330MW 汽轮发电机励磁系统概述

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•(3)减少重负荷合闸时的电压下降
•重负荷线路合闸(或重合闸)时,电力系统都可能造成大 量百度文库功缺额,系统电压水平将下降。自动励磁调节能减小 这种下降,使电力系统的运行特性得到改善。
•(4)重负荷跳闸时,减少系统电压的上升
•当系统中有重负荷跳闸或发电机发生甩负荷时,自动励磁 调节有助于降低此时可能产生的系统及发电机电压过分升 高。改善电气设备的运行条件。
(3)双通道微机型
本方式中设置了两套微机励磁调节器,两套微机 励磁调节器采用并联运行方式或平时一套微机励 磁调节器运行、另一套处于热备用,双机之间可 手动或自动切换。这种方案提高了微机励磁调节 器运行的可靠性,在大中型机组的励磁系统中得 到了广泛应用。
三、微机励磁调节器
1.微机励磁调节器的基本工作原理
来自发电机和励磁系统的电流、电压信号经调理滤波后, 送入采样保持和A/D转换电路。CPU控制ADC对被调量 (如发电机机端电压)定时采样,并将采样值与给定值进 行比较,得出偏差信号,根据偏差信号的大小,按一定的 调节规律计算出控制量,经软件移相后由高速输出口或并 行口送出触发脉冲,经脉冲放大后,触发相应的可控硅, 调整励磁电流的大小,形成闭环的微机励磁调节系统。
2.控制无功功率的分配
在发电机并入无穷大电网运行的情况下,调节励磁电流将 改变发电机输出的无功。
实际运行中,发电机并联运行的母线不会是无穷大母线, 这时改变励磁将会使发电机的端电压和输出无功都发生改 变。但一般来说,发电机的端电压变化较小,而输出的无 功却会有较大的变化。保证并联运行的发电机组间合理的 无功分配,是励磁系统的重要功能。
1 2
U
=
Q1 Q1N
Q2 Q2 N
UN
Q1
U
U N1
Q1N
Q2
U
UN2
Q2 N
3.提高同步发电机并列运行的稳定性
(1)对静态稳定的影响(增大了静态稳定的区间和极限功 率)
P
具有理想灵敏度和快速性的励磁调节, 3 能保持发电机端电压恒定的功率特性
2
具有比较灵敏、快速的励磁调节器,能
E
' q
保持恒定
第三节 汽轮发电机励磁系统概述
一、发电机励磁系统的作用 1.电压控制 2.控制无功功率的分配 3.提高同步发电机并列运行的稳定性 4.提高继电保护动作的灵敏度 5.快速灭磁 6.改善电力系统的运行条件
1.电压控制
在发电机正常运行工况下,励磁系统应维持发电机端电 压(或升压变压器高压侧电压)在给定水平。电力系统在 正常运行时,负荷总是经常波动的,同步发电机的功率也 就相应变化。当发电机负荷改变时,在发电机空载电势恒 定的情况下(励磁电流不变),发电机端电压会随着负荷 电流的改变而变化。为保证发电机端电压恒定,必须随发 电机负荷电流的大小相应调整发电机的励磁电流。
•5.快速灭磁
•当发电机或升压变压器(采用单元式接线)内部 故障时,为了降低故障所造成的损害,要求这时发 电机能快速灭磁。
•此外,当机组甩负荷时,发电机机端电压会异常 升高,因此,甩负荷可能造成发电机严重过压。为 防止发电机机端电压过份升高危及定子绝缘的程度, 也要求励磁系统有快速灭磁能力。
•5.改善电力系统的运行条件
P0
1 不调节励磁的功率特性,能 Eq 保持恒定
0 0 90
图3-5 调节励磁对功率特性的影响
(2)对暂态稳定的影响
当高压网络中发生短路,在短路未切除的一个短暂时间内, 同步发电机的端电压和传输的功率都将显著降低,而原动 机的调速器在暂态期间(例如1秒以内)尚来不及动作。这就 要求励磁系统快速地动作,并强行励磁到顶值,使Eq增大, 使传输功率不致过分降低,并使发电机的功率特性曲线的 加速面积减小,制动面积增大,以阻止发电机功率摇摆角δ 过度增大,以利于提高暂态稳定。
二、静止自并励励磁系统
F CT
FLQ
PT
ZB
自 动励 磁调 节 器
图3-13 自并激励磁系统接线原理
1、静止励磁系统的功率回路 以三相全控桥式整流电路为例简要介绍。
三相全控桥可以工作在整流状态,也可以工 作在逆变状态。整流状态是在交流电源电压 正半周时,控制可控硅元件使之导通,这是 一种正向变换;逆变状态是在电源电压负半 周时,控制可控硅元件导通,进行反向变换, 此时将直流侧负载电感L中的能量向交流电 源侧反馈,实行“逆变”灭磁。
同步信号取自可控硅整流装置的主回路,保证触发脉冲 在可控硅阳极电压为正半周时发出,使主回路与控制脉冲 同步。
微机励磁调节器功能原理图
一个完善的励磁调节器,除了具有保持机端电压恒定和 机组间的无功分配外,为了保证机组及电网的安全和稳定 运行,还必须设置完善的保护、限制功能。如:
PT断线保护 过励磁限制 强励顶值限制 低(欠)励磁限制 V/F限制 误强励保护 空载过压保护 系统电压跟踪 PSS或EOC等。
•同步发电机失去励磁时。需要从系统中吸收大量无功功率, 造成系统电压大幅度下降,严重时甚至危及系统的安全运 行。在此情况下,如果系统中其它发电机组能提供足够的 无功功率,以维持系统电压水平,则失磁的发电机还可以 在一定时间内以异步运行方式维持运行,这不但可以确保 系统安全运行而且有利于机组热力设备的运行。
•(1)改善异步电动机的自起动条件
•当电网发生短路等故障时,电网电压降低,使大多数用户 的电动机处于制动状态。故障切除后,由于电动机自起动 时需要吸收大量无功功率,以致延缓了电网电压的恢复过 程,发电机强行励磁的作用可以加速电网电压的恢复,有 效地改善电动机的运行条件。
•(2)为发电机异步运行创造条件
3、移相触发单元
移相触发单元包括同步、移相脉冲形成和脉冲放大等环 节。移相触发单元根据输入的控制信号的变化,改变输出 到可控硅的触发脉冲相位,即改变控制角α(或称移相 角),从而控制可控硅整流电路的输出,以调节发电机的 励磁电流。为了触发脉冲能可靠地触发可控硅,往往需要 采用脉冲放大环节进行功率放大。
励磁系统电压响应时间:它指从施加阶跃信号起 至励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差的 95%的时间。
•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。
另一方面,在系统发生短路期间,具有高顶值电压的快速 励磁系统,能使发电机及时向系统提供大量的无功功率, 使系统电压得到一定程度的提高,这就改善了在系统中的 电动机的运行条件。
反应励磁系统强励性能的主要指标有:
励磁顶值电压倍数:常称电压强励倍数,它指在 强行励磁期间励磁功率单元可能提供的最高输出电 压值与发电机额定励磁电压之比。
(1)整流状态(控制角α=0°~90°)
输出电压的平均值
Ud=1.35U2cosα
(2)逆变状态(控制角α=90°~180°) Ud=1.35U2cosα
2、综合放大单元
综合放大单元对测量等信号起综合和放大作用。为了得 到调节系统良好的静态和动态特性,综合放大环节除了起 放大作用外,还形成一定的控制规律,如PID控制、超前 滞后校正等。此外,有时还须根据要求综合由辅助装置来 的稳定信号、限制信号、补偿信号等其他信号。综合放大 后的控制信号输入到移相触发单元。
(1)发电机端电压调差率
端电压调差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:
调差特性的类型:
负调差 无调差 正调差
(2)并联机组间的无功分配
A、当多台发电机端直接并联在一起工作时(有发电机汇流 母线),为了并联机组间能有稳定的无功分配,这些发电 机都必须有正的电压调差且要求调差率为3%~5%;
B、若发电机是单元式接线,即它们是通过升压变压器在 高压母线上并联,则要求发电机有负的电压调差,负调差 的作用是部分补偿无功电流在升压变压器上形成的压降, 从而使电厂高压母线电压更加稳定。
UG
UG
发电机特性
IQ XT
发变组特性
~~
IQ
发电机并联运行时的变动无功功率分配:
=
Q1N Q1N
Q2N + Q2N
微机励磁调节器与模拟式励磁调节器构成双通道, 由开关K进行切换。当K切到模拟式调节器时,则 按常规励磁调节方式运行;当K切到微机励磁调节 器时,则按微机励磁调节方式运行。若微机励磁 调节器发生故障,能自动切换到模拟式调节器, 而不影响同步发电机的运行工况,是早期微机励 磁调节器的一种过渡方案。
(2)完全微机型 这是目前中小型机组广泛采用的一种形式。
YPT
SPT
FCT 信 号 LCT 调 理 IL
TB
滤波 采样 保持
ADC ROM RAM
信号输入 信号输出
隔离
隔离
通讯 CPU
脉冲放大
显 示 键 盘
I/O接 口
光字
图4-1 微机励磁调节器硬件框图示例
微机励磁调节器硬件示意图
整流桥
2、微机励磁调节器典型结构模式 (1)微机—模拟双通道调节器框图
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