電機勵磁系統PPT課件

1、發(fā)電機勵磁系統 2005年年6月月 135135MWMW機組培訓系列機組培訓系列 發(fā)電機勵磁系統 目 錄 1、勵磁系統的任務 2、發(fā)電機勵磁系統的組成 3、常用的勵磁方式 7、滅磁 8、勵磁系統穩(wěn)定器 9、電力系統穩(wěn)定器 4、什么是自并勵勵磁系統 5、正確評價自并勵方式 6、自并勵系統的設計選型 10、微機自并勵勵磁系統 11、回顧與展望 發(fā)電機勵磁系統 勵磁系統的任務 使并列運行的各臺同步發(fā)電機所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配。使并列運行的各臺同步發(fā)電機所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配。 在正常運行條件下，供給發(fā)電機勵磁電流，并根據發(fā)電機所帶負荷在正常運行條件下，供給發(fā)電機勵磁電流，并根

2、據發(fā)電機所帶負荷 的情況，相應地調整勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓在給定水平上。的情況，相應地調整勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓在給定水平上。 1 增加并入電網運行的發(fā)電機的阻尼轉矩，以提高電力系統動態(tài)穩(wěn)定性增加并入電網運行的發(fā)電機的阻尼轉矩，以提高電力系統動態(tài)穩(wěn)定性 及輸電線路的有功功率傳輸能力。及輸電線路的有功功率傳輸能力。 2 3 4 在電力系統發(fā)生短路故障造成發(fā)電機機端電壓嚴重下降時，強行勵磁，在電力系統發(fā)生短路故障造成發(fā)電機機端電壓嚴重下降時，強行勵磁， 將勵磁電壓迅速增升到足夠的頂值，以提高電力系統的暫態(tài)穩(wěn)定性將勵磁電壓迅速增升到足夠的頂值，以提高電力系統的暫態(tài)穩(wěn)定性。 5 在發(fā)電機突

3、然解列、甩負荷時，強行減磁，將勵磁電流迅速減到安全在發(fā)電機突然解列、甩負荷時，強行減磁，將勵磁電流迅速減到安全 數值，以防止發(fā)電機電壓過分升高。數值，以防止發(fā)電機電壓過分升高。 6 在發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時，快速滅磁，將勵磁電流迅速減到零值在發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時，快速滅磁，將勵磁電流迅速減到零值 ，以減小故障損壞程度。，以減小故障損壞程度。 7 在不同運行工況下，根據要求對發(fā)電機實行過勵限制和欠勵限制等，在不同運行工況下，根據要求對發(fā)電機實行過勵限制和欠勵限制等， 以確保發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。以確保發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。 。 發(fā)電機勵磁系統 發(fā)電機勵磁系統的組成 （2）勵磁調節(jié)器。它

4、的作用是感受發(fā)電機電壓及）勵磁調節(jié)器。它的作用是感受發(fā)電機電壓及 運行工況的變化，自動地調節(jié)勵磁功率單元輸出的運行工況的變化，自動地調節(jié)勵磁功率單元輸出的 勵磁電流的大小，以滿足系統運行的要求。勵磁電流的大小，以滿足系統運行的要求。 一般由如下兩個基本部分組成一般由如下兩個基本部分組成 ： （1）勵磁功率單元，包括整流裝置及其交流電源。勵磁功率單元，包括整流裝置及其交流電源。 它的作用是向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁電源。它的作用是向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁電源。 發(fā)電機勵磁系統 常用的勵磁方式 1、 直流勵磁機勵磁方式。多用于中、小機組直流勵磁機勵磁方式。多用于中、小機組 。它實際上是一

5、個直流發(fā)電機。它實際上是一個直流發(fā)電機 優(yōu)點是比較簡單，不易受系統影響，調節(jié)比較穩(wěn)定，但是碳刷、整流子維護優(yōu)點是比較簡單，不易受系統影響，調節(jié)比較穩(wěn)定，但是碳刷、整流子維護 麻煩，尤其是冒火問題很難解決。麻煩，尤其是冒火問題很難解決。 2、交流勵磁機勵磁方式。其中按功率整流器是靜止的還是旋轉的又可分為交流勵磁機勵磁方式。其中按功率整流器是靜止的還是旋轉的又可分為 交流勵磁機靜止整流器勵磁方式（有刷）和交流勵磁機旋轉整流器勵磁方式交流勵磁機靜止整流器勵磁方式（有刷）和交流勵磁機旋轉整流器勵磁方式 （無刷）兩種。多用于容量在（無刷）兩種。多用于容量在100MW及以上的汽輪發(fā)電機組。及以上的汽輪發(fā)電

6、機組。 3、靜止勵磁方式。其中最具代表性的是自并勵勵磁方式。也多用于容量在靜止勵磁方式。其中最具代表性的是自并勵勵磁方式。也多用于容量在 100MW及以上的汽輪發(fā)電機組及以上的汽輪發(fā)電機組 按勵磁電源的不同分為如下三種方式按勵磁電源的不同分為如下三種方式 發(fā)電機勵磁系統 什么是自并勵？什么是自并勵？ 從發(fā)電機機端電壓源取得功率并使用靜止可 控整流裝置的勵磁系統，即電勢源靜止勵磁系統。 由勵磁變壓器、勵磁調節(jié)裝置、功率整流裝置、滅 磁裝置、起勵設備、勵磁操作設備等組成 。 發(fā)電機的勵磁電 源由接于發(fā)電機 出口的勵磁變壓 器TE供給，勵 磁電流靠自動電 壓調節(jié)器AVR進 行調節(jié)。 發(fā)電機勵磁系統

7、正確評價自并勵正確評價自并勵 自并勵方式的主要優(yōu)點自并勵方式的主要優(yōu)點是設備和接線簡單、可靠性高、勵是設備和接線簡單、可靠性高、勵 磁調節(jié)速度快，如采用三相全控整流電路，可以實現逆變磁調節(jié)速度快，如采用三相全控整流電路，可以實現逆變 滅磁，為簡化勵磁系統創(chuàng)造了條件滅磁，為簡化勵磁系統創(chuàng)造了條件 。 對發(fā)電機軸系安全的影響 自并勵磁方式大大縮短汽輪發(fā)電機的軸系長度，對減小汽自并勵磁方式大大縮短汽輪發(fā)電機的軸系長度，對減小汽 輪機的震動是非常有幫助的。若勵磁系統為微機化的勵磁輪機的震動是非常有幫助的。若勵磁系統為微機化的勵磁 系統，而不再采用分離元件，其運行更靈活，維護更方便系統，而不再采用分離元

8、件，其運行更靈活，維護更方便 對系統暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響 自并勵靜止勵磁系統響應速度快，發(fā)電機具有較高強勵電壓自并勵靜止勵磁系統響應速度快，發(fā)電機具有較高強勵電壓 倍數對系統的暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平有所改善倍數對系統的暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平有所改善 。 發(fā)電機勵磁系統 此時機端電壓及整流電源電壓嚴重下降，即使故障 切除時間很短，短路期間勵磁電流衰減不大，但在故障 切除后機端電壓的恢復需一定的時間，自并勵系統的強 勵能力有所下降。為解決這一問題，在系統設計中計算 強勵倍數時，整流電源電壓按發(fā)電機額定電壓值的80%計 算，即機端電壓為額定時強勵能力提高25%，且目前大中 型機組發(fā)電機出口均采用了封閉母線，發(fā)電機

9、端三相短 路可能性基本消除 。 自并勵最不利的情況 自并勵對繼電保護的影響 對主保護影響不大，對發(fā)變阻的后備保護影響較大，當發(fā)電機外部發(fā)生短 路時，機端電壓下降，勵磁電流也隨之減小，發(fā)電機短路電流衰減很快。 將導致發(fā)電機后備保護不能正常動作。為此，發(fā)電機后備保護需增設電流 記憶功能 。 發(fā)電機出口 三相短路 發(fā)電機勵磁系統 自并勵系統的設計選型 自并勵的應用條件自并勵的應用條件 由于勵磁輸出受發(fā)電機端電壓的制約，在某些系統嚴重 故障導致系統電壓波動較大的情況時不宜采用。位于主網震 蕩中心的發(fā)電機不宜采用該系統；位于負載中心或受端機組， 因故障導致系統電壓恢復慢，影響強勵能力的發(fā)揮，導致功 角振

10、蕩加大或系統電壓過低導致電壓崩潰，亦不宜采用 勵磁變壓器的選擇勵磁變壓器的選擇 環(huán)氧樹脂干式變壓器，多采用三角形環(huán)氧樹脂干式變壓器，多采用三角形-星形星形(/Y)接線接線 ， 配備相應的限制操作過電壓和過電流保護。配備相應的限制操作過電壓和過電流保護。 發(fā)電機勵磁系統 發(fā)電機的起勵發(fā)電機的起勵 利用起勵電源對發(fā)電機進行勵磁，待發(fā)電機電壓 達到或大于10%時通過切換裝置自動退出起勵回路, 轉換為勵磁變壓器提供勵磁電源 。 在機組調試階段及機組大修后進行發(fā)電機特性試 驗時，自并勵發(fā)電機需要一大容量的試驗電源來滿 足其空載、短路試驗時對動力的要求，一般可考慮 取自廠用高壓母線或者通過主變從系統倒送過

11、來 。 自并勵發(fā)電機的試驗電源自并勵發(fā)電機的試驗電源 發(fā)電機勵磁系統 可控硅勵磁功率柜可控硅勵磁功率柜 普遍采用可控硅全控橋 ，配置有交流過電壓保護 裝置，冷卻裝置。至少配置2套。 在發(fā)電機轉子回路設置滅磁開關，采用相應的滅磁 方式。轉子過壓保護裝置較多采用非線性電阻(高性 能氧化鋅壓敏電阻)來實現，這種方式較普遍采用。 滅磁及過壓保護裝置滅磁及過壓保護裝置 勵磁調節(jié)器勵磁調節(jié)器 投運的新機組都選用微機勵磁調節(jié)器，向多變量、向非投運的新機組都選用微機勵磁調節(jié)器，向多變量、向非 線性發(fā)展線性發(fā)展 。 發(fā)電機勵磁系統 要求發(fā)電機快速滅磁的原因要求發(fā)電機快速滅磁的原因 這是因為同步發(fā)電機發(fā)生內部短路

12、故障時， 雖然繼電保護裝置能迅速地把發(fā)電機與系統斷開， 但如果不能同時將勵磁電流快速降低到接近零值， 則由磁場電流產生的感應電勢將繼續(xù)維持故障電 流，時間一長，將會使故障擴大，造成發(fā)電機繞 組甚至鐵心嚴重受損。因此，當發(fā)電機發(fā)生內部 故障時，在繼電保護動作快速切斷主斷路器的同 時，還要求發(fā)電機快速滅磁。 在整個滅磁過程中，轉子電流的衰減在整個滅磁過程中，轉子電流的衰減 率保持不變，且由衰減率引起的轉子率保持不變，且由衰減率引起的轉子 感應過電壓等于其容許值感應過電壓等于其容許值 理想 滅磁 發(fā)電機勵磁系統 恒值電阻滅磁特點：恒值電阻滅磁特點：恒值電阻放電滅磁的特點是：轉子恒值電阻放電滅磁的特點

13、是：轉子 繞組兩端的電壓等于轉子電流與放電電阻的乘積。放電繞組兩端的電壓等于轉子電流與放電電阻的乘積。放電 電阻值可按轉子電壓小于或等于轉子電壓容許值的原則電阻值可按轉子電壓小于或等于轉子電壓容許值的原則 來選定；滅磁過程時間較長來選定；滅磁過程時間較長 恒值電阻滅磁：恒值電阻滅磁：滅磁開關動作后，其常閉觸點首先閉合，滅磁開關動作后，其常閉觸點首先閉合， 將放電電阻并接在發(fā)電機繞組兩端，然后常開觸點斷開，將放電電阻并接在發(fā)電機繞組兩端，然后常開觸點斷開， 將轉子繞組與直流勵磁電源斷開。這時，轉子電流將由將轉子繞組與直流勵磁電源斷開。這時，轉子電流將由 放電電阻續(xù)流，不致產生危險的過電壓。之后，

14、轉子電放電電阻續(xù)流，不致產生危險的過電壓。之后，轉子電 流在由轉子繞組和放電電阻構成的回路中自行衰減到零，流在由轉子繞組和放電電阻構成的回路中自行衰減到零， 完成滅磁過程。完成滅磁過程。 滅磁方式（一） 發(fā)電機勵磁系統 非線性電阻滅磁特點：非線性電阻滅磁特點：滅磁速度快，接近于理想滅磁曲滅磁速度快，接近于理想滅磁曲 線。由于非線性電阻在額定勵磁電壓和強勵電壓下，其線。由于非線性電阻在額定勵磁電壓和強勵電壓下，其 阻值很大，流過電阻的漏電流很小，因此可以直接并接阻值很大，流過電阻的漏電流很小，因此可以直接并接 于轉子繞組的兩端，既作為滅磁電阻又作為過電壓保護于轉子繞組的兩端，既作為滅磁電阻又作為

15、過電壓保護 器件，還簡化了接線和控制回路。器件，還簡化了接線和控制回路。 非線性電阻滅磁：非線性電阻滅磁：用非線性電阻代替恒值電阻，可以加用非線性電阻代替恒值電阻，可以加 快滅磁過程，當轉子電流大時，其阻值小，當轉子電流快滅磁過程，當轉子電流大時，其阻值小，當轉子電流 小時，其阻值又變大，使電流電阻兩者乘積變化不大，小時，其阻值又變大，使電流電阻兩者乘積變化不大， 并始終小于或等于轉子電壓容許值。并始終小于或等于轉子電壓容許值。 滅磁方式（二） 發(fā)電機勵磁系統 滅弧柵滅磁特點：滅弧柵滅磁特點：接近理想滅磁。缺點是轉子電流較小時接近理想滅磁。缺點是轉子電流較小時 不能很快斷弧不能很快斷弧 滅弧柵

16、滅磁：滅弧柵滅磁：滅弧柵中的電弧電阻實質上也是一種非線性滅弧柵中的電弧電阻實質上也是一種非線性 電阻，當燃弧時，其兩端電壓與電流大小無關，基本維持電阻，當燃弧時，其兩端電壓與電流大小無關，基本維持 一定值不變。當熄弧時，其阻值為無窮大，反電動勢一定值不變。當熄弧時，其阻值為無窮大，反電動勢UsUs愈愈 大，則轉子過電壓愈高，滅磁過程也愈快。為防止滅弧柵大，則轉子過電壓愈高，滅磁過程也愈快。為防止滅弧柵 中的電弧在其電流下降到零前同時熄滅而引起過電壓，故中的電弧在其電流下降到零前同時熄滅而引起過電壓，故 在每一柵片上并聯一段電阻。在每一柵片上并聯一段電阻。 滅磁方式（三） 發(fā)電機勵磁系統 滅磁方

17、式（四） 逆變滅磁：逆變滅磁：利用三相全控橋的逆變工作狀態(tài)，控制角利用三相全控橋的逆變工作狀態(tài)，控制角 從小于從小于9090的整流運行狀態(tài)突然后退到大于的整流運行狀態(tài)突然后退到大于9090的某一的某一 適當角度，此時勵磁電源改變極性，以反電動勢的形式適當角度，此時勵磁電源改變極性，以反電動勢的形式 加于勵磁繞組，使轉子電流迅速衰減到零的滅磁方法加于勵磁繞組，使轉子電流迅速衰減到零的滅磁方法 。 逆變滅磁的特點：逆變滅磁的特點：能將轉子儲能迅速地反饋到三相能將轉子儲能迅速地反饋到三相 全控橋的交流側電源中去，不需放電電阻或滅弧柵，簡全控橋的交流側電源中去，不需放電電阻或滅弧柵，簡 便實用；滅磁可

18、靠；滅磁時間相對較長，但過電壓倍數便實用；滅磁可靠；滅磁時間相對較長，但過電壓倍數 很低。很低。 發(fā)電機勵磁系統 轉子過電壓保護及滅磁設備 該設備與磁場開關配合，作為發(fā)電機轉子回路故障狀態(tài)該設備與磁場開關配合，作為發(fā)電機轉子回路故障狀態(tài) 下滅磁能量吸收和任何狀態(tài)下過電壓保護。下滅磁能量吸收和任何狀態(tài)下過電壓保護。 磁場斷路器柜( A 柜）和滅 磁過電壓保護柜（B柜）組 合而成。 發(fā)電機勵磁系統 非線性電阻在使用中存在的一些問題: 因氧化鋅滅 磁電阻正常情況下幾乎處于斷開狀態(tài)，目前現場尚無 有效的手段對其進行測量，以確認其性能良好，若氧 化鋅在使用過程中發(fā)生永久性短路或開路狀態(tài)，將可 能造成發(fā)電

19、機轉子繞組或滅磁開關損壞事故。非線 性電阻滅磁系統存在運行方式的適應問題，在強勵狀 態(tài)下，強勵電壓越高，滅磁時加在與繞組并聯連接的 非線性電阻端的電壓越低，有可能使非線性電阻不能 導通，而使換流失敗。同理，在逆變狀態(tài)下滅磁，逆 變電壓越負，加在非線性電阻兩端的電壓超高，導致 過分地加重了非線性電阻的負載 滅磁存在的一些問題 發(fā)電機勵磁系統 勵磁回路不能裝設快速動作的斷路器的原因 由于發(fā)電機勵磁回路存在電感，而直流電流又沒有過零的由于發(fā)電機勵磁回路存在電感，而直流電流又沒有過零的 時刻，當電流一定時突然斷路，電弧熄滅瞬間會產生過電時刻，當電流一定時突然斷路，電弧熄滅瞬間會產生過電 壓。電弧熄滅得

20、越快，電流變化速度越大，過電壓值就越壓。電弧熄滅得越快，電流變化速度越大，過電壓值就越 高，這可能造成勵磁回路絕緣被擊穿而損壞。因此同步發(fā)高，這可能造成勵磁回路絕緣被擊穿而損壞。因此同步發(fā) 電機的勵磁回路不能裝設快速動作的斷路器。電機的勵磁回路不能裝設快速動作的斷路器。 發(fā)電機勵磁系統 勵磁系統穩(wěn)定器 勵磁系統穩(wěn)定器又稱為阻尼器，它是指為將 發(fā)電機勵磁電壓（轉子電壓）微分，再反饋到綜 合放大單元的輸入端參與調節(jié)所采用的并聯校正 的轉子電壓微分負反饋網絡。勵磁系統穩(wěn)定器具 有增加阻尼、抑制超調和消除振蕩的作用。 發(fā)電機勵磁系統 電力系統穩(wěn)定器（PSS） 所謂電力系統穩(wěn)定器（Power Syste

21、m Stabilizer，簡稱PSS） 是指為了解決大電網因缺乏足夠的正阻尼轉矩而容易發(fā)生 低頻振蕩的問題所引入的一種相位補償附加勵磁控制環(huán)節(jié)， 即向勵磁控制系統引入一種按某一振蕩頻率設計的新的附 加控制信號，以增加正阻尼轉矩，克服快速勵磁調節(jié)器對 系統穩(wěn)定產生的有害作用，改善系統的暫態(tài)特性。 電力系統穩(wěn)定器的作用：主要是抑制電力系統0.12.5 Hz的低頻振蕩。電力系統穩(wěn)定器的任務是接受這些振蕩 信號，并按要求傳遞給勵磁電壓調節(jié)器，通過電壓調節(jié) 器的自動控制作用 ，對發(fā)電機轉子之間的相對振蕩提 供正阻尼，以此實現對振蕩的抑制。 發(fā)電機勵磁系統 低頻振蕩的產生原因 常出現在遠距離、重負荷輸電線

22、路上，或者互聯系統 的弱聯絡線上，在采用快速響應高放大倍數勵磁系統的條 件下更容易出現。微機勵磁調節(jié)器的時間常數小，可改善 電壓調節(jié)特性，提高了系統的暫態(tài)穩(wěn)定水平。但由于自動 勵磁調節(jié)器產生的附加阻尼為負值，抵消了系統本身所固 有的正阻尼，使系統的總阻尼減少或成為負值，以至系統 在擾動作用后的功率振蕩長久不能平息，甚至導致自發(fā)的 低頻振蕩 。 系統與系統或系統與系統或 機組與系統之機組與系統之 間的失步而解間的失步而解 列列 引起聯引起聯 絡線過絡線過 流跳閘流跳閘 發(fā)電機勵磁系統 微機自并勵勵磁系統 北京吉思電氣有限公司生產的GEC系列微機勵磁裝置 是具有自主知識產權，具有最簡單的硬件結構與

23、最豐富的 軟件功能的工業(yè)微機勵磁裝置。GEC系列微機勵磁裝置依 據先進的非線性控制理論和采用全數字化的微機控制技術， 使產品在改善發(fā)電廠和電力系統運行穩(wěn)定性方面具有明顯 的優(yōu)越性。 微機勵磁系統配置常采用雙柜配置，柜內包括勵磁調節(jié) 控制、功率單元、滅磁開關等，外部配有勵磁變壓器。 全數字化、四種控制方式（NOEC方式非線性最優(yōu)， LOEC方式線性最優(yōu)控制， PSS方式電力系統穩(wěn)定器 ， PID 方式比例、積分、微分 ）、直觀的人機接口、完備的保護 功能等 ，可靠性高。 發(fā)電機勵磁系統 對于微機勵磁調節(jié)器而言，其大部分功能都軟件化了， 即由軟件實現。從硬件角度看，微機勵磁系統即是由微 機控制器和受控對象（發(fā)電機）構成的微機工控系統。 發(fā)電機勵磁系統 靜止式自勵勵磁系統(GEC-II) 的典型接線的典型接線 發(fā)電機勵磁系統 勵磁系統常見故障 當勵磁系統出現故障時，要根據機組是否第一次啟勵建 壓，認真分析啟勵前后的有關測量參數、信號指示及其變 化情況和系統故障、機組有關保護動作情況，以合理確定 檢