发电机的励磁系统与励磁保护.docx

《发电机的励磁系统与励磁保护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电机的励磁系统与励磁保护.docx（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电力系统自动装置期末论文学院 :电气信息学院专业 :电气工程及其自动化任课教师 :肖先勇班级 :2023 级学号 :姓名 :发电机的励磁系统与励磁保护【摘要】文章通过对我国电力系统主要励磁系统的分别介绍，阐述了不同励磁系统的工作原理。同时还介绍了对同步发电机的过励磁保护与失磁保护及其实现方式。【关键字】发电机、励磁系统、失磁保护、过励磁保护引言励磁系统是同步发电机的重要组成局部，对电力系统及发电机的稳定运行有着重要影响。因此了解电力系统中励磁系统的具体类型及其工作原理，同时加强对过励磁保护与失磁保护 的争论，在电力系统中有着极其重要的意义。励磁系统:励磁系统通过在发电机转子绕组中通以直流电流建

2、立起主磁场，当汽轮机拖动转子旋转时，在定子电枢绕组中产生感应电动势。励磁系统的主要任务就是依据发电机的运行状态，向发电机电机的励磁绕组供给一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的需要。性能良好，牢靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必需的。励磁系统的主要作用:1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调整磁场的强弱来恒定机端电压。2、合理安排并列运行机组之间的无功安排。3、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。在我国电力系统中，同步发电机的励磁系统主要有直流励磁机励磁系统和半导体励磁系统两种。1、直流励磁机励磁系统直流励磁机

3、励磁系统是承受直流发电机作为励磁电源, 供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴, 励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流, 形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区分是对主励磁机的励磁方式而言的, 他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机, 因此所用设备增多, 占用空间大, 投资大, 但是提高了励磁机的电压增长速度, 因而减小了励磁机的时间常数, 他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组。1自励直流励磁机励磁系统原理接线图LH-电流互感器YH-电压互感器F-同步发电机FLQ-同步发电

4、机的励磁线圈L-直流励磁机LLQ-直流励磁机的励磁线圈 Rc-可调电阻承受直流励磁机供电的励磁系统, 在过去的十几年间, 是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍承受这种励磁系统。长期的运行阅历证明, 这种励磁系统的优点是: 具有独立的不受外系统干扰的励磁电源, 调整便利, 设备投资及运行费用也比较少。缺点是: 运行时整流子与电刷之间火花严峻, 事故多, 性能差, 运行维护困难, 换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必需停主机, 很不便利。近年来, 随着电力生产的进展, 同步发电机的容量愈来愈大, 要求励磁功率也相应增大,而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的构造上都受

5、到限制。因此, 直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。目前, 在100 MW 及以上发电机上很少承受。2、半导体励磁系统半导体励磁系统是把沟通电经过硅元件或可控硅整流后, 作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。2.1 、静止式半导体励磁系统静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。2.1.1 、自励式半导体励磁系统自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过掌握整流后, 送至发电机转子回路,作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁系统，是无励磁机的发电机自励系统。最简洁的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的

6、电源，由自动励磁调整器掌握励磁电流的大小, 称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供给励磁电流而承受的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。以下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器 ZB供给，经可控硅整流向发电机转子供给励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调整器掌握。系统起励时需要另加一个起励电源。2无励磁机发电机自并励系统原理接线图无励磁机发电机自并励系统的优点是：不需要同轴励磁机，系统简洁，运行牢靠性高； 缩短了机组的长度,削减了基建投资及有利于主机的检修

7、维护；由可控硅元件直接掌握转子电压,可以获得较快的励磁电压响应速度；由发电机机端猎取励磁能量，与同轴励磁机励磁系统相比，发电机组甩负荷时，机组的过电压也低一些。其缺点是：发电机出口近端短路而故障切除时间较长时，缺乏足够的强行励磁力量对电力系统稳定的影响不如其它励磁方式有利。由于以上特点，使得无励磁机发电机自并励系统在国内外电力系统大型发电机组的励磁系统中受到相当重视。2.1.2 、它励式半导体励磁系统它励式半导体励磁系统包括一台沟通主励磁机JL和一台沟通副励磁机FL，三套整流装置。两台沟通励磁机都和同步发电机同轴，主励磁机为100HZ中频三相沟通发电机，它的输出电 压经过硅整流装置向同步发电机

8、供给励磁电流。副励磁机为500HZ中频三相沟通发电机，它 的输出一方面经可控硅整流后作为主励磁机的励磁电流，另一方面又经过硅整流装置供给它 自己所需要的励磁电流。自动调励的装置也是依据发电机的电压和电流来转变可控硅的掌握 角，以转变励磁机的励磁电流进展自动调压。励式半导体励磁系统原理接线图它励式半导体励磁系统的优点是：系统容量可以做得很大，励磁机是沟通发电机没有换向问题而且不受电网运行状态的影响。缺点是：接线简单，有旋转的主励磁机和副励磁机，启动时还需要另外的直流电源向副励磁机供给励磁电流。这种励磁系统多用于10万KW左右的大容量同步发电机。2.2 、旋转式半导体励磁系统在它励和自励半导体励磁

9、系统中，发电机的励磁电流全部由可控硅(或二极管) 供给, 而可控硅(或二极管)是静止的故称为静止励磁。在静止励磁系统中要经过滑环才能向旋转的发电机转子供给励磁电流。滑环是一种转动接触元件。随着发电机容量的快速增大,巨型机组3的消灭,转子电流大大增加,转子滑环中通过如此大的电流, 滑环的数量就要增加很多。为了防止机组运行当中个别滑环过热, 每个滑环必需分担同样大小的电流。为了提高励磁系统的牢靠性取消滑环这一薄弱环节,使整个励磁系统都无转动接触的元件, 就产生了无刷励磁系统, 如图4所示。无刷励磁系统原理接线图副励磁机FL是一个永磁式中频发电机，其永磁局部画在旋转局部的虚线框内。为实现无 刷励磁，

10、主励磁机与一般的同步发电机的工作原理根本一样，只是电枢是旋转的。其发出的三相沟通电经过二极管整流后，直接送到发电机的转子回路作励磁电源，由于励磁机的电枢与发电机的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件,这就实现了无刷励磁。主励磁机的励磁绕组JLLQ是静止的,即主励磁机是一个磁极静止,电枢旋转的同步发电机。静止的励磁机励磁绕组便于自动励磁调整器实现对励磁机输出电流的掌握,以维持发电机端电压保持恒定。无刷励磁系统的优点是：取消了滑环和碳刷等转动接触局部。缺点是：在监视与修理上有其不便利之处。由于与转子回路直接连接的元件都是旋转的,因而转子回路的电压电流都不能用一般的直流电压表

11、、直流电流表直接进展监视, 转子绕组的绝缘状况也不便监视, 二极管与可控硅的运行状况, 接线是否开脱，熔丝是否熔断等等都不便监视，因而在运行维护上不太便利。励磁保护发电机失磁保护发电机失磁是指正常运行发电机的励磁电流全部的或局部的消逝现象，失磁是发电机常见 故障形式之一，特别是大型发电机组，由于励磁系统环节较多，因而也加大了发生失磁的机 会。发电机发生失磁以后，励磁电流将渐渐衰减至零，发电机的感应电势Ed随着励磁电流的 减小而不断减小，电磁转矩将小于原动机的转矩，因而使转子加速，导致发电机功角增大。当发电机功角超过静稳极限角时，发电机将会与电力系统失去同步。发电机失磁后将从系统 中吸取肯定的感

12、性无功来供给转子励磁电流，转子会消灭转差，在定子绕组中感应电势，定 子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，而无功功率反向并不断增大，在转子回路会有 差频电流产生，整个系统的电压会下降，某些电源支路也会产生过电流，发电机的各个电气 量不断的摇摆，严峻威逼发电机和整个电力系统的安全稳定运行。失磁保护实现方式由于失磁的巨大危害，发电机组都要求装设失磁保护装置。发电机的失磁保护应能正确反 应发电机的失磁故障，而在发电机外部故障、电力系统振荡以及发电机低励磁运行时不误动。通常失磁保护的实现，有以下几种方式：（1） 灭磁开关联跳保护4利用自动灭磁开关常闭接点联跳发电机断路器。这种方式只能保护因灭磁开关误

13、跳闸引起的失磁事故，不能保护其他缘由引起的失磁事故。（2） 常规失磁保护装置发电机变压器组保护一般利用失磁后发电机定子和转子参数变化的特点构成失磁保护。如反响于机端测量阻抗由第一象限进人第四象限，无功功率转变方向，机端电压下降，功角增大，励磁电流、电压变化等。1、定子阻抗判据反映失磁保护的定子阻抗判据有静稳边界阻抗判据和异步边界阻抗判据两种。异步边界圆X= -X U2 ndgnaa2S ngnnX U2 nX= -( X+d ) gnabd2S ngnnX 和 Xd 为发电机同步电抗和暂态电抗的标幺值，取不饱和值； U和 Sdgngn为发电机额定电压和额定视在功率；na、n 为发电机电流互感器

14、和电压互感器的变比。异步边界圆动作n判据主要用于与系统联系严密的发电机失磁保护，边界圆内是失磁保护区。静稳边界圆U2 nX= X gnaCSS ngnnX 公式同上b5X为发电机与系统的联系电抗标幺值。静稳边界圆以发电机的临界失步点的机端测量阻S抗圆为依据，边界圆内为失步区。2、无功反向判据QQ= Kzdrel jxPgnKrel为牢靠系数， Qjx为发电机允许的最大进相无功功率， Pgn为发电机额定有功功率。3、三一样时低电压判据U= KUop.3 phrelh.minK为牢靠系数，U为高压侧系统最低正常运行电压。此判据一般取发电机机端电压，relh.min也可以取系统侧的母线电压，主要用于

15、防止由发电机失磁事故引发的无功储藏缺乏的系统电压崩溃。4、励磁低电压判据励磁低电压判据是依据发电机的静稳边界而设计的，包括等励磁电压判据和变励磁电压判据。等励磁电压判据：U= KU，K为牢靠系数，U为发电机额定空载励磁电压。fdrelfd 0relfd 0该判据可保证发电机在空载及轻载运行状况下失磁时保护能牢靠动作。变励磁电压判据：Ufd .op KUxsfd 0P - PtSK=Kxsrel( Xdn+ X )sK为转子电压判据定值， K为牢靠系数， X 、X 分别为发电机同步电抗和系统联络xsrelds电抗标幺值，U反响功率。fd 0为发电机额定空载励磁电压， P 为发电机当前的功率， P

16、 为发电机凸极t变励磁电压判据依据并联运行的发电机，对应某一有功功率P，将有维持静稳极限所必需 的励磁电压的原理，抑制了等励磁电压判据无法随发电机正常运行状况变化而调整的缺点， 该判据动作快速，能提前发出报警信号。5、减出力判据假设有功功率大于肯定值，则降低发电机出力。减小汽轮发电机出力则有可能将异步运行的汽 轮发电机拉人同步，减小水轮发电机输出的有功功率可防止水轮发电机因失磁故障而失步。上述失磁保护判据，一般有适当的组合，以保证保护的快速性和牢靠性。过励磁保护发电机和变压器的过励磁，可以在机组起动或停机过程中发生，也可以在机组负载突然卸去时发生。例如，发电机在额定负载运行条件下的励磁电流，要

17、比发电机空载额定电压下所需要的励磁电流要大得多。一旦负载突然卸去，满载时的励磁电流便足以在空载发电机上引6起一个相当高的电压值。在过励磁状况下，发电机和变压器的铁芯就会因饱和而消灭特别的磁通分布，并在某些铁芯中引起涡流，造成局部过热甚至形成铁芯烧伤。当铁芯局部截面受损以后，即使在正常的磁通密度下，也会使铁芯进一步劣化，而铁芯的修复则需要付出相当大的代价。由于现代大型发电机额定工作磁密接近其饱和磁密，使得过励磁故障的后果更加严峻。发电机机组必需要配置特地的过励磁保护。过励磁保护的整定过励磁保护的整定应当依据厂家供给的性能参数相协作，结合往年典型事故的阅历教训， 才能选择最正确整定值。其整定原则应

18、为尽量使所调整的励磁保护继电器的励磁曲线在发电机 过励磁曲线的下方，即在过励磁条件时，励磁保护继电器应能以比它所能承受的更短时间可 靠跳开断路器。同时，应当保证在正常运行条件下，发电机应有肯定的耐受励磁强度的水平，所以励磁保护继电器的启动值一般整定到略大于正常的最高运行值。参考文献：【1】赵宇.浅谈同步发电机的励磁系统J/OL.【2】程传玲，苏志波.浅谈水轮发电机失磁保护J.沿海企业与科技,2023,(09):119-121写在最终最开头听说自动装置这门课程期末是以论文的形式打分，我马上欢呼雀跃：到底自动装置那本书我还没看到一半，怎么考？现在轻轻松松就能解决这门课程了。所以教师公布题目 之后，

19、我始终没有着手去预备论文。直到十六周周末，我才开头查找资料。然而只有真正做的时候，我才觉察其中的困难：预备写的励磁系统种类繁多，光是系统地分类就耗去了不少时间。不过由于很多励磁系统的争论早已停顿在理论上，迟疑一再后后我便打算只阐述了我国常见的两种励磁系统。不过由于手中资料的杂乱无章，整理并归纳总结也是一项浩大的工程。后面的励磁保护也是如此，光凭书本上的学问很难有所成果。这时，我才恍然明白肖教师的用意所在了：书上的学问永久是皮毛，只有自己找准方向并竭尽全力地去追求学问才会真正地把握它们。而肖教师你正是给我们指出方向的导师！电能质量这门课程给我带来的不仅仅是学习上的收获，你在寻常课上散发出来的独立的学 者的气质、你的一言一行都深深地影响了我们：正直、严谨、孝顺、友善。这都是我们一生都应当为之坚守的东西。最终，感谢你这一学期以来对我们殷切有效的指导与关心！7