发电机励磁系统

发电机励磁系统调节原理

在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。

常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。

这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。

发电机励磁系统励磁装置

自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。

发电机励磁系统系统组成

励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。同步发电机的励磁系统主要由功率单元和调节器（装置）两大部分组成。如图发电机励磁系统所示：

其中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，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和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系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。

发电机励磁系统主要作用

励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；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。

发电机励磁系统电压的调节

自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

发电机励磁系统无功功率

发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。

发电机励磁系统无功负荷

并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的负则提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

柴油发电机组要进行必要的防雷保护。特别是直接与架空配电线路连接的柴油发电机组必须进行防雷保护，应根据国家标准设计规范的规定，按不同情况对发电机绝缘采取不同的防雷保护措施。

单机容量为300～1500kw的直配电机，采用9的保护接线进行过电压保护。单机容量为300kw及以下的高压直配电机，根据具体情况和运行经验，采用10(a)的保护接线，或10(b)的方式，只在线路入户处装设一组避雷器和电容器，并在靠近人户处的电杆上装设保护间隙或将绝缘子铁脚接地。个别重要电机采用9的保护接线。

保护高压旋转电机用的避雷器，一般采用磁吹避雷器，避雷器宜靠近发电机装设。在一般情况下，避雷器可装在电机出线处；如接在每一组母线上的发电机不超过两台，或单机容量不超过500kw，且与避雷器的距离不超过50m时，避雷器也可装在每一组母线上

当直配电机中性点能引出且未直接接地时，应在中性点上装设磁吹或普通阀型避雷器。避雷器额定电压不应低于发电机最高运行相电压，对于线电压为6．3kV的发电机应选用FCD-4型或FZ-4型4kV的避雷器；10. 5kV的发电机应选用FCD-6型或Fz-6型6kV的避雷器。

励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。

励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器；励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。

励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。励磁装置可以单独提供，亦可作为发电设备配套供应。

中小型水利发电设备已实施出口产品质量许可制度，未取得出口质量许可证的产品不准出口。

发电机励磁系统直流励磁机

这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。

发电机励磁系统交流励磁机

现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。

发电机励磁系统无励磁机

在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除设有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

发电机励磁系统组成部件

自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。

励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。

发电机励磁系统发展

由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

《发电机励磁系统的调节特性》主要介绍发电机励磁系统的电压调节特性。全书共六章，分别为概述、发电机励磁系统组成及控制原理、励磁系统现场模型参数辨识、实验室建模及性能检测、励磁调压问题探讨、发电机励磁系统稳定性控制实例分析。为方便读者学习，每章后都附有参考文献。

《发电机励磁系统的调节特性》可供从事电力系统科研、运行及管理人员、励磁专业的技术人员在实际工作中参考，也可供设计及研究人员参考。

序

前言

本书序

编者的话

第一章 概述

第一节　发电机励磁系统在电力系统中的作用

第二节　发电机励磁系统功能、指标和特点

第三节　发电机励磁系统的种类

第四节　发电机励磁系统的试验内容

本章参考文献

第二章 绝缘电阻测试和介电强度试验

第一节　绝缘电阻测试

第二节　介电强度试验

第三章 环境试验

第四章 励磁调节器电磁兼容性试验

第一节　概述

第二节　静电放电试验

第三节　辐射电磁场抗干扰度试验

第四节　电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验

第五节　浪涌抗干扰度试验

第六节　1MHz和100kHZ脉冲群干扰试验

第五章 励磁变压器、变流器试验

第一节　励磁变压器试验

第二节　串联变压器试验

第二节　电流互感器试验

第六章 励磁机试验

第一节　电机专业的交流励磁机试验

第二节　励磁机空载特性试验

第三节　励磁机负载特性试验

第四节　励磁机空载励磁绕组时间常数测定

第五节　副励磁机试验

第七章 灭磁和转子过压电压保护部件试验

第一节　范围

第二节　标准对灭磁能力的要求

第三节　试验分类与试验项目

第四节　基本试验方法和要求

第五节　其他灭磁装置

第八章 功率整流柜试验

第一节　绝缘测定和介电强度试验

第二节　过电压抑制测试

第三节　风速测试

第四节　噪声测量

第五节　温升试验

第六节　均流均压试验

第七节　功率整流柜的其他试验

第八节　功率整流元件检查

第九节　IGBT元件检查

第十节　脉冲变压器试验

第九章 单元特性试验

第一节　低励限制

第二节　过励限制

第三节　伏/赫限制

第四节　低频保护

第五节　移相特性试验

第六节　恒无功功率调节

第七节　恒功率因数调节

第八节　通信试验

第九节　测量单元检查

第十节　稳压电源单元

第十章 总体试验

第十一章 电力系统稳定器（PSS）整定试验

第十二章 励磁系统顶值电压、标称响应及电压响应时间测定

第十三章 励磁系统模型参数确认试验

第十四章 励磁系统相频幅特性测定

第十五章 交流励磁机在额定工况下带整流负载测定重叠角

第十六章 励磁调节装置仿真试验

附录A-P 2100433B

作者:竺士章

出版日期:2005-02-01

版次:1

开本:16开

简介:本书从发电机励磁系统试验项目入手，介绍了试验的目的、方法、参考标准、判别和注意事项，提供了相关的试验接线图、试验波形和数据。