专题-发电机励磁系统.ppt

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1、,发电机励磁系统,励磁系统的作用,励磁系统的分类,励磁系统的结构,概 述,励磁系统在电能生产诸环节中的位置,发电机的同步转矩和功角,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。励磁系统的主要作用有：,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。 控制并列运行各发电机间无功功率分配。 提高发电机并列运行的静态稳定性。 提高发电机并列运行的暂态稳定性。 在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。 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。,励磁系统的分类,我厂发电机励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士

2、ABB公司原装产品,型号:UNITROL 5000系列Q5S-O/U251-S6000 ）。,发电机励磁系统基本原理框图,系统设备介绍,运行操作,性能要求,UN5000励磁系统,技术数据清单,运行方式,保护及逻辑回路,发电机静态励磁系统原理图,三相油浸式励磁变,没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。 可缩短机组的轴系长度，缩短电厂厂房长度。缩短了的汽轮机发电机轴系长度可提高机组轴系的稳定性、提高机组安全运行的水平。 没有主励磁机时滞环节，属高起始快速响应励磁系统，技术指标高，响应快，性能参数好。,自并励系统及其主要优点,起励装置,隐极同步发电机,转子下线,大电流集电环,电 刷,

3、就地控制屏 LCP,LCP可以用于UN5000励磁系统的就地操作。 它还能显示重要的过程信号。 它是可编程的，通过ARCNET总线与系统相连接。,正常运行中的LCP状态,维护操作面板(手持屏)UNS0874(SPA),多功能手持屏SPA用于调试和维护。具有就地操作、参数设定和应用程序编程功能。可显示励磁系统的数据（如发电机机端电压、励磁电流和励磁电压）、设定参数。还具有实时报警和故障记录管理功能。 该手持屏有16个触摸键和一个420字符的液晶显示屏，类似于一个袖珍计算器。它通过串行接口RS485与励磁装置相连接，数据传输速率为9600位/秒。手持屏的电源通过串行电缆提供，其本身不需电池。 手持

4、屏与AVR双通道之间的通讯是通过公共接口实现的。两通道由各自的ID识别号区分，不需要重新连接电缆，就可以自由选择与任一通道进行通讯。,CMT是一个非常便捷的软件工具，它可以安装在个人电脑中，用于设备的调试和维护。它的主要功能： 就地控制面板功能 趋势图功能 故障录波功能 显示和删除内部故障记录功能 软件框图实时显示功能 编程功能 参数修改、装载和磁盘保存功能 以文件形式保存当前设定和图形记录功能,调试维护工具（CMT）,发电机励磁系统AVR,励磁调节器（AVR）采用数字微机型， AVR中装设无功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/

5、H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电压毛刺吸收装置等。,采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行，两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。,安全运行的首要条件：,首先要成功地完成调试。 定期地按计划进行维护。 发生的任何故障已经完全排除。 对设定值 (参数) 的任何改变都已经经过检查和测试。,通电前的检查,励磁系统投入之前，必须保证所需要的全部

6、电源已经送电，必须保证能安全启动。必须进行下述的检查： 系统的维护工作已完成。 控制和电源柜已准备好待运行并且适当地被锁定。 发电机输出空载，到励磁变压器及励磁柜的输入/输出电缆断开 (临时接地线拆除)。,灭磁开关的控制电源及调节器电源已送电。 没有报警和故障信息产生。 励磁系统切换到远方控制方式。 励磁系统切换到自动运行方式。 发电机达到额定转速 (检查显示仪表上的转速)。,通电顺序,发电机空载特性曲线,发电机空载运行，发电机端电压等于转子感应电势。在转速恒定的条件下，发电机的机端电压直接取决于励磁电流。在发电机电压不超过额定电压的范围内，发电机端电压与励磁电流之间差不多呈线性关系。当发电机

7、电压超过额定值时，将发生饱和现象，这种饱和现象一般取决于定子铁心的设计。如欲在额定值的基础上进一步提高发电机电压，则必须增加更多的励磁电流，超过与电压成比例的励磁电流。,运行期间应当进行下述的定期检查：,a) 在控制室中 无限制器动作。 工作调节器的设定点没有达到极限设定值。 通道之间是平衡的，并且通道切换已准备就绪。 励磁电流、发电机电压和无功功率是稳定的。,b) 在励磁柜中: 无报警动作。 无非正常的噪音。,停机顺序,发电机励磁系统起励与灭磁,起励开始时，发电机的起励能量来自发电机残压。当可控硅的输入电压升到10V20V时，可控硅整流桥和励磁调节器就投入正常工作，由AVR控制进行软起励过程

8、。如果因长期停机等原因造成发电机的残压不能满足起励要求时，采用220V DC电源起励方式，当发电机电压上升到规定值时，起励回路自动脱开。,自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关的额定参数按励磁系统强励工况（机端电压为80%额定电压时，强励倍数2倍额定励磁电压）选择。灭磁开关型号为HPB60M81S额定电压1000V，开断电压3000V，设计开断电压1900V，短路电流开断能力100KA以上。,发电机励磁系统性能,当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统能连续运行。 励磁系统具有短时过载能力，励磁系统强励倍数不小于2（静止励磁系统即使定子电压降到80%额定值时）

9、，允许强励时间为20秒。 励磁系统具备高起始响应特性，在 0.05秒内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。励磁系统响应比（V）即电压上升速度，不低于3.58倍/秒,励磁调节器的调压范围：发电机空载时能在20-110%额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2%。发电机空载时手动调压范围为10%-130%UN。如果励磁电源采用6300V的厂用电时，手动调节的范围可以从0%130%，可满足发电机零起升压试验的要求。 功率整流装置的一个功率柜退出运行时满足发电机强励和1.1倍额定励磁电流运行的要求。当有2个功率柜退出运行时，能提供发电机额定工况所需的励磁容量。,

10、整流装置的每个功率元件都设有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障元件。并可检测熔断器熔断并给出信号。 整流装置冷却风机有100%的备用容量，在风压或风量不足时，备用风机应能自动投入。整流装置的通风电源设有两路，并可自动切换。任一台整流柜故障或冷却电源故障，发出报警信号。,技术数据清单,带有紧急备用通道的双通道系统,主通道1和主通道2之间的切换,这种励磁系统具有两个完全独立的调节器和控制通道(通道1 及 通道2) 。两个通道完全相同，因此可以自由地选择通道1 或 通道2作为工作通道。备用的通道 (不工作的通道) 总是自动地跟踪工作通道。基本上，除了下述情况以外，通道的切换可以在任何时间进行：,如

11、果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。而后，直到故障修复才可能再切回到故障通道。 如果不工作的通道故障，从工作通道到不工作通道的手动切换是不可能的。 若一个通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。然而，立即自动切换到不工作的通道，此不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止这种情况的发生，不工作的通道相对缓慢地跟随发电机电压，并具有一段延时。 应当考虑到从工作通道向不工作通道的手动切换时相应的迟缓特性。直接跟随发电机的电压变化，则切换具有一个短的延时。这种方法在每一种场合都能达到无扰动切换。,主通道自动/手动方式之间的切换,这种励磁系统的特点是每个主通道都有一个自动

12、调节器(自动方式) 和一个手动调节器(手动方式) 。在自动方式中，发电机电压受到调节，因此，在发电机机端产生恒定的电压。另一方面，在手动方式中，发电机励磁 (磁场电流) 保持恒定，随着发电机负荷的变化，发电机励磁 (磁场电流的设定点) 必须手动调整，以使发电机电压不变。基本上，由于不工作的调节器总是跟随工作调节器，所以在任何时间运行方式之间的切换都是可能的。,切换至紧急备用通道,除两个主通道之外，励磁系统还附加了两个紧急备用通道。与主通道的手动方式相类似的紧急备用通道，装有一个励磁电流调节器。除了励磁电流调节器之外，紧急备用通道还装有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。插入到主通道的过电

13、压保护插件起后备保护作用。紧急备用通道的励磁电流调节器的作用与主通道的励磁电流调节器是相同的。也就是紧急备用通道仅仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。,紧急备用通道的励磁电流调节器自动地跟随主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自动地进行无扰动切换。从主通道向紧急备用通道的手动切换只能由被授权的特殊操作人员进行。两个调节器的跟随调整使其能够切回到主通道。,叠加控制：无功功率调节器/功率因数调节器投入/退出,如果选择自动方式，并且发电机已连接到电网，就可以切换到无功功率调节器(Q)/ 功率因数调节器(cosPhi) 。无功功率调节器(Q)/ 功率因数调节器(cosPhi)是电压调节器的上位

14、调节器，并且在运行中只是缓慢地起作用。因此，电网的短时故障不会影响此上位调节器，而还是电压调节器在起作用。自动方式的所有限制器和原来一样起作用，如果需要的话可以控制电压调节器包括上位调节器。,无功调节器/功率因数调节器的特点是可以对其自身的给定点进行设置(给定点积分器)。当上位调节器断开时，给定点设置总是跟随实际值(当前的无功功率 Q / 当前的功率因数)。这就意味着发电机的运行点从电压调节器过渡到上位调节器不能立即起作用。而只是在上位调节器的设定点由HIGHER-升高 / LOWER降低命令调整后，无功功率 Q /功率因数也相应地改变。,叠加控制：无功功率调节器/功率因数调节器投入/退出,转

15、子接地保护装置UNS3020的原理图和外形图,同步发电机,中性点柜,汽轮机,励磁变压器,轴 电 流,+,-,轴承油膜,滑环,CFIELD_ROTOR,CROTOR_GROUND,CROTOR_GROUND,接地碳刷,轴 电 流,+,-,CROTOR_GROUND,CFIELD_ROTOR,轴电流滤波器,轴 电 流,跨接器触发板,触发单元UNS0017是静态灭磁装置（跨接器）的一部分，具有多个独立的放电可控硅触发回路。 发电机的受控灭磁回路是双冗余的，与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。 设有一个电压监测回路，在励磁电压超过设定值时它会自动触发可控硅。因此跨接器作为独立的过电压保护装置，可保护可控硅和

16、磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。,失磁保护（P/Q）,发电机运行点在超出其稳定极限时，失励保护动作，跳发电机。 利用功率圆图上的五个点设定保护曲线。保护曲线与P/Q限制器的限制曲线相似。但P/Q保护曲线在P/Q限制曲线基础上左移5到10。由于同步发电机的稳定极限与机端电压有关，P/Q保护曲线也与发电机端电压成比例校正。发电机工作点超过保护曲线时，触发定时器，经过可整定的延时后发出跳发电机命令。定时器延时启动信号也可用于报警。,过激磁保护（V/Hz触发器）,用于防止同步发电机和变压器过磁通。过激磁保护首先根据发电机频率和设定值计算出当前的机端电压允许值，如果发电机实际电压超过允许值，就会触发定

17、时器延时。在延时结束前，如果电压仍没有返回到允许值，则发出跳闸信号。,额定端电压时凸极同步发电机的典型功率圆图和对应的运行极限位置,用于过励侧和欠励侧运行限制的 定子电流限制器原理框图,定子电流限制器,该限制器用于防止发电机定子过热，在过励和欠励侧均有效。其工作原理与最大励磁电流限制器的工作原理相似。主要差别在于定子电流限制器没有一个确定的最大定子电流限制值，当时间趋于零时，限制值理论上可趋于无限大（Imax），通过适当的参数整定，可以得到接近于定子绕组最大允许热能Emax的反时限特性。,定子电流限制器分欠励侧和过励侧两部分，其限制量均为定子电流的平均值。当发电机过励时，欠励侧定子电流限制器截

18、止，反之亦然。通过检测负载的功率因数，可保证定子电流限制器双方向（过励和欠励）动作的正确性。显然，定子电流限制器不能影响发电机的有功电流分量。如果发电机的有功电流分量高于定子电流限制器的限制值，为避免误动作，限制器会自动将发电机无功功率调整为零。,最大励磁电流限制器和最小励磁电流限制器,最大励磁电流限制器和最小励磁电流限制器,最大励磁电流限制器用于防止转子回路过热，它设计具有反时限特性。限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制器，另一个是连续运行允许的过热限制值。与过热限制值关联的两个控制参数分别是转子等效加热时间和转子等效冷却时间。,同步发电机正常运行过程中（无限制器动作），最大励磁电流限

19、制器的限制值是强励顶值电流限制值Imax，即AVR可以在必要时提供强励顶值电流。在系统故障需要强行励磁来排除故障时，如果励磁电流的实际值超过过热限制值，调节器就会起动一个剩余功率积分器，将电流偏差值i2（其中iIfieldItherm）对时间积分，其结果正比于励磁绕组的加热能量。如果励磁电流持续高于过热限制值，那么积分器的输出i2dtE 将会增加。当积分器的输出值超过Emax时，最大励磁电流限制器的限制值将从Imax降低到Itherm。上述工作由过热检测器完成。当励磁电流降到正常值 以下后，剩余功率积分器启动反向冷却积分，按冷却时间常数Tcooling降低其输出。,如果系统继发故障，允许再次强

20、励，如果此时冷却时间尚未结束，剩余能量达到emax 所需的时间（即在此强励电流下允许运行的时间）比第一次强励时间要短。如果冷却时间已经结束（限制器复位），限制器将允许励磁电流在强励允许的正常时间段中保持在顶值水平，可以用外部信号干预过热限制值Itherm，如表示发电机冷却气体的温度信号，该信号可以被附加到过热限制值Itherm上。,最小磁场电流限制器的主要任务是防止失磁。这个功能通常用于水轮发电机组，它有可能在功率图的欠励侧做深度进相运行，即近于零励磁电流运行。在这种情况下，最小励磁电流限制器保证励磁电流不小于最小限制值。该限制值是维持变流器正常工作所必须的，同时还可用于防止转子极靴过热。最小磁场电流限制器只有一个最小限制值，瞬时动作。,最大励磁电流限制器在不同情况下有 两种限制特性,P/Q限制器,P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区，该限制器的限制曲线由对应五个有功功率点（P0，P25，P50，P75，P100）的五个无功功率设定值确定，曲线与发电机的定子电压水平有关，发电机电压变化时，限制曲线随之偏移。,谢谢大家,祝大家圣诞节快乐,