大型水轮发电机组励磁系统设备选型探讨
大型水轮发电机组励磁变压器参数及绝缘方式的选择--由三峡机组励磁系统投运引起的思考
万方数据
缘性能特征作一简单介绍。 ３．１ 环氧树脂类干式变压器
环氧树脂干式变压器包括有浇注型和缠包型２ 种绝缘方式，特别是环氧浇注型干式变压器，自２０ 世纪６０年代问世以来，先后经历了由厚绝缘带填 料，薄绝缘布带填料和薄绝缘带填料等几个发展过 程，在采用经过特殊处理的玻璃纤维增强材料以提 高绕组的散热能力后，目前环氧树脂浇注型干式变 压器已可以制造到电压达３５ ｋＶ、容量达２０ＭＶＡ和 绝缘等级达Ｆ级（１５５℃）的产品，在当前是一种应 用较广泛的品种。
３励磁变压器绝缘方式的选择
近年来，由于新型绝缘材料的开发及应用、制造 工艺技术的进展，使干式变压器的性能有了极大的 改善，其运行特性也更安全、可靠，并符合环保的要 求。根据变压器选用绝缘材料的不同，干式变压器可 分为环氧树脂类（浇注型和缠包型）和ＮｏＭＥｘ唧类 （敞开型和包封型）２类干式变压器。所谓ＮｏＭＥＸ吲 类绝缘材料，指美国杜邦公司生产的芳香聚酰胺绝 缘材料和层压板，是一种高品质的具有独特的电气 及机械性能的绝缘材料。现就各类干式变压器的绝
关键性课题作一简要论述。 ２．１ 阻容缓冲器的选择
在自励励磁系统中，励磁变压器二次额定电压 （以下简称阳极电压）的选择取决于强励顶值电压的 倍数，顶值电压倍数越高，阳极电压值也越高；另一 方面，接在励磁变压器二次绕组侧的功率整流桥中 的可控硅元件，在换相结束时突然关断，为使储存在 励磁变压器二次绕组中的磁能得以释放，通常经与 整流元件并联的Ｒ—Ｃ阻容缓冲器旁路并予以耗能， 存储与消耗能量之间应达到平衡并有一定的吸收
表２敞开型浸渍干式变压器的结构及绝缘特征
美国结构型式
德国ＭＯＲＡ结构型式
匝间绝缘采用ＮＯＭＥｘ＠纸
匝间绝缘采用玻璃纤维
垫块采用ＮＯＭＥＸ＠纸板或梳状撑条
大型发电机励磁系统选型及最佳调节规律选择解读
2000. № 4 大电机技术 55 入 , 最佳传递函数应以二阶或三阶为宜。
按此观点对ωS 时本身传递函高阶的调节对象 , 如此发电机在ω ≠ 数就三阶 , 要采用极———零点对消降阶法 , 消掉相对较小时间常数的环节。
其应用条件 : ( 1 闭环系统的数学模型 , 而其系数是可调的。
( 2 不宜用于不稳定环节的调节对象。
( 3 不宜用于具有靠近根的极点调节对象 , 如相对高系统动态响应速度 , 并加了并联校正环节 , 提高动态响应品质。
当 KA 设计得足够大时 , 图 8 可以近似简化成图 9 的数学模型方框图。
大惯性环节。
( 4 综合校正环节采用有理真分式的传递函数 , 以减少高频干扰。
3. 5 ITAE 准则最佳调节设计应用 3. 5. 1 300MW 水轮发电机励磁系统设计仍以“3 . 3” 节设计为例 , 闭环传递函数参见式 ( 5 , 根据表 1 得出。
图8 ω2n = K τTG 1 . 4ωn = 1 + K τ 已知: t Sωn = 6 令 tS = 3 . 5 s 则求得: K≈15 τ ≈1 t S ≈3 . 5 S P = 4 . 32 % N :接近一次图 9 系统的闭环传递函数为 : TF 1 S + KF TG KF TG Wc ( S = KF + FF 1 2 S + S + KF TG KF TG ( 8 设计满足要求 , 励磁系统的方框图如图 6 所示。
3. 5. 2300MW 汽轮发电机励磁系统设计 ( 1 系统选型从式 ( 8 分析 , 该系统为‘I’ 型系统。
静差很小 , 大约在 ± 0 . 5 %左右 , 可以忽略不计。
如此处理对工程应用不会产生影响 , 而设计工作量大大减轻。
( 3 参数计算选择交流励磁机带整流器的励磁系统 , 包括无刷励磁系统 ,简图见图 3 和图 4 。
( 2 数学模型建立从图 3 和图 4 分析可看出 , 在励磁系统中有两个大的惯性环节 ,即励磁机和发电机 ,励磁机的时间常数是影响系统瞬态性能的主要因素。
发电机励磁系统选型及最佳调节规律选择
∏ ,电压调正
2 4 无刷励磁系统
无刷励磁系统实质上就是三机系统 仅是励磁机
和发电机转子结构的区别 ∀ 无刷励磁系统的同轴交流
励磁机做成反枢结构的同步发电机 发电机转子取消
滑环 ∀ 该系统如图 所示 ∀
图
无刷励磁系统的设计与三机系统一样 可设计成 常规和 响应的励磁系统 ∀ 2 4 1 无刷励磁系统特点
常规响应 响应
顶值倍数 ∏ ∗ ∗
电压响应时间
∗ [
标称电压响应 ∏ ∗ ∗
大型发电机励磁系统选型及最佳调节规律选择
荡 次 数 !误 差 等 达 到 最 好λ 的
当设计 三机系统时 要采取一定的技术措
施 ∀ 第一 加装励磁机时间常数补偿回路 提高小偏差
动态响应速度以提高发电机的静稳极限 第二 提高励
电网的稳定性 提高电网输送能力及经济效益的问题 ∀
所以世界各国励磁系统研究设计工作者从 年代至
年代先后在励磁系统选型上做了大量有成效的工
作 ∀ 本文提出的 种励磁方式基本上代表了我国和世
界先进国家大型同步发电机励磁控制的技术水平 ∀ 建
议大型同步发电机励磁系统选型设计上尽可能选取本
文所提出的励磁方式 不必再做复杂的选型论证工作
•
水轮发电机组 !俄罗斯
• 汽轮发电机组 !日立公
司
• 汽轮发电机组等 ∀
在选设该系统时应对同轴交流励磁机提出一些特
殊要求 ∀
2 2 3 交流励磁机的特殊技术要求
加装阻尼绕组 以改善电压波形和降低由于谐
波损耗引起的铁心局部过热
频率应选在
为宜 减小整流电压的纹波
系数
预选换弧电抗值 Ξρ ;
隐极机 Ξρ Ξδ Ξ
巨型水轮发电机组励磁系统关键技术
电机控 制系统的 一个智 能设备 ，将参与和互 享全数字通
励 磁 系 统 内 部 通 信 技 术 发 展 较 快 ， 首 先 是 信 信 息 。
ＵＮＩＴＲＯＬ ５０００率 先采 用 ＡＲＣｎｅｔ通信 技术 ，并 且成
１．３ ＡＶＲ ＰＩＤ模 型应 用技 术
为 调 节 器 不 可 分 割 的 部 分 ，后 因 其 故 障 后 影 响 整 个 励 磁
０ 训 ．
ＰｏｗｅｒＰＣ芯 片 。 大 型 励 磁 系 统 主 要 采 用 ＲＩＳＣ 构 架 的 微 处 理 器 芯 片 ，如 ＤＳＰ、ＡＲＭ 或 ＰｏｗｅｒＰＣ、ＦＰＧＡ 等 。
随 着 长 江 三 峡 水 利 枢 纽 工 程 的 建 设 ，我 国 一 大 批 国 产 ＮＥＳ ５１００励 磁 控 制 器 芯 片 配 置 如 图 １所 示 。
要 应用在服 务器领 域 ，后 者主要应 用在 自动控制 领域 。 ＤＳＰ，主 要 完 成 模 拟 量 的 采 样 、计 算 ，开 入 的 读 取 ，保
在 励 磁 控 制 中 ， 大 型 励 磁 系 统 过 去 采 用 ＣＩＳＣ 芯 片 ， 护 逻 辑 的 判 断 ，出 口控 制 等 。现 场 可 编 程 门 阵 列 ＦＰＧＡ
支 持 ＩＥＣ６１８５０通 信 协 议 ，应 向电 站 监 控 系 统 上 送 所 有 和控 制输入 均被数 字化 ，利用 网络通信 技术 进行传 输 ，
测量值 、参数 、波形 ，为运行管理和 设备诊断分析提 供 实现智能 设备间的信息 共享和 互操作 。励磁 系统作为发
技 术 支 撑 。
由 ２块 以上微处理器控制板组成 。微处理器 从软件架构
在 图 １中 ，ＡＲＭ 微 处 理 器 负 责 运 行 ＶｘＷ ｏｒｋｓ操
发电机励磁系统的选型技术
发电机励磁系统的选型技术刘绍华（湖北赤壁市陆水自动化技术研究所 437302）[文摘] 励磁系统是发电机组重要的辅助设备，本文从励磁方式、励磁调节器、通道结构、励磁变压器、起励灭磁等方面阐述励磁的选择问题。
微机型励磁调节器已成为同步发电机励磁调节器的主流，本文还介绍了微机型励磁调节器的主要先进技术。
[主题词] 励磁系统自并励微机励磁调节器励磁变压器起励灭磁励磁系统是发电机组重要的辅助设备，其主要任务是向同步发电机的的励磁绕组提供一个可调的直流电流（电压），控制机端电压恒定，满足发电机正常发电的需要，同时控制发电机组间无功功率的合理分配，以满足电力系统安全运行的需要，它对提高了电厂的自动化水平，提高发电机组运行的可靠性，提高电力系统稳定性有着重要的作用，因此，正确选择励磁设备也就致关重要。
1 励磁方式的选择在发电机的各种励磁方式中，自并励方式以其接线简单，可靠性高，造价低，电压响应速度快，灭磁效果好的特点而被广泛应用。
随着电子技术的不断发展，大容量可控硅制造水平的逐步成熟，发电机采用自并励励磁方式已成为一种趋势，对于大型机组业界人士也越来越倾向于采用自并励方式。
一般说来，自并励励磁的价格比同容量的直流励磁机还要低，但其调节范围、控制速度、抑制甩负荷时过电压的能力等等性能则是老式励磁无可比拟的。
新建的中小型电站，也大多采用自并励方式，取消了常规的直流励磁机，以简化发电机的轴系统，减低厂房高度，减少工程造价，减少噪音，同时提高自动化水平。
改造时，由于自并励最为简单经济，通常被优先考虑。
对于在发电机出口或近端短路时自并励的可靠性问题，大型机组已由封闭式母线和快速继电器给予了保证，中小型电站可配以带电流记忆的低电压过电流后备保护来解决。
近二十年来，美国、加拿大对新建电站几乎一律采用自并励励磁系统，加拿大还拟将火电厂原交流励磁机励磁系统改为自并励励磁系统。
2 励磁调节器发电机励磁调节器是励磁装置的控制核心，它的发展经历了机电型、电磁型、晶体管分立元件型、模拟运算放大器型以及微机型几个阶段。
水轮发电机组励磁系统研究
●
图 １ 励 磁 控 制 系统 结构 图
【 收 稿 日期 ］２ ０ １ ７ — ０ ４ — ２ １ ［ 作 者简介］ 杨超杰（ １ ９ ９ ３ 一 ） ， 男， 云南洱源人 。 在 读研 究 生 ， 研 究方向： 水利 水 电 工程 ， 水 轮 发 电机 励 磁 系统研 究 。 ２ ３—
：
・ Ｉ ＿ 一 一 ＿ ＿ － － ・ － － ＿ ＿ ＿ ・ － ● Ｉ
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… … … … … … … … ＿
１
１ …
的励 磁 系统 可 以保 证 发 电机 组 和 电力 系 统 的 安全
可靠 。在机 组并 网运 行 时 ， 它 可 以维持 发 电机端 电
的用 电负荷 要大 于 晚上 的 。因此 ． 需要 时刻 调 整 电
调相 等 任 务 ， 如若 频 繁 开机 停机 ， 其 励磁 系统性 能 的好 坏 及 其控 制 方式 的优劣 ，直接 影 响 到水 轮 发
电机 组 能否 正常 运行 。
网各 机组 的 出力 ，以达 到供 需 平衡 。在 这 个 过程 中， 频 率 和 电压 均 会 发生 波 动 。就 频 率 而言 ， 若 频 率过大 ， 发 电机 组转 速 高 ， 转 子上 的 离 心 力增 大 。 容 易 使 转子 的某些 部 件损 坏 ，影 响机 组 及 电 网 自
重要 课题 之一 。 由于水 电能源 具 有运 行 灵 活 、 发 电成 本低 、 高
中要 经 过各 大 升 降压 变 电站 。纵横 交 错 的 庞 大输
电线 路 ． 且 电 能传 输 的距 离 少则 几 十 千米 ， 多则 成
百 上 千 公里 ，再加 上 电能在 生 产 和 消费 过 程 中不 可储 藏 ，这 就更 增 加 了电力 系 统 的复 杂 性 。实 际
大型汽轮发电机励磁方式选型
大型汽轮发电机励磁方式选型励磁系统是同步发电机的重要组成部分，励磁系统的性能直接影响发电机的运行特性。
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、满发的重要因素之一。
同时，励磁系统性能也对电力系统有一定的影响。
自并励励磁系统以其响应速度快，发电机轴系短，经济等特点，在国外大型发电机组中早已得到广泛的应用。
而在我国，过去由于电网相对较弱，大容量发电机组采用自并励励磁系统，如在发电机出口三相短路可能对系统稳定造成威胁，因此较少采用。
但是近年来，我国电力发展迅速，电网容量不断扩大，国内大型发电机组采用自并励励磁系统方式已经得到广泛的应用，且其优越性得到进一步的证实。
本文希望通过对各种励磁系统方式的比较和分析研究，从而推广大型发电机组采用自并励励磁系统。
1 励磁系统方式目前，国内外600mw及以上大机组励磁系统主要有以下几种方式。
1.1 无刷励磁系统它由带旋转整流器的交流励磁机、永磁副励磁机及自动电压调节器等几部分组成。
国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有：西屋、三菱、gec－阿尔斯通、西门子等，所有这些公司往往同时使用2种甚至3种励磁方式。
国内上海电机厂、哈尔滨电机厂的600mw汽轮发电机励磁系统，均采用西屋公司的高起始响应的无刷励磁系统，并具有一定的运行经验。
1.2 自并励励磁系统用发电机端电压经励磁变压器，并采用静态可控硅提供发电机励磁电源。
国际上使用自并励励磁系统的公司主要有：abb、美国ge公司、罗－罗(r－r)、东芝、日立等。
国内东方电机厂引进的日立技术，亦为自并励励磁系统。
东方电机厂与日立公司合作设计的600mw汽轮发电机，第1台以日立公司为主生产，供邹县电厂5号机，第2台以东方电机厂为主生产，供邹县电厂6号机，两台机的励磁系统均为自并励励磁系统。
哈尔滨电机厂和上海电机厂也将生产配套600mw发电机组的自并励励磁系统。
1.3 p棒励磁系统在发电机定子槽内埋设专供励磁电源的线棒，主要制造厂商为ge公司。
大型水轮发电机组励磁系统设计新理念
在自励磁系统中，励磁变压器二次额定电压（以下简称阳极 电压）的选择取决于强励顶值电压的倍数，顶值电压倍数越高， 阳极电压值也越高。另外，接在励磁变压器二次绕组侧的功率 整流桥中的晶闸管元件，在换相中存储的能量将由与整流元件 并联的R－C阻容缓冲器旁路并消耗，存储与消耗能量之间应达 到平衡并有一定的吸收容量储备，否则将导致吸收换相能量的 阻容元件的烧毁，进而引起整流桥相间短路等严重事故。这类 事故在国内水、火电厂中曾多次发生。例如：扬州第二发电厂 美国西屋公司600MW汽轮发电机组以及珠海发电厂美国西屋公 司740MW汽轮发电机组励磁系统均发生过由上述原因导致整流 柜严重烧毁的事故。 由阻容阻尼器吸收的能量Wu，根据美国西屋公司推荐的计算 表达式为：
2.灭磁系统设计理念的演绎与发展
对于水轮发电机机组,一般认为:由于发电机转子磁极具有 凸极结构,转子绕阻回路阻尼效应较弱,在灭磁时大部分的磁 场能量由灭磁回路吸收,对灭磁电阻的容量提出了更加苛刻的 要求。按传统灭磁理念确定灭磁电阻容量可的方式有：
（1）发电机空载灭磁； （2）发电机额定灭磁； （3）发 电机强励灭磁； （4）发电机空载和负载失控误强励灭磁； （5）发电机突然三相短路灭磁。 发电机及变压器内部故障时引起的灭磁能量小于上述5种灭 磁方式之一的相应值。前3种灭磁方式中,以强励状态时的灭 磁能量为最大,通常强励电流为2倍的额定励磁电流,在励磁绕 组中存储的能量远大于额定及空载状态的磁场能量。
关键词：三峡机组；静止自励励磁系统；励磁变压器；灭 磁
主要内容
0. 概述 1. 水轮发电机励磁系统参数的选择 2. 灭磁系统设计理念的演绎与发展
3. 结语
0. 概 述
近年来，我国水电建设事业得到了飞跃的发展，以三峡水 电厂建成与投运为表征的左岸14台，右岸12台单机容量为 700MW水轮发电机组已相继投运。“十一五”期间，我国将 又有一批大容量水轮发电机组投入运行，为此，及时总结已 投运的大型水轮发电机组励磁系统的设计及运行经验，结合 国际励磁控制技术的最新进展，进一步探讨励磁系统设计及 参数选择方面一些关键性技术问题，已成为一项重要和迫切 的课题。 从新的设计理念出发，开拓新思维，扩大新视野，重点对 大型水电机组励磁系统设计的理念进行分析与探讨，并期望 文中的结论和建议，在优化大型水电机组励磁系统性能及提 高运行可靠性方面有所裨益。
浅谈水轮发电机励磁系统灭磁电阻的选择与思考想
浅谈水轮发电机励磁系统灭磁电阻的选择与思考想摘要：随着水轮发电机组容量的不断提高，除了反映电气量的发变组保护，水机保护的合理配置要求也更为严格。
作为水机保护中重要的组成部分，水机温升保护配置是否合理、完善，关乎机组的安全运行。
而不同电站根据不同需求及自身条件，水机温升保护配置也不尽相同。
水电站其水机温升保护既配置了监控系统水机保护，也配置了常规硬接线的后备保护。
本文分析了该电站两种水机温升保护的实现方式以及常规硬接线回路水机温升保护存在的问题，并提出了优化建议。
关键词：灭磁、灭磁方式、灭磁时间、灭磁电阻引言小型水电站在我国以及全世界范围内分布越来越广泛，其发电机组灭磁系统可靠性也随之变得愈来愈重要。
灭磁系统是当发电机发生故障时快速消耗励磁电流的重要保障，能够保证发电机的设备安全。
为了快速消耗磁场能量，选择合理的灭磁方式尤为重要。
当前我国普遍采用的方式主要有灭磁电阻灭磁、逆变灭磁与灭磁开关灭磁。
其中，灭磁电阻灭磁又分为线性及非线性电阻灭磁。
线性电阻具有灭磁过程简单、经济适用与使用寿命长的特点，尤其适用于转子阻尼作用小的小型水轮发电机;对于非线性电阻，其特点是电阻值会随着电流值的增大而减小，灭磁时间短，对大型机组的灭磁过电压保护可靠性更强。
1水轮发电机灭磁的目水轮发电机内部或水轮发电机—变压器组的变压器内部，以及发电机端至发电机或发电机变压器组断路器之间发生短路事故时，继电保护将动作跳闸，但水轮发电机（或水轮发电机-变压器组）断路器跳闸后短路点并未切除，水轮发电机转子电流在定子中产生的电动势将继续维持短路点的短路电流。
短路的持续，可导致绝缘烧坏、导体融化或烧损铁芯，在很短的短路持续时间内，往往也可能造成发电机、变压器的严重损坏并有可能使事故迅速扩大。
避免或减少设备损坏及限制事故扩大的措施是对发电机进行快速灭磁，在尽可能短的时间内使发电机的励磁电流（转子电流）降低至零，以尽快地降低发电机的电动势，使短路电流尽快地衰减、短路电弧尽快熄灭。
大型水轮发电机励磁系统关键器件和起励方式选择的研究
大型水轮发电机励磁系统关键器件和起励方式选择的研究王海军;陈小明【摘要】文章分析了励磁系统主要器件的选择方法和依据,并对大型励磁系统起励方式的选择进行了研究.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】3页(P52-54)【关键词】励磁系统;起励;励磁变压器;整流装置;灭磁开关【作者】王海军;陈小明【作者单位】国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210061;长江电力有限股份公司,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TM3311 引言近年来，我国经济发展迅猛，对于电力资源需求也相对严峻，尤其到夏季来临，在东南沿海地区出现“拉闸限电”的现象。
为了缓解日益增长的电力需求，我国加大了水利电力建设的力度。
励磁系统作为发电机电力系统的核心控制装置之一，对发电机和电力系统的稳定运行有着关键性的作用，所以励磁系统中器件的正确选择对电力系统非常重要，同时该系统设计的可靠性、可维护性、便于操作等性能将影响电力系统的可靠，也影响着后期日常维护和检修过程。
2 励磁设计主要元器件选择由于静止自并励励磁系统形式接线简单，维护方便，并具有固有的高起始快速响应特性，使之成为新建发电机励磁系统的主流形式，其励磁系统图如图1所示。
图1 静止自并励励磁系统接线图图1中，AVR为励磁调节器，LCB为励磁变压器，ZLQ为可控硅整流器，FMK为发电机灭磁开关。
由图1可知，发电机励磁电源由励磁调节器控制的可控硅整流装置提供，而励磁整流装置的输入交流电由并接在发电机机端的励磁变压器提供。
因此可知发电机励磁系统主要设备为：励磁变压器、可控硅整流装置、灭磁开关。
2.1 励磁变压器的选择因为励磁变压器并联在发电机机端，故励磁变压器的原边额定电压和发电机机端电压一致。
励磁变压器副边额定电压的设计由电力系统根据发电机在电网中的位置所决定，主要通过对励磁系统的励磁电压强励倍数体现。
励磁变压器副边额定电流设计时要根据DL／T583-2006的要求：满足励磁系统应保证当发电机的励磁电压和励磁电流为发电机额定负载下励磁电流和励磁电压1.1倍时，能长期连续运行。
大中型发电机组自并励系统选型与技术探讨_卢琪
SPECIAL A REA 66 ｜ 电气时代２００７年第７期专题报道电气传动大中型发电机组自并励系统选型与技术探讨文／广东连州市发电厂 卢 琪应优先采用自并励励磁系统国内大中型机组广泛采用的励磁方式有三机交流励磁机励磁方式和自并励励磁方式。
三机无刷励磁系统：由交流励磁机、永磁副励磁机、整流器及自动电压调节器等几部分组成。
交流励磁系统存在的主要问题有：一是由于励磁机的惯性带来控制速度慢；二是轴细长容易引起轴系扭振（ＳＳＯ）；三是旋转设备多，维护复杂。
主要优点是工作可靠，励磁电源独立于系统。
自并励静止励磁系统：这种励磁系统的所有元件都是静止的。
大功率晶闸管静止整流桥，直接通过集电环向同步发电机的励磁线圈提供励磁电流。
在系统中，励磁电源通过变压器从发电机机端供电，由可控整流桥调节。
这种系统具有很小的固有时间常数。
励磁系统输出的励磁电压的最大值由输入的交流电压和允许最小控制角决定。
因此，当系统由于故障导致发电机机端电压下降时励磁机可能输出的最大励磁电压也将下降，考虑到此时励磁系统的快速反应和故障后的强励作用，这个缺陷在很大程度上被抵消。
自并励晶闸管励磁系统的主要优点是：１）因为不需要同轴励磁机，可缩短主机长度或高度，这对基建投资和检修维护都是有利的，而且可减轻厂房噪声。
２）由于直接用可控整流桥控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度。
３）自并励系统由机端获取励磁能量，机端电压与机组转速的一次方成正比，故自并励系统输出的励磁电压与机组转速的一次方成比例。
而同轴励磁机系统输出的励磁电压则反应机组转速的平方。
当机组甩负荷时，自并励系统比同轴励磁机系统，大型发电机组的过电压低些。
４）自并励磁系统属于全静态励磁系统，效率高，维护费用省，需要的备件少。
５）励磁系统无旋转部件，发电机需要集电环、电刷和灭磁开关。
由于旋转部件的取消，大大减少了励磁事故隐患，可靠性明显优于交流及直流同轴励磁系统，而且机端励磁系统在设计中采用冗余配置，故障元件可在线更换，有效地减少了停机概率。
大型汽轮发电机制造中的励磁方式选型
大型汽轮发电机制造中的励磁方式选型励磁系统是近年来应用于大型发电机组的新型技术，并且励磁技术在方式上存在很多种类，其种类不同对于电力系统整个运行的稳定状况以及继电保护和发电机的轴系安全的影响也就不同，从而在经济上也会产生差别。
文章通过对不同的励磁系统进行比较，提出自并励式的励磁系统。
标签：发电机；励磁系统；制造；选型同步发电机中的核心部位便是励磁系统，其性能对于发电机整体的运行特性会产生直接性的影响。
机械最重要的就是质量，尤其是大型机械，而机械整体质量的好坏就取决于各个零部件的质量好坏，其影响的是整个机组的经济性。
并且励磁系统通过对于发电机的影响从而影响整个电力系统。
自并励式的励磁系统在国外已经早在上世纪就开始普遍的被应用于大型的发电机组，其自身所具有的高速的影响速度以及较短的发电机轴和较为经济适用的特点，是成为其被广泛推广的重要原因。
但是我国由于整个电网的建设都相对落后，因此使用自并励式的励磁系统容易造成设备故障，比如有可能引发发电机的出口处的三相短路等，从而威胁系统，故而很少对其进行应用。
随着我国在电力方面的投入加大，城乡建设进程不断的推进。
电网在容量上也随之不断的发展扩大，励磁系统开始广泛的在国内的一些大型的发电机设备中采用，并展现出应有的优越性。
本文就是通过对多种历次方式进行相互的比较以及分析，希望可以通过比较对自并励式的励磁系统进行推广。
1 励磁系统种类以下就目前所使用的600MW以及600MW以上的大型机组中所使用到的励磁系统做出简要的分析。
目前应用比较多的几种有：无刷式的励磁系统、自并励式的励磁系统以及P棒式的励磁系统。
1.1 无刷式的励磁系统。
无刷式的励磁系统主要的组成部件包括了交流励磁机，并且带有旋转整流，包括了用磁副励磁机还有自动的电压调节装置等。
国际上很多大型的品牌汽轮发电机都采用了这种无刷式的励磁系统。
诸如：西门子、三菱、阿尔斯通和西屋等知名品牌，并且这些公司往往不是只是用一种励磁方式而是多种同时采用。
(二)水轮发电机组及附属设备(冷却、励磁等)选型设计及参数计算
水轮发电机组及附属设备（冷却、励磁等）选型设计及参数计算2.1水轮发电机的工作参数及类型的确定2.1.1发电机工作参数1）额定有功功率：P N =80MW2）额定电压：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 156表4-5知U N =13.8KV3）额定功率因数：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 157表4-6知Cos N ϕ=0.854）额定视在功率：S N =P N /Cos N ϕ=94.12MV A 5）额定频率:50N f HZ=6）发电机磁极对数：查《水轮机》表8－5知P ＝22对7）额定转速:136.4/mine r n n r ==8）飞逸系数：291/min Rf e n k n r ==，则/ 2.13f R e k n n ==2.1.2发电机类型的确定A.发电机定子铁芯的内径Di 及长度Lt 的计算1）极距τ和飞逸线速度V f确定:1068()k cm τ===式(2.1）上式中：k1―系数取k1=102.1368144.8(/)f f v k m s τ==⨯=式(2.2）2）定子铁芯内径:2/22268/952.49.5i D p cm m τππ==⨯⨯==式(2.3）3)电机常数C1或电机利用系数C 及定子铁芯长度Lt 的确定:查《水电站机电设计手册•电气一次》P 179表4-10，C=6.0⨯10-6；C 1=16.5⨯104则：26294120126.8() 1.276.010952.4136.4NS L cm mt CD n e i -====⨯⨯⨯式(2.4）B.发电机类型由发电机型式的选择条件：9.50.0550.05136.4 1.27i e t D n L ==>⨯式(2.5）因此电站采用伞式机组。
2.2水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定2.2.1水轮发电机的冷却方式考虑空冷方式是目前国内大中型机组普遍采用的冷却方式，且空冷发电机结构简单经济、维护方便，适用于各级容量机组，因此本点站决定采用空冷式水轮发电机。
探究大型水轮发电机组励磁系统设备选型
探究大型水轮发电机组励磁系统设备选型摘要：本文以励磁系统为研究对象，简要介绍了励磁系统的相关概念，并且以工程视角展开励磁系统的设备选型探讨。
在选型探讨中，介绍了励磁系统的功能、选择理念、励磁变压器的确定方式、灭磁方式的确定方式以及灭磁开关的应用，尝试为其他水电站选择励磁系统设备提供理论基础。
关键词：励磁系统；灭磁开关；水电站引言：励磁系统的组成元件：调节柜、功率柜、灭磁柜。
其中调节柜型号为EXC-9100，同步变压器型号为YSC-0.5/0.75，同步变熔断器型号为RS4 40A/1000V；灭磁开关规格为AAB/E2N/2000A，起励整流二极管规格为PSKD95/96，反向灭磁整流管规格为1900A/3000V，等。
1工程信息1.1励磁系统励磁作为一种提供磁场的设备，磁场需求方以发电机为主，供磁形式为：定子电源。
在水电站工作区域中，励磁设备占据着较为关键的位置，成为水电站颇具重要性的基础设施。
励磁设备的组成元素中，灭磁装置与调节器较为关键。
调节器的运行时，有助于提升相关设备的运行状态，使其稳定与安全。
1.2工程概况枫树坝水电站，位于珠江流域东江上游距县城老隆镇65 km，是一个具有发电、航运等综合效益的水利枢纽工程。
水库集雨面积5150平方公里，总库容19.4亿立方米，有效库容12．5亿立方米，属不完全年调节水库。
水电站中采用了水轮发电机组，装机容量=2×10MW，励磁电流不小于570A，发电量的平均值为每小时12万kW。
水电站的电压等级为220kV。
2水轮发电机组励磁系统设备选型方案2.1功能阐述励磁系统的应用功能：励磁电流的调整，参考发电机负荷，以此维护极端电压稳定性，给予其固定值设置；保持同时运行发电机间具有的无功功率，并给予正确分配；有助于增强发电机静态稳定性与暂态稳定性，使其在运行期间具有稳定的应用状态，提升励磁应用效果；在电机内部发生故障时，灭磁措施有助于减少电机故障带来的经济损失；依据相关要求的规定，为发电机设定励磁的上下限。
大古电站励磁系统的设计与选型
大古电站励磁系统的设计与选型通过对本电站同步发电机励磁系统主接线和励磁变压器型号选择，励磁方式和试验等分析，结合大古水电站660MW水轮发电机组安装分析进行探讨，分析本电站励磁系统在设计选型验证计算应注意的问题。
标签：发电机励磁系统;计算;选型1.发电机励磁系统的结构组成大古电站是采用4台立式水轮发电机组与主变采用单元接线方式，机端出线母线电压为13.8KV，并通过4台主变升压为500长丫，接入二分之三双母线GIS 系统。
本电站发电机采用自并励磁方式对机组转子绕组进行提供励磁电流，励磁系统主要有2套励磁调节器和3套全桥可控硅整流装置以及1套灭磁过电压保护装置与1套励磁变压器组成。
本电站机组的励磁方式结构接线比较简单，励磁方式运行可靠，一般是当接到开机令，发电机转子运转到额定转速的95%左右，自动或手动进入起励，机组进入空载状态，这是由2套励磁调节器进入自动调节状态，正常机组启动都是采用残压起励，若超过5秒为不成功，自动转入直流励磁方式起励。
起励时间不超过8秒。
2.励磁变压器的选择及计算2.1励磁变压器选择2.1.1大多数的励磁变压器采用绝缘干式变压器，随着时代的进步，出现了很多新型绝缘材料运用到电网系统，我厂采用的是环氧树脂型式的干式变压器，具有良好的节能和环保性、在潮湿，抗雷电冲击和突发短路影响很小。
2.1.2我厂励磁变压器的接线方式是高压侧采用三角形接线方式，低压侧采用星形接线方式，接线组别为11，根据励磁系统所需提供的直流功率来决定励磁变压去的额定容量，一次侧电压由发电机端母线电压确定，二次侧电压由励磁系统的峰值电压决定。
所以在选择时，电压必须留有裕度，当一次侧电压降低20%，励磁系统必须响应达到峰值电压，满足发电机的强励磁功能。
2.1.3励磁变压器的阻抗电压一般采用额定电压的4%到8%，同时必须具备很好的过载和可靠性，另外还要考虑到低压侧与整流系统接在一起，必须装设快速熔断器，防止短路，我站大古电站采用阻抗电压为8%。
大型水电机组励磁功率柜参数设计与设备选型
大型水电机组励磁功率柜参数设计与设备选型
程波;吴高强;汪柏彤
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2022(53)S02
【摘要】随着目前水电站单机容量的飞速增长,大型同步发电机所需的励磁功率也明显上升,使得励磁功率柜设计思路也发生了较大变化,可靠的励磁功率柜对机组和电力系统安全稳定运行至关重要。
以向家坝水电站800 MW巨型水轮发电机组励磁系统功率柜为例,重点介绍了励磁功率柜可控硅组件、快速熔断器、阳极过压保护装置、散热器、风机等设备的基本参数设计和选型方法。
设计时均按功率柜极限工况计算,实际运行中输出励磁电流远小于设计值,因此所选设备均有较大裕度。
同时,计算中运用了一些经验公式,导致结果可能存在偏差,实际中应根据具体情况选择设备。
【总页数】4页(P173-176)
【作者】程波;吴高强;汪柏彤
【作者单位】向家坝水力发电厂
【正文语种】中文
【中图分类】TV734
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第37卷第2期201 8年4月四川水力发电Sichuan Water PowerVol .37, N 〇.2Apr .2 0 1 8大型水轮发电机组励磁系统设备选型探讨黄小川，唐容文，何兴磊(四川省能投攀枝花水电开发有限公司机电物资部，四川攀枝花617068)摘要:金沙水电站为巨型轴流转桨式水轮发电机组，装机容量为4x 140MW ,励磁电流达1 710 A ，机组各项参数均达到世界先进水平。
对金沙水电站励磁系统设备选型进行了探讨，可为同类型水电站励磁系统设备选型提供参考。
关键词:励磁系统;设备选型;金沙水电站中图分类号:TV 7;TK 73;TV 734文献标识码：B文章编号：1001-2184(2018) 02-0036-031概述励磁为向发电机或同步电动机定子提供定子 电源、为发电机等（利用电磁感应原理工作的电 气设备)提供工作磁场的装置。
励磁设备对于整 个水电站来说是一项极为重要的设备，是水电站 核心辅助设备。
励磁系统设备由励磁变压器、晶 闸管整流装置、励磁调节器、灭磁开关、非线性电 阻等设备组成。
金沙水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段，上距观音岩坝址28.9 km ，下距攀枝花城 区10.3 km ,控制流域面积25.89万km 2,多年平均 流量1 870 m 3/S ,具有日调节能力。
金沙水电站 为巨型轴流转桨式水轮发电机组，装机容量为4X 140 MW ，励磁电流达1 710 A ，多年平均发电量 25.07亿kW • hD 电站以两回220 k V 电压等级接 入电力系统。
电站按无人值班(少人值守）设计， 计划首台机组投产时间为2020年6月30日。
2金沙水电站水轮发电机组励磁系统的设备 选型2.1励磁系统的作用(1)根据发电机负荷的变化相应地调节励磁 电流，以维持机端电压为给定值；(2) 控制并列运行各发电机间无功功率分配；(3) 提髙发电机并列运行的静态稳定性；(4) 提高发电机并列运行的暂态稳定性；(5) 当发电机内部出现故障时进行灭磁，以 减小故障损失程度；(6)根据运行要求，对发电机实行最大励磁 限制及最小励磁限制。
收稿日期:2018-02-10Sichuan Water Power2.2励磁系统方式的选择按供电方式的不同，励磁系统可以分为它励 和自励两大类：(1)它励式励磁系统是指由同步发电机本身以外的电源供电的励磁系统，这种励磁系统中的 励磁电源可以是直流发电机或带有整流装置的交 流发电机,这些励磁机可以与同步发电机同轴，由 同一原动机带动，也可以由其他原动机独立带动。
(2) 金沙水电站采用静止电压源整流式励磁 系统，即自励静止励磁系统。
该系统主要是从同 步发电机的端电压取得能量，通过励磁变压器提 供交流电源，再经过功率柜全控桥整流输入到转 子线圈建立旋转磁场，定子线圈切割磁力线形成 感应电压，再通过励磁调节器对励磁电流进行控 制，从而达到调节机端电压的目的。
无刷励磁系 统（即旋转励磁系统）的旋转部分发生的事故在 以往励磁系统事故中占有相当大的一部分，但由 于自励静止励磁方式取消了旋转部件，从而大大 减少了事故隐患，可靠性明显优于交流励磁机励 磁系统，该系统在设计中采用n +1冗余结构，故 障元件可在线进行更换，从而有效地减少了停机概率。
该励磁系统对运行、维护的要求相对较低。
2.3励磁变压器的选择(1) 励磁变压器型式的选择。
励磁变压器分为三相型式及分相型式。
鉴于金沙水电站励磁变压器要与离相封闭母线相配 合，因此而采用分相设计结构，这种结构可以完全杜绝发电机出口相间短路的可能性，从而提高了整机的稳定性及安全系数。
(2) 金沙水电站励磁变压器二次电压t/2/v 及黄小川等:大型水轮发电机组励磁系统设备选型探讨2018年第2期容量&的计算。
①计算依据。
a.满足发电机在1.1倍额定励磁电流下长期运行要求并留有裕度；b.发电机机端电压下降到80%额定值时，能提供2倍强励电流。
c.最小控制角a=10°。
②变压器二次电压&的计算。
按公式（1)计算变压器二次电压:U2N =lU^+L U j1.35x0.8 x(cosa-CZyX(i)式中为发电机额定励磁电压，为388 V;A%为电流回路中的线路压降，包含可控硅总压降及 电缆压降，可取6 V;C为倾斜系数，对于三相全控桥C= 0.5; ^为强励时的二次电流与额定x n二次电流之比，为2;^为变压器漏抗，为0.06; cosa为最小控制角系数，为0.984 8。
按公式（1)计算：f/M= (2x388+6)/( 1.35x0.8x0.924 8) = 782. 9(V)。
实际选取 f/2J V= 780 V。
(3)变压器容量加的计算。
计算公式：Sn = l.lx^xi/^xO.816/^= 1.1x1.732x780x0.816x1 710=2 073_6(kVA)金沙水电站实际选取3个、容量为750 kVA 环氧树脂浇注的单相干式整流变压器，励磁变压 器总容量为2 250 kVA，留有0.5% ~ 1%的裕量，满足金沙水电站励磁需要。
2.4灭磁方式的选择发电机正常运行时需要励磁。
当发电机停 机、检修和故障时，需要快速、安全地减小励磁，使 发电机的磁通降低到接近于零的过程称为灭磁过 程。
安全可靠的灭磁，不仅关系到励磁系统本身 的安全，还直接关系到整个电力系统的安全。
灭磁技术的发展随着三相全控整流桥电路的 出现而发展，分为耗能性（灭弧栅灭磁）和移能型 (电阻灭磁）。
金沙水电站采用移能型非线性电 阻灭磁。
为了保证可靠灭磁，金沙水电站的灭磁采取了以下方式：(1) 正常情况下，采用逆变灭磁方式，指利用 三相全控桥的逆变工作状态,控制角a由小于90。
的整流运行状态突然后退到a大于90。
的某一适当角度，此时励磁电流改变极性，以反电势形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程；(2) 事故情况下，采用切脉冲并跳灭磁开关 的方法;当直流灭磁开关接收到跳闸命令后，跳闸令闭锁可控硅触发脉冲并同时触发跨接器中的两路反向可控硅；(3) 非线性电阻既用于灭磁，也用于转子过 压保护，接入转子回路受控于可控硅跨接器系统。
采用可控硅跨接器系统无机械触点，控制简单，更为可靠。
2.5灭磁开关的选择灭磁开关是整个励磁系统中非常重要的设备，灭磁开关从单断口到双断口是一个很大的技术进步，极大地方便了励磁系统的检修维护。
对于直流励磁的同步发电机来说，励磁为正负双极回路，配上正负双极灭磁开关，合上运行，跳开停机检修维护，励磁装置与发电机转子具有双极隔离断开点，互不影响。
金沙水电站灭磁开关为空气开断型、双断口、带有磁场放电触头（常闭触头）和灭弧装置的快速直流磁场断路器（直流灭磁开关)。
一般磁场断路器额定电流需不低于额定励磁电流的1.2倍，则：ffi>1.2x//W= 1.2x1 710 = 2 052(A)金沙水电站实际选用CEX 06 2560A灭磁开关，额定电流为2 560 A，满足要求并留有裕量。
2.6起励回路(1) 金沙水电站机组采用直流和残压起励两 种方式；(2) 直流起励电源由电站220 V直流系统供给;(3) 超励单元采用快速脉冲列触发技术，实 现残压起励。
起励过程中,可控硅整流器的输入端仅需约5~10V的电压即可正常工作。
如果电压低于5 V，可控硅整流器就会被连续地触发（二极管工作模式）以达到该值；(4) 如果在5 s内残压起励失败，则起动直流 起励回路，在机端电压达到发电机电压的10%Sichuan Water Power第37卷总第197期四川水力发电2018年4月时，直流起励回路自动退出，立即开始软起励过程 并建压到预定的电压水平；(5 )若残压起励和直流起励均失败，即接受起 励命令后15 S内建压不成功，则发起励失败信号；(6)直流起励电源取自厂用蓄电池电源，起 励器件安装于灭磁电阻柜内。
2.7励磁调节器随着计算机科学技术的发展,励磁控制已向 数字化方向发展。
数字式励磁调节器与老式的模 拟调节器相比，其在功能、可靠性等方面具有极大 的优势。
近期投运的新机组及旧机组改造均已选 用微机励磁调节器，并已取得很好的效果和丰富 的经验，能够在改善机组、电网稳定性方面起到更 大的作用。
金沙水电站励磁调节器采用2套完全 独立的数字式调节器，从电流、电压互感器到晶闸 管触发脉冲的输出以及供电电源均为相互独立的 双重化结构。
每套调节器功能完整并分别包括自 动电压调节器（AVR)和励磁电流调节器（FCR)以及所有必需的辅助设备。
调节器采用热备用运行方式,它们同时接收 输入的控制与调节信号并执行操作与调节，但只 有处于工作状态的调节器有输出信号和触发脉 冲。
在工作调节器和备用调节器中，自动电压调 节(AVR)之间和励磁电流调节器（FCR)之间分 别进行自动跟踪，一旦工作调节器发生故障，则备 用调节器自动投人运行，实现无扰动切换。
当两 台调节器的自动电压调节（AVR)同时故障时，能 够自动切换至励磁电流调节器(FCR)方式运行。
2.8功率柜的配置金沙水电站晶闸管整流装置采用三相全控整 流桥且满足下列要求：(1)选用双柜并联运行模式,每柜装有一个三相全控整流桥，单柜额定输出电流3 000 A;(2) 满足发电机各种工况下(包括强励）X才励磁系统的要求,整流桥并联支路数应不小于2,各支路串联元件数为1;(3) 晶闸管整流桥中并联支路数按（W+1)原 则考虑冗余，整流桥退出1个支路仍能保证机组在所有运行工况下正常运行，包括强励；(4) 每个功率柜内装设2套冗余、全容量的 冷却风机。
每一套风机能提供每柜所需要的全部冷风，另1套备用。
当风机故障时,备用风机能自动投入，能在最大负载下连续运行。
3结语我国部分水电站的励磁系统设备在运行过程中或多或少存在缺陷，而这些缺陷的产生大多数都是由于当时的历史条件下技术水平未达到或在水电站建设初期对于励磁系统设备的选型设计中存在较大的问题。
同步发电机自并励静止励磁系统由于运行可靠性高、技术和经济性能优越等原因，已成为大中型水轮发电机组的主要励磁方式之一。
因此要求在今后的水电站建设中要着重于励磁系统设备的选型设计，比如对于励磁运行方式的比较选择,以及灭磁开关性能的对比等。
只有在水电站建设初期做好励磁系统设备的选型设计，才能够在一定程度上确保发电机组安全、稳定地运行。
作者简介：黄小川（1982-),男，四川自贡人,工程师，从事水电工程建设技术与管理工作；唐容文(1972-),男，四川蓬安人,工程师，从事水电工程建设技术与管理工作；何兴磊(1991-),男，四川都江堰人，助理工程师，从事水电工程建设技术与管理工作. （责任编辑:李燕辉）由中®水电五局本速的石济審4工轹工程近浼新建石家庄至济南铁路客运专线（以下简称“石济客专”）作为国家规划的“四纵四横”髙速铁路网的重要组成部分，是国家重点建设工程。