发电机UN6000励磁系统简介
UN6000励磁系统在大型机组的应用
故障切换逻辑
2015/9/11
长江三峡能事达电气股份有限公司
Controller / Converter Links
Control channel 1
Converter interface 1
Control channel 2
Converter interface 2
2015/9/11
长江三峡能事达电气股份有限公司
强迫风冷整流系统存在的隐患
励磁整流系统完全依赖大功率风机散热，风机是旋转设备， 长期不间断运行故障率高； 风机运行需要交流电源，电源故障会影响风机运行；
强迫风冷带来大量灰尘，整流柜滤网需经常更换清理，维护 工作量大，维护不当将导致滤网堵塞影响整流柜正常运行；
以64位高速模块化控制系统AC800PEC为核心 以光纤为载体 网络化励磁控制 功能强大、可靠性高、信息丰富，维护方便
传统励磁构架
2015/9/11
网络化励磁构架
长江三峡能事达电气股份有限公司
先进的技术、成熟的产品、最优的配置
大容量、免维护的自冷型功率柜
采用环形热管自冷散热技术，单柜自冷额定输出2500A，解决 了强迫风冷功率柜噪音大、灰尘多、故障率高的问题，提高了设备 可靠性，实现了整流柜的免维护
温度曲线
温度（℃）
额定输出：3600A 2500A自冷温升测试 温度红外在线监测系统 红外测温仪FLUKE65 红外热像仪FLUKETI40
100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 时间（min） +A +B +C -A -B -C
长江三峡能事达电气股份有限公司
ABB试验室测试 2010年7月，能事达公司将STR－2500 RG型环形热 管整流柜送至瑞士ABB公司的实验室进行测试。
发电机励磁系统
发电机励磁系统34.1主题内容本规程规定了我公司发电机励磁系统装置的许可运行方式、操作、监视、维护、异常运行及事故处理。
34.2 概述34.2.1 励磁系统采用ABB公司UNITROL6000自并励静止半导体励磁系统。
该系统主要由励磁变压器、数字式自动电压调节器（DA VR）、可控硅整流桥、灭磁与过电压保护装置、起励装置五大部分组成。
自并励装置型号：T6S-0/U251-S6000,其含义如下：T：标准4通道，2自动通道+1独立手动通道6：6000系列微处理器S：标准设计，即可控硅桥为n-1冗余0：没有附加功能U2：UNL1330可控硅桥5：5个并联可控硅桥1：可控硅桥臂数为1，即每桥无串并联元件S：单极直流灭磁开关6000：灭磁开关额定电流为6000ADA VR为双通道（通道1和通道2），两个通道互为备用，如果运行中两个自动通道全部故障，则自动切换至两个独立手动通道中的任一个继续运行；五个可控硅整流桥采用n-1形式运行，即运行中可以允许任何一个桥退出，退出的数不超过3；灭磁开关最大断开电流达100KA，灭磁采用带跨接器的非线性电阻。
34.2.2 励磁系统正常运行方式为双自动通道+双独立备用手动通道，其中双自动通道中还各含手动调节回路。
运行时，2个自动通道都工作，但其中一个自动通道脉冲被闭锁；当有脉冲输出的通道故障时，自动切换到另一个自动通道且封闭故障通道脉冲（不允许切换到本通道的手动回路）。
如果自动通道都故障，则切换至备用的独立手动通道并按PI调节。
自动通道与备用手动通道完全独立。
2个自动通道完全相同，可任选通道1或通道2为运行通道，备用通道自动跟踪运行通道，每次机组启动时应将A VR进行通道1、通道2在就地控制面板上进行切换。
除下列情况外，可在任何时间进行通道切换：（1）运行通道中检测到故障，自动切换到备用通道运行，在故障切除前不能切回到原通道运。
（2）如果备用通道故障，将闭锁从运行通道到备用通道的人为切换。
发电机励磁系统介绍
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6.1励磁系统的作用
实现励磁调节的方法
发电机励磁实现调节功能的根本在于可控硅触发角的改变，一切励磁调 节的根本在改变可控硅触发角。
励磁调节器不断地将当前机端电压给定值与反馈值进行比较，在尽可能 短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度，精准地为 发电机提供励磁电流。
6.1励磁系统的作用
励磁系统的根本任务
励磁系统的根本任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的直 流电流（电压），以满足发电机正常发电和电力系统安全运行的需 要。
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6.1励磁系统的作用
励磁系统的主要作用
1. 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
2. 控制并列运行各发电机间无功功率分配 3. 提高发电机并列运行的稳定性 4. 在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度 5. 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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励磁系统的基本功能
发电机转子接地保护 采用bender公司生产的绝缘监测保护装置，实时监测发
电机转子与大轴间的绝缘值。当监测到绝缘阻值低于10KΩ时， 发报警信号，当监测到转子对轴绝缘电阻低于4KΩ时，灭磁跳 闸。
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第六章、发电机励磁二次系统
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6.1励磁系统的作用
励磁系统的基本功能
“自动”/“手动”切换
励磁控制调节系统每一个通道又设置了“自动”和“手动”模式， “自动”控制模式根据发电机电压实际值进行调节；“手动”控制模式根 据励磁机励磁电流进行调节。
发电机励磁系统
发电机励磁系统一、简介：励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统，励磁系统是一种直流电源装置。
励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。
另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。
励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流,即励磁电流，以建立直流磁场。
励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量。
在电力系统运行中，发电机依靠电流的变化进行系统电压和本身无功功率的控制因此，励磁功率单元应具备足够的调节容量以适应电力系统中各种运行工况的要求。
而且它有足够的励磁顶值电压和电压上升速度具有较大的强励能力和快速的响应能力。
励磁调节器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，是整个励磁系统中较为重要的组成部分。
励磁调节器的主要任务是检测和综合系统运行状态的信息，以产生相应的控制信号，经放大后控制励磁功率单元以得到所要求的发电机励磁电流。
系统正常运行时，励磁调节器就能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。
应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。
在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。
图一二、励磁系统必须满足以下要求：1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。
2、整流装置提供的励磁容量应有一定的裕度，应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。
3、调节器应设有相互独立的手动和自动调节通道；4、励磁系统应装设过电压和过电流保护及转子回路过电压保护装置。
发电机的励磁系统介绍
发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。
发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行。
励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为倍的机端电压值。
我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。
当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。
5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。
整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。
任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。
每一路整流装置都设有快速熔断器保护。
我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。
如图所示：我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KV A，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。
低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。
高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。
我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。
励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。
自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。
两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。
单通道可以完全满足发电机各种工况运行。
自动调节器具备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理
发电机的励磁系统是指用来激励电磁铁产生磁场的装置。
励磁系统的原理是通过外部直流电源对电磁铁进行电流供给，使其产生磁场。
在发电机的励磁系统中，有三种常见的励磁方式：直接励磁、直流励磁和交流励磁。
直接励磁是指直接将励磁电流来自发电机的一个分支。
这种方式简单、容易实现，但在应对大功率发电机时，励磁电流较大，会对发电机本身产生较大压力。
直流励磁是将外部直流电源的电流通过整流装置变为直流电源，然后再供给到发电机的励磁设备。
这种方式比直接励磁更加灵活，能够适应不同功率的发电机，并且可以稳定控制励磁电流。
交流励磁是将外部交流电源的电流通过变压器降压，然后再通过整流装置变为直流电源供给到发电机的励磁设备。
这种方式可以根据需要调整变压器的输出电压来控制励磁电流，从而实现对发电机输出电压的调节。
总的来说，发电机的励磁系统通过对电磁铁供给电流，产生一定强度和方向的磁场，进而实现对发电机的励磁，调整发电机的输出电压。
不同的励磁方式具有不同的特点和适用范围，可以根据实际需求进行选择和调节。
发电机UN6000励磁系统简介
制。
发电机UN6000励磁系统简介
励磁系统的分类
励磁系统
按供电方式分
他励式励磁系统
自励式励磁系统
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
按功率引取方式分
自并励系 自复励系 谐波励磁
统
统
系统
按整流器是否旋转分
发电机UN6000励磁系统简介
灭磁单元
1）、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在磁场中的能量泄放（实验表明，只要 剩磁电压小于500V，电弧就不能维持，一般剩磁电压不大于 100-300V）即把励磁绕组的电流建立的磁场迅速降低到最小。
2）、灭磁要求:a.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）b.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）。
3）、灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一 般是对采用旋转二极管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统， 通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右） 和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励 磁）。
➢ 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。
➢ 如果三台功率柜故障则自动切断励 磁。
发电机UN6000励磁系统简介
可控硅整流器
➢ 运行中一般不要打开功率柜的门， 否则，该功率柜将会发出报警信号。
➢ 标准整流器 (n = 5) 具有五个并联 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。
UNITROL6000-励磁系统培训
• 提高故障后的暂态稳定
• 让发电机在允许的范围内持续 运行
第五页，共120页。
励磁系统框图
AVR 2 AVR 1
测量
保护 监控 自动 + 手动 逻辑控制
灭磁
交流断路器*
整流桥 N 整流桥3 整流桥 2 整流桥 1
整流桥控制
直流断路器*
– 转子接地故障 1段 (报警)
– 转子接地故障 2段 (跳闸)
第三十七页，共120页。
励磁系统控制终端：ECT
• ECT必须安装USB硬件解密狗才能运行，请注
意保管！！
• ECT必须按要求设置IP地址，否则无法工作
• 分级别密码登录，有权限限制
• 当OPC软件显示与两个通道连接正常后， ECT才能正常工作。即黄色笑脸出现。
机组功率（MW） 型号： 生产厂家 额定电压 额定电流 开断弧压
最大短路电流开断能 力 控制电压
350-400 HPB45M-82S 赛雪龙 2000V 4500A 2800V 75KA
DC220/110V
第十九页，共120页。
灭磁电阻
• 为发电机转子灭磁 • 确定灭磁时间
• 采用非线性电阻缩短灭磁时间
• 励磁电流调节（手动控制） • 手、自动跟踪切换
第二十六页，共120页。
手动励磁 电流调节
发电机
-Q
-1
电动机
1 p.u. = 额定
Stability Limit
低励
(电容性)
+P
1
IGn
功率图
过励
(电感性)
Driving Limit
UN6000励磁系统进相运行试验及应用
发 电机励磁 系统应运行在 “ 自动 ” 方式 ， 发 电机的 失磁 保护不 退 出运行 ， 调整 发电机励磁系统 的欠励 限制器整定值 ， 以满足试验 要 求。 分别在有功负荷１ ０ ０ ％， ７ ５ ％， ５ ０ ％， ２ ５ ％和ｏ ％ 五种工况下进行试 验。 调整有功功率为任一试验工况并维持不变 ， 调节励磁 电流 ， 使发 电机进入进相运行状态 ， 每次使发 电机的功角增］ Ｊ １ ３ — ５ 度， 纪录 发电 机的各种参数值 。 一个工况试验完成后 ， 增加发电机励磁 电流 ， 将 发 电机拉 回迟相运行状态 。 然后再调节 发电机有 功负荷 ， 进行 下一 个 工况试验。 在进相试验过程 中要密切监视发电机定子端部铁心及金 属构件 的温度变化情 况并保证发 电机进相运行时机组不失去稳定 。
Ｕ均有所降低， 在输 出功率Ｐ 不变的情况下， 功角 ６ 增大 ， 同样 降低动 稳定水平。 ３ ） 厂用 电电压 的降低： 厂用 电一般引 自发电机出 口或发电 机电压母 线， 进相 运行 时 ， 由于发 电机励 磁 电流降低和无功潮流倒 送引起机端 电压 降低 同时造成厂用 电电压 降低 。 ｉ ． ３发 电机 进 相运 行 试验 方 法
率 为１ Ｐ Ｕ。
３结 语
影响进相能力 ， 在进相 验时要尽量将欠励限制的设定值放开。
从 发 电 机 进相 运 的 搴 践可 以 看出 励 磁系 统的 欠 励限 制 功能
１发 电 机进 相 运行 简 介
１ ． １发 电机 进相 运 行 的基 本 原理 发 电机正常运行时， 向系统提供有 功的同时还提供无 功， 定子 电流滞后于端 电压一个角度 ， 此种状态 即迟相运行 ． 当逐渐减少励 磁 电流使发 电机从 向系统提供无功而变为从系统吸收无功 ， 定子 电 流从滞后 而变为超前 发电机端 电压一个角度 ， 此种状态 即进相运 行． 发电机进相运行 时各 电气参数是对称的 ， 并且发 电机仍保持 同 步转速 ， 因而是属于发电机正常运行方式 中功率因数变动时的一种 运行工况， 只是拓宽了发电机通常的运行范 围。 同样 ， 在允许 的进相 运行限额范围 内， 只 要 电网 需 要 是 可 以 长 期运 行 的 。 １ ． ２发 电机进 相 运行 的 限制 因素 发电机进相运行 时， 主要应注意三个问题 ： １ ） 进相运行 时， 由于 发 电机进相运行 ， 内部 电势降低 ， 静态储备降低 ， 使静态 稳定 性降 低。 ２ ） 由于发电机 的输 出功率Ｐ ＝ Ｅ ｄ Ｕ／ Ｘ ｄ ・ Ｓ ｉ 励磁系统欠励限制功能
发电机励磁系统原理
励磁系统在核能发电中的应用
反应堆控制
励磁系统在核能发电中用于控制 反应堆的功率输出，通过调节中 子数量和反应速度核电站的热工控制， 通过调节冷却剂流量和温度，保持 核电站的正常运行温度。
安全保障
励磁系统在核能发电中起到安全保 障的作用，一旦出现异常情况，能 够迅速切断电源，防止事故扩大。
整流器的原理
整流器是励磁系统中的关键元件，其 作用是将励磁机产生的交流电转换为 直流电，供给发电机的磁场绕组。
整流器通常采用三相桥式整流电路， 具有输出电流大、性能稳定等优点。
整流器采用半导体整流元件，将交流 电转换为直流电，实现交流到直流的 转换。
03
发电机励磁系统的控制策略
励磁电流控制策略
发电机励磁系统原理
汇报人:
202X-01-04
目
CONTENCT
录
• 发电机励磁系统概述 • 发电机励磁系统的原理 • 发电机励磁系统的控制策略 • 发电机励磁系统的应用与实例分析
01
发电机励磁系统概述
励磁系统的定义和作用
定义
励磁系统是发电机的重要组成部分，负责提供磁场能量，确保发 电机正常运行。
总结词
励磁电流控制策略是发电机励磁系统中最基本的控制策略， 通过调节励磁电流来控制发电机的输出电压和无功功率。
详细描述
励磁电流控制策略通过调节励磁电流的大小来控制发电机的 输出电压。当发电机输出的无功功率发生变化时，励磁电流 控制策略能够快速地调节励磁电流，以保持发电机的输出电 压稳定。
无功功率和电压控制策略
励磁系统在水电站中的应用
水能转换
励磁系统在水电站中起到将水能 转换为电能的作用，通过调节水 轮机的转速和涡轮机的扭矩，提
同步发电机励磁系统介绍
智能控制技术的应用
要点一
智能控制算法
随着智能控制算法的发展，如模糊控制、神经网络等，励 磁系统的智能化水平得到了显著提升。这些算法可以对励 磁系统进行自适应控制，自动调整励磁电流的参数，提高 发电机的运行效率和稳定性。
要点二
应用优势
智能控制技术的应用，使得励磁系统的自适应能力和鲁棒 性得到了增强。同时，通过智能控制算法，可以实现对励 磁系统的优化控制，降低发电机的运行成本和维护成本。
系统的寿命也得到了延长。
数字化控制技术的应用
数字化控制器
随着数字信号处理器（DSP）和可编程逻辑控制器（PLC）等数字化控制技术的发， 励磁系统的控制精度和响应速度得到了显著提升。数字化控制器可以对励磁电流进行快
速、准确的调节，提高发电机的动态性能和稳定性。
应用优势
数字化控制技术的应用，使得励磁系统的控制策略更加灵活和智能化。通过数字化控制 器，可以实现对励磁系统的远程监控和故障诊断，提高励磁系统的可靠性和可维护性。
高性能永磁材料的应用
永磁材料
随着高性能永磁材料的出现，如稀土永磁材 料，励磁系统的性能得到了显著提升。这些 材料具有高磁能积和矫顽力，可以替代传统 的电磁铁，减小励磁系统的体积和重量，提 高励磁系统的效率和可靠性。
应用优势
高性能永磁材料的应用，使得励磁系统在小 型化和高效化方面取得了重要突破。同时， 由于永磁材料的耐腐蚀和抗氧化性能，励磁
励磁系统的组成
励磁电源
提供励磁电流的电源设备，通常为直流电源 或交流电源。
励磁线圈
安装在发电机转子上的线圈，用于产生励磁 磁场。
励磁控制器
用于控制励磁电流的调节器，根据发电机运 行状态和电网需求进行自动调节。
发电机UN6000励磁系统简介
• 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。
励磁系统的分类
励磁系统
按供电方式分
他励式励磁系统
自励式励磁系统
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
按功率引取方式分
自并励系 自复励系 谐波励磁
➢ 冷却方式：带双冗余风机的强迫冷 却。当四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。
起励和灭磁单元
➢ 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UN6000可以实现残压起励。
➢ 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 控硅桥。起励回路（-R03，-V03，Q03），用它励方式建立这一电压。 起励电源取自燃机机岛380-220V交流 分电盘母线。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：起励开 关自动闭合，向磁场绕组通流，定子 建压开始。
发电机励磁系统
ABB UN6000励磁系统简介
发电机励磁系统基本原理
励磁功率 单元
励磁调 节器 励磁系统
发电机 输入信号
电力系统
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。
统
统
系统
按整流器是否旋转分
静止整流器励磁 旋转整流器励磁
同步发电机励磁系统介绍
同步发电机励磁系统分类介绍1概述向同步发电机的转子励磁绕组供给励磁电流的整套装置叫做励磁系统。
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它的可靠性对于发电机的安全运行和电网的稳定有很大影响。
发电机事故统计表明发电机事故中约1/3为励磁系统事故，这不但影响发电机组的正常运行而且也影响了电力系统的稳定，因此必须要提高励磁系统的可靠性，而根据实际情况选择正确的励磁方式是保证励磁系统可靠性的前提和关键。
电力系统同步发电机的励磁系统主要有两大类，一类是直流励磁机励磁系统，另一类是半导体励磁系统。
2直流励磁机励磁系统直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源，供给发电机转子回路的励磁电流。
其中直流发电机称为直流励磁机。
直流励磁机一般与发电机同轴，励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流，形成有碳刷励磁。
直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。
自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
采用直流励磁机供电的励磁系统，在过去的十几年间，是同步发电机的主要励磁系统。
目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。
长期的运行经验证明，这种励磁系统的优点是：具有独立的不受外系统干扰的励磁电源，调节方便，设备投资及运行费用也比较少。
缺点是：运行时整流子与电刷之间火花严重，事故多，性能差，运行维护困难，换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机，很不方便。
近年来，随着电力生产的发展，同步发电机的容量愈来愈大，要求励磁功率也相应增大，而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的结构上都受到限制。
因此，直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。
目前，在100MW及以上发电机上很少采用。
3半导体励磁系统半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后，作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。
发电机励磁系统
4）功能模块（FM）
5）通讯处理器（CP）
3、调节器主要功能
AVR调节 FCR调节 恒无功调节 恒功率因数调节 PSS电力系统稳定器
3.1 自动电压调节（AVR）
自动电压调节以发电机机端电压和电压给定值的差值 作为PID调节器的输入，以调节器的输出控制发电机 励磁电流的大小，从而保持机端电压为恒定值。自动 电压调节是励磁调节的基本调节方式，励磁系统的其 他高层控制调节功能，如PSS控制功能，无功空功能 和正常启停控制功能等，均以自动电压控制调节为基 础实现。 通过控制显示屏的命令（增磁和减磁），或者从某一 操作员站、电厂的DCS 、远方调度系统的通讯方式均可以改变自动
3 、励磁调节器 指按照某种调节规律对同步发电机机端电压、无功功率、 功率因数、转子电流进行实时闭环调节的装置。 4 、自动电压调节器（AVR） 指实现按恒机端电压调节方式的调节及相关的限制保护功 能的装置，也称自动（调节）通道。 5 、手动励磁调节单元（FCR） 指实现按恒励磁电流调节方式的调节及相关的限制保护功 能的装置，也称手动（调节）通道。 6 、整流功率柜 采用晶闸管（可控硅）或整流二极管构成功率整流桥， 用于提供转子电流的整流装置。
励磁系统
按供电方式分
他励式励磁系统
自励式励磁系统
按功率引取方式分
按整流器是否旋转分
直流电机励磁系 统(直流励磁机)
整流器励磁系统 交流励磁机
自并励系 统
自复励系 统
按复合位置分
谐波励磁 系统
按整流器是否旋转分
静止整流器励磁 系统
旋转整流器励磁 系统
交流侧复合的自 复励系统
直流侧复合的自 复励系统
举例1 、直流励磁机
发电机励磁系统常见故障及应对措施
1、发电机励磁系统简介励磁系统是供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备的统称，主要由励磁功率单元以及励磁调节器两个部分组成。
励磁功率负责向同步发电机提供励磁电流，而励磁调节器则是根据电力系统中的信号来调节励磁功率单元的输出，进而保障电力系统的稳定性、可靠性、安全性。
2、励磁系统常见故障及处理办法2.1失磁故障在发电机的各类故障中励磁系统的失磁故障是最高的，大型发电机组原则上不允许失磁运行，失磁故障的发生会严重影响大型机组的安全运行。
据有关资料统计，失磁故障占发电机各类故障的比例很高。
引起失磁的原因包括励磁回路开路、短路或励磁调节器故障或转子绕组故障等(我厂7.12 #3机组甩负荷就属于励磁调节器故障引起)。
发电机发生失磁故障后，将从系统吸收大量无功，导致系统电压下降，以及引起发电机失步运行，并产生危及发电机安全的机械力矩；在转子回路中出现差频电流，引起附加温升等危害。
失磁故障的处理：当失磁保护动作跳闸，则应完成机组解列工作，查明失磁原因，经处理正常后机组重新并入电网，同时汇报调度；当失磁保护未动作，且危及系统及本厂厂用电的运行安全时，则应及时将失磁的发电机解列，并应注意厂用电应自投成功，若自投不成功，则按有关厂用电事故处理原则进行处理；当失磁保护未动作，短时未危及系统及本厂厂用电的运行安全，应迅速降低失磁机组的有功出力，切换厂用电；尽量增加其它未失磁机组的励磁电流，提高系统电压、增加系统的稳定性。
为了有效应对此类故障，并且能对发生故障的开关及时的处理，可以在励磁功率电源交流侧开关的辅助接点处设置一个故障记录装置，从而对该故障易发部位进行实时的监控，与此同时，由专人负责对开关进行定期检查，及时发现故障隐患。
2.2、励磁不稳发电机运行过程中，励磁波动过大，例如励磁系统运行数据增大，但有时又正常，无规律可循，并且仍可以进行加减磁的调节。
可能原因是：移相脉冲控制电压输出不正常；环境温度变化以及元器件受到振动、氧化等影响出现故障。
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理发电机励磁系统是指对发电机的磁场进行励磁，以产生电压的一种系统。
在发电机内部，通过励磁系统可以产生电磁场，在转子上产生感应电动势，进而通过转子和定子之间的磁场变化将机械能转换为电能。
发电机励磁系统一般包括励磁电源、励磁线圈以及励磁调节器等组成部分。
本文将继续介绍发电机励磁系统的原理。
1.励磁电源励磁电源是发电机励磁系统中的能量供应部分，其作用是提供所需的电流和电压来激励励磁线圈。
励磁电源可以分为直流励磁电源和交流励磁电源两种。
直流励磁系统中，励磁电源通常是由一个直流发电机供电。
当励磁电源的转子转动时，产生的磁场通过励磁线圈激励主磁场，从而激励发电机。
通常，直流励磁电流的强弱可以通过励磁电源的电压调节器进行调节，以满足发电机输出电压的需要。
2.励磁线圈励磁线圈是励磁系统中最重要的组成部分，它是通过电流激励发电机的主磁场。
励磁线圈通常由导线绕成线圈，绕制在发电机的定子或转子上。
根据线圈的位置不同，励磁线圈可以分为定子励磁线圈和转子励磁线圈两种。
定子励磁线圈是固定在发电机定子上的线圈，通常由大电流和大电压来激励主磁场。
定子励磁线圈的设计和布置需要根据发电机的类型和功率等参数来确定。
转子励磁线圈是绕制在发电机转子上的线圈。
在发电机中，转子是通过传递转速和机械能来激励发电机的部分。
转子励磁线圈同时具有励磁和发电的功能，当转子励磁线圈通入电流时，会产生电磁场，从而感应出电动势，进而转换为电能输出。
3.励磁调节器励磁调节器是控制发电机励磁系统的关键部分，它能够根据发电机输出电压的变化，调节励磁电流的大小，以保持发电机的稳定输出。
根据调节方式的不同，励磁调节器可以分为自动励磁调节器和手动励磁调节器两种。
自动励磁调节器是根据发电机输出电压的反馈信号来自动调节励磁电流的大小。
当发电机输出电压过低时，自动励磁调节器会增大励磁电流，从而提高输出电压。
相反，当输出电压过高时，自动励磁调节器会减小励磁电流，以降低输出电压。
6000励磁技术
静态励磁系统UNITROL® 6800 系统说明目录1导言 (3)2同步发电机参数 (4)3推荐的励磁系统 (5)4推荐系统的主要特点 (6)5性能保证 (9)6适用标准和质量保证 (10)7结构设计 (12)8供货范围 (13)8.1控制电子 (14)8.2接口单元 (18)8.3人机界面(HMI) (19)8.4接口端子 (20)8.5串行接口 (22)8.6控制电子的电源单元 (23)8.7整流桥 (24)8.8整流桥控制 (25)8.9灭磁及磁场过电压保护 (26)8.10其他硬件 (26)9励磁系统的试验 (27)9.1励磁系统的工厂试验 (27)9.2型式试验 (27)All rights, in particular copyrights and other proprietary rights are reserved. Copying of the documents and/or distribution to third parties, and/or the use or disclosure to others of the contents thereof, are not permitted without previous written approval by ABB. ABB reserves the right to change the contents of this document in future.1 导言本文推荐的UNITROL® 6800静态励磁系统基于百年的工程经验及已经证明的成熟技术。
UNITROL® 6800励磁系统可应用于所有类型的同步发电机及电动机。
本文所述的系统能满足贵方所要求的功能、性能及可靠性并已精心优化。
UNITROL® 6800作为UNITROL® 6000系列产品中的一员，采用了高性能的AC800 PEC 控制器以满足最高端的产品需求。
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②
PT AVR
③
CT 直流灭磁开关 G 起励装置
自并励方式的缺点
①
② ③
④
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。 起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导 通电压，发电机不能自励，需要另外设置起 励电源。
自动电压调节器AVR
我公司AVR选用的是 2AVR+2FCR+1BFCR，也就是带有手 动紧急备用通道的双通道系统， 这是目前UN6000系统励磁系统的 最高配置。 AVR：自动电压调节器； FCR：励磁电流调节器； BFCR：后备励磁电流调节器； UG：发电机机端电压测量信号； IG：发电机定子电流测量信号； IF：励磁电流；
自动电压调节器AVR
励磁调节器（AVR）采用数字微机型， AVR中装设无 功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有 过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳 定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护 等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温 度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴 电压毛刺吸收装置等。 采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行， 两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现 故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自 动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动 无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。
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。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，从而控制可控硅的 输出电压，以调节发电机的励磁电流。
励磁变压器
我公司励磁变压器采用三相干式变压器，冷却 方式为风冷（AN/AF）；容量为5800KVA，变比 为21.5KV/900V，一次电流156A，二次电流 3721A；接线方式为YD11。 高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护 （过流、过负荷），一组用于测量（电流）。 低压侧每相也提供二组CT，一组用于保护，一 组用于测量。
）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。灭磁开关的额定参数 按励磁系统强励工况（机端电压为80%额定电压时，强励 倍数2倍额定励磁电压）选择。灭磁开关型号为HPB45-82S 额定电压2000V，额定电流4500A，短路电流开断能力 100KA以上。••Fra bibliotek• • •
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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
自励式励磁系统
按功率引取方式分
按整流器是否旋转分
直流电机励磁系 统(直流励磁机)
整流器励磁系统 交流励磁机
自并励系 统
自复励系 统
按复合位置分
谐波励磁 系统
按整流器是否旋转分
静止整流器励磁 系统
旋转整流器励磁 系统
交流侧复合的自 复励系统
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21.5KV，整个起 励过程的控制和监测都是由AVR软件实现的。 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 调的话可能引起电压过高造成过激磁。
灭磁单元
4）、灭磁回路：由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电 阻组成。 灭磁电阻用于实现发电机的快速灭磁。 a、非线性电阻Ｒ02（共五个）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，灭磁开关触 头可以无负荷断开。 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。 逆变灭磁是将能量释放在励磁变低压绕组上，逆变灭磁 在灭磁开关分闸时间内完成的，一般是在毫秒内完成。 磁场开关跳开后通过非线性电阻实现灭磁，灭磁时间较 短2-3S左右。
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 测量元件
RE
~
自并励系统及其主要特点
三相干式励磁变
主要优点：
①
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。 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。
直流侧复合的自 复励系统
UN6000励磁系统
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• ① ② ③ ④ •
我厂发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统 （全套进口瑞士ABB公司原装产品,型号:UNITROL 6000 系列6800）。 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： 励磁变压器； 励磁调节器（AVR）； 可控硅整流器； 起励和灭磁单元； 如下图所示：
灭磁单元
灭磁：当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电 机，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Crowbar（跨接器就是转子过电压保护装置，其基本
电路及其原理是：一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅 的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能
可控硅整流器
运行中一般不要打开功率柜的门， 否则，该功率柜将会发出报警信号。 标准整流器 (n = 5) 具有五个并联 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。 冷却方式：带双冗余风机的强迫冷 却。当四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。
自动电压调节器AVR主通道自动/手动方式之间的切换
这种励磁系统的特点是每个主通道都有一个 自动调节器(自动方式) 和一个手动调节器(手动 方式) 。在自动方式中，发电机电压受到调节， 因此，在发电机机端产生恒定的电压。另一方面 ，在手动方式中，发电机励磁 (磁场电流) 保持 恒定，随着发电机负荷的变化，发电机励磁 (磁 场电流的设定点) 必须手动调整，以使发电机电 压不变。基本上，由于不工作的调节器总是跟随 工作调节器，所以在任何时间运行方式之间的切 换都是可能的。
发电机励磁系统
ABB UN6000励磁系统简介
发电机励磁系统基本原理
励磁功率 单元 电力系统
发电机 励磁调 节器 励磁系统
输入信号
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。
量
灭磁单元
1）、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在磁场中的能量泄放（实验表明，只要 剩磁电压小于500V，电弧就不能维持，一般剩磁电压不大于 100-300V）即把励磁绕组的电流建立的磁场迅速降低到最小。 2）、灭磁要求:a.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）b.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）。 3）、灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一 般是对采用旋转二极管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统， 通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右） 和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励 磁）。
自动电压调节器AVR切换至紧急备用通道
除两个主通道之外，励磁系统还附加了一个 紧急备用通道。与主通道的手动方式相类似的紧 急备用通道，装有一个励磁电流调节器。除了励 磁电流调节器之外，紧急备用通道还装有过电压 保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。插入到 主通道的过电压保护插件起后备保护作用。紧急 备用通道的励磁电流调节器的作用与主通道的励 磁电流调节器是相同的。也就是紧急备用通道仅 仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。 紧急备用通道的励磁电流调节器自动地跟随 主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自 动地进行无扰动切换。从主通道向紧急备用通道 的手动切换只能由被授权的特殊操作人员进行。 两个调节器的跟随调整使其能够切回到主通道。
灭磁开关跨接器触发板
触发单元UNS0017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，在励磁电压超过设定值 3800V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 免受危险过电压尖峰的冲击。