勵磁系統知識講座2025/4/18

主要內容（1）2025/4/181主要內容（2）2025/4/182主要內容（3）2025/4/182一、勵磁系統基礎知識（1）2025/4/183（一）、勵磁系統的任務1、電壓控制維持電壓水平是勵磁控制系統的最主要的任務，可以維持發電機或其他控制點（如主變高壓側母線）的電壓水平。理，虛線表示調差單元的輸出電平可以有兩種接入方式參與勵磁調節。Ug

虛線框內是勵磁調節器的基本原理框圖。按照調節原理，一個控制調節裝置，至少要有三個環節或單元。第一是測量單元，它是一個負反饋環節；第二是給定單元，它是調節中的參考點；第三是比較放大單元，它將測量值同參考值進行比較，并對比較結果的差值進行放大，從而輸出控制電壓Uk。這里的其他信號，是指調節器中的其他功能的作用信號，比如調差、勵磁電流限制、無功限制、PSS等。一、勵磁系統基礎知識（2）2025/4/1842、控制并聯運行機組無功功率合理分配在AVR中把電壓給定值加上一個與穩態有功和穩態無功成正比的信號，用于補償變壓器和傳輸線路上輸送功率引起的電壓降。分為有功調差和無功調差兩種。單獨的無功補償

對于發變組接線，由于主變的短路阻抗值比較大，需采用負調差以部分補償變壓器的電抗壓降，高壓側并聯點處仍為正調差，即當發電機負載無功電流增加時，并聯點的電壓仍有所下降。一般并聯點要求有較小的調差率（2%~3%）。相當于減小了機組與系統間的聯系電抗。

一般附加調差率的計算公式：

注：ABB對正、負調差的定義相反。一、勵磁系統基礎知識（3）2025/4/1853、對電力系統穩定性的影響

電力系統的穩定性分為靜態穩定、動態穩定和暫態穩定三種。

靜態穩定：是指當電力系統的負載發生微小擾動時，系統本身保持穩定傳輸的能力，主要涉及發電機轉子功角過大使發電機同步能力減少的情況。動態穩定：指系統遭受大干擾后，保持和恢復到穩定運行狀態的能力。失去動態穩定的主要形式是發電機之間的功角及其他量隨時間而增長的振蕩，或由于系統非線性振蕩而保持的等幅振蕩。一般此種振蕩頻率為0.2~3Hz，如低頻振蕩。

暫態穩定：指系統受到如各種短路、接地、斷線故障等大擾動后系統保持穩定的能力，發生暫態不穩定的過程時間較短，一般發生在事故后發電機轉子第一個搖擺周期內。一、勵磁系統基礎知識（4）2025/4/1864、改善動態穩定性暫態穩定性決定于加速面積abed是否小于或等于減速面積dfed。提高暫態穩定性有兩種方法,減小加速面積或增大減速面積。減小加速面積的有效措施之一是加快故障切除時間,而增加減速面積的有效措施是在提高勵磁系統勵磁電壓響應比的同時,提高強行勵磁電壓倍數,使故障切除后的發電機內電勢Eq迅速上升,增加功率輸出,以達到增加減速面積的目的。。

評價大擾動下的暫態性能的勵磁參數有頂值電壓倍數、勵磁電壓響應比和勵磁電壓響應時間。

評價小偏差信號，一般采用階躍響應試驗。一、勵磁系統基礎知識（4）2025/4/186（二）、勵磁控制器的控制規律

基本控制規律有比例（P）、積分（I）和微分（D）三種，常用PID+PSS模型。

比例調節實際上是一個增益（放大倍數）可調放大器，比例放大器的輸出變化量與偏差輸入成正比，無時間延時。加大比例控制KP，在系統穩定的情況下，可以減小穩態誤差，提高控制精度，但加大KP只減小誤差，卻不能完全消除穩態誤差。比例控制KP加大，會使系統的動作靈敏、響應速度快；KP偏大，振蕩次數變多，調節時間加長，當KP太大時，系統會趨于不穩定。若KP太小，又會使系統的響應緩慢。積分控制器的作用是可消除穩態誤差，其輸出信號的大小不僅與輸入偏差信號大小有關，還與偏差存在時間的長短有關。只要有偏差，控制器的輸出就不斷變化，而且偏差存在的時間越長，輸出信號的變化量也越大。其缺點是不能象比例控制那樣保持輸出與輸入同步，輸出量總是滯后輸入量的變化，難以及時克服擾動的影響。積分時間常數KI偏小，積分作用強，振蕩次數較多，KI太大，對系統性能的影響減小。

微分控制能根據被控量的變化趨勢采取超前性的調節產生超前的校正作用，可以較好地改善動態特性。如超調量減少，調節時間縮短，允許加大比例控制，使穩態誤差減小，提高控制精度等。但當TD偏大時，超調量較大，調節時間較長。當TD偏小時，同樣超調量和調節時間也都較大。只有TD取得合適，才能得到比較滿意的效果。一、勵磁系統基礎知識（5）2025/4/186（三）、勵磁系統的分類勵磁系統分類較多，一般按勵磁電源的不同類型分為三種：直流勵磁機系統、交流勵磁機系統、靜止勵磁系統。。目前電廠常用的勵磁系統主要采用自并勵勵磁系統和三機無刷勵磁系統。1、自并勵勵磁系統一、勵磁系統基礎知識（6）2025/4/186自并勵勵磁系統的特點自并勵勵磁系統屬于靜止勵磁系統。響應速度快，維持電壓穩定的能力強。采用機端勵磁變壓器作為交流勵磁電源，勵磁變壓器接在發電機出口或廠用母線上。自并方式的優點是：縮短了機組長度，設備和接線比較簡單，勵磁系統無轉動部分，有較高的可靠性；造價低；勵磁變壓器放置位置自由；勵磁響應速度快。存在兩點顧慮：第一、發電機近端短路時能否滿足強勵要求，機組是否會失磁；第二、由于短路電流的迅速衰減，有些繼電保護裝置可能會拒絕動作。一、勵磁系統基礎知識（7）2025/4/1862、無刷勵磁系統無刷勵磁系統徹底革除了滑環、電刷等轉動接觸元件，提高了運行可靠性和減少了機組維護工作量。無刷勵磁系統中，主勵磁機（ACL）電樞是旋轉的，它發出的三相交流電經過旋轉的二極管整流橋整流后直接送發電機轉子回路。主勵磁機電樞及其硅整流器與主發電機轉子都在同一根軸上旋轉，所以它們之間不需要任何滑環及電刷等轉動接觸元件。存在兩點顧慮：第一、旋轉半導體無刷勵磁方式對硅元件的可靠性要求高，監視手段不足；第二、發電機轉子電流、電壓及溫度不便直接測量。一、勵磁系統基礎知識（8）2025/4/186（四）、勵磁系統配置1、自并勵勵磁系統配置自并激靜止勵磁系統主要由勵磁變壓器、可控硅整流裝置、自動勵磁調節器及起勵裝置、滅磁及轉子過壓保護裝置等組成。（二次空開等）一、勵磁系統基礎知識（9）2025/4/186（1）勵磁變勵磁變壓器為勵磁系統提供勵磁電源，一般直接接至機端出口側。勵磁變壓器可設置過電流保護、溫度保護。容量較大的油浸勵磁變壓器還設置瓦斯保護。（注保護速斷的整定原則）早期的勵磁變壓器一般都采用油浸式變壓器。近年來，隨著干式變壓器制造技術的進步及考慮防火、維護等因素的影響，一般采用環氧干式變壓器。對于大容量的勵磁變壓器，往往采用三個單相干式變壓器組合而成。勵磁變壓器的聯接組別，通常采用Y/△-11組別。與普通配電變壓器一樣，勵磁變壓器的阻抗電壓百分比為4%～8%。（2）可控硅整流裝置大功率整流裝置均采用三相橋式接法，多采用全控橋。對于電感負載，當控制角在0～90°之間時，為整流狀態。當控制角在90～165°之間時，為逆流狀態。整流橋并聯支路數的選取原則為N+1。一、勵磁系統基礎知識（10）2025/4/186三相全控整流橋的工作原理導通順序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6

一、勵磁系統基礎知識（11）2025/4/186

三相全控整流橋的輸出電壓波形電阻性負載，移相范圍0-120D。一、勵磁系統基礎知識（12）2025/4/1810（3）滅磁裝置

滅磁方式a、直流滅磁（線性電阻、非線性電阻）b、交流滅磁c、逆變滅磁d、封脈沖滅磁非線性電阻有ZnO和SiO兩種。一般多用兩種以上的滅磁方式共同滅磁二、勵磁系統的試驗內容和方法（1）2025/4/1810（一）靜態試驗內容1、通電前外觀檢查

檢查勵磁裝置外圍回路完整，接線可靠，接入的電源正確；檢查內部回路接線可靠，外觀、機械結構、插件和元件無異常，具備通電條件。

注（1）應檢查插件內的跳線；（2）絕緣測試應在廠家指導下進行。2、裝置電源檢查

（1）外部電源檢查一般有交流和直流兩套電源，應分別測試。交流電源允許偏差-15%-10%；直流偏差-20%-10%。

（2）內部電源檢查

應分別模擬外部電源切換試驗，檢查內部電源的變化。穩壓精度<2%。3、模擬量采樣精度測試

應進行兩組發電機CT、兩組發電機PT、勵磁電流（交流測）、勵磁電壓、有功功率、無功功率的測試，要求滿足精度要求。注：應檢查對應的額定值是否正確。二、勵磁系統的試驗內容和方法（2）2025/4/18104、開入（指令）、開出（信號）量測試

注：（1）應分別在就地和遠方操作。

（2）應盡可能帶回路檢查。（3）注意斷路器的位置接點5、給定值范圍檢查

自動方式下，在70%-110%額定空載勵磁電壓范圍內調節；手動方式下，至少應在20%空載額定勵磁電流與110%負載額定勵磁電流范圍內。6、限制及保護定值檢測

過勵限制、低勵限制、V/Hz限制。

二、勵磁系統的試驗內容和方法（3）2025/4/1810（1）低勵限制的參數整定

應根據進相試驗的結果整定，應按照電廠機組正常方式下的進相試驗結果整定。

低勵限制應與失磁保護配合。

二、勵磁系統的試驗內容和方法（4）2025/4/1810（2）過勵限制試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（5）2025/4/1810（3）V/Hz限制試驗（4）強勵限制試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（6）2025/4/18107、小電流試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（7）2025/4/18108、其他靜態試驗（1）可控硅柜風機控制及快熔信號模擬試驗

檢查風機控制回路邏輯正確，風機運行正常。模擬快熔熔斷，發對應熔斷指示燈，發功率柜故障信號。（2）滅磁開關試驗

分別在就地和遠方（DCS）合、跳滅磁開關，檢查滅磁開關工作正常、指示準確、邏輯正確、輔助接點接觸良好。（3）起勵回路檢查給起勵電源，按“起勵”按鈕，檢查輸出直流的極性正確。在工控機或DCS上發勵磁投入指令，檢查邏起勵回路輯正確。

二、勵磁系統的試驗內容和方法（8）2025/4/18109、空負荷及帶負荷試驗（1）起勵試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（9）2025/4/1810二、勵磁系統的試驗內容和方法（10）2025/4/1810（2）階躍試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（11）2025/4/1810（3）通道切換試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（12）2025/4/1810（4）滅磁試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（12）2025/4/1810（5）帶負荷后的檢查試驗a、校驗P、Q、U、I測量

機組并網后，帶一定負荷下,校驗P、Q、U、I采樣值，檢查是否與實際值相符。b、小負荷時運行方式切換試驗（或在準備停機時進行）c、過勵、欠勵限制功能驗證試驗

通過改定值的方式進行。d、軸電壓測量（5）特殊試驗a、PSS試驗（注意模型和反調）b、勵磁建模試驗

二、勵磁系統的試驗內容和方法（13）2025/4/1810（6）日常檢修和維護a、例行巡檢a）巡檢的首要任務是觀察設備：聲音、氣味等；b）運行參數記錄要少而精：Uf、If；a角、功率柜電流（均流）；c）主要工況下運行參數記錄；d）設備溫度巡檢：紅外線溫度儀等。

使用紅外線測溫儀測量電纜，銅排等發熱設備；使用紅外線熱像儀記錄觀察比較重點設備和部位的溫度；3、滅磁開關觸頭溫度，可以用萬用表測量兩端的電壓值，一般是40-80毫伏，但要注意安全。b、設備清灰功率柜啟動抽風機，吹風機對著可控硅散熱器，順著風道方向吹。盡量將吹起的灰塵排到柜體外。對于散熱器內的灰垢，大修時可以采用管道毛刷清潔。二、勵磁系統的試驗內容和方法（14）2025/4/1810

勵磁設備散熱與防灰1、勵磁調節器是否采用進風濾網？當調節器內有風扇，則一定要裝設濾網；否則，可以不考慮。自冷散熱極大的減少灰塵；應進行風機切換試驗。2、勵磁調節器是否需要拔出插件板進行清灰？盡量不要拔出，防止接觸不良。采用吹塵器進行上下左右遠距離的吹灰即可；3、要注意阻容保護安裝位置與散熱問題；4、要注意單芯交流電纜因安裝方式和固定金屬支架而產生渦流發熱問題。c、可控硅的檢測可控硅導通條件：正向電壓、正向脈沖二、勵磁系統的試驗內容和方法（15）2025/4/1810

d、跨接器（過電壓保護）檢查a）對跨接器中的可控硅采用對線燈方式進行檢測；b）對跨接器的非線性電阻按照滅磁電阻簡單方式進行檢測；C）整體回路絕緣檢測和耐壓試驗按照常規方式進行-U103（Z）是一個由轉折二極管BOD組成的過電壓自觸發電路板，-A107是轉子反向過電壓導通晶閘管，-A108是轉子正向過電壓導通晶閘管，-R101是吸收過電壓的碳化硅非線性電阻。二、勵磁系統的試驗內容和方法（16）2025/4/1810

e、滅磁電阻的檢查a）線性電阻測量電阻即可；最好是在炭刷拔下的情況下在線測量；防止拆線恢復時帶來接線錯誤，確保滅磁電阻回路正確；b）碳化硅電阻平時也僅僅測量一下整體直流電阻即可，大修時用萬用表測量各個組件的電阻；如果電阻很高，則用低壓搖表接在電阻兩端搖一下，觀察電阻的導通情況；c）氧化鋅電阻的簡單測試也是用搖表搖電阻兩端，搖表電壓低時電阻高，搖表電壓高時電阻低。比較同一個搖表的數次記錄來判斷電阻的壓敏的變化是否過大。d）氧化鋅電阻的全面測試采用氧化鋅電阻測試儀，測試電阻組件的壓敏電壓和漏電流。第一次的測量記錄很重要，要長期保存，是以后判斷電阻特性是否超標或是否失效的重要依據。三、故障案例和應關注的幾個問題（1）2025/4/1810

1、轉子接地的問題a）關于使用勵磁和發變組保護中轉子接地的問題。應盡量使用發變組保護中的轉子接地保護或單獨的轉子接地保護（最好是兩套不同原理的）。浙江電網所在電廠有多次ABB內置UNS3020型轉子接地保護誤動情況發生，建議退出運行。關于轉子電壓直接接入保護的問題。b）關于大軸接地的問題。

接地碳刷應可靠接地（兩組碳刷），不能在保護處就地接地。c）檢查大軸碳刷接觸情況，集電環是否積灰，磁場開關柜、功率柜、出線柜、母線柜等是否受潮或接地現象；測量轉子直流電源正對地、負對地電壓；檢查輔助回路（如至故障錄波器電纜）的絕緣情況。三、故障案例和應關注的幾個問題（2）2025/4/1810

2、關于賽雪龍公司HPB滅磁開關的問題a、2007年左右開始廣泛使用，HPB開關是一種直流高速空氣斷路器（有雙跳閘線圈），具有對地絕緣等級高、遮斷容量大、尺寸小等優點。b、隨著ABBUNITROL5000勵磁系統升級為UNITROL6000勵磁系統，ABB改變了滅磁開關的配套，由原來的HPB改為GErapid。c、國投某電廠因HPB運行中觸頭發熱而損壞，是因為一個塑料復合材料器件（5400）開裂，造成主觸頭合閘壓力不夠。另聽說廣西龍灘電廠例行打開HPB，發現這個塑料復合材料（5400）也有開裂。2011版說明書中已要求按期更換。三、故障案例和應關注的幾個問題（3）2025/4/1810

2、關于賽雪龍公司HPB滅磁開關的問題（續）三、故障案例和應關注的幾個問題（4）2025/4/1810

2、關于賽雪龍公司HPB滅磁開關的問題（續）目前的檢查方案：1）把HPB滅磁開關的銘牌照下來，里面有生產日期。2）有3個方法可選。a、方法1就是檢修時檢測觸頭接觸電阻。采用一個大電流發生儀，比如微歐儀，給觸頭至少通上100A直流電，然后測量觸頭壓降，再通過壓降和電流計算接觸電阻。HPB觸頭接觸電阻一般在20-40微歐。b、方法2就是空載運行測量觸頭壓降，計算接觸電阻。c、方法3就是用紅外測溫槍在開機試驗或運行中，測量觸頭溫度，進行跟蹤記錄。建議不能超過80度。3）在觸頭旁裝設紅外自動檢測裝置，當溫度超過80度告警。三、故障案例和應關注的幾個問題（5）2025/4/1810

3、關于板件更換及使用的問題關于SAVR2000板件更換的問題：1）統計運行五年以上電廠機組，要求電廠更換SAVR2000的脈沖電源板、系統電源板和同步背板。2）統計運行五年以上的三機機組，要求電廠更換SAVR2000的脈沖放大板及功率柜的阻容吸收回路。3）SAVR-2000勵磁調節器的脈沖放大板、脈沖電源板、系統電源板可停機后直接斷電更換，板件更換完成后需要進行小電流試驗驗證。三、故障案例和應關注的幾個問題（6）2025/4/1810

4、部分案例（1）關于無功較大波動的問題：故障現象：某廠以B套為主運行，后又出現機端電壓和無功波形情況，現場將調節器切換至A套為主運行。運行一段時間后，A套同樣出現無功波動情況，波動幅度最大達到40MVar。三、故障案例和應關注的幾個問題（7）2025/4/1810

4、部分案例（1）關于無功較大波動的問題（續）：

現場用兩臺儀器分別監視PT1（對應A套調節器）和PT2（對應B套調節器）的三路線電壓波形，如下圖，記錄了無功出現波動時候的PT電壓波形。PT1電壓波形PT2電壓波形處理：現場在PT1的A相本體左右兩側分別用干木棒支撐，使之不再左右震動，波動消失。三、故障案例和應關注的幾個問題（8）2025/4/1810

（2）關于功率柜通風的問題：故障現象：運行中#1功率柜報+A相快熔熔斷，檢修人員到現場后退出#1功率柜，16:50時#2功率柜的+A相、#3功率柜的+A和+C相、#4功率柜的+A相快熔均熔斷。檢查情況：a、停機前在負載狀態測量了#1柜的6相脈沖輸入輸出均正常。停機后測量阻容吸收回路參數正常，柜內除散熱器外其他位置未發現放電痕跡。b、停機后打開柜前面板后發現，柜頂的濾網已基本堵死，用手電筒幾乎完全不透光。注：+A、+C相可控硅位于柜子上方的兩側，而風機在柜子下方。c、現場拆開可控硅檢查，發現可控硅門極附近無燒灼痕跡，散熱器固定支架受熱已變形。結論：由于風道堵塞，造成可控硅過溫度過高，導致可控硅的正反向重復峰值電壓參數嚴重下降，正向持續導通后，變成二極管，AB相間短路導致快熔熔斷。三、故障案例和應關注的幾個問題（9）2025/4/1810

（2）關于功率柜通風的問題（續）：

處理建議：a、建議每次停機后對柜頂濾網進行檢查，如果灰塵較多需要及時清理。b、運行人員定期對功率柜環氧板運行溫度進行記錄，如發現溫度異常，需及時通知檢修人員及廠家。c、對柜頂濾網進行更改，便于清潔維護。三、故障案例和應關注的幾個問題（10）2025/4/1810

（3）關于勵磁母線問題：

某廠發電機采