励磁电源取自发电机的机端励磁变，没有了旋转部件，运行可靠性高。随着目前大功率可控硅整流装置的可靠性提高，据国内外统计资料表明，自并励静态励磁系统造成的发电机强迫停机率低于交流励磁系统。

2）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统需要同轴励磁机，机组长度大。自并励励磁系统不需要同轴励磁机，仅带端部滑环，可缩短整个发电机组的长度，有效的提高轴系的稳定性，改善轴系振动水平，提高了机组的安全运行水平，同时可减少主厂房面积，降低噪音，维护方便。

3）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统具有同轴励磁机，电压响应速度较慢。自并励静态励磁系统因采用了可控硅，不需要考虑同轴励磁机时间常数的影响，这样可获得很高的电压响应速度。当系统电压瞬间下降时，可很快增大发电机无功，以保持系统不发生电压崩溃，其能力比交流励磁机励磁系统优越；当机组甩负荷时，自并励系统抑制电压超调能力比常规励磁系统强。

4）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统的励磁电源不需要从外部取得，强励能力较好，这在靠近发电机机端发生短路情况下及保证系统稳定性方面是有优势的。自并励静态励磁系统的输出电压会随着机端电压的变化而变化，特别是当发电机机端或主变低压侧、高压侧短路时，机端电压厂降，引起励磁电压下降，从而影响机端电压进一步下降，强励能力明显降低。由于本设计发电机至主变和高厂变高压侧采用分相封闭母线，母线的故障率很低，即使有这样的短路型式，短路电流起始值很大，有一定的衰减时间，发电机主保护也能有选择性的切除故障。

5）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统包括永磁副励磁机、交流励磁机属于三机励磁，交流励磁机励磁回路需要逆变励磁，同时，发电机励磁绕组进行续流灭磁，续流灭磁时间较长，这对发电机组是不利的。自并励励磁系统通过机端励磁变压器整流后直接供给发电机励磁电流，因此只需要进行发电机励磁回路的灭磁，灭磁时间较短。这对保护发电机转子绝缘是很有利的。

6）交流励磁机一静止整流器励磁系统及无刷励磁系统附件较多，价格比自并励励磁系统要高，汽机房跨距比自并励励磁系统要大，综合造价高。正是由于自并励励磁方式具备这些突出的优点，近年来新建电厂的汽轮发电机较多的选用了这种励磁方式。随着电网的不断扩大，对于大型机组业界人士也越来越倾向于采用静态励磁方式，并积累了一定的运行经验，大中型汽轮发电机采用自并励静态励磁方式已成为一种趋势。且目前上海、东方、哈尔滨三大电机厂均能提供