水轮发电机励磁系统幻灯片.ppt

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1、水轮发电机励磁系统第1页，共89页，编辑于2022年，星期日一、概 述1.1水轮发电机励磁系统的作用 1、维持发电机端的电压在给定水平上；2、在并列运行的发电机合理稳定分配无功功率（调差）；3、提高电力系统的稳定性（稳态、暂态和动态）。第2页，共89页，编辑于2022年，星期日1.2水轮发电机励磁系统的发展及现状水轮发电机励磁系统的发展及现状1励磁方式 直流励磁机方式 自复励方式 自并励方式第3页，共89页，编辑于2022年，星期日AVRTATVQF自励式直流励磁机励磁系统GS第4页，共89页，编辑于2022年，星期日GSAVRTATVU1QFU2T1直流侧串联自复励静止励磁系统第5页，共89

2、页，编辑于2022年，星期日GSAVRTATVUQF自并励静止励磁系统T1第6页，共89页，编辑于2022年，星期日2.励磁控制理论（1）古典励磁控制 比例调节方式 PID调节方式 AVR+PSS调节方式。（2）现代励磁控制。最优控制理论、自适应控制理论、非线性励磁控制理论、鲁棒控制理论等，在进一步的研究与尝试应用中。第7页，共89页，编辑于2022年，星期日3国内外励磁发展现状综述自20世纪50年代以来，随着时代的发展，不论是在控制理论还是在电子器件的研制和实际应用方面，均取得长足进展，这些成果促进了励磁控制技术的发展，励磁设备也由机械型发展为电磁型、电子型，由模拟式发展到数字式，励磁方式也

3、由励磁机励磁方式或相复励方式演变为静止式励磁方式。相对其它励磁方式而言，静止励磁系统具有主回路简单、调节性能优良、可靠性高、易于维护等优点。第8页，共89页，编辑于2022年，星期日二、水轮发电机励磁系统的组成及特二、水轮发电机励磁系统的组成及特点点第9页，共89页，编辑于2022年，星期日2.1水轮发电机励磁系统的组成 水轮发电机励磁系统通常由励磁调节器、励磁功率整流装置、灭磁及转子过电压保护装置、起励装置、测量变送及信号单元、励磁变压器及交直流侧电缆等部分组成 第10页，共89页，编辑于2022年，星期日基准信号形成环节附加信号控制环节励磁功率单元同步发电机至电力系统自动励磁调节器励磁系统

4、励磁控制系统同步发电机励磁系统组成框图反馈环节第11页，共89页，编辑于2022年，星期日2.22.2微机励磁调节器的组成及特点微机励磁调节器的组成及特点1硬件部分微机励磁调节器的硬件系统是其基础。（1）微机系统。从功能上分，微机系统通常包括以下几个部分：CPU板、A/D转换板、开关量输入板、开关量输出板等。（2）外围接口。外围接口主要包括：模拟量信号采集处理部分、触发脉冲放大部分、微机用电源等。综合比较国内外先进励磁产品，多CPU架构为其显著特征，第12页，共89页，编辑于2022年，星期日2软件部分 微机励磁控制器的实时控制软件通常包括：主程序，A/D采样程序，控制量计算程序，励磁限制程序

5、，同步信号处理及触发脉冲形成程序，通信程序，通用子程序库等。从大的流程来讲可分为主程序和中断服务程序。编程时可充分采用模块结构，以便易于调试、修改和维护。通常主程序的功能包括：上电初始化，包括硬件以及部分参数的初始化，允许中断，以及一些需要在主程序完成的功能。中断服务程序调用是由同步信号引起的，它包括测频、采样及控制量的计算，形成触发脉冲、完成一些励磁限制功能的计算、读开关量并进行处理等。总的原则是时间性要求很强的一般放在中断程序，如测频、采样、触发脉冲形成等，其他均可考虑放在主程序完成。第13页，共89页，编辑于2022年，星期日2.3励磁功率整流装置的组成及特点励磁功率整流装置的组成及特点

6、励磁功率整流装置的组成包括：功率元件及散热器、冷却系统、过压过流保护系统。整流方式：多采用三相全控桥整流，较少采用三相半控桥；功率元件：基本均采用晶闸管；散热器：基本采用铝型材散热器，少数应用铜散热器或热管散热器；冷却系统：多采用密闭风冷，少数应用热管散热；过压保护：采用阻容保护，常见有分散式和集中式两种；过流保护：采用快速熔断器；第14页，共89页，编辑于2022年，星期日2.4励磁灭磁及转子过电压保护系统的组成及特点励磁灭磁及转子过电压保护系统的组成及特点灭磁及转子过电压保护系统包括灭磁开关，灭磁电阻、转子过电压保护器。灭磁开关根据不同分类原则可划分为：单断口、多断口；交流灭磁开关、直流灭

7、磁开关；移能型、耗能型。灭磁电阻可分为线性电阻和非线性电阻。非线性电阻又分为ZnO和SiC两大类。转子过电压保护系统可分为跨接器型和灭磁开关常闭触点接入型。发展方向：灭磁开关朝高电压、大电流、高弧压方向发展；灭磁电阻朝高能容、小体积、易安装方向发展。第15页，共89页，编辑于2022年，星期日2.5 起励装置起励装置根据工作原理和起励电源的不同，起励方式可划分为残压起励、交流起励和直流起励三种类型。起励装置一般包括起励电源开关、起励接触器、导向二极管或整流桥、限流电阻等。在交流起励方式下还包括隔离变压器。残压起励应用高频脉冲列触发技术，可靠实现低残压起励，整流阳极电压达到510V，即可无需外部

8、辅助电源进行起励。通常发电机采用残压起励为主、直流起励为辅或直流起励为主、交流起励为辅的起励方式。第16页，共89页，编辑于2022年，星期日三、励磁调节器 第17页，共89页，编辑于2022年，星期日3.1 励磁调节器的系统组成及工作原理励磁调节器的系统组成及工作原理励磁调节器负责根据检测到的发电机的电压、电流或其它状态量的输入信号，按照给定的励磁控制准则自动调节励磁功率单元的输出。励磁调节器一般由基本控制、辅助控制和励磁限制三大部分组成。第18页，共89页，编辑于2022年，星期日G移相触发综合放大测量比较调差励磁调节器UUsm给定同步信号基本控制励磁系统稳定器电力系统稳定器时间常数补偿器

9、最大励磁电流限制反时限延时过励磁瞬时电流限制空载强励限制欠励限制伏赫限制功率柜最大出力限制无功功率过载限制辅助控制部分励磁限制部分励磁调节器的基本组成单元第19页，共89页，编辑于2022年，星期日1测量比较单元测量比较单元是励磁调节器的信息输入单元。它的主要作用是：将从同步发电机机端电压互感器来的三相交流电压，经过电压测量变压器降压，再经过整流器整流为所需要的直流信号电压，与给定的直流参考电压比较后，得出电压偏差信号，输出至综合放大单元。对测量比较单元的基本要求：测量电路要具有足够高的灵敏度，直流参考电压应稳定；电压给定电路的调整范围应使发电机电压和无功功率的调节满足运行的要求；测量电路应具

10、有优良的动态性能，即电路的时间常数要小，反应要迅速；输出的直流偏差信号必须平稳，其纹波系数要小；具有较好的线性度；具有一定的调差系数整定范围，满足并联运行机组间的无功功率稳定分配的要求；第20页，共89页，编辑于2022年，星期日对于微机励磁而言，A/D采样部分应具有较高的分辨率；测量比较单元通常由测量变压器、整流电路、滤波电路和电压比较、整定电路等环节组成。测量变压器对机端电压互感器输出的100V信号进行降压和隔离；整流电路多采用简单的三相整流电路；比较整定电路是测量比较单元的核心环节。模拟式励磁调节器通常采用运算放大器或稳压管构成电路，微机式励磁调节器则由相应的软件完成比较整定任务。第21

11、页，共89页，编辑于2022年，星期日2.调差单元调差单元用于改变发电机电压调节特性斜率,实现并联运行机组间的无功功率合理分配。模拟式调节器中，调差单元的输出叠加在测量回路中，微机励磁中，调差单元直接作用于电压给定环节。调差系数的物理意义为同步发电机在功率因数等于零的情况下，无功功率从零变化到额定值时，发电机端电压变化的标幺值。习惯上规定，向下倾斜的特性曲线（即电压随无功负荷增加而下降）的调差系数为正，称为正调差；向上斜的特性曲线（即电压随无功负荷增加而上升）调差系数为负，称为负调差。实际应用中，一般直接用无功功率代替无功电流。实际应用中，一般直接用无功功率代替无功电流。第22页，共89页，编

12、辑于2022年，星期日3.综合放大单元综合放大单元的任务：根据励磁装置应实现的功能，线性的综合测量偏差、辅助控制以及限制等信号，并加以放大，进而获得满足移相触发单元所需要的控制信号。对综合放大单元的要求：（1）具有线性地，且无相互影响地综合多个输入控制信号的能力；（2）反映速度快，时间常数小；（3）输入阻抗高，输出阻抗低，带负载能力强；放大倍数连续可调或分段可调；引入PID调节时，各环节系数可调，并有防止积分饱和的措施；保证前后环节的极性匹配；模拟式调节器中，综合放大单元通常采用三种线路形式：磁放大器线路，分立元件、集成运算放大器。微机式调节器采用软件完成以上功能。第23页，共89页，编辑于2

13、022年，星期日4移相触发单元（1）移相触发单元的作用：产生触发脉冲，用来触发整流桥中的晶闸管，并控制触发脉冲的相位随综合放大单元输出的控制电压的大小而改变，达到调节励磁的目的。（2）移相触发的基本原理；利用主回路电源电压信号产生一个与主回路电压同步的幅值随时间单调变化的同步信号，将其与来自综合放大单元的控制信号比较，在两者相等的时候产生触发脉冲。（3）移相触发单元一般包括同步、移相脉冲形成和脉冲放大环节。第24页，共89页，编辑于2022年，星期日（4）对移相触发单元的要求：1）各相触发脉冲必须与受控主电路电源同步，具有相同的频率并保持一定的相位关系；2）触发脉冲数目及移相范围满足实际要求，

14、移相范围一般为101603）触发单元应与高电位的主电路互相隔离，具有足够的绝缘强度；4）具有强抗干扰能力；5）触发脉冲须有足够的功率输出，使晶闸管可靠导通；6）触发脉冲的前沿陡度应小于10uS左右，并具有足够的幅值和宽度；7）各项触发脉冲的控制角应保证一致，一般不大于2；8）具有控制角限制功能，包括最小角限制和最大角限制；第25页，共89页，编辑于2022年，星期日3.2 励磁调节器的控制规律励磁调节器的控制规律PID控制 比例积分微分UrefUtUtPID励磁控制系统原理框图第26页，共89页，编辑于2022年，星期日比例环节：能迅速成比例地反映机端电压的偏差信号，偏差一旦产生，调节器立即产

15、生控制作用，以减少偏差，维持机端电压为恒定。但比例控制不能消除稳态误差，稳态误差的大小主要与放大倍数有关，放大倍数越大，偏差越小；积分环节：消除稳态误差，提供系统的无差度。只要系统存在误差，积分控制作用就不断地累计，输出控制量以消除误差。但是，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；微分环节：反映偏差信号的变换趋势（变化速率），从而在系统中引入一个早期修正信号，即按预测的电压变化趋势进行调节，微分控制可以减少超调量，提供系统的稳定性，同时加快系统的动作速度，减少调节时间。但微分环节对高频干扰比较敏感，容易引起控制过程振荡。第27页，共89页，编辑于2022年，星期日PID励磁控制系统

16、应能达到如下控制目标：（1）稳态时有较大的放大倍数，使发电机端电压接近恒定，保证发电机端电压静差率满足国家标准的要求，使系统有较大的静态稳定极限；（2）暂态时有较小的放大倍数，以避免超调和振荡；保证发电机间无功分配的稳定性第28页，共89页，编辑于2022年，星期日PID调节各参数对控制性能的影响如下；（1）比例调节系数Kp对系统性能的影响。对稳态特性的影响：加大Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，却不能完全消除稳态误差。对动态特性的影响：加大Kp，会使系统动作灵敏，响应速度快。Kp偏大，振荡次数变多，调节时间加长，当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，系统响应变慢

17、。第29页，共89页，编辑于2022年，星期日（2）积分时间常数TI对系统性能的影响。对稳态特性的影响：积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。TI太大，积分作用太弱，将不能减小稳态误差。对动态特性的影响：TI偏小，积分作用强，振荡次数变多，TI太大，对系统的性能影响减小。TI合适时，过渡性能比较理想。第30页，共89页，编辑于2022年，星期日（3）微分时间常数TD对系统性能的影响。微分控制作用跟偏差信号的变化趋势有关，通过微分控制能够预测偏差，产生超前校正作用，较好改善动态特性。TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。TD偏小时，同样超调量较大，调节时间较长。只有TD合适，才能

18、得到合适效果。第31页，共89页，编辑于2022年，星期日第32页，共89页，编辑于2022年，星期日第33页，共89页，编辑于2022年，星期日图中，KR表示直流增益，用于确定调节器的调压精度，经过积分带宽控制时间常数TB1、积分时间常数TC1确定的积分区段，在中频区表现为暂态增益降低的比例增益KP，以提高系统的暂态稳定性；通过微分时间常数TC2和微分带宽控制时间常数TB2确定的微分区段，在高频区表现为微分增益一直的高频增益K，用于防止高频杂散信号对微分环节的干扰。第34页，共89页，编辑于2022年，星期日3PSS电力系统稳定器随着电力系统规模的扩大，以及远距离重负荷输电线路的出现及大型发

19、电机开始采用，由半导体励磁调节器和晶闸管整流功率柜组成的快速励磁系统，使整个电力系统的阻尼不断减弱。当电力系统发生故障或受到其他扰动时，出现长时间低频率振荡，严重影响电力系统安全稳定运行。20世纪60年代美国西部电力系统发生了低频振荡，在西欧、日本的电力系统中也不断出现这些情况。在我国20世纪80年代初湖南西部系统凤滩常德线故障跳开时，凤滩电厂出线产生低频振荡。1984年初，广东九龙联络线投运后不久，发生多次0.450.5Hz低频振荡。目前PSS均通过软件加以实现。标准的PSS2A模型（STD421.5-422）可以有效解决反调问题,正在大力推广应用。第35页，共89页，编辑于2022年，星期

20、日3.3 比较典型的励磁调节器数学模型比较典型的励磁调节器数学模型第36页，共89页，编辑于2022年，星期日 电力系统稳定器数学模型（PSS2A）第37页，共89页，编辑于2022年，星期日3.4 励磁调节器的通道配置励磁调节器的通道配置1 单通道模式：励磁调节器为单通道，但包含自动/手动功能。AVRFCR 单通道（含自动/手动功能）第38页，共89页，编辑于2022年，星期日2.微机/微机双通道模式AVRFCR 双微机通道自动通道AVRFCR自动通道第39页，共89页，编辑于2022年，星期日3.”三取二”表决型AVRFCR“三取二”表决型自动通道AVRFCR自动通道AVRFCR自动通道第

21、40页，共89页，编辑于2022年，星期日3.5 励磁调节器的调节方式励磁调节器的调节方式励磁调节器的调节方式包括自动调节方式、手动调节方式、恒无功功率调节方式及恒功率因数调节方式。1恒机端电压调节称为自动调节方式，其基本功能是比较发电机实际端电压与自动给定值，输出偏差信号送入PID控制器，再产生触发脉冲送给功率整流器，用以控制发电机端电压为恒定值。自动调节方式调节范围：10%110%发电机额定电压。自动调节方式运行时，设置了励磁电流限制器。第41页，共89页，编辑于2022年，星期日2恒励磁电流调节称为手动调节方式，其基本功能是比较发电机实际励磁电流与手动给定值，输出偏差信号送入PI控制器，

22、再产生触发脉冲送给功率整流器，用以控制发电机励磁电流为恒定值。手动电压调节范围为：下限不高于发电机空载励磁电压的10%20%。上限不低于额定励磁电压的130%。该运行模式主要用于调试（如在设备的投运或维护过程中），或者是作为在AVR故障时（如PT故障）的备用控制模式。为了避免在手动模式下突然甩负荷引起的过电压，手动模式具有自动返回空载的功能。手动运行方式应设置电压限制功能，当机端电压大于电压限制值时进行电压限制。第42页，共89页，编辑于2022年，星期日3自、手动方式的关系 两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，切换是无扰动的。调节器内有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒

23、机端电压调节和恒励磁电流调节。人工的增、减磁操作是对处于运行状态的给定单元进行操作，这由调节器的自动选控逻辑保证的。第43页，共89页，编辑于2022年，星期日4叠加的无功功率或功率因数控制无功功率控制或功率因数控制可视作对自动电压调节器的叠加控制。在这两种情况下，控制信号来源于实际值和被选控制模式的控制点值之间的差值。另外，控制信号通过一个积分器作用到自动电压调节器的求和点上。所选叠加控制模式的工作点可通过下述方式设定：（1）通过人机界面；（2）通过远方增、减命令；（3）通过远方一个毫安信号设定；（4）通过远方的串行通讯连接。叠加控制模式只在并网条件下方可进入，发电机解列时自动退出。电厂根据

24、运行需要可自行决定是否选用该调节模式。叠加控制模式在手动模式下无效。第44页，共89页，编辑于2022年，星期日3.6 励磁调节器的功能励磁调节器的功能励磁调节器的功能包括基本功能、限制功能、故障检测和保护功能、容错功能、通讯功能等。第45页，共89页，编辑于2022年，星期日1基本功能（1）有功和无功功率补偿 为了补偿由单元变压器和/或传输线路上的有功或无功功率引起的电压降，将与静态的有功功率和无功功率成正比的信号叠加到发电机电压给定值上。功率补偿范围在-15%和+15%之间，且是可调的。第46页，共89页，编辑于2022年，星期日（2）软起励控制软起励功能是为了在起励时防止机端电压超调。励

25、磁接收到开机令后即开始起励升压，当机端电压大于30%额定值后，调节器以一个可调整的速度逐步增加给定值使发电机电压逐渐上升直到预置值，预置值是可以通过调试软件设定的，一般设定为空载额定值。第47页，共89页，编辑于2022年，星期日（3）通道间的跟踪通道间的跟踪是由调节器软件实现的，备用通道跟踪运行通道，跟踪的依据是两通道的调节输出（控制信号）相等。跟踪关系可人工闭锁。自动跟踪功能保证了从运行通道到备用通道的平稳切换。切换可能是由于故障引起的自动切换（如PT断相）或人工切换。无论系统是采用双通道配置还是三通道配置，备用通道总是跟踪运行通道。第48页，共89页，编辑于2022年，星期日（4）系统电

26、压跟踪功能为了提高机组并网速度，励磁系统可设置系统电压跟踪功能，空载升压后自动跟踪网压，便于快捷并网。并网后，系统电压跟踪功能自动退出。第49页，共89页，编辑于2022年，星期日2 限制器功能限制器的目的是维护发电机的安全稳定运行，以避免由于保护继电器的动作而出现的事故停机。限制器工作原理是基于同步发电机的功率圆图及对应的运行限值。一般情况下励磁系统提供下述限制功能：V/Hz限制器 过励限制 具有反时限特性的最大磁场电流限制器 定子电流限制器（过励状态下）欠励限制 P/Q限制器 定子电流限制器（欠励状态下）最小磁场电流限制器第50页，共89页，编辑于2022年，星期日（1）V/Hz限制器为了

27、避免发电机组和励磁变压器的铁芯磁通过于饱和，在系统中配置了V/Hz 限制器。在调节器内预置了V/Hz特性曲线，如果发电机电压对某一频率而言太高，则调节器自动地减小给定值以降低发电机电压使其符合V/Hz特性曲线。第51页，共89页，编辑于2022年，星期日（2）具有反时限特性的最大磁场电流限制器最大磁场电流限制器用于防止转子回路过热。它主要有两个不同的设定值，一个是强励顶值电流限制值，另一个是连续运行允许的过热限制值。第52页，共89页，编辑于2022年，星期日（3）最小磁场电流限制器最小磁场电流限制器的主要任务是防止失磁。这个功能通常用于水轮发电机组，它有可能在较深的进相状态下运行，对应的励磁

28、电流有可能接近于零。在这种情况下，最小磁场电流限制器确保励磁场电流不小于最小限制值。该限制值对于维持正常的可控硅整流是有必要的，此外，它可防止转子极靴过热。最小磁场电流限制器只有一个最小限制值，并且立即起作用。第53页，共89页，编辑于2022年，星期日（4）定子电流限制器这个限制器在过励和欠励运行范围内防止发电机定子绕组过热。它的工作原理与最大场电流限制器的工作原理相似。定子电流限制器不能影响有功电流。如果有功电流的数值达到高于定子电流限制器的控制点值的水平，那么限制器将调节无功功率接近于零。第54页，共89页，编辑于2022年，星期日（5）P/Q限制器P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用

29、于防止发电机进入不稳定运行区域。可以用五个无功功率值对应五个有功功率水平（P=0%，P=25%，P=50%，P=75%，P=100%）来设定限制曲线。限制曲线与发电机的电压水平有关，发电机电压变化时，限制特性随之偏移。第55页，共89页，编辑于2022年，星期日（6）限制器的优先权限制功能的优先权是指过励限制或欠励限制的优先权。为了避免两个限制器同时处于激活状态（只有在故障情况下才会出现），可设定一个优先标志，选择哪组限制器（过励限制或欠励限制）先起作用。第56页，共89页，编辑于2022年，星期日第57页，共89页，编辑于2022年，星期日3 监测和保护功能（1）故障检测 PT断线 电源故障

30、 调节器软件故障 调节器硬件故障 脉冲故障 整流桥故障报警 转子过热报警 通讯故障报警第58页，共89页，编辑于2022年，星期日（2）过流保护过流保护主要包括两个保护功能：反时限特性的过流保护 瞬时过流保护过流保护与最大磁场电流限制功能的工作特性是相似的，但过流保护的特性曲线高于最大磁场电流限制器特性曲线。第59页，共89页，编辑于2022年，星期日（3）失磁保护其目的是在发电机在超出其稳定极限之外工作的情况下，跳开同步发电机。工作特征曲线相似于P/Q限制器的工作特征曲线。两个特征曲线经调整使P/Q保护特征曲线从P/Q限制器特征曲线向左移动五到十个百分点。由于同步发电机的稳定极限取决于发电机

31、的端电压，所以工作特征曲线也要根据发电机端电压成比例地进行校正。第60页，共89页，编辑于2022年，星期日（4）过磁通量保护（V/Hz保护）该保护目的是防止同步发电机和变压器的磁通密度过于饱和。保护功能是根据与基准电压的比较来工作的，而基准电压取决于在发电机电压实际值下的发电机的频率。如果实际电压超过基准值，一个定时器将被触发。如果在可调的时间延迟结束后，电压仍没有返回到允许值，那么跳闸信号会被触发 第61页，共89页，编辑于2022年，星期日5 励磁调节器的性能保证和技术条件 根据国家及行业关于励磁系统的标准要求,励磁调节器的性能保证及技术条件如下：1励磁系统电压响应时间，上升不大于0.0

32、8S，下降不大于0.15S。2在额定功率因数下，当发电机突甩额定有功和无功负荷时，保证发电机电压超调量不大于10%Ur，振荡次数不超过3次，调节时间不大于3秒。3在发电机空转且转速在0.951.0额定值范围内，突然投入励磁系统，保证发电机端电压从零上升至额定值时，超调量不大于额定电压的10%，调节周期在3秒内，振荡次数不超过3次。第62页，共89页，编辑于2022年，星期日4自动励磁调节器保证发电机机端调压精度优于0.5%。5自动励磁调节器保证发电机机端电压调差率整定范围一般为15%，并按1%的档距分档，调差特性具有较好的线性度。6发电机空载运行情况下，频率变化1%时，自动励磁调节系统保证发电

33、机电压变化不大于额定值的0.25%。第63页，共89页，编辑于2022年，星期日7在AVR运行模式下，能实现以下调节方式：A.接受远方机组LCU直流模拟量420mA信号，实现无功功率设定和加确认命令的控制调节。B.通过数据通信方式实现控制调节，从监控系统进行无功功率设定和加确认命令实现。8励磁调节器保证在发电机正常启动和停机过程中，防止过励磁。能够实现开机后自动起励，正常停机时自动逆变灭磁，并在停机后自动返回空载状况。第64页，共89页，编辑于2022年，星期日9励磁调节器具有有功功率或无功功率补偿功能。10励磁调节器具有瞬时转子电流限制器（无延时），限制可能的瞬时最大顶值电流。11调节器具有

34、用于防止转子绕组过热的延时转子最大电流限制器，延时限制机组允许的最大连续运行的转子电流。12调节器具有机组静态稳定运行的最小转子电流限制器。13调节器具有带反时限的超前和滞后定子电流限制器。第65页，共89页，编辑于2022年，星期日14在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器和手动控制单元的整定电压变化速度，不大于额定电压1%/s，不小于额定电压0.3%/s。15触发器输出脉冲移相范围能满足励磁系统各种工况要求，上、下限值能程序整定。16调节器配置I/O、A/D接口。I/O接口信号采用光电隔离。17手动电压调节范围为：下限不高于发电机空载励磁电压的10%20%。上限不低于额定励磁电压的130%

35、。18自动励磁调节器能在发电机残压至110额定电压值范围内进行稳定、平滑的调节。19数字式电压给定器有限位功能，发电机停机后能自动返回至空载位置。第66页，共89页，编辑于2022年，星期日四、四、功率整流系统功率整流系统4.1 对功率整流系统的要求对功率整流系统的要求（1）要有足够的输出容量，以适应各种不同运行工 工况的要求；（2）提高功率柜停风机情况下的输出能力,延长励磁系统停风机运行时间；（3）提高主回路与控制回路的电气隔离强度；（4）限制交直流过电压至合适水平；（5）对功率柜的运行工况进行全面监测；（6）提高并联功率柜之间的均流系数。第67页，共89页，编辑于2022年，星期日4.2

36、功率整流系统的运行模式功率整流系统的运行模式功率整流系统常见运行模式：单桥模式、冷备用模式和并联运行模式 第68页，共89页，编辑于2022年，星期日4.3 晶闸管元件的选用晶闸管元件的选用断态峰值转折电压 URSM断态重复峰值电压 UDRM反向重复峰值电压 URRM通态电流平均值 IT（AV）反向重复峰值电压 URRM断态重复峰值电压 UDRM通态临界电流上升率 di/dt通态临界电压上升率 dv/dt触发电压 UGT第69页，共89页，编辑于2022年，星期日4.4 快速熔断器的选用快速熔断器的选用在整流桥支臂上串联快速熔断器，一是可以保护晶闸管元件在出现异常工况时不致损坏，二是当整流桥支

37、臂故障时（比如晶闸管被击穿）可以被快速地切除，不至于影响到整套装置的运行。第70页，共89页，编辑于2022年，星期日4.5 功率整流系统的冷却方式功率整流系统的冷却方式国内可控硅整流装置的冷却方式主要有以下三种：1水冷方式 特点：冷却效率高，冷却效果好，但存在装置体积大，结构复杂，对水质要求高（等离子水），维护不方便等缺陷，实际使用较少。2风冷方式 在众多散热方式中，强制风冷的散热效果远好于自然风冷，复杂性大大低于水冷和油冷，技术上成熟可靠，因此是功率柜的主要散热方式。3热管散热方式 热管是一种靠流体在一端蒸发，而在另一端冷凝来传送热量的散热器。第71页，共89页，编辑于2022年，星期日4

38、.7 功率整流系统的过电压保护功率整流系统的过电压保护1过电压保护在励磁系统中，由于外部原因或内部原因会在交直流回路中产生过电压。外部原因主要有来自电力系统中的大气过电压或励磁变压器的开关操作过电压；内部原因主要有来自电路内部晶闸管整流换相过电压和电路内部故障引起过电压等。过电压的出现，可能会导致晶闸管整流元件失效，因此必须设置过电压保护回路。第72页，共89页，编辑于2022年，星期日2过电压保护形式（1）分立元件形式励磁整流桥交流侧采用压敏电阻或阻容元件；可控硅元件两端采用阻容元件。阻容数量过多，安装不方便。（2）集中式阻容保护功率柜交流侧过电压保护及硅元件换相过电压保护，采用集中式阻容吸

39、收回路，具有体积小，安装方便，保护可靠等优点。第73页，共89页，编辑于2022年，星期日五、灭磁系统 5.1 灭磁系统的任务及要求灭磁系统的任务及要求灭磁系统的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁，并将蓄藏在励磁系统绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。第74页，共89页，编辑于2022年，星期日对发电机灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗储存在发电机中的磁场能量。同步发电机的灭磁系统通常应满足以下要求：1在灭磁装置动作后，应使发电机的最终剩磁低于能维持短路点电弧的数值；2在灭磁过程中，发电机转子绕组所承受的灭磁反电压不超过规定的倍数；3灭磁时间尽可能短。从

40、灭磁装置动作到灭磁过程的结束经历的时间称为灭磁时间。灭磁时间通常可定义为转子电流由空载额定励磁电流下降到此值的1/100所需的时间或发电机定子电压由空载额定下降到额定电压1%所需时间。第75页，共89页，编辑于2022年，星期日5.2 灭磁方式的分类及特点灭磁方式的分类及特点1按灭磁原理划分：耗能型灭磁和移能型灭磁。耗能型灭磁原理：将磁能消耗在灭磁开关装置中，当灭磁开关主触头打开后，储存在发电机励磁回路中的磁场能量形成电弧并在燃烧室中燃烧，将电能转换为热能直至熄弧。移能型灭磁原理：磁场能量不由灭磁开关耗能，而由灭磁开关主触头断开后产生一过电压，将磁场能量转移到线性或非线性电阻，由此电阻消耗发电

41、机的磁场能量。第76页，共89页，编辑于2022年，星期日2灭磁方式可以划分为：（1）具有短弧灭弧栅片的灭磁系统。（2）利用非线性电阻的灭磁系统。（3）利用线性电阻的灭磁系统。（4）由晶闸管跨接器与直流断路器组成的灭磁系统。（5）由晶闸管跨接器与交流断路器组成的灭磁系统。（6）逆变灭磁第77页，共89页，编辑于2022年，星期日（3）跨接器灭磁系统。由并联连接的正、反向晶闸管组成跨接器与线性或非线性电阻连接后并接在励磁绕组两端，国外称为CROWBAR回路，国内称为跨接器。与之配合的直流断路器无需提供辅助弧触头，简化开关的结构，通用性强。第78页，共89页，编辑于2022年，星期日第79页，共8

42、9页，编辑于2022年，星期日5.3 灭磁开关灭磁开关同步发电机励磁系统中的灭磁开关，是发电机组内部故障的最后保护装置。当发电机定子、单元联接的主变压器或励磁系统发生故障，如励磁变压器故障、发电机滑环短路、励磁主回路短路及元件故障、发电机励磁调节器误强励故障等，灭磁开关应迅速跳开，以达到灭磁的目的。发电机灭磁不仅能迅速安全的切断发电机转子电流，还能消耗吸收发电机的转子磁能。第80页，共89页，编辑于2022年，星期日灭磁开关的主要技术参数包括：额定工作电压、额定工作电流、最大遮断电压、最大分断电流、辅助接点数量、控制电源电压、断口数量、分合闸线圈技术参数等。第81页，共89页，编辑于2022年

43、，星期日5.4 灭磁电阻灭磁电阻灭磁电阻分为线性电阻和非线性电阻。灭磁电阻的选择至关重要，选择不当将难以实现灭磁要求，甚至危及磁场断路器、灭磁设备及转子绕组绝缘安全。1线性电阻在线性电阻灭磁系统中，灭磁电阻数值越大，灭磁速度越快，励磁绕组承受的过电压倍数就越高。通常灭磁电阻数值选取为励磁绕组热态电阻值的35倍。第82页，共89页，编辑于2022年，星期日2非线性电阻非线性电阻系指加于此电阻两端的电压与通过的电流呈非线性关系，其电阻值随电流的增大而减少。UUCUDUGba0截至区100AI导通区碳化硅和氧化锌非线性电阻特性的对比第83页，共89页，编辑于2022年，星期日根据国标GB/T7409

44、.3-1997大、中型同步发电机励磁系统技术条件及部标DL/T583-1995大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件中关于非线性灭磁电阻的技术要求，在计算灭磁电阻容量及设定发电机励磁绕组的过电压保护动作值时，应满足下列要求：有足够的裕度，允许连续动作；在最严重灭磁工况下，非线性电阻承受的耗能容量不超过其工作能容量的80%，当装置内20%组件退出运行时，仍能满足最严重灭磁工况要求。第84页，共89页，编辑于2022年，星期日在额定工况下，非线性电阻负荷率不大于60%；在机组正常情况下，非线性电阻的漏电流小于1mA。限制机组异常工况下转子过电压不超过出厂试验时励磁绕组对地试验电压的70%。

45、灭磁时，励磁绕组两端的反向电压瞬时值不超过该绕组交接验收对地耐压试验电压幅值的50%，不低于30%。第85页，共89页，编辑于2022年，星期日5.5 转子过电压保护转子过电压保护1保护回路的设计当发电机出现故障，如机端三相短路、因失磁或低励造成失步、错误的准同期等，就会在转子绕组中感应出负向的磁场电流，进而产生过电压。若该能量无释放回路，感应电压快速上升，会达到转子绕组耐压试验电压的数倍，严重威胁转子和转子所连接设备的安全。利用灭磁非线性电阻和可控硅跨接器，实现直流侧过电压保护。第86页，共89页，编辑于2022年，星期日第87页，共89页，编辑于2022年，星期日可控硅跨接器可包含两个或三个可控硅，其中一个或两个用于灭磁和反向过电压，另外一个用于正向过电压。当BOD检测到正向或反向过电压时，触发对应的可控硅导通，把非线性电阻接入转子回路。一个电流传感器安装在可控硅跨接器回路中，当可控硅跨接器导通时，电流传感器将向外发出信号。当出现瞬间过电压后，可控硅跨接器在调节器的逻辑控制下，具有自复归功能。同时，在调节器内部还可产生一个时间可调整的延时跳闸命令。第88页，共89页，编辑于2022年，星期日谢谢！谢谢！第89页，共89页，编辑于2022年，星期日