励磁系统重要参数及计算
发电机励磁系统
复励系统
复励系统
3
1.直流励磁机励磁系统
多用于七十年代以前的中小型机组。
2.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-静止整流器励磁 系统（“三机”励磁系统）
多用于六十年代以后100MW以上的大型火电机组。
3.具有与发电机同轴副励磁机的交流励磁机-旋转整流器励磁 系统（“无刷”励磁系统）
用于八十年代以后的大中小型机组（用量较少）。
在发电机突然解列、甩负荷时，强行励磁，将励磁电流迅速 减到安全数值，以防止发电机电压过分升高；
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4．提高继电保护动作的灵敏度
当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流 不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小， 且随时间衰减，以致带时限的继电保护不能正确工 作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁 对发电机进行强励，不仅有利于提高电力系统稳定 性外，还因加大了电力系统的短路电流而使继电保 护的动作灵敏度得到提高。
在研究并联运行发电机组间的无功分配问题时所涉及的主要概念 之一是发电机端电压调差率。所谓发电机端电压调差率是指在自动 励磁调节器调差单元投入，电压给定值固定，发电机功率因数为零 的情况下，发电机的无功负载从零变化到额定值时，用发电机端电 压百分数表示的发电机端电压变化率，通常由下式计算：
2020年7月
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6．改善电力系统的运行条件
因为维持发电机端电压的恒定有利于维持电力系统的电压水 平。当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自 动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提 高系统电压。从而可以改善电力系统的运行条件。
（1）改善异步电动机的自起动条件 （2）为发电机异步运行创造条件 （3）减少重负荷合闸时的电压下降 （4）重负荷跳闸时，减少系统电压的上升
励磁系统重要参数及计算
表6.21-2 励磁系统结构数据表技术条件与选型强励电压=2倍的额定励磁电压，当发电机电压下降到80%时，可以连续运行20S。
强励电流=2倍额定励磁电流，可以连续输出20S。
户内环境温度最高40摄氏度。
b).1 励磁系统额定电流本励磁系统按照超出额定励磁电流10%来进行设计I fd = I fn ×1.1=30471.14.2 励磁系统强励电压采用2倍额定励磁电压作为强励电压Ufp=Ufn ×2=586V 。
设备设计用Ufp=Ufn ×2=586V 作为发电机的正常电压。
1.24.3 励磁系统强励电流采用2倍额定励磁电流作为强励电流Ifp=Ifn ×2=5540A,时间为20秒。
设备用Ifp=Ifn ×2=5540A 进行设计。
1.34.4 发电机三相短路时的励磁电流故障发生0.1秒，直流分量测量元件就能测量到。
参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准-Ifm Kdc Ifd IfnIfg d x xd Ifdc ⨯=⨯⨯='1,0 (xd and x’d 参照标准采用不饱和值), 考虑x’d 的10%的精度取x’d =0.3454。
认为 Ifm = IfdA Ifdc 56243047277015073036.003.11,0=⨯⨯=-测量的峰值电流在故障发生的0.1s （参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准）Ifdc Ifc ⨯=35.31,0=3.5/3×5624=6561A (3.5 & 3 是Kc 和Kdc 各自的最大概率值,（参考定义 ANSI/IEEE C37.18-1979)▪-5.1励磁变参考 IEC 146.1.1, IEC 146.1.2 & IEC 14.1.3-励磁变输出电流 :- 长期输出电流: A I Itn fd 6.248732=⨯=-瞬时输出电流: A I Itns fP 452332=⨯= -励磁变输出电压 :- 在80%发电机电压下的理想输出电压V Ufp Uefti 55010cos 8.0/23=︒=π-理想输出功率:KVA Itn Uefti Sefti 7.23693=⨯⨯=- 感应电压降:V I SeftiUeftixcc Dx fp 5.4032=⨯⨯⨯=π变压器 xcc≈6% (估计值)- 外部电压降 ( 晶闸管, 线等…)V Uefti Vt Df 51.5203,002=⨯+⨯=Vt0=晶闸管阀电压 (约 1.2V)0.03的因数相当于3%线路电压降 ，设计时必须考虑现场接线的因素。
SAVR2000励磁模型及参数计算方法
南瑞SA VR-2000自并激励磁系统传递函数图U c +OEL +UEL+发电机传递函数发电机机端电压U GG(S)11+T A S1+T d SK D S U FU RminU Rmax++++U gr ef U PSS-+11+T R SK P K I /S参数说明：U G 代表发电机机端电压K P 代表励磁调节器（励磁系统）比例环节参数,具体值待现场试验整定 Ugref 代表发电机定子电压给定值(参考值) K I 代表励磁调节器（励磁系统）积分环节参数,具体值待现场试验整定 Uc 代表励磁调节器输出的励磁控制电压K D 代表励磁调节器（励磁系统）微分环节参数,具体值待现场试验整定 URmax 代表发电机额定电压时，励磁调节器输出的最高励磁控制电压 T d 代表微分滞后时间常数，具体值待现场试验整定 URmin 代表发电机额定电压时，励磁调节器输出的最低励磁控制电压 T R 代表电压测量时间常数,为0.02 U F 代表励磁系统输出的发电机励磁控制电压 T A 代表励磁调节器自身时间常数,为0.002UEL 代表欠励限制 Upss 代表PSS 环节输出，请参阅PSS 模型部分，有关参数待现场试验整定 OEL 代表过励限制南瑞SA VR-2000 PSS-2A模型及参数说明参数说明：P：发电机有功功率ω：发电机机械转速T w1—T w3：隔直环节时间常数，需现场试验整定T1—T6：超前滞后环节时间常数，需现场试验整定T7：惯性环节时间常数，需现场试验整定T8—T9：斜坡环节时间常数，需现场试验整定M、N：斜坡函数阶数，需现场试验整定K S1—K S3：比例放大倍数，需现场试验整定注：PID参数、PSS参数标么值均可在参数窗中直接输入。
发电机励磁系统参数
电厂名称 机组编号 参数名称 发电机型号 发电机生产厂家 转动惯量时间常数（转动惯量） 发电机额定视在功率 发电机额定有功功率 发电机额定无功功率 发电机功率因数 发电机额定电压 发电机额定电流 发电机额定励磁电压 发电机额定励磁电流 发电机空载额定励磁电压 发电机空载额定励磁电流 直轴同步电抗（饱和/非饱和） 交轴同步电抗（饱和/非饱和） 直轴暂态电抗（饱和/非饱和） 交轴暂态电抗（饱和/非饱和） 直轴次暂态电抗（饱和/非饱和） 交轴次暂态电抗（饱和/非饱和） 发电机负序电抗（饱和/非饱和） 发电机零序电抗（饱和/非饱和） 转子直阻（75℃/15℃） 发电机定子电阻（75℃/15℃） 发电机额度频率（转速） 直轴开路暂态时间常数 交轴开路暂态时间常数 直轴开路次暂态时间常数 交轴开路次暂态时间常数 直轴短路暂态时间常数 交轴短路暂态时间常数 直轴短路次暂态时间常数 交轴短路次暂态时间常数 发电机CT变比 发电机PT变比 发电机转子分流器变比 代号 山西兆光发电有限责任公司 3#、4# 参数 QFSN—600—2 上海汽轮发电机有限公司 9.489 667 600 励磁系统接线方式 投产日期 单位 参数名称 励磁机型号 励磁机生产厂家 t—㎡ 励磁机额定容量 MVA 励磁机频率 MW 功率因数 Mvar 额定输出电压 — 额定输出电流 KV 额定励磁电压 A 额定励磁电流 V 励磁机空载时额定励磁电压 A 励磁机空载时额定励磁电流 V 励磁机同步电抗 A 暂态电抗 PU 次暂态电抗 PU 励磁机负序电抗 PU 转子直阻（75℃） PU 转子时间常数 PU 励磁机转子分流器变比 PU PU 永磁机型号 PU 永磁机生产厂家 Ω 永磁机容量 Ω 永磁机额定频率 Hz/n 永磁机额定电压 秒 永磁机额定电流 秒 永磁机功率因数 秒 秒 励磁变型号 秒 励磁变生产厂家 秒 励磁变额定容量 秒 励磁变变比 秒 励磁变二次电流 A/A 励磁变二次CT变比 V/V 励磁变短路电抗 A/mV 同步变压器变比 代号 自并励
励磁系统参数计算
########大学毕业论文设计50MW电站励磁系统参数计算指导老师：胡先洪王波、张敬学生姓名：########《电气工程及自动化》2002级目录1发电机组参数A.额定容量（MVA）B.额定功率因数（滞后）C.额定电压（kV）D.额定频率（Hz） 50E.相数 3F.空载励磁电压（V） 62G.额定负荷及功率因素下励磁电压（V） 164H.空载励磁电流（A） 592I.额定负荷下励磁电流（A） 1065J. 励磁绕组绝缘的最高耐压（直流V ） 1500K. 励磁绕组75?C 的电阻（?）L. 直轴瞬态开路时间常数T?do(s)M. 直轴瞬态短路时间常数T?d(s)N. 直轴同步电抗（Xd ）O.直轴瞬态电抗（Xd ’） 2 励磁变压器技术参数计算2.1 二次侧额定线电压计算励磁系统保证在机端正序电压下降到额定值的80％时，能够提供励磁系统顶值电压。
励磁系统顶值电压为发电机额定容量时励磁电压的倍。
A. 具体计算公式：式中：Ku----电压强励倍数（α=10?时），取倍（在80%U GN 下）。
fN U -----发电机额定容量时励磁电压。
B. 针对本文设计发电机组：︒⨯⨯⨯=10cos 35.18.01640.22fT U =308V 综合考虑，取fN U =360V2.2二次侧额定线电流计算励磁系统保证当发电机在额定容量、额定电压和功率因素为的励磁电流的倍时，能够长期连续运行。
A.具体计算公式：式中：K------裕度系数。
I-----发电机额定容量、额定电压和功率因素时励磁电流。
fNB.针对本文设计发电机组：2.3额定容量计算取标准容量：630KVA励磁变压器设计参数表：3 晶闸管整流元件技术参数计算3.1 晶闸管元件额定电压的选择在倍负荷运行温度下，晶闸管整流器所能承受的反向峰值电压不小于倍励磁变压器二次侧最大峰值电压。
A. 晶闸管反向重复峰值电压具体计算公式：式中：K -------电压裕度系数，取；fN U ------励磁变压器二次侧线电压。
大唐观音岩水电站励磁系统主要参数计算与选择
大唐观音岩水电站励磁系统主要参数计算与选择首先，我们需要计算出励磁系统的主要参数。
励磁系统主要包括励磁电流、励磁电压、励磁损耗等参数。
其中，励磁电流是通过励磁线圈的电流值，励磁电压是通过励磁变压器的输出电压，励磁损耗则是电路中的能量损耗。
励磁电流的计算比较简单，可以根据水轮发电机的额定容量和功率因素来确定。
一般来说，励磁电流是发电机容量的2%-4%之间。
例如，如果水轮发电机的额定容量为100MW，那么励磁电流就在2MW至4MW之间。
励磁电压的计算需要考虑励磁发电机的额定电压和励磁变压器的变比。
励磁变压器将系统电压调整到合适的励磁电压，一般取值在150V至300V之间。
根据励磁电流和励磁电压，可以计算出励磁损耗。
励磁损耗一般在2kW至5kW之间。
励磁系统参数计算完成后，接下来就是选择合适的励磁设备。
励磁系统的核心设备是励磁变压器和励磁线圈。
励磁变压器需要具备较高的耐压能力和良好的调节性能。
根据励磁电压和变压器的变比，可以确定励磁变压器的级数和容量。
励磁线圈的选取要考虑到励磁电流和线圈的耐压能力。
除了励磁变压器和励磁线圈外，励磁系统还需要配备自动调节装置和保护装置。
自动调节装置能够根据发电机的负荷变化自动调节励磁电流和电压，保持发电机的稳定工作。
保护装置主要是为了保护励磁设备不受损坏，当发生故障时及时切断电路。
总之，大唐观音岩水电站的励磁系统主要参数计算和选择需要考虑发电机的额定容量、功率因素，以及励磁电压、电流和损耗等因素。
根据这些参数，可以选择合适的励磁设备，并配备自动调节装置和保护装置，以确保水电站的稳定运行。
磁场参数计算公式
磁场参数计算公式一、磁场强度与磁感应强度计算公式1、磁场强度与磁感应强度定义磁场强度是线圈安匝数的一个表征量，反映磁场的源强弱。
磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。
打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体,但实际对物体产生的效果并不一样,比如你是借助于工具的,也可能你使力的位置不同或方向不同.对你来说你用了一个确定的力.而对物体却有一个实际的感受,你作用的力好比磁场强度,而物体的实际感受好比磁感应强度。
2、磁场强度与磁感应强度区别磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。
由于磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。
因此，磁场的强弱可以有两种表示方法：在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量；单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m2，是一个辅助物理量。
具体的，B决定了运动电荷所受到的洛仑兹力，因而，B的概念叫H 更形象一些。
在工程中，B也被称作磁通密度（单位Wb/m2）。
在各向同性的磁介质中，B与H的比值即介质的绝对磁导率μ。
3、磁场强度计算公式：H = N × I / Le式中：H为磁场强度，单位为A/m；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流（测量值），单位位A；Le为测试样品的有效磁路长度，单位为m。
4、磁感应强度计算公式：B = Φ / (N × Ae)式中：B为磁感应强度，单位为Wb/m^2；Φ为感应磁通（测量值），单位为Wb；N为感应线圈的匝数；Ae为测试样品的有效截面积，单位为m^2。
二、磁通量与磁通密度相关公式：1、Ф = B * S（1）Ф：磁通(韦伯)；B ：磁通密度(韦伯每平方米或高斯)，1韦伯每平方米=104高斯S：磁路的截面积(平方米)2、B = H * μ（2）μ：磁导率(无单位也叫无量纲)；H：磁场强度(伏特每米)3、H = I*N / l （3）I ：电流强度(安培)；N ：线圈匝数(圈T)；l ：磁路长路(米)4、当电源电压做正弦变化时，主磁通也做正弦交变，设其瞬时值为：wt m sin Φ=Φ 带入公式dtd Ne Φ-=得感应电动势的瞬时值为 wt wN dtd Ne m cos Φ-=Φ-= 则感应电动势的有效值为：m m m m fN fN wN e E Φ-=Φ-=Φ-==44.42222π 其中f 为交流电频率，N 为线圈匝数。
实测励磁系统模型和参数对电力系统稳定极限计算的重要性
定计算 的重 要性 。
０ 引言
１ 励磁 系统的数学模 型和参数
发 电机励 磁 系 统 的模 型 和 参数 的准 确性 ， 电 对 力 系统稳 定 极 限 的计 算结 果 影 响很 大 ， 而计 算 电力 系统 稳 定 极 限 的准确 性 ， 对 电力 系统 的安 全 性 和 则 经 济 ｌ影 响极 大 。若 由于励磁 系统 的模 型和 参数 的 生 误 差 ，使计 算 所得 的稳 定极 限高 于实 际 稳 定极 限 ， 那 么 按计 算 所得 的稳 定 极 限来 控 制 系统 的输 送 功 率 ， 会 给 系 统带 来 潜 在 的危 险 ， 旦 系 统 发 生 故 将 一 障 ， 会 失去稳 定 ， 将 引发 更大 的事 故 。若 计算 所得 的
稳 定极 限 小 于实 际稳 定 极 限 ， 按 计 算所 得 的稳 定 则 １１ 典 型励 磁 系统的模 型和 参数 ．
某 电 网稳 定 计 算 中 ， Ａ电厂 机组 所 用 的典 型 励 磁模 型见 图 １参 数见 表 １ ， 。
１２ 发 电机 励磁 系统 的实 测模型 和参 数 ＿
▲ 研 与 析 一，ＤＩ，ＥＸ 究 分 ＞ 、Ｆ 、 Ｊ ｃ ｚ１ ｚ ｃ
表 １ Ａ 电 厂 机 组励 磁 系统 典 型 参 数
参数 Ｋ Ｋｆ Ｔ Ｅ ｏ
生 相 永 久故 障时 ， 系统 发 电机 间 的功 角将 失 去 同 步 ，表 明Ａ电厂 机组 用 实测 模 型和 参 数 时 电网东 电
下， 通常只能采用典型的模型和参数进行计算 ， 这样 计算得到 的稳定极 限和 电网的实 际稳定极 限可能会 有很大
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表6.21-2 励磁系统结构数据表
技术条件与选型
强励电压=2倍的额定励磁电压，当发电机电压下降到80%时，可以连续运行20S。
强励电流=2倍额定励磁电流，可以连续输出20S。
户内环境温度最高40摄氏度。
b).1 励磁系统额定电流
本励磁系统按照超出额定励磁电流10%来进行设计
I fd = I fn ×1.1=3047
1.1
4.2 励磁系统强励电压
采用2倍额定励磁电压作为强励电压Ufp=Ufn ×2=586V 。
设备设计用Ufp=Ufn ×2=586V 作为发电机的正常电压。
1.2
4.3 励磁系统强励电流
采用2倍额定励磁电流作为强励电流Ifp=Ifn ×2=5540A,时间为20秒。
设备用Ifp=Ifn ×2=5540A 进行设计。
1.3
4.4 发电机三相短路时的励磁电流
故障发生0.1秒，直流分量测量元件就能测量到。
参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准
-
Ifm Kdc Ifd Ifn
Ifg d x xd Ifdc ⨯=⨯⨯=
'1,0 (xd and x’d 参照标准采用不饱和值), 考虑x’d 的10%的精度取x’d =0.3454。
认为 Ifm = Ifd
A Ifdc 562430472770
1507
3036.003.11,0=⨯⨯=
-
测量的峰值电流在故障发生的0.1s （参照ANSI/IEEE C37.18.1979标准）
Ifdc Ifc ⨯=
3
5
.31,0=3.5/3×5624=6561A (3.5 & 3 是Kc 和Kdc 各自的最大概率值,（参考定义 ANSI/IEEE C37.18-1979)
▪
-
5.1励磁变
参考 IEC 146.1.1, IEC 146.1.2 & IEC 14.1.3
-
励磁变输出电流 :
- 长期输出电流: A I Itn fd 6.24873
2
=⨯=
-
瞬时输出电流: A I Itns fP 45233
2
=⨯= -
励磁变输出电压 :
- 在80%发电机电压下的理想输出电压
V Ufp Uefti 55010cos 8
.0/23=︒
=
π
-
理想输出功率:
KVA Itn Uefti Sefti 7.23693=⨯⨯=
- 感应电压降:
V I Sefti
Uefti
xcc Dx fp 5.403
2
=⨯⨯⨯=π
变压器 xcc≈6% (估计值)
- 外部电压降 ( 晶闸管, 线等…)
V Uefti Vt Df 51.5203,002=⨯+⨯=
Vt0=晶闸管阀电压 (约 1.2V)
0.03的因数相当于3%线路电压降 ，设计时必须考虑现场接线的因素。
励磁变的正常输出电压:
V Dx Df Uefti Utn 9.618)(2
3=+⨯+
=π
变压器的设计电压: Utn= 630V
-
变压器功率： -
长期功率:
KVA Itn Utn Stn 4.271436.24876303=⨯⨯=⨯⨯=
- 瞬时功率:
KVA Itns Utn Sts 3.4935345236303=⨯⨯=⨯⨯=
At internal ambient temperature of the transformer cubicle.
励磁变设计
额定功率:
变压器设计: 在户内励磁间环境温度Stn = 2714 KVA 取3⨯1000KVA at internal ambient temperature of the transformer cubicle
额定输出电压Utn : 630V
额定原边电压 : 20kV
最高长期原边电压 : V 221.120=⨯
额定频率 : 50HZ
在正常操作情况下的频率变化范围
: +/-10% 户内绝缘安装, 高度> 1000m
5.2整流器
5.2.1每一个整流器的提供值
每一个桥的电流：
在 I fd 情况下的平均电流:
A I Ithm fd
10163==
在 I fd 情况下的有效电流值RMS:
A I Ithe fd 175931
=⨯=
在 I fp 情况下的平均电流值:
A I Ithp fP
18473==
每一个整流器的特征：
整流器数 : 3桥运行 at N-2
运行桥数 : 3
每桥晶闸管数 : 6
每个晶闸管快熔数 : 6 (每个晶闸管1个)
每个整流器风扇数
: 2 每一桥的检测 : 气流探测器
整流桥的电流设计：
50°C 的长期电流输出 : A Ifd 3047=
4桥最大过载20秒后，15分钟后允许再次过载。
输出返回电流: A Iep 3370=
整流桥的设计值: Ithn = 1700Adc
在I fd =3047 A 环境温度45°C 情况下，晶闸管节温: <115°C
过载能力 20s
A Ithov 5540≥
在环境温度45°C 情况下，过载周期后，晶闸管节温: <125°C
晶闸管反向电压
V V Utn V RRM RRM 2450275.2≥⇒⨯⨯≥
晶闸管额定值: V RRM >2500V
灭磁电阻
(参考 ANSI/IEEE C 37.18)
在最大峰值电压基础上
转子绝缘电压: Vrms Vfi 2930=
- 灭磁开关最大电压开断能力: 每极3000V
选择最大峰值电压(Upc):
最大峰值电压必须低于转子绝缘的 30~50% 并且低于灭磁开关最大开断电压
V Upc 1700≤
而发电机短路时，灭磁电阻通过灭磁开关投入时，峰值电压通过非线性电阻时出现。
基于直流灭磁开关最大开断电压(See chapter 5.4)
直流灭磁开关主触点最大开断电压: V Ubx 1500=
而发电机短路时，灭磁开关断开时，磁场峰值电压出现，这时励磁变与励磁系统输出电压为零。
能量计算 : I R T W fp f D 2'2.12
1⨯⨯⨯⨯= MJ W 41.9=
电阻设计:
电阻 12MJ ，1500V 以下
类型: FME/600A/US182/91P/2S
直流磁场断路器
在下文中， 45°C 相当于40；°C 环境温度加直流磁场断路器柜内温升。
这个柜子的设计为当开关动作时，会引起+5°C 的环境温升
作电压:
Unx≥U fn CB 设计: Unx=1500V
主触点额定最大断路电压:
Ubx≥最大磁场穿过电压
发电机短路时，灭磁开关断开时，磁场最大电压出现，
这时励磁变与励磁系统输出电压为零。
最大电压=1700V CB 设计值=3000V
两个单独的二极开关
Rated continuous current of the main contacts at 45°C:
额定主触点在45°C 连续电流为：
励磁系统设计电流3047A
No derating of the breaker current up to 55°C.
CB设计值nx= 5000A
主触点的瞬变电流：
20秒。
CB设计值：Itx= 11000A 20秒
Itx5540
A
励磁柜电功耗
照明加热器电源
电压230Vac 50Hz 单相-10% +10%
功耗2000W 稳态；5600W 峰值
控制器，继电器AVR…
电池1
电压: 220Vdc -20% +10%
功耗nsumption: 300W 稳态eady state (5200W 峰值出现在灭磁开关闭合时)
电池2
电压: 220Vdc -20% +10%
功耗nsumption: 300W 稳态eady state (5200W 峰值出现在灭磁开关跳
闸时)
DC 起励电源
电压: 220Vdc -20% +10%
功耗:
260A – 10 秒(15% 空载电流)。