三机励磁系统

发电机基本原理及励磁系统

(2008-06-08 11:46:43)

分类：专业知识

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励磁机

发电机励磁系统

1. 发电机基本原理及励磁系统

中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、并切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流

——这就是最基本的发电机原理。

这说明，要发电必须同时满足两个条件：

1.）要有产生磁力线的磁场；

2.）运动的导体必须切割磁力线。

励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统。

2. 发电机的转子和定子

发电机由两大部分组成。

1.）转子——转子绕组通以直流电流，用以产生发电机的磁场；

2.）定子——定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产生（发出）电流。

发电机转子被原动机（水轮机、汽轮机、柴油机等）拖动转动，因而转子绕组产生的磁场也是旋转的，与静止的定子及定子绕组产生相对运动。

3. 励磁系统的最基本功用

产生可以任意控制其大小的直流电流（称为“励磁电流” ）——向发电机转子绕组输送，这就是励磁系统的最基本功用。

实际上的发电机励磁系统比这复杂得多，是综合了多门学科——电力系统及其自动化、电机学、模拟电子技术、数字电子技术、半导体变流技术、自动控制原理、电工技术、工业自动化、微机原理及接口技术、C程序语言、继电保护等的高科技产品。

4. 同步发电机现代励磁系统的功能

1)发电机并网前，调节发电机输出的端电压；

2)发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；

3)提高同步发电机并列运行的静、动态稳定

a.静态稳定: 采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；

b.动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定）；

4)发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。

5. 励磁系统的技术标准

a.国际电工委员会标准

IEC2A（秘13-1978）汽轮发电机励磁系统技术要求

IEC（秘593-1982）关于同步发电机励磁系统的若干规定

b.中华人民共和国国家标准

GB755-87 旋转电机基本技术要求

GB/T 7409.3-1997 大、中型同步发电机励磁系统技术要求

c.中国电力行业标准

SD271-88 汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件（“三机”系统）

DL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件（“自并激”系统）

6. 励磁系统的主要技术参数

1)当发电机的励磁电压和电流不超过额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。

2)励磁系统顶值电压倍数≮ 1.6~1.8（2.0）

3)励磁系统允许强励时间≮10s（20）

4)励磁系统电压响应比（电压上升速度）

“自并激”系统≮ 3.5

“三机”系统≮ 1.6~1.8（2.0）

5)电压调整范围70~110%

6)电压调整精度≤± 0.5 %（0.25%）

7)调差范围±10 %（15%）

8) 励磁系统强行切除率≤ 0.1 %

蓝色数字为对一般励磁系统的要求, 红色数字为对大型机组和优质励磁系统的要求。

7 . 励磁系统的主要构成

1.励磁电源装置如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器、硅二极管整流装置、可控硅整流装置等。

2.自动励磁调节装置

3.手动励磁调节装置（可不设置）

4.自动灭磁装置

5.发电机转子绕组过电压保护装置（小机组不设）

6.备用励磁系统（可不设置）

7.上述装置的控制系统、信号系统和测量仪表

8. 目前国内常用的励磁系统

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）。

4)静止可控硅自并激励磁系统（“自并激”励磁系统）

多用于七十年代以后的水电机组、以及九十年代以后的大中小型火电机组，系优质励磁系统。

9.“三机”励磁系统

发电机交流励磁机-静止整流器励磁系统（“三机”励磁系统）简介

10.“三机”励磁系统慨述

主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。

11.“三机”励磁系统的优点

——发电机的励磁电源取自同轴的交流主励磁机，不受电力系统运行的情况影响，工作可靠。

——高速大容量交流主励磁机的设计制造、运行维护比直流励磁机容易。

直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，供给发电机励磁。“三机”励磁系统用静止硅整流器代替旋转的机械整流子。

——永磁式副励磁机PMG工作可靠，只要机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流。

12.“三机”励磁系统的缺点

——交流主励磁机是一“时滞”环节

要调节发电机励磁电流，必须先调节交流主励磁机的励磁电流，有“时滞”存在。

——副励磁机波形畸变

可控硅整流桥的负载是交流主励磁机转子绕组这一电感性负载。因此，励磁电源副励磁机的输出电压波形将产生畸变，容易出现发电机调节不稳定、无功功率跳动或摆动的情况。

13.“三机”励磁系统原理框图

14.“三机”励磁系统设备成套范围

1. 交流主励磁机（发电机生产厂家制造） 1台

2. 永磁副励磁机（发电机生产厂家制造） 1台

3. 硅二极管整流装置 1套

4. 微机励磁调节装置 1套

5. 灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套

6. 主励磁机手动备用励磁装置（可不设置） 1套

15. 交流主励磁机

额定容量根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定

额定电压根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定

额定电流根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定

相数三相

频率 100 Hz（用以减小发电机转子绕组的电感及时间常数）

额定转速与同轴发电机相同

16. 永励副励磁机

额定容量根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定

额定电压根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定

额定电流根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定

相数三相

频率 400 或500 Hz（中频）

额定转速与同轴发电机相同