小型水电站励磁设备
小型水电站励磁系统现状分析及改造优化
小型水电站励磁系统现状分析及改造优化【摘要】随着社会对电力的需求不断上升，一些小型水电站也得到了相应的发展，但小型水电站的励磁系统却存在运行效率较低且故障率高等问题，这大大降低了水电站的效益。
为此，本文详细分析了当前小型水电站励磁系统的运行现状，指出了存在的不足，并介绍了小型水电站励磁系统改造优化的技术措施，有效提高了水电站的效益，可供借鉴参考。
【关键词】小型水电站；励磁系统；现状；改造优化1.小型水电站励磁系统的现状小型水电站的励磁系统也是各种各样的。
具体有三次谐波励磁恒压装置、电抗器移相式相复励励磁装置、电容器移相式相复励励磁装置、磁耦合电抗移相式相复励自励恒压装置、可控相复励自励恒压装置、可控硅自励恒压装置、无刷励磁等。
由于投运年代久远，目前设备大多已老化，基于当时的资金和技术水平，采用的技术都已落后，尤其是没有调差的功能，不能多台机组并网运行，使各机组无功分配不均匀；同时其故障较多，严重影响了机组安全运行，影响了水电站的经济效益，故必须加以更新改造。
2.小型水电站励磁系统的改造优化2.1三次谐波式励磁系统三次谐波励磁发电机的结构简单，使用方便，但在设计该发电机的励磁系统时，即确定三次谐波绕组匝数时，往往要借助试验才能确定，而且波动性较大。
这种发电机在单机孤网运行时，还是不错的，但是不能多台同网运行，尤其是并网困难。
有些发电机是无刷励磁系统，有些发电机是有刷励磁系统，在小容量发电机中，有不少的使用。
2.2三次谐波式发电机的并网（1）并网现象综述因一些小水电站发电机励磁系统性能太差，使发电机不能并网运行，造成便宜的水电不能有效利用；但通过适当的技术改造，可以使小水电站容易并网，补充部分乡镇电网用电。
三次谐波励磁发电机组在单机运行时比较稳定，但与大电网并联时，会出现运行不稳定甚至并不上网的现象。
当机组并入电网瞬间，发电机空载电势低于电网电压uc，并网后发电机将出现向电网吸收无功的现象，在过度欠励状态下，容易发生有功及无功振荡，甚至解列。
励磁系统在中小型水电站的选择
励磁系统在中小型水电站的选择摘要：在中小型水电站中，水轮发电机组是其主要设备，而励磁系统则是维持发电机组安全、可靠运行的重要系统，它是一种较为复杂而又十分重要的系统，对水电站的正常运行有着重要保障作用。
本人根据多年的实际工作经验，分析了中小型水电站的常见励磁系统，探讨了励磁系统的选择原则。
关键词：中小型水电站；励磁系统；磁方式；励磁调节器我国水电资源蕴藏丰富，可用于经济开发的水电资源达3.7亿kw，装机容量在300mw以下的中小型水电站约占到可开发资源量的50%。
近年来，随着我国经济和社会的发展，对电力的需求的日益增长，使得现代电力工业获得更充分、更快速的发展机遇，而随着水电事业的发展和中小型电网的逐渐增多，对水电站的自动控制设备，尤其是励磁方式和调速器的技术性能和可靠性提出了更高要求。
因此，应根据中小型水电站的特点和各种励磁系统的技术特性，在考虑其运行的稳定性及可靠性的同时，要选择调试简便，运行维护简单，故障率小，经济实用的励磁系统。
1 中小型水电站励磁系统概述1.1 励磁系统的基本概念中小型水电站中的常用设备是发电机组，而励磁系统则是发电机组的重要辅助设备，它通过向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流或电压，来控制发电机的机端电压保持恒定，调节发电机组间的无功功率，同时还具有强行增磁、减磁和灭磁的功能，以满足发电机正常发电和电力系统安全运行的需要。
1.2 中小型水电站发电机组励磁系统的主要作用首先，在电力系统正常工作的情况下，将发电机机端电压维持在一个给定的水平。
其次，在电力系统发生事故，致使发电机端电压下降时，对发电机进行强行励磁，以提高继电保护动作的可靠性，并加强发电机并列运行的稳定性。
再次，在发电机的甩负荷电压过高时，对发电机进行强行减磁，以限制由于转速升高而引起的过电压。
最后，当发电机内部及其引出线上发生短路时，迅速进行灭磁，以限制事故的扩大。
1.3 中小型水电站发电机组的常见励磁方式目前，我国内的中小型水电机组的励磁方式可以分为直流励磁、半导体静止励磁及无刷励磁三种类型。
中小水电站励磁系统的技术改造探索——以大新县中军潭水电站为例
之所 以选择静止式可控硅全控桥 自并激励磁系统 ，主要是
其系统原理科学而简单 ，容易让 电站普通技术人员和管理人 员 掌握 ，满足 中军潭水 电站等 中小水电站的基本要求 ，能够进一
步拓展水 电站发 电空间 ，具有科学性 、针对性和操 作性 。静 止
式 可 控 硅 全 控 桥 自并 激 励 磁 系 统 原 理 如 图 １ 示 。 所
电机 的电压静差率小于 ０５ ． ％。 （）励磁系统的电压 响应 时问 ：上升 （ ５ 强行励磁）不 大于
应 该在 保证 水电站正 常运行情况下进行改造 。然而 ，要保 证水
电站正 常运行生产 ，还得继续使用故障事后检修的做 法 ，不能 从根本上解决 问题 。因此 ，应该从根本上改善励磁系统 的性能
理和调整 ，力求恢复励磁的正常运行参数 。这方案看起来最简 单 ，实施起来却不容易。因为时隔多年 ，原来 的电路板和元配 件 已很难 寻觅。晶闸管励磁 电路是 比较复杂 的技术 ，在电站进
１０ ３ ％范 围内进行 稳定平滑地调 节 ，电压分 辨率不大 于额定
电压 的 ０２ ．％一０５ ． ％，手动励磁控 制单元能保 证发 电机励 磁 电
线路 充电等各种工 况下运行 的技术要求 。本励磁方案完全满足
跳 闸往往造成整流元件 、熔断器损坏 ，造成停机时间长 ，维修 量大 。基于这种情况 ，对励磁系统进行技术 改造 已成为 中军潭
强行励磁要求 ，持续 时间不小 于 ６ 。可保证在发 电机 电压 突 ０ｓ
降时通过 自动强行励磁维持机端 电压 ，使发电机不解列脱 网。
（）在 发电机励磁 电流和励磁电压为发电机额定负载下的 ３
００ ，下 降 （ ． Ｓ ８ 顶值 电压减小到零的时间） 不大于 ０１ 。系统 ．５ ｓ
LH-WLT01(02)微机励磁装置说明书
（封面一）LH-WLT01（02）微机励磁装置说明书武汉联华电气有限责任公司绪言武汉联华电气有限责任公司位于风光秀丽的武汉东湖新技术开发区，交通便利，科技发达，信息资源丰富。
多年来，武汉联华电气一直致力于电力系统自动化产品的开发和生产，其主导产品之一：LH-WLT01（02）微机励磁装置以其性能优越，运行可靠，维护、维修方便，售后服务优良，易于与微机监控系统接口等特点，在全国各地的用户中，获得广泛好评。
LH系列微机励磁装置具有下列四种类型：（1）LH-WLT01 单通道微机励磁装置；（2）LH-WLT02双通道微机励磁装置；（3）LH-WLT01LC单通道可编程励磁装置；（4）LH-WLT02LC 双通道可编程励磁装置。
这四种励磁装置是在融合了西门子技术的基础上并吸收电力系统自动化最新研究成果研制而成，是武汉联华电气有限责任公司与华中理工大学、七○九所紧密合作的产物，是现代控制理论、自动化技术、计算机网络技术、可编程控制完美结合的结晶。
LH-WLT01微机励磁装置选用了高性能的16位单片微机INTEL-80C196KC作为核心，配以适当的外围接口。
该种型号的励磁装置充分利用了单片机本身的硬件资源，功能强大，结构简单，性能可靠维护方便。
LH-WLT02则选用当今国际上性能最优、资源最丰富的32位微机INTEL-80386EX作为控制器的核心，充分利用处理器本身的丰富资源，大大减少外围接口芯片，实现总线不出模板，使其可靠性大大提高。
由于其超强的数字处理能力和丰富的内存，大大拓展了微机励磁装置的功能，如故障录波、试验结果分析和描述等。
该装置的主板是我公司自主设计定制的6层印制板。
LH-WLT01LC单通道可编程励磁装置，采用西门子公司的S7200系列的可编程控制器为核心，配以大规模集成电路构成的移相触发电路。
该种励磁装置结构简单，具有可编程控制器的一切优点：可靠、抗干扰能力强，编程简单、维护方便。
LH-WLT02LC双通道可编程励磁装置同LH-WLT01LC相比，增加了一套LH-WLT01LC调节器和切换电器。
现代中小型水电机组励磁方式选择分析
现代中小型水电机组励磁方式选择分析摘要：现代中小型水电机组是利用水能发电的关键设备之一，其励磁方式的选择直接影响机组性能和经济效益。
本文通过对现代中小型水电机组励磁方式的分析和比较，结合实际生产经验，提出了一些可行的建议，以期提高机组的效率和稳定性。
关键词：现代中小型水电机组，励磁方式，经济效益正文：现代中小型水电机组的应用越来越广泛，随着科技的进步，机组的复杂度和性能要求也逐渐提高。
在水电机组中，励磁作为一个关键的控制技术，其作用是使发电机产生稳定的电能并控制其输出电压和电流。
因此，励磁方式的选择直接影响机组性能和经济效益。
目前，现代中小型水电机组的励磁方式主要有直接励磁、串联励磁、并联励磁和复合励磁等几种形式。
直接励磁是一种最简单的励磁方式，其原理是直接将恒定电流注入到发电机的励磁线圈中，以激发发电机的磁场。
由于直接励磁方式具有结构简单、运行稳定性高、维护成本低等优点，因而在一些小型水电站中广泛应用。
串联励磁是另一种比较常用的励磁方式，其优点是使发电机在满载和空载状态下都能稳定输出电压并能减少谐波电流干扰，但适用于低功率、小型水电站。
并联励磁方式是将发电机励磁回路分为两部分并联，一部分通过电源稳定器向绕组注电，另一部分采用可控硅调节，使分出的电源在一定范围内稳压或稳流。
其操作灵活、稳定性好、效率高，是当前大部分中小型水电站都采用的最常见励磁方式。
复合励磁是一种结合了串联和并联励磁的优点，对大型振荡幅度大的机组效果比较好，但由于复杂度高、投资和维护成本也较高，目前应用不太普及。
综上所述，针对不同的机组应用情况和运行要求，选择合适的励磁方式可有效提高机组的运行效率和降低成本，具有十分重要的意义。
除了上述几种励磁方式外，还有一些其他可选项，如变磁通励磁、自励式励磁等。
变磁通励磁是一种特殊的励磁方式，其原理是变化励磁绕组的磁通量以调节发电机的输出电压，适用于低功率、小型机组。
自励式励磁则是通过发电机自身的电磁感应产生励磁电流，通常用于小功率、备用发电机等场合。
水电厂发电机励磁系统控制
水电厂发电机励磁系统控制摘要：励磁系统控制对于水电站安全、稳定运行至关重要。
抽水蓄能机组在运行和启动上较常规水电机组灵活和多样，因此其励磁控制也就更为复杂。
因此本文基于该现实，就其各种情况下的励磁控制进行研究,以期为所有类型的水电厂可靠运行提供借鉴。
关键词：水电厂；发电机；励磁系统；控制1励磁系统1.1励磁系统的概述供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
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。
励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。
尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
1.2励磁系统的作用(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静态稳定性。
(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。
(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。
1.3励磁系统的分类1.3.1直流分类直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励、复励四类。
1.3.2整流分类(1)旋转式励磁又包括直流交流和无刷励磁。
(2)静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。
(3)按发电机励磁的交流电源供给方式可以分为：交流励磁(他励)系统由与发电机同轴的交流励磁机供电。
系统又可分为交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器(有刷)、交流励磁机(磁场旋转)加静止可控硅整流器(有刷)、交流励磁机(电枢旋转)加硅整流器(无刷)以及交流励磁机(电枢旋转)加可控硅整流器(无刷)；全静态励磁(自励)系统采用变压器供电，当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上,称为自励励磁方式,把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式。
小型火力发电厂发电机励磁系统的一般规定
小型火力发电厂发电机励磁系统的一般规定
下面是本店铺给大家带来关于小型火力发电厂发电机励磁系统的一般规定，以供参考。
1、地方火力发电厂应按其机组类型配备励磁机的备用电枢或整流励磁装置的备件。
2、在同一整流子或滑环上，尤其是在同一极性上，应采用同一牌号的电刷。
电刷在刷框内应能够上下自由活动（一般间隙为0.1～0.2mm）。
3、发电机都应装有强行励磁装置和自动调整励磁装置。
正常运行中（包括停机和起动时）上述装置必须投入。
4、除了自动励磁调整器外，在直流励磁机的励磁回路中，还应有手动调整励磁机电压的磁场变阻器。
在变阻器上，相当于发电机空载和额定工况处，应划上红线。
在手动变阻器的机械传动装置上，亦应做上同样的记号。
此外，在机械传动装置上，应划上箭头，指出增强励磁时机械传动装置转动的方向。
同一发电厂内所有发电机的这一转动方向，应该一致。
5、发电机应装有自动灭磁装置（除无刷励磁系统外），并应在转子线圈绝缘所允许的过电压条件下尽快灭磁。
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励磁计算
励磁整流变压器的选型与计算 新闻出处：来源网络发布时间：2006年08月28日摘要：整流变压器的选型和计算是发电机用户经常遇到的技术问题。
由于小水电的特殊环境条件，经典理论计算公式的结果往往不符合实际，本文就此作一些探讨，提出一组简明的计算方法。
本文的讨论基于如下的条件：400V低压同步发电机组，并网运行，三相晶闸管整流，基层用户使用的角度（用户向制造商提供订货数据，不涉及变压器制造的参数设计）关键词：干式整流变压器晶闸管整流励磁同步发电机小水电1.概述在小水电励磁设备的选型配套或维修升级的工作中，电站用户常常遇到整流变压器参数计算的问题。
很多电工设计手册都提供了整流变压器的设计公式，但这些公式适用的是标准的应用条件，与小水电的实际运行环境有所差别，据此设计的变压器可能不太切合实际。
同时小水电基层的专业技术人员也缺乏,用户通常觉得整流变压器的选型计算很困难。
因此为基层用户提出一个简明计算方法是很有必要的。
1．1整流方式的选择：目前低压机组基本上都采用自励式静止晶闸管励磁方式。
其整流方式一般有三相全波半控整流和三相半波整流两种（图1）.全波整流的变压器效率比较高（95％），波形比较好。
半波整流的硅元件较少，但变压器二次绕组有直流电流通过，效率比较低（74％），波形畸变大，用在小于10kW的整流电路,不过一些早期设计的较大机组也是半波整流。
两类整流方式的变压器计算公式有所不同。
1．2整流变压器的形式：采用环氧干式变压器。
容量一般在10－100kVA内，标称一次电压（网端）400V，二次电压（阀端）100V以内，电流100－300A内。
由于容量比较小，与整流装置同置一个配电盘体内。
整流变压器冷却方式是自冷，在盘侧不安装封闭板时，散热条件比较好。
1．3绝缘等级与散热方式：小水电使用的干式环氧变压器的绝缘等级一般是B级，绝缘系统最高耐温为130℃，因此变压器满负荷工作时的外表温度有烫手是正常的。
如果对变压器加以有效的强制风冷，其输出功率可以提高10％～30％。
Slw-2 微机励磁说明书、概述
SWL-Ⅱ微机励磁装置技术说明书一、概述长江水利委员会陆水自动化设备厂(武汉市陆水自动控制技术有限公司)为国内资深的自动控制设备制造厂商，早在上世纪60年代末就研制出我国第一代可控硅励磁装置。
近年来，通过体制创新，企业焕发出蓬勃的活力，发展成为集科研、设计、生产为一体的高新科技企业。
SWL-Ⅱ型同步电机微机励磁装置是我厂研制的、具有完全知识产权的新一代智能型产品。
它适应了当前电力系统的特点和发展的趋势，将国内外最新科技成果与我厂30余年设计制造实践经验融为一体，具有高智能化和高可靠性的显著特点，是发电厂理想的控制设备。
SWL-Ⅱ型双通道微机励磁装置采用先进的全数字交流采样技术，调节器软件功能强大，励磁系统的调节、控制功能全部实现数字化、智能化，包括交流采样计算、纯无功调差、励磁限制与保护，触发脉冲移相与输出，开关量采集、逻辑判断、故障自诊断等。
通讯规约齐全、全面支持远方微机监控。
液晶屏全汉化显示，可在线整定、修改各种参数并能储存与固化，极大地方便了人机对话。
电路简洁，抗干扰性能好，容错能力强，运行安全可靠。
SWL-Ⅱ型微机励磁装置适用于各种容量和主接线方式的大、中、小型水力、火力同步发电机组以及同步电动机组，实现发电机的自动电压调节、无功自动调整和自动分配，可作单机、并网以及调相运行，可进行准同期或自同期并列操作，能方便、快捷的满足机组以及电网的各种运行要求。
S WL-Ⅱ型双通道微机励磁调节器标准配置采用CMOS嵌入式微处理器(美国INTEL 公司)、EPM71285大规模高集成度可编程系统(美国ALTERA公司)、双液晶显示屏；扩展配置(由用户选择):可加配S-200 PLC可编程控制器(德国西门子公司)、I7188工控机(台湾威达公司)、GP2301触摸显示屏(日本数字公司)等。
二、使用环境1．海拔高度不超过3500米；2．周围环境温度-20℃~+50℃；3．平均相对湿度不大于90%；4．没有导电及易爆尘埃和无腐蚀性气体,无剧烈振动;5. 污染等级3级；6. 垂直倾斜度不大于5度，无剧烈振动三、主要功能及特点1．定子电压和定子电流交流采样发电机定子电压和定子电流经PT和CT副方转换、隔离、滤波后直接进入A/D转换。
小型水电站一种新型的励磁方式
基本 工作 原 理 为 ：励 磁 变 副 边 交 流 电压 经 Ｚ Ｌ 整 流 、 ｃ 滤 波后 成 为 直 流 电压 。ＩＢ Ｇ Ｔ管 导 通 时 ， 直 流 电压 加 于转 子 ＶＱ上 ，当 ＩＢ Ｌ Ｇ Ｔ关 断 时 ，转 子 中电流就 通 过 Ｄ 续 流 ，控 制 ＩＢ Ｇ Ｔ导 通 和 关 断 的 则 是方 波 电压 ｋ 见 图 １。 １（ ）
ＩＢ Ｇ Ｔ励磁装 置 与 可控 硅 励 磁 相 比较 有 许 多 相 同之处 ，ＩＢ Ｇ Ｔ励 磁 仍 属 “ 自励 ” 形 式 ，仍 采 用 机
端励磁变压器取得励磁能量 。整流后输 出至发电机
转 子仍 采用 灭磁 开关 、灭磁 电 阻 。这 两部分 电路 与 可控 硅励磁 完全 相 同。
小水电 ２１年第６ （ １ 期） ０１ 期 总第 ６ ２
第二届 “ 中国小水电论坛”论文专辑
小 型 水 电站 一种 新 型 的励 磁 方 式
余建 军 （ 四川 水利 职业技 术 学 院双 合教 学科研 电厂 四川都 江堰 ６１３ ） １８０
１ 概
述
压和负荷 的功率因数的变化来进行调节故名相位复
式励 磁 。此外一 个 大 的革 新 是采 用 了电 压 校正 器 ，
在 中小型水轮发电机组中，励磁系统是一种较
为 复杂 而 又十分 重要 的 系统 ，对水 轮发 电机 组能 否
在校正器 中引入发电机电流 、电压 、相位的变化作
为受 控量 的取样 ，辅 之 以深度 负反 馈增加 调节 器和 整机调 节 性 能 的稳 定 性 。这 种 装 置 才 真 正 能 叫做
大改善 ，使发电机机端电压水平有了较大提高。
２ ３ 相位 复式 励磁 ．
期的产 品性能工艺水平受 当时元器 件影响不尽完 善 ，如当时受晶闸管单管整流容量限制 ，稍大容量 的励磁装置 只能采用多半控整流桥 并联输 出的方
中小型水电站可控硅励磁系统技术改造分析
高要 求 ， 切需 要性 能优 、 能 多和可靠 性 高 的励 磁 迫 功
系统 ， 以满足 电力 系统稳 定及 综 合 自动化 的要求 ．
１ 浙 江省 中小 型水 电励 磁 系统 的现 状
浙 江省可 开发 水 电装机 约 ８０万 ｋ 其 中可 开 ０ Ｗ， 发 的小水 电为 ４０万 ｋ 左右 ． 止 ２ ０ ０ Ｗ 截 ０ ３年底 ， 省 全 小水 电装 机 近 ２ ０万 ｋ 小水 电开发在 全 国处 于领 ３ Ｗ， 先地 位 ， 电建设 已为 浙 江 省 山 区脱 贫 致 富 和农 村 水 经 济发展 作 出 了很 大 贡献 ． １ ２ Ｊ 浙 江 省 的水 电事业 在 取得 成绩 的 同时 ， 也暴 露 出一些 问题 ： 在水 电站 励磁 系统 方 面 ， 多小 型水 电 很 站机 组还 在采用 直 流励 磁 机 、 流励 磁 机 和 电抗 分 交 流 等 相对落 后 的励 磁方 式 ． 对此 ， 多水 电站 都先后 很 采 用 了可控 硅励磁 系 统 ． 运行 实 际 中 ， 在 可控 硅励磁
电压 不稳 定
１ ２ ， 机原 励 磁 装 置 为 Ｊ Ｌ—ｌ ２型 三相 半 控 桥 式 可控硅 励磁 系统 （ 理 如 图 １ 示 ） 其 调 节 器 系 原 所 ，
因此 ， 于 采用 可 控 硅 励磁 系统 的 中小 型水 电 对
收 稿 日期 ：０６ ５— ８修 订 日期 ：０６ ０ —２ ２０ —０ ０ ； ２０ — ６ ０
文章 编 号 ：０２— ６ ４２０ ）３ ０ ７ ３ １０ ５ ３ （０６ ０ —０３ —０
中小 型 水 电站可 控 硅 励 磁 系统 技 术 改造 分 析
王 伟 朱 达 凯 姜 关武 ， ，
（ ． 江水 电技 工 学校 ，浙江 杭 州 ３０ １ ； ． １浙 １０５ ２ 浙江 江 山 峡 口水 电站 ，浙 江 江 山 ３４ １） ２ １６
水电站励磁系统的改造与优化
水电站励磁系统的改造与优化水电站励磁系统是水轮发电机组的一个重要组成部分，其作用是控制电机的电磁特性，保证水轮发电机组的正常运行。
随着时代的发展和技术的进步，水电站励磁系统也需要不断升级改造，以提高设备的效率和可靠性，降低运行成本。
一、选择更先进的励磁设备励磁设备是水电站励磁系统的核心部件，主要包括励磁变压器、励磁控制器、励磁电容器等。
为了提高励磁设备的效率和可靠性，可以选择更先进的设备，如采用变频技术的励磁设备，能够实现更精准的电压控制，提高设备的稳定性和响应速度，同时也能够减少功耗，降低运行成本。
二、优化励磁控制策略励磁控制策略是控制水轮发电机组运行的重要手段，通过优化励磁控制策略，可以提高水轮发电机组的发电效率和质量。
目前，常见的励磁控制策略包括恒磁励磁、恒励磁、恒电流励磁等，但不同的控制策略适用于不同的发电机组，需要根据实际情况进行选择和优化。
另外，多数励磁控制策略需要基于复杂的数学模型或算法，因此需要借助计算机模拟和优化工具进行实现和调试。
三、加强励磁系统故障诊断和保护由于水电站励磁系统工作环境较为苛刻，容易受到雷击、电磁干扰等因素的影响，因此需要加强励磁系统的故障诊断和保护。
常见的励磁系统故障包括励磁电容器短路、励磁变压器绕组过热、励磁控制器故障等，需要通过装置感应器和遥控设备，及时对异常情况进行检测和处理，避免出现严重的故障和事故。
四、提高励磁系统的自适应能力水电站励磁系统需要能够根据水位、负荷等因素自适应地进行调节和控制，才能够保证设备的运行效率和稳定性。
目前，一些智能化的励磁控制系统已经实现了自适应控制功能，能够根据实际情况对励磁参数进行实时优化和调整，提高发电机组的动态性能和效率。
总之，对水电站励磁系统进行改造和优化，需要综合考虑技术的成熟度、设备的适用性、环境的复杂度等多种因素，并通过严格的测试和验收来确保改造后的励磁系统稳定可靠，符合实际工作要求。
tkl-11型励磁调节器的失控问题及改进措施
图 ２ ＴＫＬ 型自励装置同步电路相位分析示意
组别ꎬ 其二次侧电压超前一次侧电压 ３０°ꎬ 而同步变
２ 甩负荷工况 ＴＫＬ － １１ 失控原理分析
压 ３０°ꎬ 即加至可控硅移相触发电路的同步电压滞后
变压器电压相对应的三相同步电压源作为同步电压ꎬ
ω
相角可达 １５０°ꎮ 而发电机转速升高时ꎬ ω 增加ꎬ 电压
的周期就会缩短ꎬ 一般对于反击式水轮机ꎬ 过速保护
的整 定 值 为 １ ５ｎ ｒ ( ｎ ｒ 为 额 定 转 速) ꎬ 但 当 转 速 ｎ ＝
１ ３ｎ ｒ 即 ω′ ＝ １ ３ω 时ꎬ 此刻周期 Ｔ′ ＝
２π
２π
１
＝
＝
ω′ １ ３ω １ ３
Ｔꎬ 若 Ｔ ＝ ２０ ｍｓꎬ 则 Ｔ′ ＝ １６ ｍｓꎮ 周期大为缩短ꎮ 所
以ꎬ 原正常调节时ꎬ 对应的 １５０°电角度ꎬ 在甩负荷后
将变为 １５０° × １ ３ ＝ １９５°电角度ꎬ 这样使脉冲移到对应
该相电压正半周以外ꎬ 相当于掉脉冲了(如图 ３ 所示)ꎮ
Ｖ 电压源于 Ｕ ａ ꎬ １０ 脚接低电压ꎬ ６、 ８ 角是 ａ 相锁定
时ꎬ 仍能将触发角锁定在正半周ꎬ 从而消除失控现象ꎮ
由图 ２ 可知ꎬ Ｕ ａ 比 Ｕ ａ′０ 超前 ６０° 相角ꎬ 为此ꎬ 新
⚫
⚫
发电机甩负荷时ꎬ 转速升高ꎬ 或频率升高ꎬ 由机
增 １ 个插板( 见图 ４) ꎬ 以 Ａ 相为例ꎬ １、 ２ 脚接交流 ２４
子绕组匝数ꎬ Φ ｍ 为最大 磁 通 量) ꎬ 必 然 会 产 生 过 电
ＲＣ 电路的时间特性作为移相脉冲的相位控制ꎬ 其正
500KW以下小型水电站可控硅励磁系统之我见[1]
![500KW以下小型水电站可控硅励磁系统之我见[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/33ff9a7ea417866fb84a8edb.png)
500KW以下小型水電站可控矽勵磁系統之我見李曉輝（邯鄲市躍峰管理處）[摘要] 隨著可控矽勵磁在小型機組上的應用，其優點越來越被人們所接受，但小型機組有著自身的且與大中型機組不同的特點，對勵磁系統的要求及作用也不相同，運行中暴露出了一些不足之處。
就我們在實際運行中所遇到的問題，做了一些簡要的理論分析，並提出一些改進措施，以供同行參考。
[關鍵字] 可控矽勵磁系統安全穩定運行近幾年來，小型水電站發展迅速，由於可控矽勵磁系統以其所具備的功率大、調節靈敏迅速、體積小、安裝方便等優點，使其在小型水電站中得到了廣泛的應用和迅速的發展。
但是小型水電站在電力系統中所占的地位和作用有著自身的特點，所以對它的要求與大中型機組的勵磁系統也是不同的。
一、小型水電站的運行特點在電力系統中，大中型機組的勵磁系統對維持電力系統的電壓水準以及提高電力系統運行的穩定性都起著極其重要的作用。
而小型機組勵磁系統在這方面的作用則不太明顯，它的作用主要表現在：（1）提高發電機的穩定度，輸送一定比例的無功功率；（2）提高繼電保護裝置的可靠性；（3）限制發電機突然卸載時的電壓上升；（4）單機運行時，穩定發電機出口電壓。
一般來說，並網運行的小型機組的出口電壓不會受本機組影響。
小型機組的出口電壓只能由電網來決定，它的投入對電網電壓幾乎沒有影響，然而它的勵磁系統的自動調節部分往往會由於電網的變化而發出對機組運行不利的信號。
這種電壓波動，在10KW電網中，尤為突出和頻繁，並且電壓波動幅度較大，而500KW以下的小型機組，幾乎都在10KW等級的電網上運行，所以就使這類問題帶有相當大的普遍性。
另外，對於一些小型機組，尤其是在同一母線上並列運行的幾台機組，由於發電機本身的運行很不穩定，再者對一些輸送線路較長的電站，在負荷增減過程中，也同樣會造成機組出口電壓的變化，而使勵磁電流發生毫無意義的變動。
在以上幾種情況中，有的是小型機組運行中所不可避免的。
基於這些情況，對小型機組勵磁系統應拋開大中型發電機勵磁系統的特點及某些原理、要求而另作別論。
励磁装置工作原理
励磁装置工作原理励磁装置是一种重要的电气设备，广泛应用于发电厂、变电站和电动机等领域。
它的主要作用是提供电机或发电机所需的磁场，从而实现电能的转换和传输。
本文将介绍励磁装置的工作原理，并探讨其在电力系统中的应用。
一、励磁装置的基本原理在了解励磁装置的工作原理之前，我们首先需要理解磁场产生的基本原理。
根据安培定律，通过电流所产生的磁场可以改变物体周围的磁场分布。
基于这一原理，励磁装置通过控制电流的大小和方向，实现对电机或发电机中的磁场进行调节。
励磁装置通常由电源、励磁线圈和控制装置组成。
电源提供稳定的电流供给，励磁线圈则是产生磁场的核心部件，控制装置可以根据需要对电流进行调节。
二、励磁装置的工作过程1. 静态励磁静态励磁是指在发电机或电动机刚开始运行时，励磁装置通过一系列操作将感应电动势转化为直流电流，从而建立起初始的磁场。
这一过程通常包括以下几个步骤：a. 闭合励磁电源当电机或发电机开始运行时，励磁装置的电源将闭合，向励磁线圈提供电流。
这使得励磁线圈中产生的磁场逐渐增强。
b. 磁通增加随着电流的增加，励磁线圈中产生的磁场也随之增强。
这一过程将持续到达到设定的磁通值。
c. 控制电流在达到设定的磁通值后，控制装置将根据需要对电流进行调节，以维持恒定的磁通。
2. 动态励磁除了静态励磁之外，励磁装置还可以实现动态励磁。
动态励磁是指在电机或发电机运行过程中，根据负载的变化对磁场进行调节，以实现电能的平稳转换。
a. 负载变化在电机或发电机负载发生变化时，励磁装置感知到这一变化，并根据控制装置的设置进行调整。
b. 调整电流控制装置通过改变电流的大小和方向，调节励磁线圈中磁场的强度和方向。
这一过程可以使得电机或发电机在负载变化时保持稳定的输出。
三、励磁装置在电力系统中的应用励磁装置在电力系统中起到了至关重要的作用，它不仅保证了电机和发电机的正常运行，还能提高电能的转换效率。
以下是励磁装置在电力系统中的几个应用场景：1. 发电机励磁在发电机中，励磁装置负责产生所需的磁场，使得发电机能够将机械能转化为电能。
EXC9100型励磁系统
二、励磁调节器
PT断线故障
调节器通过机端PT检测到的机端电压信号将是错误的降低了30％左右，切换到手动方式或其他高级 别的通道运行。 有三种情况判断：Average = Ug/1.2；（1）情况1：[ (Ug > 10%) && ( (Ua < Average) || (Ub < Average) || (Uc < Average) ) ] && [同步与PT不相关 ] 2）情况 2：(Ug + 10% < Utb) && ( Utb > 20%) && [同步与PT相关]3）情况3：----相当于PT信号消失( Ug < 5%) && (IL > 20%)
四、灭磁系统
灭磁方式 灭磁过电压保护
四、灭磁系统
灭磁方式
正常停机逆变灭磁，将能量消耗到交流侧。
事故停机跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁。
灭磁电阻： ZnO（即压敏电阻），具有非线性电阻特性， 电压低于阀值，通过电流几乎为 0，电压超过阀值，通过 电流随电压的增加而急剧增大。
灭磁及过压保护
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二、励磁调节器
调节器软件
•程序结构优化，实现多流程控制 •采用结构化程序语言
•功能完善
调节器的功能
二、励磁调节器
按机端电压调节的自动方式
按励磁电流调节的手动方式 恒触发角运行方式
残压起励
软起励 零起升压（最低为机端电压的 10%） 通道自动跟踪 系统电压跟踪（空载时有效的 快速起励，建立机端电压，并 网不再跟踪）
二、励磁调节器
调节器的硬件—多CPU模式
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(3) 当发电机突然甩掉额定有功负荷和额定无功负荷后，发电机 电压超调量不大于15％额定值；调节时间不大于5s；振荡次数不超过 3次。
㈡ 系统性能要求
• 7. 励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1％时，
发电机端电压的变化率： (1)小型机组：采用半导体型调节器时为不大于±0.5%；采用电
磁型调节器时为不大于±3% (2)中大型机组不大于±0.25％。
• 8. 励磁系统应满足下列要求：
(1) 空载±10%阶跃响应：发电机电压超调量不大于10％额定值； 调节时间不大于5s；振荡次数不超过3次。
电流源变压器
整流器及 可控硅整流器
交流侧电源并联电流相加的复合源静止励磁机
图2.2.2—3
• 交流侧相加
同步电机
电势源变压器 电抗器
整流器
饱和绕组控制输入
电流源变压器
交流侧两个电源电流相加的复合源静止励磁机
三.励磁设备的技术要求（条件）
• GB/T10585-89 中小型同步电机励磁系统基
本技术要求
图2.1.1—1 直流励磁机励磁
• 采用一个它励绕组的直流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈 （要用时） 直流励磁机励磁绕组 励磁控制输入
采用一个它励绕组的直流励磁机
㈠旋转式
• ⒉交流励磁机 A.C. exciter
使用整流器流器提供直流电流的旋转励磁机
• ⑴带有静止整流器的交流励磁机 A.C. exciter with
• 2. 励磁系统强励顶值电压倍数的考虑，中小型机组的励磁
系统一般不小于1.6倍，大中型机组的励磁系统一般不小 于1.8倍，顶值电流倍数与顶值电压倍数相同。当系统稳 定要求更高顶值电压倍数时,按计算要求确定。顶值电压 倍数超过2时，顶值电流倍数仍取2。
• 3. 励磁系统在顶值电流情况下的允许持续时间：中小型机
㈠使用条件
• ⒉ 供电电源要求
(1) 交流380/220V系统,电压偏差范围为额 定值的±15%,频率偏差范围为-3～+2HZ；
(2) 直流系统220/110V系统，电压偏差范 围为额定值的-20%～+10%。
㈡ 系统性能要求
• 1. 励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压不超过发电机
额定负荷下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。
㈠ 数字式励磁调节系统
• ⑴ 微机励磁的分类
现代同步电机的励磁系统大多采用了微机控 制技术，从目前国内已投运的水力发电机组来看， 微机控制励磁主要有以下几种类型：
• 1）按CPU的总线宽度分：从理论上讲，在一定条
件下（如主频相同）总线宽度越宽，CPU所能处 理数据的容量越大，时间也少，速度就越快，因 而性能也越好。但我们不能过份的追求性能指标， 对产品的推广、普及和应用来讲，性价比和可靠 性是更重要的指标
• 采用标准的工控机可缩短开发周期，对可靠性有一定的保证，不足之
⑴ 微机励磁的分类
4）单通道、双通道和多通道
• 为了解决以上矛盾，可用双通道或多通道
的方案来解决。
• 所谓单通道、双通道是按独立调节的微机
通道数划分的，象整流变压器、灭磁回路、 励磁绕组是不可能也没有必要冗余的
⑵ 调节器模式的选择
• 从理论上讲，在一定条件下（如主频相同）总线宽度越宽，CPU所能
励磁机（设备）与发电机同轴旋转的整 流方式
• ㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率，使用 静止整流器提供直流电流的励磁机
励磁机（设备）是静止的整流方式
㈠旋转式
• ⒈直流励磁机方式 D.C. exciter
一台使用换向器与电刷提供直流电流的 旋转励磁机，通过与发电机同轴的直流励 磁机所发出的直流电给主发电机励磁的方 式，见图2.1.1—1。
处理数据的容量越大，时间也少，速度就越快，因而性能也越好。但 我们不能过份的追求性能指标，对产品的推广、普及和应用来讲，性 价比和可靠性是更重要的指标。
• 国外的大公司具有较强的研发能力，一般都采用自主研发的专门适用
于励磁控制的微机调节器，对于不具备硬件研发能力的励磁生产厂家， 通常都采用标准的工控机作励磁的微机控制器。
仅从电势源（可以从同步电机出线端）取得功率并使 用可控硅整流器的静止励磁机。见图2.2.1—1。
• ⒉从复合电源静止励磁机 compound source-static
exciter 从电流与电压两个电源（独立取自同步电机机端）取
得功率的静止励磁机。从两个电源来的输入可以在整流器 的交流侧或直流侧取得，并且可以并联或串联，整流器可 以设计可控的或不可控的。图2.2.2—1、图2.2.2—2、和 图2.2.2—3 。
小型水电站励磁设备
全国农村水电自动化培训教材
（长江委陆水自动化研究所）
一.农村水电的概念
• ㈠国内小水电装机及机组容量的发展 • 小水电系指装机容量25MW及一下的水力发电站和以小水
电为主的地方小电网。
• 五十年代，一般称500kW一下的水电站为农村小水电站；
到六十年代，小水电的容量界限到3MW ;
国家或国际组织
微型(Micro) 小小型(Mini)
国际小水电
<100
101-500
拉美能源组织
<50
51-500
中国
<100
水力发电与筑坝杂志 50-100
101-500 300-5000
秘鲁
5-50
51-500
菲律宾
美国
<500
501-2000
越南
<50
51-500
小型(Small) 501-10000 501-5000 500-25000 10000-50000
图2.1.1—2
• 带不可控静止整流器的交流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈
交流励磁机 励磁控制输入
带不可控静止整流器的交流励磁机
图2.1.1—3 带有旋转整流器的交流励磁机
㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率，使用静止整流器提 供直流电流的励磁机。
• ⒈电势源静止励磁机 potential source static exciter
㈡ 系统性能要求
• 9. 电压调节范围：
⑴ 自动励磁调节器电压调整范围：10～110%额定电压； ⑵ 手动励磁调节器电压调整范围：10～110%额定电压。
• 10. 在发电机空载运行状态下，自动控制单元和手动控制
单元的整定电压变化速度，每秒应不大于额定电压的1%， 不小于额定电压的0.3%。
• 11. 励磁系统功率整流器不应采用串联元件。当并联支路
图2.2.1—1
• 电势源静止
同步电机
整流变压器
可替换
图2.2.1-1 电势源静止励磁系统
图2.2.2—1
• 直流侧串联
电势源变压器
同步电机
电流源变压器
电抗器
图2.2.2-1 直流侧串联、电压相加的复合源静止励磁机
整流器及 可控硅整流器
图2.2.2—2
• 交流侧并联
同步电机
电势源变压器 电抗器
• GB/T 7409.3-1997同步电机励磁系统大、
中型同步电机励磁系统技术要求
• DL/T 583-2005 大中型水轮发电机静止整
流励磁系统及装置技术条件
• DL/T 489-92 大中型水轮发电机静止整流励
磁系统及装置试验规程
㈠使用条件
• ⒈环境要求
(1) 使用地点的海拔高度不大于3000m; (2) 环境最高温度+40℃; (3) 环境最低温度:采用水冷者为+5℃,采用其它 冷却方式者为-10℃; (4) 最湿月的平均最大相对湿度为90%,同时该月 的月平均最低温度为+25℃; (5) 应能适应无爆炸危险的介质,无足以腐蚀金属 和破坏绝缘的气体,以及周围较清洁和无剧烈振动 的环境条件。
<15000 <15000 501-5000
一.农村水电的概念
• ㈢ 相关标准界定（含同步电机和水轮发电
机）
• GB 10585-89，GB/T7409-1997， • SD299-88，DL/T583-2005。 • 中小型：10WM以下机组 • 大中型：10WM以上机组
二.励磁的形式
• ㈠旋转励磁机 rotating exciter
stationary rectifiers 带有整流器的交流励磁机，其输出与同步电机励磁绕组 滑环上的电刷相联结。见图2.1.1—2
• ⑵带有旋转整流器的交流励磁机（无刷励磁机） A.C.
exciter with rotating rectifiers ( brushless exciter) 带有励磁机及与同步电机同轴的旋转整流器的交流励磁机， 其输出不经过滑环或电刷，而直接与同步电机的励磁绕组 相联结。见图2.1.1—3
• 14. 静止整流励磁系统的起励电流应不大于发电
机空载励磁电流的10%～20%。
• 15. 励磁系统的年强迫停运率不应大于0.1%。
四.励磁调节器
按调节器处理数据的的类型分，又可 分为数字式、模拟式和数字模拟混合式三 种。
• ㈠ 数字式励磁调节系统
随着电子技术的发展，电力系统稳定 性要求的提高，智能化的励磁系统运育而 生。目前数字式励磁调节系统大多采用微 控制器，因此又称为微机励磁 。
⑴ 微机励磁的分类
1）按CPU的总线宽度分
• (a) 8位机：如MCS51系列，带Flash的AT89、