1、會計學1 勵磁系統勵磁系統 發電機勵磁系統基本原理發電機勵磁系統基本原理 供給發電機勵磁電流的電 源及其附屬設備稱為勵磁 系統。 它分為勵磁功率單元和勵 磁調節器兩個主要部分。 勵磁功率單元向同步發電 機轉子提供勵磁電流；而 勵磁調節器則根據輸入信 號和給定的調節準則控制 勵磁功率單元的輸出。 第1頁/共36頁 勵磁系統是發電機的重要組成部份，它對電力系統及發電 機本身的安全穩定運行有很大的影響。其主要作用有： 根據發電機負荷的變化相應的調節勵磁電流，以維持機 端電壓為給定值。 控制并列運行各發電機間無功功率分配。 提高發電機并列運行的靜態穩定性。 提高發電機并列運行的暫態穩定性。 在發電機內

2、部出現故障時，進行滅磁，以減小故障損失 程度。 根據運行要求對發電機實行最大勵磁限制及最小勵磁限 制。 勵磁系統的作用 第2頁/共36頁 我廠勵磁系統 勵磁系統的分類 第3頁/共36頁 沒有旋轉部件。運行可靠性高，調整、維護簡 單，檢修方便。 自并勵方式取消了勵磁機，縮短了的汽輪機 發電機軸系長度可提高機組軸系的穩定性、提 高機組安全運行的水平。 因勵磁調節直接在轉子回路中，沒有主勵磁機 時滯環節，屬快速響應勵磁系統，技術指標高 ，響應快，性能參數好。 自并勵系統的優點 第4頁/共36頁 整流裝置電源電壓取自發電機端，系統故障時，隨著機端電壓 下降，影響勵磁系統的強勵能力。 有碳刷增加了維護量

3、。 發電機近端短路時，因機端電壓突然降低很多時可能不滿足強 勵要求，強勵減弱時，短路電流迅速衰減，而造成出口帶時限 繼電器拒動，使故障擴大，須加有記憶功能繼電器。 起勵時，發電機剩磁不足以提供可控硅的導通電壓，發電機不 能自勵，需要另外設置起勵電源。 自并勵系統的缺點 第5頁/共36頁 勵磁變勵磁調節器整流器滅磁單元 調節器 測量元件 RE 發電機靜態勵磁系統原理圖 第6頁/共36頁 第7頁/共36頁 第8頁/共36頁 我公司發電機勵磁系統采用的是機端自并勵靜止勵磁系統自并勵靜止勵磁系統（瑞士 ABB公司產品，型號:UNITROL 5000）。 發電機靜止勵磁系統通過可控硅整流橋控制勵磁電流，

4、達到調節同 步發電機電壓和無功功率的目的。 其主要分為四個部分： 1、勵磁變壓器； 2、勵磁調節器（AVR）； 3、可控硅整流器； 4、起勵和滅磁單元。 UNITROL 5000勵磁系統 第9頁/共36頁 我公司勵磁變壓器為廣東順特電氣有限公司生產的三臺單相環氧 澆注干式變壓器；總容量為3X3300KVA；變比為 27kV/1060V 。 采用自然風冷（帶冷卻風機）的冷卻方式，當勵磁變溫度高至 100時，冷卻風扇自啟；溫度低至80時，風扇自動停止。勵 磁變溫度高至130時，發超溫報警。 高壓側每相提供3組套管CT，兩組用于保護，一組用于測量。低 壓側每相也提供3組CT，兩組用于保護，一組用于測

5、量。 勵磁變壓器 第10頁/共36頁 第11頁/共36頁 自動電壓調節器AVR的主要功能是精 確地控制和調節發電機的機端電壓和 無功功率，它對勵磁電壓快速作出反 應，響應時間為幾個毫秒。 我公司AVR選用帶有手動緊急備用 通道的雙通道系統，這是目前 UNITROL 5000系統勵磁系統的最高 配置。 自動電壓調節器AVR 第12頁/共36頁 AVR的基本原理 主要由測量比較、綜合放大和移相觸發三個基本單元構 成。 測量比較單元用來測量經過變換的與發電機端電壓成 比例的直流電壓，并與相應的電壓整定值進行比較，得 到偏差； 電壓偏差信號輸入到綜合放大單元，綜合放大單元對 測量等信號起綜合放大作用；

6、 移相觸發單元則根據輸入的控制信號的變化，改變輸 出到可控硅的觸發脈沖，改變導通角，從而控制可控硅 的輸出電壓，以調節發電機的勵磁電流。 第13頁/共36頁 負責所有的調節和控制功能，還包括可控硅 的脈沖產生。每一塊COB 包括以下功能： 自動電壓調節器(自動控制) 勵磁電流調節器(手動控制) 具有時間可調的軟啟動功能 自動運行通道和自動備用通道之間的自動跟 蹤 自動和手動通道的雙向自動跟蹤 恒無功或恒功率因素的控制 PSS電力系統穩定器。 控制板控制板(COB)(COB) 第14頁/共36頁 用于測量發電機定子側信號。 它直接測量發電機的三相電壓 和電流，并通過這些量計算出 其它信號：如P（

7、有功）、Q（ 無功）、f（頻率）等，同時提 供了強電參數和測量信號之間 的電氣隔離。 測量單元板測量單元板(MUB)(MUB) 第15頁/共36頁 作為雙通道配置的后備通道使用。 EGC 連同COB、MUB一起安裝在同 一個金屬箱中，但在結構上是獨立的 。 EGC具有下列功能： 1、勵磁電流調節 2、通道跟蹤，以便在COB故障 時 實現平穩切換 3、備用瞬時過電流保護繼電器 4、備用反時限過電流繼電器 5、直流側短路保護 擴展門極控制板擴展門極控制板(EGC)(EGC) 第16頁/共36頁 快速輸入輸出界面卡快速輸入輸出界面卡(FIO) COB板與被處理信號接口 16 路開關量輸入 18 路開

8、關量輸出 4 路模擬量輸出 3 路模擬量輸入 跨接器電流信號輸入 3 路帶放大器功能的電流電壓信號輸 入 第17頁/共36頁 主回路信號接口板主回路信號接口板(PSI) 控制模塊(COB)和勵磁系統實 際測量值之間的帶電氣隔離的一 個接口，包括勵磁電流和電壓的 測量，可控硅整流橋輸入電流和 電壓的3相測量。 第18頁/共36頁 LCP可以用于 UNITROL 5000勵磁系統 的就地操作。 它還能顯示重 要的過程信號 。 它是可編程的 ，通過 ARCNET總線 與系統相連接 。 復位報警 就地控制屏（就地控制屏（LCPLCP） 模擬數顯 電池% 滅磁開關勵磁退出 降壓 手動 通道 功能按鈕 遠

9、方/遙控 功率因數 試驗燈 第19頁/共36頁 采用三相全波橋式整流，共有4個功率柜組成 。 可控硅整流橋通過一個門極驅動板（GDI）去 驅動可控硅，進行整流。 整流裝置的每個功率元件都裝有快速熔斷器保 護，以便及時切除短路故障，并發出信號。 當一個功率柜退出運行時能滿足發電機強勵和 1.1倍額定電流運行的要求。 當兩個功率柜退出運行時，能提供發電機額定 工況所需的勵磁容量,不能進行強勵。 如果三臺功率柜故障則自動切斷勵磁 可控硅整流器 第20頁/共36頁 第21頁/共36頁 運行中嚴禁打開功率柜的門，否則，該功率 柜將自動退出運行。 標準整流器 (n = 4) 具有4個并聯的可控硅整 流橋，

10、其中至少有一個冗余的（n-1）配置。 （n-1）的含義是當一個可控硅故障時，系統 仍能滿足最大勵磁功率。 冷卻方式：帶冗余風機的強迫冷卻。當兩臺 冷卻風機都退出運行時，該整流柜退出運行。 另外整流器還有溫度保護，90跳閘。 第22頁/共36頁 主要功能是向門極驅動板/脈沖觸發板GDI發送用 于觸發三相全控橋的序列脈沖。 用于監控整流橋的所有電子部件。其主要作用是 監控風機、溫度和熔絲。 在每臺整流橋的正、負輸出連接處都配有電流傳 感器。根據這些輸入值，CIN可自動調節各可控硅 的電流，從而實現并聯橋的均流。 整流橋的實際狀態顯示在柜門的整流橋顯示面板 CDP上。 GDI: 門極驅動器/脈沖觸發

11、板 將脈沖放大到晶 閘管觸發所必須的水平。 整流橋接口板（整流橋接口板（ CIN CIN） 門級驅動器（門級驅動器（GDI)GDI) 第23頁/共36頁 正常情況下，發電機的殘壓用于起勵是足夠的。發電 機轉子有剩磁存在，一般情況下UNITROL 5000可以實 現殘壓起勵。 當勵磁投入后，可控硅橋立即被觸發，只要可控硅輸 入端有10-20V的電源電壓，門極控制單元就能有效地 控制可控硅整流橋。如果殘壓低于10V不足以建立發電 機電壓時，經過一定時間的延遲，起勵裝置就會投入： 起勵回路自動閉合，向磁場繞組通流，定子建壓開始。 起勵單元 第24頁/共36頁 當電壓達到額定值的10%時，可控硅橋已經

12、能正常工作， 起勵開關自動斷開。軟起勵過程開始將發電機電壓升到額 定電壓27KV，整個起勵過程的控制和監測都是由AVR軟件 實現的。 在整流橋的輸出電壓高于直流系統電壓時，起勵回路中的 二極管會阻止反向電流流入直流系統。 起勵電流大約為空載勵磁電流的10%至20%，其大小取決 于串入的限流電阻 R03 。 軟起勵用于防止機端電壓的起勵超調。如果超調的話可能 引起電壓過高造成過激磁。 第25頁/共36頁 當保護繼電器檢出發電機內部故障時，為保護發電機 ，必須安全迅速地將儲存在磁場中的能量泄放。滅磁 功能由滅磁開關，跨接器和滅磁電阻實現。 滅磁開關 設計用于在任何故障情況下安全切斷勵磁電流。滅磁

13、開關開斷后，還在勵磁變壓器和磁場繞組之間形成明 確的電氣隔離。 自動滅磁裝置裝在勵磁回路直流側。滅磁開關型 號為GERapid8007 2X2額定電流8000A，開斷電流 120KA。 勵磁系統具有短時過載能力，對靜態自并勵系統 ，按80%機端電壓計算，強勵倍數不小于2，允許強 勵時間10秒。 滅磁單元 第26頁/共36頁 第27頁/共36頁 滅磁作用滅磁作用：當發電機內部、引出線、高廠變等發生 故障時，雖然保護裝置動作迅速切除故障，但勵磁電 流產生的感應電動勢會繼續維持故障電流，為了迅速 排除故障，減小其損壞程度，必須安全迅速地將儲存 在磁場中的能量泄放，即把勵磁繞組的電流建立的磁 場迅速降

14、低到最小。 滅磁要求滅磁要求： 1.滅磁時間盡可能的短（發電機端電 壓由額定值Un降至5% Un所需的時間稱滅磁時間） 2.勵磁繞組兩端的過電壓不超過允許值（通過跨接器 來實現過壓保護的要求）。 滅磁方式滅磁方式：逆變滅磁。 第28頁/共36頁 滅磁回路：主要由磁場開關、滅磁電阻、晶閘管跨接器及其相 關的觸發元件組成。 滅磁電阻用于實現發電機的快速滅磁。 a、非線性電阻02并聯固定接在發電機勵磁繞組回路中，不受 直流回路中的滅磁開關控制。勵磁電流的衰減過程取決于滅磁 電阻的特性。非線形電阻的滅磁特性比線性的好，勵磁電流的 衰減比較快。 b 、當滅磁開關斷開時，通過觸發跨接器的可控硅將勵磁電流

15、瞬時導入滅磁回路，滅磁過程開始。 c 、發電機正常運行時，跨接器的可控硅不導通，非線性電阻上 不通過電流；滅磁開關跳開后，跨接器的可控硅接受觸發脈沖 導通，將勵磁電流瞬時導入滅磁回路，直至磁場能量釋放完。 d 、跨接器作為勵磁繞組和可控硅整流器過電壓保護。逆變滅 磁在滅磁開關分閘時間內完成的，一般是在毫秒內完成。磁場 開關跳開后通過非線性電阻實現滅磁，滅磁時間較短2-3S左右 。 第29頁/共36頁 觸發單元是靜態滅磁裝置（跨接器） 的一部分，具有多個獨立的放電可控 硅觸發回路。 發電機的受控滅磁回路是雙冗余的， 與滅磁開關的跳閘線圈同時接通。 設有一個電壓監測回路，在勵磁電壓 超過設定值時它

16、會自動觸發可控硅。 因此跨接器作為獨立的過電壓保護裝 置，可保護可控硅和磁場繞組免受危 險過電壓尖峰的沖擊。 跨接器及觸發板跨接器及觸發板 第30頁/共36頁 轉子一點接地對汽輪發電機組的影響不大，一般允 許繼續運行一段時間。發電機組發生一點接地后，轉 子各部分對地電位發生變化，比較容易誘發兩點接地 ，汽輪發電機一旦發生兩點接地，其后果相當嚴重， 由于故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉子本體； 由于部分繞組被短接，勵磁繞組中電流增加，可能因 過熱而燒傷；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去 平衡，從而引起振動。勵磁回路兩點接地，還可使軸 系和汽機磁化。 勵磁回路兩點接地，即使保護正確動作，從防止

17、汽 缸和大軸磁化方面來看，為時已晚。勵磁回路發生兩 點接地故障引起的后果非常復雜，處理很麻煩。 轉子接地保護轉子接地保護 第31頁/共36頁 近年來，大型汽輪發電機裝設一點接地保護已屬定論，國內 外均無異議。但在一點接地保護動作于信號還是動作于跳閘的 問題上，存在著不同的看法。主張動作于信號者，則考慮裝設 兩點接地保護；主張動作于停機者，則認為不必再裝設兩點接 地保護，這有利于避免發生汽機磁化。另外，由于目前尚缺少 選擇性好、靈敏度高、經常投運且運行經驗成熟的勵磁回路兩 點接地保護裝置，所以也有不裝設兩點接地保護的意見，進口 大型機組，很多不裝兩點接地保護。 ABB公司的UNITROL 5000型勵磁系統中帶有電橋式轉子接 地保護裝置，他們對轉子接地保護的設計思想是：當勵磁回路 絕緣電阻下降到一定值時報警，當絕緣電阻繼續下降至一定值 時，保護即動作切除發電機組，以防止發生兩點接導致災難性 事故。（我廠設不設兩點接地保護） 第32頁/共36頁 勵磁系統投入之前，必須保證所需要的全部電源已經 送電，必須保證能安全啟動。必須進行下述的檢查 ：