科目二十一：水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)

科目二十一：水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)一、勵(lì)磁系統(tǒng)概述勵(lì)磁系統(tǒng)的組成勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁控制單元?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)的主要作用1） 供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱，維持機(jī)端電壓為給定水平2） 使并列發(fā)電機(jī)無功功率得到合理分配3） 電力系統(tǒng)發(fā)生短路事故或其他原因使機(jī)端電壓嚴(yán)重下降時(shí)，能對發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁4） 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。5） 在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，能迅速進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度6） 發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷等原因造成過電壓時(shí)，能對發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行勵(lì)磁勵(lì)磁系統(tǒng)的基本要求1）具有足夠的勵(lì)磁容量，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證在發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下勵(lì)磁電流和電壓的1.1倍時(shí),能長期連續(xù)運(yùn)行,以滿足發(fā)電機(jī)在允許的各種工況下獲得足夠的勵(lì)磁電流,即勵(lì)磁裝置的額定容量應(yīng)有一定的裕度。2）具有十分高的可靠性，勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組主要的自動(dòng)控制系統(tǒng)之一,出現(xiàn)故障就會(huì)直接影響機(jī)組的運(yùn)行,甚至影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。勵(lì)磁系統(tǒng)的年強(qiáng)迫停運(yùn)率不應(yīng)大于0.1%3）具有足夠的強(qiáng)勵(lì)能力，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障電壓降低時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)有很快的響應(yīng)速度和足夠大的勵(lì)磁頂值電壓,以保證電網(wǎng)電壓能維持在較高的水平。勵(lì)4）發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)設(shè)有自動(dòng)切換裝置。當(dāng)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作通道故障時(shí),能正確自動(dòng)切換到備用通道或從自動(dòng)調(diào)節(jié)切換到手動(dòng)調(diào)節(jié),且發(fā)電機(jī)無功功率無大幅度波動(dòng)5）發(fā)電機(jī)應(yīng)裝有自動(dòng)滅磁裝置及斷路器,在任何需要滅磁的工況下,能保證在轉(zhuǎn)子線圈絕緣所允許的過電壓條件下盡快可靠滅磁6）保證發(fā)電機(jī)電壓具有足夠的調(diào)節(jié)范圍。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元應(yīng)能在發(fā)電機(jī)空載電壓10%~110%額定值范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定、平滑的調(diào)節(jié)7）保證發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差率具有足夠的調(diào)節(jié)范圍，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)差率整定范圍為士15%,級差不大于1%,調(diào)差特性應(yīng)有較好的線性度8）保證勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。a、發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行,轉(zhuǎn)速在0.95~1.05額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),突然投入勵(lì)磁系統(tǒng),使發(fā)電機(jī)端電壓從零上升至額定值時(shí),電壓超調(diào)量不大于額定電壓的10%，振蕩次數(shù)不超過3次,調(diào)節(jié)時(shí)間不大于10s。b、在額定功率因數(shù)下,當(dāng)發(fā)電機(jī)突然甩掉額定負(fù)載后,發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量不大于15%額定電壓，振蕩次數(shù)不超過3次，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于10s9） 勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證發(fā)電機(jī)機(jī)端調(diào)壓精度優(yōu)于士0.5%10） 大型水輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)具備保護(hù)限制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器Pss等助功能二、勵(lì)磁系統(tǒng)的主要?jiǎng)?lì)磁方式1）他勵(lì)勵(lì)磁方式由發(fā)電機(jī)組本身以外的電源供電的勵(lì)磁系統(tǒng)稱為他勵(lì)勵(lì)磁方式，他勵(lì)勵(lì)磁方式，般由直流勵(lì)磁機(jī)或交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電源。a） 直流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式，具有專用的直流發(fā)電機(jī),這種專用的直流發(fā)電稱為直流勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式. 他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式，他勵(lì)直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流不再由自己供給,而是由另一臺被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給,所以叫做他勵(lì)。b） 交流勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式隨著整流技術(shù)的發(fā)展和大容量硅整流元件的出現(xiàn),現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流勵(lì)磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上,它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁分為以下方式：交流勵(lì)磁機(jī)（磁場旋轉(zhuǎn)）加靜止硅整流器（有刷）交流勵(lì)磁機(jī)（磁場旋轉(zhuǎn)）加靜止晶閘管整流器（有刷）交流勵(lì)磁機(jī)（電樞旋轉(zhuǎn)）加旋轉(zhuǎn)硅整流器（無刷）交流勵(lì)磁機(jī)（電樞旋轉(zhuǎn)）加旋轉(zhuǎn)晶閘管整流器（無刷）2）自勵(lì)勵(lì)磁方式在這種勵(lì)磁方式中不設(shè)置專門的勵(lì)磁機(jī),而是通過勵(lì)磁變壓器或大功率電流互感器從發(fā)電機(jī)本身取得勵(lì)磁電源，經(jīng)靜止整流器整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁,故也稱自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)勵(lì)磁方式又可分：自并勵(lì)勵(lì)磁方式：勵(lì)磁功率取自發(fā)電機(jī)機(jī)端,由接于發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵(lì)磁變壓器提供,經(jīng)晶閘管整流后向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,起勵(lì)時(shí)需要另加一個(gè)起勵(lì)電源。自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式，除勵(lì)磁變壓器外,還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路中的大功率電流互感器,具有兩種勵(lì)磁電源,通過勵(lì)磁變壓器獲得的電壓源,通過串聯(lián)變流器獲得的電流源。機(jī)端電壓量和電流量疊加方式的不同可分為直流側(cè)并聯(lián)、直流側(cè)串聯(lián)、交流側(cè)并聯(lián)、交流側(cè)串聯(lián)三、勵(lì)磁控制單元1） 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)a）可靠性高b）功能多c）通用性好d）性能好e）運(yùn)行維護(hù)方便2） 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)要求a）微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用兩套調(diào)節(jié)通道時(shí),應(yīng)能自動(dòng)或手動(dòng)切換,互為熱備用,以保證當(dāng)運(yùn)行調(diào)節(jié)通道故障時(shí),能正確、自動(dòng)地切換到備用調(diào)節(jié)通道b）勵(lì)磁系統(tǒng)某個(gè)調(diào)節(jié)器通道如設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行方式,則應(yīng)具有雙向跟蹤、切換功能。跟蹤部件應(yīng)能正確、自動(dòng)地跟蹤。切換應(yīng)具有手動(dòng)和TV斷線自動(dòng)切換能力,切換時(shí)保證發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率無大幅度的波動(dòng)c） 獨(dú)立運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié)通道電壓給定或勵(lì)磁電流給定應(yīng)帶有限位功能，發(fā)電機(jī)解列后應(yīng)能自動(dòng)返回至空載額定電壓位置

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)備有通信接口,能輸出勵(lì)磁有關(guān)數(shù)據(jù)到上級計(jì)算機(jī)或監(jiān)控裝置,并能接受其升、減磁等命令勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)有兩路供電電源,其中至少一路應(yīng)由廠用蓄電池組供電微機(jī)調(diào)節(jié)器還應(yīng)有勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)的顯示和在線整定;故障的檢測和診斷;調(diào)試和試驗(yàn);狀態(tài)、事件的記錄和故障的錄波等功能微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本構(gòu)成整個(gè)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件系統(tǒng)一般由穩(wěn)壓電源部分、測量部分、控制信號輸入部分、控制與報(bào)警信號輸出部分、脈沖放大部分、顯示部分及CPU部分等構(gòu)成微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)通道和運(yùn)行方式通道結(jié)構(gòu)有形式有：單微機(jī)、雙微機(jī)、多微機(jī)恒機(jī)端電壓運(yùn)行方式，即自動(dòng)運(yùn)行方式恒勵(lì)磁電流運(yùn)行方式，即手動(dòng)運(yùn)行方式恒無功運(yùn)行方式微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的限制保護(hù)功能最大勵(lì)磁電流限制強(qiáng)勵(lì)反時(shí)限限制欠勵(lì)限制無功過載限制V/F限制TV斷線保護(hù)在線檢測電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS附加控制四、勵(lì)磁功率單元?jiǎng)?lì)磁功率整流橋全控和半控勵(lì)磁功率柜的冷卻方式自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻、水內(nèi)冷冷卻阻容保護(hù)裝置過電壓時(shí)起保護(hù)回路勵(lì)磁變壓器五、發(fā)電機(jī)滅磁及過電壓保護(hù)單元發(fā)電機(jī)的典型滅磁方式，止制鐘H逆事滅縮*電托更畝離汕反込交it，止制鐘H逆事滅縮*電托更畝離汕反込交it電滅* …一亠事斤英克?lial ?申財(cái)蚯徉咗料電:上艮怨纓性4JH氏叱大功羋電戢徉咗料電:上艮怨2hO電RL“內(nèi)興出電昭&O赳乩1*4*<MHiH發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)過壓時(shí)電阻自動(dòng)投入，正常運(yùn)行電阻不投發(fā)電機(jī)滅磁及過壓保護(hù)原理框圖a)滅磁過電壓保護(hù)，勵(lì)磁系統(tǒng)在正常停機(jī)時(shí),調(diào)節(jié)器自動(dòng)逆變滅磁,滅磁開關(guān)不跳閘,非線性氧化鋅電阻不參與工作,無電流通過。當(dāng)逆變失敗或者事故停機(jī)時(shí),滅磁開關(guān)快速跳開b)非全相及大滑差異步運(yùn)行過電壓保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路器發(fā)生非全相或非同期合閘時(shí),會(huì)使發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行或大滑差異步運(yùn)行。在這兩種運(yùn)行狀況下,定子負(fù)序電流產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)磁場以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組,在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生劇烈的過電壓,能量遠(yuǎn)超過通常滅磁裝置的滅磁能量,產(chǎn)生的過電壓將會(huì)擊穿轉(zhuǎn)子繞組的絕緣六、水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)正常操作滅磁開關(guān)的操作起勵(lì)操作除殘壓起勵(lì)外,還采用外部輔助電源起勵(lì),保證勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)的可靠性起勵(lì)操作有自動(dòng)起勵(lì)和手動(dòng)起勵(lì)兩種方式，無論手動(dòng)還是自動(dòng),只要發(fā)出起勵(lì)命令后，經(jīng)10s機(jī)端電壓達(dá)不到10%額定電壓，就認(rèn)為起勵(lì)不成功，調(diào)節(jié)器將自動(dòng)撤消起勵(lì)命令,解除起勵(lì)電源,同時(shí)發(fā)“起勵(lì)失敗”信號零起升壓操作發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路絕緣電阻的測量停機(jī)測量應(yīng)采用500~1000V絕緣電阻表，其勵(lì)磁回路全部絕緣電阻值不應(yīng)小于0.5M。若低于以上數(shù)值時(shí),應(yīng)采取措施加以恢復(fù)。如暫日時(shí)不能恢復(fù),由發(fā)電廠總工程師決定是否運(yùn)行了機(jī)組運(yùn)行中也可以用勵(lì)磁回路電壓表進(jìn)行定期測量當(dāng)運(yùn)行中需要測量勵(lì)磁回路絕緣時(shí)，應(yīng)先將轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)連接片退出，再通過切換61SA，測量三個(gè)電壓值，絕緣正常時(shí),正對地電壓和負(fù)對地電壓為零;當(dāng)正極接地時(shí),則正對地電壓降低負(fù)對地電壓升高;當(dāng)負(fù)極接地時(shí),則負(fù)對地電壓降低,正對地電壓升高;當(dāng)發(fā)生