励磁系统原理

发电机励磁系统原理

一.励磁系统

1.励磁系统基本原理

同步发电机励磁电源一般采用直流电，励磁系统的作用主要就是供给发电机转子绕组的直流电源。同步发电机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁功率单元包括整流装置及其交流电源，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁功率；励磁调节器，感受发电机电压及运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出励磁电流的大小，以满足系统运行要求。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。

励磁系统大致可分为直流励磁机励磁系统和交流励磁机励磁系统以及自并励励磁(静止半导体励磁)系统。

2.励磁系统的任务

1). 正常运行条件下，供给发电机励磁电流。

2). 根据发电机所带负荷的情况调整励磁电流，维持发电机机端电压。

3). 使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。

4). 增加并网运行发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功传输能力。

5). 电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速提升到足

够的顶值，以提高系统的暂态稳定性。

6). 发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速降到安全值，以防止发电机电压过高。

7). 发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，经减小故障损坏程度。

8). 不同的运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制，以保证发电机机组的安全稳

定运行。

3.励磁系统的励磁方式.

1).直流励磁机励磁系统

直流励磁机是用于供给发电机励磁的直流发电机，过去机组容量不大，采用由直流发电机组成的励磁系统，励磁机与发电机同轴旋转，由于直流励磁机具有电刷和整流子等接触部件，需定期更换电刷和换向器，特别是当其容量随发电机容量而增大时换向问题很难解决，一般只在单机容量100MW以下的机组上采用。

直流励磁机通常采用自并励式，是利用励磁机电枢旋转切割剩磁来实现建压的，电枢绕组内的电势电流是交变的，借助换向装置将电枢内的交流电变成直流电。发电机端电压的调节是通过调整磁场变阻器来改变励磁机励磁电流从而达到手动调整发电机转子电流的目的。一般采用KFD-3型相复励自动励磁调节装置，复励电流是随发电机定子电流而改变的，由机端电流互感器经复励变整流桥及调节电阻供给，励磁机励磁电流由励磁机经变阻器供给的自励电流和复励装置供给的复励电流，能起强励作用，其增值受电流互感器、复励变及励磁机磁路饱和限制，不能完全代替继电强励装置。当发电机电压降至额定电压的80%-85%时，通过短接磁场变阻器将励磁机励磁电压增至额定值的

1.8～2倍，实现强励。

2).交流励磁机励磁系统

他励旋转二极管励磁系统，由交流励磁机和自动励磁调节装置组成。海龙#1、2机组采用单相永磁机，频率为400Hz，转子用永久磁铁形成磁场，其磁极是旋转的，电枢是静止的。主励磁机频率为150Hz，其励磁绕组静止，电枢旋转，经旋转二极管整流后的励磁电流通过电枢空心轴直接引入发电机励磁绕组，取代了滑环与电刷等接触元件，所以称为无刷励磁。

3).自并励（静止半导体）励磁系统

从发电机出口经励磁变压器取得交流电源，经励磁调节器整流调节，经碳刷引入供给发电机转子绕组励磁电流的方式称为自并励磁系统，也是静止半导体励磁系统的一种。

二. 玖龙励磁系统

河北工业大学电工厂生产的WLZ-1DW型微机励磁调节装置：

励磁调节器由两个独立的调节通道组成，各有一套主控箱及功能单元。他们在电子级通过母线相联接。具有从量测回路到功率输出级的100%的沉余度，且机械上完全独立。通道（CHI、CHII）。

1. 励磁调节装置功能组成.

1）.起励电源.本系统可用残压或交流它励方式起励，或由直流起励。当发电机剩磁较大时，可利用残压起励；如果发电机剩磁较小，则发电机升压需要由外部提供初励电流。本系统内设置了厂用电交流及直流起励回路，可满足它励起励要求。励磁调节器的电源系统取自厂用蓄电池和厂用380V交流或机端励磁变压器，它们互为备用。玖龙#1#2机组交流起励电源分别来自玖龙400VⅠ段、Ⅱ段配电室，#1机车间屏中的“#1机励磁调节器”

和#2机车间屏中的“#2机励磁调节器”

2）.升压时按下投励令，FCR（手动）方式时，发电机电压自动升至30%Ue，调节范围30％～110%Ue, 此时基本上没有保护；自动方式时，发电机电压自动升到90%Ue，调节范围为90％－110%Ue，此时保护都有效，应尽量采用自动方式。

3）.运行方式：

自动电压调节：简称AVR。它以发电机机端电压为调节对象，根据电网电压的变化，自动调节发电机输出无功功率，从而达到恒机端电压运行的目的。一般情况下，发电机优先选用这种方式运行；

恒励磁电流调节（手动）：简称FCR。它以励磁机励磁电流为调节对象，实现恒励磁电流运行。通常该通道除调节输出级在软件上被堵塞外，其调节功能全部投入，处于热备用状态，而且可以随时替换AVR长期工作。由于该方式运行时独立于机端电压（在机端电压测量信号消失时仍可以工作）。因而非常适用于调试和维护工作（如短路试验）。

本方式备用时，励磁电流给定值随时跟踪实际的励磁电流值。

4）.通道切换。励磁调节器具有通道间及通道内自动与手动方式间的切换功能，同时还具备完善的故障检测功能。在整个励磁过程中在线检测通道测量到输出级之间的各种故障，在运行通道故障时自动切换到备用通道，当调节器发生双重通道故障时，调节器自动退出。本系统设有两个通讯接口，便于与上位机进行通讯和网络连接。

为充分发挥高沉余度的优点，整个励磁过程（通常是主通道的工作过程）都一直被监视着，从而保证了从测量到输出级之间发生故障时，从通道I向通道II的自动切换。

当FCR发生故障时，调节器自动退出。

5）.复励。本装置采用晶闸管整流器直流侧串联复励，励磁机励磁电流除由接于发电机端的并联励磁变压器供电外，还接有由发电机定子电流供电的串联电流电压变换器，以补偿电力系统严重短路条件下发电机端电压的降低，从而使这种自复励系统具有更高的强励能力。

6）.灭磁。本系统灭磁方式有两种：一种是通过晶闸管整流模块直接将主励磁机励磁励磁绕组磁场能量进行逆变灭磁；另一种是用QM灭磁开关的辅助触点将主励磁机励磁绕组的磁场能量导入灭磁电阻消耗掉，达到灭磁的目的。灭磁过程包括以下几部分：灭磁开关主触点断开之前，晶闸管整流模块作为逆变器使用，将磁场电压反向，将部分能量反馈回电源。灭磁（常闭）触点闭合。主触点这时才断开，磁场电流换至由灭磁触点、灭磁电阻组成的回路。磁场能量通过灭磁电阻消耗掉。

2. 励磁系统的保护.

1）.发电机励磁回路一点接地，虽不会形成故障电流通路，从而给发电机造成直接危害，但要考虑第二点接地的可能性，所以由一点接地保护发出信号，以便加强检查、监视。当发电机励磁回路发生两点接地故障时，由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤发电机转子本体，由于部分绕组被短接，励磁绕组中电流增加，可能因过热而烧伤，由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起机组震动，还有可能使轴系和汽轮机磁化。