励磁系统ppt课件

必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放。灭磁功
能由灭磁开关，跨接器和灭磁电阻实现。 灭磁开关设
计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开
关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确
的电气隔离。
自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关型
号为GERapid8007 2X2额定电流8000A，开断电流
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主回路信号接口板(PSI)
➢控制模块(COB)和励磁系统实际 测量值之间的带电气隔离的一个 接口，包括励磁电流和电压的测 量，可控硅整流桥输入电流和电 压的3相测量。
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就地控制屏（LCP）
➢LCP可以用于 UNITROL 5000 励磁系统的就地 操作。
➢它还能显示重 Байду номын сангаас的过程信号。
复位 报警 模拟 电池 数显 %
➢在整流桥的输出电压高于直流系统电压时，起励回路中的 二极管会阻止反向电流流入直流系统。
➢起励电流大约为空载励磁电流的10%至20%，其大小取决 于串入的限流电阻 R03 。
➢软起励用于防止机端电压的起励超调。如果超调的话可能 27 引起电压过高造成过激磁。
灭磁单元
当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电机，
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➢近年来，大型汽轮发电机装设一点接地保护已属定论，国内
外均无异议。但在一点接地保护动作于信号还是动作于跳闸的
问题上，存在着不同的看法。主张动作于信号者，则考虑装设
两点接地保护；主张动作于停机者，则认为不必再装设两点接
地保护，这有利于避免发生汽机磁化。另外，由于目前尚缺少
选择性好、灵敏度高、经常投运且运行经验成熟的励磁回路两
励磁调 节器
励磁系统
输入信号
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励磁系统的作用
励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电 机本身的安全稳定运行有很大的影响。其主要作用有：
➢根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机
端电压为给定值。
➢控制并列运行各发电机间无功功率分配。
➢提高发电机并列运行的静态稳定性。
➢提高发电机并列运行的暂态稳定性。
事故。（我厂设不设两点接地保护）
发电机励磁系统
发电部五值 张志盛
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发电机励磁系统基本原理
➢ 供给发电机励磁电流的电源 及其附属设备称为励磁系统。
➢ 它分为励磁功率单元和励磁 调节器两个主要部分。
励磁功率 单元
发电机
电力系统
➢ 励磁功率单元向同步发电机 转子提供励磁电流；而励磁 调节器则根据输入信号和给 定的调节准则控制励磁功率 单元的输出。
在磁场中的能量泄放，即把励磁绕组的电流建立的磁
场迅速降低到最小。
灭磁要求： 1.灭磁时间尽可能的短（发电机端电
压由额定值Un降至5% Un所需的时间称灭磁时间）
2.励磁绕组两端的过电压不超过允许值（通过跨接器
来实现过压保护的要求）。
灭磁方式：逆变灭磁。
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灭磁回路：主要由磁场开关、灭磁电阻、晶闸管跨接器及其相 关的触发元件组成。 灭磁电阻用于实现发电机的快速灭磁。 a、非线性电阻Ｒ02并联固定接在发电机励磁绕组回路中，不受 直流回路中的灭磁开关控制。励磁电流的衰减过程取决于灭磁电 阻的特性。非线形电阻的灭磁特性比线性的好，励磁电流的衰减 比较快。 b 、当灭磁开关断开时，通过触发跨接器的可控硅将励磁电流瞬 时导入灭磁回路，灭磁过程开始。 c 、发电机正常运行时，跨接器的可控硅不导通，非线性电阻上 不通过电流；灭磁开关跳开后，跨接器的可控硅接受触发脉冲导 通，将励磁电流瞬时导入灭磁回路，直至磁场能量释放完。 d 、跨接器作为励磁绕组和可控硅整流器过电压保护。逆变灭磁
护，以便及时切除短路故障，并发出信号。
➢ 当一个功率柜退出运行时能满足发电机强励和
1.1倍额定电流运行的要求。
➢ 当两个功率柜退出运行时，能提供发电机额定
工况所需的励磁容量,不能进行强励。
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➢ 如果三台功率柜故障则自动切断励磁
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➢运行中严禁打开功率柜的门，否则，该功率 柜将自动退出运行。
➢标准整流器 (n = 4) 具有4个并联的可控硅整 流桥，其中至少有一个冗余的（n-1）配置。 （n-1）的含义是当一个可控硅故障时，系统 仍能满足最大励磁功率。
一个金属箱中，但在结构上是独立的。
➢EGC具有下列功能：
1、励磁电流调节
2、通道跟踪，以便在COB故障 时
实现平稳切换
3、备用瞬时过电流保护继电器
4、备用反时限过电流继电器
5、直流侧短路保护
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快速输入输出界面卡(FIO)
COB板与被处理信号接口 ➢16 路开关量输入 ➢18 路开关量输出 ➢4 路模拟量输出 ➢3 路模拟量输入 ➢跨接器电流信号输入 ➢3 路带放大器功能的电流电压信号输入
采用自然风冷（带冷却风机）的冷却方式，当励磁变温度高至 100℃时，冷却风扇自启；温度低至80℃时，风扇自动停止。励 磁变温度高至130℃时，发超温报警。
高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于测量。低 压侧每相也提供3组CT，两组用于保护，一组用于测量。
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励磁调节柜（ABB公司）
调节柜内各电源小空开 13
统
统
系统
按整流器是否旋转分
按复合位置分
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静止整流器励磁 旋转整流器励磁 交流侧复合的自 直流侧复合的自
系统
系统
复励系统
复励系统
自并励系统的优点
➢ 没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单， 检修方便。
➢ 自并励方式取消了励磁机，缩短了的汽轮机发 电机轴系长度可提高机组轴系的稳定性、提高机 组安全运行的水平。
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控制板(COB)
➢负责所有的调节和控制功能，还包括可控硅 的脉冲产生。每一块COB 包括以下功能： ➢自动电压调节器(自动控制) ➢励磁电流调节器(手动控制) ➢具有时间可调的软启动功能 ➢自动运行通道和自动备用通道之间的自动跟 踪 ➢自动和手动通道的双向自动跟踪 ➢恒无功或恒功率因素的控制 ➢PSS电力系统稳定器。
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测量单元板(MUB)
➢用于测量发电机定子侧信号。 它直接测量发电机的三相电压 和电流，并通过这些量计算出 其它信号：如P（有功）、Q （无功）、f（频率）等，同时 提供了强电参数和测量信号之 间的电气隔离。
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扩展门极控制板(EGC)
➢作为双通道配置的后备通道使用。
➢EGC 连同COB、MUB一起安装在同
120KA。
励磁系统具有短时过载能力，对静态自并励系统，
按80%机端电压计算，强励倍数不小于2，允许强励时
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间≥10秒。
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灭磁作用：当发电机内部、引出线、高厂变等发生
故障时，虽然保护装置动作迅速切除故障，但励磁电
流产生的感应电动势会继续维持故障电流，为了迅速
排除故障，减小其损坏程度，必须安全迅速地将储存
➢当励磁投入后，可控硅桥立即被触发，只要可控硅输入
端有10-20V的电源电压，门极控制单元就能有效地控制
可控硅整流桥。如果残压低于10V不足以建立发电机电
压时，经过一定时间的延迟，起励装置就会投入：起励
回路自动闭合，向磁场绕组通流，定子建压开始。
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➢当电压达到额定值的10%时，可控硅桥已经能正常工作， 起励开关自动断开。软起励过程开始将发电机电压升到额定 电压27KV，整个起励过程的控制和监测都是由AVR软件实 现的。
自动电压调节器AVR
自动电压调节器AVR的主要功能是精 确地控制和调节发电机的机端电压和 无功功率，它对励磁电压快速作出反 应，响应时间为几个毫秒。
我公司AVR选用带有手动紧急备用
通道的双通道系统，这是目前
UNITROL 5000系统励磁系统的最高
配置。
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AVR的基本原理
主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构 成。 ➢测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成 比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得 到偏差； ➢电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对 测量等信号起综合放大作用； ➢移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输 出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅 的输出电压，以调节发电机的励磁电流。
➢它是可编程的， 通过ARCNET 总线与系统相连 接。
灭磁 开关
励磁 退出
降压 手动 通道Ⅱ
试验 灯
21 功能
功率 远方 按钮 因数 /遥
控
可控硅整流器
➢ 采用三相全波桥式整流，共有4个功率柜组成。
➢ 可控硅整流桥通过一个门极驱动板（GDI）去驱
动可控硅，进行整流。
➢ 整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保
➢在每台整流桥的正、负输出连接处都配有电流传
感器。根据这些输入值，CIN可自动调节各可控硅
的电流，从而实现并联桥的均流。
➢整流桥的实际状态显示在柜门的整流桥显示面板
CDP上。
➢ GDI: 门极驱动器/脉冲触发板 将脉冲放大到晶闸
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管触发所必须的水平。
起励单元
➢正常情况下，发电机的残压用于起励是足够的。发电机 转子有剩磁存在，一般情况下UNITROL 5000可以实现残 压起励。
点接地保护装置，所以也有不装设两点接地保护的意见，进口
大型机组，很多不装两点接地保护。
➢ABB公司的UNITROL 5000型励磁系统中带有电桥式转子接
地保护装置，他们对转子接地保护的设计思想是：当励磁回路
绝缘电阻下降到一定值时报警，当绝缘电阻继续下降至一定值
时，保护即动作切除发电机组，以防止发生两点接导致灾难性
超过设定值时它会自动触发可控硅。
因此跨接器作为独立的过电压保护装
置，可保护可控硅和磁场绕组免受危
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险过电压尖峰的冲击。
转子接地保护
➢转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般允
许继续运行一段时间。发电机组发生一点接地后，转
子各部分对地电位发生变化，比较容易诱发两点接地，
汽轮发电机一旦发生两点接地，其后果相当严重，由
➢在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失
程度。
➢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。
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励磁系统的分类
励磁系统
按供电方式分
他励式励磁系统 我厂励 磁系统
按整流器是否旋转分
直流电机励磁系 整流器励磁系统
统(直流励磁机)
交流励磁机
自励式励磁系统
按功率引取方式分
自并励系 自复励系 谐波励磁
➢ 因励磁调节直接在转子回路中，没有主励磁机时
滞环节，属快速响应励磁系统，技术指标高，响 应快，性能参数好。
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自并励系统的缺点
➢ 整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压 下降，影响励磁系统的强励能力。
➢ 有碳刷增加了维护量。
➢ 发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强 励要求，强励减弱时，短路电流迅速衰减，而造成出口带时限 继电器拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。
➢冷却方式：带冗余风机的强迫冷却。当两台
冷却风机都退出运行时，该整流柜退出运行。
另外整流器还有温度保护，90℃跳闸。
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整流桥接口板（ CIN） 门级驱动器（GDI)
➢主要功能是向门极驱动板/脉冲触发板GDI发送用
于触发三相全控桥的序列脉冲。
➢用于监控整流桥的所有电子部件。其主要作用是
监控风机、温度和熔丝。
➢ 起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不 7
能自励，需要另外设置起励电源。
发电机静态励磁系统原理图
励磁变 励磁调节器 整流器 灭磁单元
调节器 RE
测量元件
~
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UNITROL 5000励磁系统
➢ 我公司发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统（瑞士ABB 公司产品，型号:UNITROL 5000）。
在灭磁开关分闸时间内完成的，一般是在毫秒内完成。磁场开关 31
跳开后通过非线性电阻实现灭磁，灭磁时间较短2-3S左右。
跨接器及触发板
触发单元是静态灭磁装置（跨接器） 的一部分，具有多个独立的放电可控 硅触发回路。
发电机的受控灭磁回路是双冗余的， 与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。
设有一个电压监测回路，在励磁电压
➢ 发电机静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步 发电机电压和无功功率的目的。
➢ 其主要分为四个部分： 1、励磁变压器； 2、励磁调节器（AVR）； 3、可控硅整流器； 4、起励和灭磁单元。
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励磁变压器
我公司励磁变压器为广东顺特电气有限公司生产的三台单相环氧 浇注干式变压器；总容量为3X3300KVA；变比为 27kV/1060V 。
于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体；由
于部分绕组被短接，励磁绕组中电流增加，可能因过
热而烧伤；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平
衡，从而引起振动。励磁回路两点接地，还可使轴系
和汽机磁化。
➢励磁回路两点接地，即使保护正确动作，从防止汽
缸和大轴磁化方面来看，为时已晚。励磁回路发生两 点接地故障引起的后果非常复杂，处理很麻烦。