励磁系统试验原理介绍

-
U
励磁机
发电机
+ Uref
幅值
K
1
图1 电压环控制
1
UG
频率特性:
▲幅频特性(如图2示)
稳态放大倍数:KP>250p 动态放大倍数:KD>30p 暂态放大倍数: KF
KP
KD Ta1 Ta 图2 Tb Tb1 PID幅频特性
KF 角度 ω
▲相频特性
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2.2 手动方式:
(电流环) 维持发电机励磁电流恒定,一般在"自动"故障时短时应用
ABCD
ABCD
BD
ABC ABCD ABC B
ABC ABCD ABCD ABD
BC BCD BCD BD
安徽省电力科学研究院 表1-2
试验项目 型式 试验 出厂 试验 交接 试验 大修 试验
功率整流柜温升试验 整流柜噪声测量 电磁兼容性试验 老化试验 核相试验 静差率测定 励磁系统顶值电压,标称响应,强励电压倍 数及电压响应时间测定 手动调节范围测定 自动调节范围测定 自动电压给定调节速度测定 电压分辨率测定 调差率测定
内功率特性 外功率特性 PSS
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2. 励磁系统控制方式:
2.1 自动方式:电压环 稳态时维持发电机电压恒定 ,为励磁系统最基本的控
制方式.
K ∞, △U=0 Uref决定发电机电压 调压精度:≤ ±1% 要求K>250p 校正:串联校正(PID) 并联校正 (满足稳态K 动态特性)
安徽省电力科学研究院 3.2.2 现场发电机空载下试验
1)手动起励 2)手动调节范围 10)各测量值检查 3)手动阶跃试验调整手动参数 11)逆变灭磁,模拟事故灭磁试验 4)电压测量和控制检查 12)电压频率特性测定 5)测量励磁机时间常数,整定反馈系数 13)V/Hz限制试验 6)自动起励 14)自动——手动切换试验 7)自动调节范围 15)调节器切换到工频手动试验 8)自动阶跃试验调整自动参数 16)通道切换试验 9)电源检查 17)轴电压测定 18)低频保护试验
3.3.5 恒无功,恒功率因数调节
1) 根据制造厂的恒无功,恒功率因数调节特性逐项检查; 2) 并网后,扰动切换检查; 3) 改变同母线其它机组无功,检查该机维持恒无功,恒功率因数的能力; 4) 如果不用,在硬件和软件上彻底去除.
安徽省电力科学研究院 3.3.6 稳压电源单元检查:
1) 稳压精度<2%; 2) 稳压范围:交直流电压波动范围+40%～—15%,频率波动范围+4%～ —6%,稳压电源带相当实际电流的等值负载根据稳压范围要求,测量输出电 压的变化; 3) 输出纹波系数:输入,输出电压和负载电流均为额定值用示波器测量输出电 压峰峰值,纹波系数为输出直流电压波动的峰峰值与电压额定值之比,一 般不大于3%.
≤70 度; 注意:有无机端电压补偿.
功角型 一般
静稳极限圆 P-Q曲线 图6 参数整定
3)低励限制和失磁保护相配合:
a. b.
失磁保护为阻抗型, R-X平面反演到g-b平面乘U2—>P-Q平面判 断; 逆无功型通过逻辑判断.
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4)静态试验:
a. b.
输入发电机电压,电流及相位角到AVR,检查P,Q及UG测量值是 否正确; 改变UG ,IG及G校验设置值与实测值是否一致.
V/Hz限制是一种过激磁限制,防止发电机或主变过激磁而铁芯发热. 1)整定值: 根据制造厂提供的发电机,变压器在额定频率下长期运行的最 高电压整定,一般整定:UG*/f*=1.06 . 2) 试验:
a.
静态试验: 将频率可调整的电压作为发电机电压输入调节器,分别改变电压和频率 让V/Hz限制动作,检验动作值与设定值是否一致; 对采用反时限特性的V/Hz限制,用上述方法突加电压,记录动作时间, 求出反时限特性; 注:V/Hz限制的反时限特性与过激磁保护反时限特性的配合 动态试验 发电机空载时进行,改变发电机电压和发电机转速,观察励磁限制情况, 比对实测结果与设定值是否一致.
3)试验:
a. b.
静态试验: 一般发电机(励磁机)磁场电流转变为0-5v直流电压,在该点 突加入相应电流倍数的直流电压,测量延时动作时间,求出反时限特性. 动态试验 在不同负荷情况下检验AVR励磁电流测量值与实测值是否一致; 通过修改过励限制定值进行过励限制试验.
安徽省电力科学研究院 3.3.3 伏/赫限制
5)动态试验:
a.
b.
发电机并网后,P达到约定有功,逐渐减少励磁电流至低励限制发 讯,无功保持不变(并无振荡),校验实测值与设置值的差别.也 可临时提高低励限制定值进行校核. 有功达到约定有功,无功初值比低励限制值略大,给定值负阶跃从 小逐渐加大(最大<4%)(估算无功量),录波UG ,P,Q,低励 限制起作用在0.1—0.3 s,低励保护退出.
图5 功角型低励限制动作线
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2)参数整定: 一般由调度或电厂给出: a. 与制造厂提供的发电机P-Q曲线配合; b. 静稳定极限的配合; c. 留有10%余量; d. 无进相要求时,可按 P=Pe Q=0 ; P=0 Q=-(0.2~0.3)QN 整定;
e.
Q(p) P(p)
f.
安徽省电力科学研究院 3.2.3 现场发电机带负载下试验
1)低励限制试验 2)过励限制试验 3)通道和控制方式切换试验 4)负载阶跃试验 5)定子电流限制试验 6)转子温度测量及报警 7)均流试验 8)温升试验 9)整流柜噪声测定 10)功率柜监视
11)调差率整定 12)电压静差率测定 13)励磁变压器温度测量及报警 14)定无功功率控制检查 15)定功率因数控制检查 16)励磁系统模型参数确认试验 17)电力系统稳定器试验 18)甩负荷试验 19)强励试验 20)老化试验(168h持续运行试验)
b.
安徽省电力科学研究院 3.3.4 低频保护
在频率下限进行灭磁,以防止发电机和励磁设备过流或越出AVR正常控制范围.
1)定值:
一般为wenku.baidu.com5Hz
2)试验:
a.
b.
静态: 输入可变频信号U=Ue, f由50Hz起下降,降至发出低频保护信号,逆变 灭磁(发电机并网,该保护不起作用). 动态: 发电机空载且电压额定,降低发电机转速至2700rpm,低频保护动作,发 电机灭磁.此试验可结合V/Hz限制一起做.
试验项目
绝缘试验,介电强度试验 环境试验
型式 试验
ABCD BC
出厂 试验
ABCD
交接 试验
ABCD
大修 试验
BCD
ABCD 单元特性测试: 低励限制,过励限制,伏/赫限制,低频保护, 移相单元,恒无功功率控制,恒功率因数控制, 通讯,测量,稳压电源,PT断线 总体静特性测定 控制保护信号模拟动作试验和监视测量量检查 整流元件均流(均压)试验 转子过电压保护单元试验 ABC ABCD ABCD ABD
A AC A D D AD AC AC C C C C D AC AC C C C C AC AC C C C C C C C C C C AC AC A D C
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3.2 常规的发电厂现场试验内容
3.2.1 现场开机前检查试验
1)外观检查(包括卡件内跳线) 2)外部接线检查 3)绝缘与耐压试验 4)电源检查 9)模拟保护动作检查 5)程序下载 10)移相同步电路检查 6)变送器检查 11)整流器带负载检查(核相试验) 7)输入输出检查 12)单元特性检查 8)顺序控制检查 13)初励回路检查 14)灭磁开关(磁场断路器)动作试验 15)灭磁电阻检查
励磁系统试验
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陈 继 武
二ΟΟ四年十一月
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主要内容:
1. 发电机励磁系统在电力系统中的作用; 2. 励磁系统控制方式; 3. 励磁系统试验;
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1. 发电机励磁系统在电力系统中的作用:
1.1 提高电力系统暂态稳定
等面积法则
1.2 提高静态稳定和动态稳定
要求:在发电机空载运行状态下,自动电压调节器的给定电压调节速度应 大于1%额定电压/s;不小于0.3%额定电压/s . 试验:在静态时进行,连续改变给定记录,给定变化速度按下式计算: 不
Vref =
U ref 1 U ref 2 TU refn
U ref 2 ——试验时一次调节的给定值终值,V;
U ref 1 ——试验时一次调节的给定值初值,V; U refn ——额定给定值,V;
——试验时一次调节的时间,s;
T
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3.4 总体试验
3.4.1 总体静态特性测定
1) 检查下载程序; 2) 输入模拟PT和CT以及调节器应有的测量反馈信号; 3) 检查各测量值在要求的精度之内; 4) 模拟输入输出的开关量,检查开关量信号接受和输出情况,检查逻辑动作与设计是否一致; 5) 检查自动,手动控制方式下的励磁调节正确性. 自动方式下:PT电压增加,调节器输出减小,控制角增加;给定增加,调节器输出增加, 控制角减小. 手动方式下:如果是定励磁电流控制,励磁电流增加,调节器输出减小,控制角增加;给 定增加,调节器输出增加,控制角减小; 6) 输入模拟信号检查励磁限制和保护; 7) 输入同步信号,移相控制工作,检查触发脉冲特性和少脉冲检测功能; 8) 检查最大最小控制角; 9) 整流器带轻负载检查.对于自并励励磁系统将50Hz电源接入可控整流桥;对于励磁机励磁 系统需要将副励磁机电压或中频机电压送入可控硅整流桥的交流侧.注意:同步信号与 主电压相位关系正确.检查移相情况,观察整流输出波形及触发对称情况; 10)对于励磁机励磁系统,整流桥带与励磁机励磁绕组电阻阻值相同的试验电阻或带励磁机励 磁绕组进行大电流试验.检查强励数值能否达到.检查换相引起交流侧电压畸变对同步 和移相范围的影响.同时检查调节器输出表计的准确度.
ABCD ABCD ABCD BD ABD ABCD BD CD BCD B B BD BD
ABCD
ABCD ABCD
BCD
C
ABCD BD ABD
C D BD BCD B
C
BCD BD
C C
CD BCD B B BD D B
安徽省电力科学研究院 表1-4
试验项目 型式 试验 出厂 试验 交接 试验 大修 试验
励磁系统相频幅频特性测定 励磁变压器试验 交流励磁机在额定工况带整流负载测重叠角 交流励磁机带整流负载时空载试验和负载试验 交流励磁机励磁绕组时间常数试验 副励磁机带可控整流负载的外特性测定 串联变压器试验 励磁变流器试验 磁场断路器及灭磁开关试验 脉冲变压器试验及触发脉冲检查 非线性电阻试验 可控硅跨接器试验
3.3.7 PT断线保护试验
1) 静态: 调节器通入二组PT电压,人为模拟运行通道任意一相断线,故障通道应按设 定切换并报警,断备用通道PT应报警不切换; 2) 动态: 在发电机空载时进行,试验方法同上,切换后发电机电压基本不变,仍保持 稳定运行.
安徽省电力科学研究院 3.3.8 自动电压给定调节速度测定
安徽省电力科学研究院 3.3.2 过励限制试验
1)目的: 防止发电机转子过热损坏. 2)参数设置:1.1倍额定转子电流可以长期运行;
表二 发电机转子绕组短时过负荷能力,如表二所示. 时间(s) 磁场电流/额定磁场电流 10 2.08 30 1.46 60 1.25 120 1.12
整定:C=T(If2 –Ifn2), C=33.3 T单位为s 电机制造厂给出发热常数C的,按制造厂给出值整定. 强励瞬时电流限制(高起始,自励系统):根据制造厂提供值整定. 注意:三机系统中,励磁机额定磁场电流≠发电机额定时励磁机磁场电流.
ABCD ABCD BD BCD B ABD ABCD ABCD ABCD C B ABD
B BC BC B BCD C B ABD D ABC ABC C ABCD ABCD C BCD BCD C
ABD
安徽省电力科学研究院 表1-3
试验项目 型式 试验 出厂 试验 交接 试验 大修 试验
调节器通道切换试验 励磁系统电压/频率特性测定 发电机空载电压给定阶跃试验 发电机负载电压给定阶跃试验 发电机零起升压和起励试验 灭磁试验(空载,空载强励,额定工况) PSS试验 带负荷调节试验 甩(无功)负荷试验 整流装置输出尖峰电压测量 轴电压测量 励磁系统模型参数确认试验 励磁调节器仿真试验
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3.3 单元特性试验
3.3.1 低励限制试验
1)低励限制动作特性: 直线型 b. 模拟静稳极限功率圆型 c. 功角型 分别如图3,图4,图5所示.
a.
Q(p) Pn m n 图3 直线型低励限制动作线 P(p)
Q(p) P(p)
Q(p) Pn δ a
c
b
P(p)
静稳极限圆
图4 模拟静稳极限圆的低励限制动作线
2.3 定角度方式:
(开环) 维持发电机励磁电流一定,一般在"自动"故障时短时应用
2.4 恒无功方式:
维持发电机无功功率在一定范围,系统中一般不用
2.5 恒功率因数方式:
维持发电机功率因数在一定范围,系统中一般不用
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3. 励磁系统试验:
3.1 中国国家标准和行业标准规定的励磁系统试验项目 注:A 为GB7409.1-1997 , B为DL/T650-1998 表1 -1 C 为DL489-92 , D为DL/T843-2003