《MW发电机励磁系统》PPT课件.ppt

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1、1第六章第六章 600MW 600MW发电机励磁系统发电机励磁系统2 主要由励磁功率单元和励磁调节器(AVR装置)两大部分组成，其框图如图所示。励磁功率单元励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分。励磁调节器励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和由给定的调节准则，控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁控励磁控制系统。制系统。同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统(GEX)3一、励磁系统主要作用励磁系统的主要作用有以下几点：(1)根据发电机负荷变化，相应地调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。(2)控制并列运行各发

2、电机间的无功功率分配。(3)提高发电机并列运行的静态稳定性。(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。(5)在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。(6)根据运行要求，对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。4 二、励磁系统暂态性能指标二、励磁系统暂态性能指标 评价励磁系统对严重的暂态过程所表现的性能，常用的技术指标有：强行励磁顶值电压倍数、励磁电压上升速度(电压响应比)、励磁电压上升响应时间。1强行励磁顶值电压倍数在强励作用下，励磁功率单元输出的最大励磁电压(顶值电压UFmax)与额定励磁电压UFN的比值，可用下式表示 Ku=UFmax/UFN (61)式中：Ku稳态顶值电压倍数，

3、又称强励倍数。5现代同步发电机励磁系统，强励倍数一般为。强励倍数越高，越有利于电力系统的稳定运行。强励倍数的大小，涉及制造成本等因素。大容量发电机受过载能力约束，一般承受强励倍数能力较中小容量发电机低，但在电力系统稳定性要求严格的场合，即使是大容量发电机，也应按需要选取较高的强励倍数。62励磁电压上升速度电压响应比励磁电压上升速度定义为：当强励作用时，在时间间隔为励磁机等效时间常数TE之内，顶值励磁电压与额定励磁电压差值(UFmaxUFN)的倍的平均上升速度对额定励磁电压UFN之比，称为“电压响应比”，可用公式表示为：式中 TE励磁机等效时间常数。7对于励磁电压按指数规律上升的特性，电压响应比

4、的含义如图63所示(用标么值表示)。在强励作用后第一个TE的瞬时，励磁电压从UFN已上升到差值(UFmax一UFN)的倍。则直线ab的斜率tan就是励磁电压响应比。图中：Ku稳态顶值电压倍数，又称强励倍数。Ku=UFmax/UFN 8励磁电压上升响应时间励磁电压上升响应时间 其定义是：励磁电压从额定值UFN上升到95UFmax的时间，称为励磁电压上升响应时间。对于响应时间的励磁系统，通常称其为高起始响应励磁系统。我厂励磁方式：高起始响应的自并励静止励磁系统。9三、对三、对600MW600MW机组励磁系统的性能要求机组励磁系统的性能要求 (1)励磁能源应满足发电机正常运行或各种故障工况下的需要。

5、(2)保证发电机运行的可靠性和稳定性。(3)应能维持发电机端电压恒定并保证一定的精度和并联机组间稳定分担无功功率。(4)具有一定的强励容量，要求强励倍数为2倍时，响应比为倍S。(5)在欠励区域保证发电机稳定运行。(6)对于机组过电压、过励磁具有保护作用。(7)对于机组振荡能提供正阻尼，改善机组动态稳定性。10励磁系统：励磁系统：（2600MW2600MW超超临界汽轮发电机自并励静止励磁系统）超超临界汽轮发电机自并励静止励磁系统）额定励磁电压：额定励磁电流：4128A空载励磁电压：144V空载励磁电流：1480A励磁绕组时间常数Td0：强励顶值电压：2倍额定励磁电压（机端电压为80%时）电压响应

6、比：倍额定励磁电压/s允许强励持续时间 20s114)晶闸管型号DC21MG01（GE订制）5)晶闸管通态平均电流3000A6)晶闸管正反向重复峰值电压4400V7)单桥长期输出能力3000A8)单桥强励输出能力5500A/20S9)功率柜噪音75dB10)整流柜结构冷却方式强迫风冷（AF）12灭磁及转子过电压保护装置1)灭磁方式逆变+线性电阻2)灭磁开关直流灭磁开关13 调压特性与多机间无功功率分配调压特性与多机间无功功率分配 调整发电厂母线电压是电力系统调压的一个重要手段。当系统调度给定了发电厂母线电压曲线或无功负载曲线后，保证维持给定的母线电压水平和稳定合理地分配机组间的无功功率，就是各

7、个机组自动励磁调节装置的任务。一、发电机的调压特性 发电机正常运行时，由于在同步电抗Xd上产生压降，若保持励磁电流为某一定值不变，则发电机端电压将随负荷电流的变化而变化。汽轮发电机在额定负载功率因数(电感性)和额定励磁电流下，从空载到额定负载时，电压变化一般达额定电压的30一50或更大。14 发电机负荷变化时，端电压的变化主要是由定子电流无功分量Q变化引起(因发电机电阻很小，电抗大)。一般用UG=f(I IQ)特性曲线，来分析带自动励磁调节器的发电机电压调节问题，并称UGf(IQ)特性曲线为发电机的电压调节特性(亦称调压特性)。15 图为具有下倾直线的发电机电压调压特性。特性曲线UGf(IQ)

8、的倾斜度通常用调差系数表示。调差系数定义为调差系数定义为，当负荷无功分量电流IQ从零增加到的额定值IQNIGNsinN时，发电机电压的相对变化值，式中；Uo发电机空载电压，UN发电机额定电压。16 图二、所示为发电机调压特性(也称调节特性)的三种类型。发电机端电压随无功电流增大而降低的，0称为正调差特性；发电机端电压随无功电流增大而升高的，cos0，这时定子电流可分解为有功电流分量和无功电流分量。参见图(c)。幅值主要随发电机定子电流的无功分量而变化，随无功分量的增大而增大，使测量单元感受到电压“UG”上升，调节器减小励磁，降低发电机电压，因而增大了调差系数。上述分析结果是，发电端电压随感性无

9、功负荷电流的增大而下降，调差系数随调差电阻增大而增大。72调差单元对发电机调差特性的影响调差单元对发电机调差特性的影响 图中直线1为励磁控制系统的自然调差特性(。)，IQR只是调差单元对调压特性的影响，它与特性1综合后就形成直线2的正调差特性。如果将中间电流互感器引到调差电阻的极性进行调换，这时调差环节的输出电压(Ua 、Ub、Uc将比发电机电压互感器二次侧电压低些，通过励磁调节器的作用增加励磁，升高发电机电压，使电压调节特性向上倾斜，即具有负的调差系数。735 5励磁调节器励磁调节器限制和保护单元限制和保护单元 为了避免机组起励升压过程中发生超调，采用起励超调限制(或称空载励磁限制)；为了避

10、免在系统电压或频率长期低落之下励磁电流超过额定值而引起励磁绕组过热，采用励磁过载延时限制与低频过励限制。此外，对于高顶值的励磁系统，常采用瞬时过励限制(或称最大励磁限制)；为了避免在进相运行工况下欠励过份而引起失步，常采用欠励限制(或称最小励磁限制)。有的调节器上还设有电力系统稳定单元。当然，并不是所有的半导体励磁调节器都必须具备上述所有的辅助单元，而是有选择地配置。74(1)(1)空载励磁限制空载励磁限制 空载励磁限制主要是避免起励升压过程中电压较低，励磁调节器产生不必要的强励及电压上升过程的超调量。一般作法是在机组并网之前，将发电机的励磁电流限定在对应于额定转速下的空载励磁电流附近，如果励

11、磁调节器测量单元的手动整定电位器原处于整定电压UsetN的位置时，由于空载励磁限制的作用，发电机电压将被限制在N。只有手动整定电位器处于UsetN位置时，励磁调节器的测量单元才能控制发电机的电压。在发电机并网之后，空载励磁限制单元便自动退出工作。752、励磁、励磁过负荷过负荷延时限制延时限制 是为了发电机转子励磁绕组长期过载而采取的限制励磁的措施。一般当系统电压突然下降时，自动励磁调节器应迅速将发电机励磁增至顶值，进行强励，以保证发电机并联运行的稳定性。短时的强励，不致使转子温度升高达到威胁转子绕组绝缘的程度：但是，如果经历了允许的强励时间(按转子温升限制1020s左右)之后，若强励电流还不能

12、自动降下来，则励磁过载延时限制环节动作，退出强励，自动将励磁电流限制到发电机转子温升所容许的电流值附近，故这种励磁限制也称“延时励磁限制”。其延时又分定时限和反酌限两种，是避免长时间强励造成转子绕组损坏的一种保护措施。76(3)(3)最大励磁限制最大励磁限制(瞬时过励限制)有的励磁系统，为了获得高起始响应速度，常采用提高转子励磁顶值电压而限制励磁电流超过容许值的强励办法，这就需要采用瞬时(非延时)过励限制，以限制强励电流的最大值。但为了提高励磁系统的可靠性，采用了三级瞬时电流限制：第一级整定值等于强励倍数(励磁机的强励顶值电流与额定励磁电流之比)。第二级整定值等于强励倍数的倍。第三级整定值等于

13、强励倍数的倍。77三级限制定值逐级升高，后级保护前级，第三级动作，延时，跳发电机灭磁开关。如果这个系统，因限制电路故障，不能限制强励电流时，则在很短的时间内，励磁机的励磁电流，就会接近其额定励磁电流的30倍，发电机及其励磁系统就会严重损坏。(2)(2)最小励磁限制。最小励磁限制。当发电机进相运行时，其安全运行范围受静稳定极限和定子端部漏磁发热的限制。最小励磁限制器就输出正电压，通过综合放大单元，自动维持励磁电流大于最小励磁电流。78(5)V/Hz(5)V/Hz限制限制 (又称Uf，电压频率限制)发电机及变压器在空载、甩负荷、机组启动期间，可能会出现电压过高或频率过低的现象，二者均会使发电机和变

14、压器的铁芯饱和而引起发热。V/Hz限制器检测机端电压与频率的比值，当机端电压升高或频率降低超出允许值时，V/Hz限制器输出负电压，通过综合放大单元的负竞比门电路，使发电机的端电压降低，以保证发电机和变压器的安全。79某600MW机组的励磁调节器，不但设有VHz限制，而且还设有VH2保护。限制的效果是：当发电机电压上升时，限制发电机的电压，不会升高到使VHz比值超过给定限值，当发电机转速下降时，限制器使发电机端电压下降。VHz保护的设定值是：倍额定VHz值，动作后报警，并延时55s跳发电机灭磁；定值为倍额定VHz值时，动作后报警，并延时6s跳发电机灭磁。另外，励磁调节器还具有测量信号丢失保护和强

15、励报警等。80四、安全稳定运行限制器 综合上述励磁调节器原理，实际上是个安全稳定运行限制器。它的目的是维护发电机的安全稳定运行，避免由于保护继电器动作而造成的事故停机。如图6-31所示的同步发电机典型PQ曲线图和对应的运行极限。安全稳定运行限制器提供的限制功能有：过励限制器；最大励磁电流限制器；过励侧定子电流限制器；欠励限制器；PQ限制器；欠励侧定子电流限制器；最小励磁电流限制器；VHz限制器。818283关于电力系统稳定器-PSS(PowerSystemStabilizer)随着电力系统网络互联、单机容量增大、采用快速励磁，使电力系统呈现弱阻尼或负阻尼，因此，许多电力系统出现了每分钟几个至几

16、十个周波的频率很低的自发性系统振荡，这种现象称为低频振荡。当振荡严重时会破坏互联系统之间的并列运行，造成大面积停电。在研究同步发电机电磁转矩时，一般将电磁转矩分解为两个分量，即同步转矩分量和阻尼转矩分量。（同步转矩与同相位，阻尼转矩与同相位。）如果同步转矩不足，将发生滑行失步；阻尼转矩不足，将发生振荡失步。84 为改善系统动态品质、增加系统阻尼、可采取以下措施：为改善系统动态品质、增加系统阻尼、可采取以下措施：减小AVR放大倍数或限制联络线输送的负荷功率。励磁系统放大倍数KA的作用使 恒定，有助于增大同步转矩，即允许增大它的输出功率。要维持同步发电机输出电压的精度，励磁系统应该有足够的放大倍数

17、。但KA的增大，会抵消同步发电机的固有阻尼，甚至可能变为负阻尼，使系统运行不稳定。85增加正阻尼：采用电力系统稳定器PSS控制、最优励磁控制、静止补偿器控制、调速器控制、直流输电调制控制等控制方法。在励磁控制系统中引入电力系统稳定器提供附加信号(如或P)的二阶超前校正环节。实际运行表明，它能有效克服多机间和互联系统间由于阻尼不足，包括负阻尼而产生的低频振荡。86电力系统稳定器(PSS)的信号接入励磁系统，如图2-8所示。电力系统稳定器由传感单元和信号测量单元组成。信号测量单元一般包括相位补偿、信号复归和放大限幅环节，输入信号由输入电功率、频率或轴速度等参量组成二阶超前相位补偿环节，用来阻尼转子

18、角振荡，而对转子绕组和励磁调节器的固有滞后相位进行补偿，87 自并励励磁系统自并励励磁系统自动励磁调节器的主要的指标有：励磁顶值电压 UDL=23UIe 励磁顶值电流 IDL=2-3IIe 电压响应比 s 允许强励时间 20s 快速响应时间 88 高起始响应 内达到顶值电压与额定励磁电压的95 暂态增益 40倍 自动电压的整定范围 5130UIe 手动电压的整定范围 0130UIe 调节精度 02 调差率范围 土20连续可调 89AVRAVR尚应有以下保护和调节功能：尚应有以下保护和调节功能：交流采样。100冗余(两个独立的自动和手动调节通道)。恒电压、恒无功功率、恒功率因数的自动调节单元。通

19、信接口，除有触点输出外，尚应有通信接口。电源。AVR要有两个以上独立电源。PSS保护有欠励、过励、强励、U/f 限制、过电压保护及TV断线保护、转子瞬时和延时过电流保护、SCR元件的熔断器熔断、停风信号等。AVR自检自诊断及抗干扰电磁兼容等。90 (4)灭磁和过电压保护。励磁系统配置灭磁断路器、灭磁电阻和过电压保护元件。灭磁断路器除满足励磁电流和励磁电压的要求外，还要求可靠的分断能力及灭弧功能。有两个以上断口、灭磁和过电压保护的非线性电阻，通常采用ZnO电阻。(5)起励回路。励磁装置有起励电源，可由厂用电系统380V经整流电源供电，也可由蓄电池提供。一般启动电源为5-10的空载励磁电流。(6)

20、自激励系统的配套设备有：自动电压调整器柜 1块 功率整流器柜 2-3块 灭磁断路器和灭磁电阻柜 12块 启动装置 1块(也可在灭磁开关柜内)励磁变压器 1个91 思考题1发电机自动调节励磁装置的作用是什么?对其基本要求有哪些?2自并励励磁系统的主要构成及其优缺点?3同步发电机的自动调节励磁装置由哪几部分组成?各起什么作用?92复习思考题六6.1 励磁系统的主要作用有哪些?6.2 强行励磁顶值电压倍数、励磁电压上升速度和励磁电压上升响应时间是什么概念?6.3 高起始响应励磁系统的基本要求有哪些?6.4 什么是发电机的调压特性?为什么能够分配机组间无功功率?6.5 大容量汽轮发电机的励磁可分为哪几大类?6.6 背画旋转硅整流励磁系统图，并描述它们的原理。6.7 背画同轴交流励磁机静止可控硅整流励磁系统图，并描述它们的原理。6.8 背画自并励励磁系统图，并描述它们的原理。6.9 什么叫灭磁?对灭磁有哪些要求?6.10 什么叫逆变灭磁?如何逆变灭磁?6.11 自动励磁调节器最基本的功能是什么?有哪些输入信号?6.12 什么叫自动励磁调节器的调差系数、调节精度、调节灵敏度?6.13 空载励磁限制、励磁过载延时限制、最大励磁限制、最小励磁限制、VH2限制各有什么意义?93本章结束点此进入下一章94