发电机的励磁控制原理

发电机的励磁系统

同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

一、发电机获得励磁电流的方式：

1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW 以上的机组中很少采用。

2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ 的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠、结构简单、维护方便等优点。

3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少

等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。

我们集团公司所用的发电机励磁方式全部为交流励磁机供电的励磁方式，励磁调节装置采用的是南汽集团的数字式双通道励磁调节器(DVR-2000)。

二、交流励磁机的组成：

交流励磁机由一台主励磁机和一台副励磁机组成。

示意图如下：

副励磁机磁场同步发电机磁场

主励磁机采用一台三相交流无刷励磁机，其中磁极静止、电枢旋转；副励磁机采用一台单相交流永磁发电机，其中电枢静止、磁极旋转。励磁机转轴通过法兰与发电机联接在一起，实现三机无刷励磁。主励磁机和副励磁机设计在同一个闭路管道通风壳体内，它的进风、出风全通道励磁机底架，然后再通到同步发电机进风口处。

三、励磁系统的工作过程：

当发电机在汽轮机的拖动下旋转到3000r/min时，永磁发电机发出的电压应有220V、400HZ，经过隔离变压器隔离整流后供给励磁装置作为电源，励磁装置电源采用两路供电：一路来自永磁机电源整流，另一路后备电源，来自厂用直流电。两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，DVR调节器仍能正常工作。经过励磁装置调节整流后供给交流励磁机的励磁绕组，励磁机电枢发出的电经过熔断器通过同轴旋转的二极管全波整流后，送给交流发电机的转子励磁绕组。

接线原理图如下：

四、励磁系统的运行控制：

发电机既是有功电源，又是无功电源，而同步发电机并网运行后发出的无功功率的大小，取决于励磁电流的大小。励磁系统对发出无功功率，维持系统电压水平是至关重要的。励磁控制柜的输入电气信号有发电机3YH 、4YH 电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于 A ／D 采样的信号。这些信号送入A ／D 变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供微机励磁调节器使用。微机励磁调节器输出的电流、电压为直流量。利用以上采集到的数据，通过软件计算可以得到发电机的运行工况，励磁系统参数，DVR 调节器输出参数等全部信息，如交流量采用24点快速傅立叶变换（FFT ）计算出发电机三相电压有效值，三相电流有效值，有功功率P ，无功功率Q 。

1、发电机电压调节：发电机在并网运行前，电压的调节既通过增磁/减磁开关调节励磁电流的大小来实现，可以通过自动或手动方式调节发电机的机端电压，当采用自动升压方式时，发电机机端电压自动升到90%的额定电压。也可以接收同期装置发来的升压/降压脉冲信号自动调节机端电压。

2、无功功率的调节：发电机在并入电网运行后，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。增加发电机的励磁电流时，发电机的感应电势、定子磁场绕组 转子部分 快速熔断器 正散热环 负散热环 同步发电机

定子绕组

整流二极管 同步发电机

磁场绕组 B C

电流和无功功率都会增加，而功率因数会降低。

发电机并网运行时，有功功率增加到1/3的额定功率时，将方式选择选择开关由恒电压方式转为恒功率因数控制，功率因数的控制以满足总降需求为主，控制范围在0.9～0.92，不要超过0.95。当发电机有功功率变化范围较大时，需要密切监控励磁装置上无功功率的变化，并适当进行调节，不能使无功功率变成负值，防止发电机进相运行或失磁，造成严重后果。

五、励磁系统的保护：

1、PT断线保护：程序将测量到的3YH、4YH电压值进行比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发PT断线信号，如果是3YHPT断线，除发信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行方式。

2、V/Hz保护（伏赫比保护）：V/Hz是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。限制和保护的原则是：

a、当 V/Hz＞设定值时，闭锁增磁，发过 V/Hz信号，限制增磁。

b、当 V/Hz＞(设定值时+0.05)，面板V/Hz故障指示灯亮，过V/Hz 继电器动作，DVR调节器转为手动方式运行。

c、当频率大于45Hz，小于47.5Hz，在自动励磁时，等比例减小自动运行电压给定值。

d、当频率低于45Hz时，通道退出运行并跳开关。

3、过励限制与保护：过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。限制和保护的原则是：

a、转子电流＞整定的瞬时过励值时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行。

b、当励磁绕组发热量＞50%时，发信号限制增磁。

c、发热量＞80%时，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%额定励磁电流。发热量<10%时，复归过励信号。

4、欠励限制及保护：欠励限制按两段整定，一为限制，二为保护。