(11)Std 421.4-1990 IEEE励磁系统规范准备指南

1NARIIEEE励磁系统规范准备指南IEEEStd421.4-1990IEEE电力工程学会，发电委员会励磁系统分委员会提出IEEE标淮局1990,5,31批准国电自动化研究院电气控制技术研究所译2003年5月2目录1引言…………………………………………………………………….4.1.1用途和范围……………………………………………………………41.2参考文献………………………………………………………………51.3定义……………………………………...…………………………….52概述……………………………………………………………………..62.1基本情况……………………………………..………………………..62.2运行方式……………………………………..………………………..62.3安装…………………………………………..………………………..62.4规约…………………………………………..………………………..62.5绝缘系统……………………………………..………………………..62.6二极管及晶闸管………………………………………………………72.7利用率…………………………………………………………………72.8设备的冗余…………………………………………………………….72.9备件…………………………………………………………………….73、励磁系统定额考虑……………………………………………………..73.1总则……………………………………………………………………..73.2定额……………………………………………………………………..73.3瞬态要求……………………………………………..…………………84、励磁电源考虑…………………………………….…………………….94.1总则…………………………………………………………………….94.2旋转直流励磁机……………………………………………………….104.3旋转交流励磁机……………………………………………………….104.4静止励磁………………..……………………………………………..105、励磁系统性能和同步电机调节器考虑…..……………………………115.1手动控制性能………………………...…..…………………………...125.2自动控制性能（包括同步电机）..…………………………………...125.3辅助控制功能………………………………………………………….146、控制考虑………………..………………………………………………166.1灭磁………………..……………………………….……………………1636.2机组手动控制…………………………………………………………176.3机组自动控制…………………………………………………………176.4机组自动起动/停机……………………………………………………176.5机组自动电压跟踪…………………………………………………….176.6设定点调整器………..………………………………………………..176.7设定点跟踪……………………………………………………………186.8控制电路和电厂电路连接…..……………………………………….187、保护考虑……………………………………………………………….187.1一般要求……………………………………………………………….187.2保护动作………………..……………………………………………..187.3报警动作………………………………………………………………198、环境和密封考虑………………………………………………………198.1环境……………………………………………………………………198.2机柜……………………………………………………………………198.3远方安装的仪表和控制器……………………………………………209、制造厂应提供的信息…………………………………………………219.1一般要求…………..………………………………………………….219.2投标时要提供的信息…………………………………………………219.3发送设备前应提供的信息…………………………………………….219.4发送设备时应提供的信息…………………………………………….219.5照片………………………..…………………………………………..229.6设计阶段图纸评审过程………………………………………………229.7设备安装后的图纸修正………………………………………………2210、试验……………………….…………………………………………..2210.1例行工厂试验………………………………………………………..2210.2专门工厂试验………………………………………………………..2510.3现场试验…………………..…………………………………………2810.4其它部件的例行试验………..………………………………………29附录：交流—直流功率变换器………….………………………………..304IEEE励磁系统规范(*)准备指南1、引言本指南打算为规范编制者提供必要的资料，来准备一个采购同步电机励磁系统的规范（技术条件）。本指南中的信息是以叙事文形式，给出在准备规范时，应受检验的具体条款的说明和功用。*译者注(Specification可译作技术条件、技术要求及规范等，从国人习惯讲前两者更合适些，但为了节省篇幅，采用规范一词)1.1用途和范围本指南用途是帮助准备同步电机励磁系统采购规范。本指南适用于5000KVA或以上的同步电机励磁系统。在本指南中有些信息对某个励磁系统不适用时，可从编写的规范中去掉。贯穿于本指南的名词是“励磁控制系统”，励磁控制系统是包括同步电机和它的励磁系统的反馈控制系统。图1是励磁控制系统的方框图。图1励磁控制系统部件方框图励磁系统是向同步电机提供磁场电流的设备，它包括所有电源、调节、控制和保护单元，励磁机是向同步电机励磁提供磁场电流的设备。同步电机调节器是通过反馈和正向控制单元耦合同步电机输出变量和励磁机输入的调节器，用于调节同步电机输出变量（见IEEEStd421.1-1986[9]）。当同步电机连接到电力系统时，必须考虑励磁控制系统对电力系统的影响。51.2参考文献本标准要用到下述出版物：[1]ANSIC50.10-1977同步电机的一般要求；[2]ANSIC50.12-1982(1989重申)水轮机用的凸极同步发电机和发电机/电动机的要求；[3]ANSIC50.13-1989圆柱形转子的同步发电机要求；[4]ANSIC50.14-1977(1989重申)燃气轮机驱动的圆柱形转子的同步发电机要求；[5]IEEEC37.18-1979旋转电机(ANSI)用的IEEE标准密闭式磁场放电电路开关；[6]IEEEC57.12.00-1980浸液式配电，电力和调节变压器（ANSI）的一般要求；[7]IEEEC57.12.91-1979干式配电和电力变压器IEEE测试规范；[8]IEEEStd100-1988电气和电子学名词IEEE标准辞典；[9]IEEEStd421.1-1986IEEE同步电机励磁系统用标准定义；[10]IEEEStd421.2-1990IEEE励磁控制系统动态性能的鉴别，试验和评估指南；[11]IEEEStd421B-1979（1984重申）IEEE励磁系统高压试验要求标准；[12]IEEE委员会报告：用于电力系统稳定研究的励磁系统模型。IEEETrans.onPAS-1001981第494-509页1.3定义本指南要用到下述定义：励磁控制系统—包括同步电机及它的励磁系统的反馈控制系统；励磁系统—向同步电机提供磁场电流的设备，包括所有电源，调节、控制和保护单元；励磁系统稳定器—用于稳定励磁控制系统的控制单元；励磁机—为同步电机励磁直接提供磁场电流的设备；负荷调整率—因负荷变化导致电压变化的大小；电力系统稳定器（PSS）—用来阻尼和电力系统频率有关的当地或联络线方式振荡；同步电机调节器—通过反馈和正向控制单元耦合同步电机输出变量到励磁机输入，以调节同步电机输出变量为目的的调节器（见IEEEStd421.1-1986[9]）。62、概述2.1基本情况励磁系统的主要功能是为同步电机提供磁场电流，以满足在规定范围内的电力系统运行条件，除了满足上述要求外，买家在编制励磁系统规范时，还应该考虑其它的许多因素。在识别动态性能要求时，已经发现电力系统稳定研究是很有用的。对这些性能的评估，有助于确定要求的响应特性、和是否需要电力系统稳定器。现代励磁系统除了基本的电压调节外，可能包括各种辅助控制单元及保护元件，规范应对要包括在励磁系统内的所有辅助控制设备（补偿器、限制器、电力系统稳定器等）和保护设备（V/F保护、过励保护）进行功能性的鉴别。规范应包括关系到励磁系统设计，甚至不直接影响电压调节性能的一些条款。为帮助制造厂认清适用的标准和可能的设计限制，应包括设备类型的说明在内，例如是核电站，燃煤火电站或水电站等等。2.2运行方式在设计励磁系统时一个重要的考虑是，弄清电厂的型式及运行方式，规范应清楚地说明所有可能的运行方式，如发电、抽水蓄能、同步调相等，对每种可能的运行方式应提供最重要的负荷率。此外，规范应指出对无人值守运行的要求，如自动启动、遥控等。2.3安装励磁系统的规范应清楚地说明，所用的励磁控制设备应装在户内还是户外。在规范中应包括励磁系统安装前的贮存要求、运输及装卸要求。如果存在着较好的运输路径，规范应另行指出，所有已知的路径的最小运输尺寸和最大重量限制，此外规范应说明对安装地点的吊车起重量和可用性要求。2.4规约励磁系统规范应考虑对系统有用的规约和适用的标准。它应包括所有适用于设计、建筑和安装的当地法律和规约。应指出任何要用的测量单位，并且应指定书写安装、运行、维护和修理手册适用的语言。规范亦应确定励磁系统的国产化程度，包括设计、安装子系统、部件和劳动量等。规范应说明适用的绘图标准。2.5绝缘系统旋转励磁系统的规范应规定绝缘系统满足在ANSIC50.10-1977[1]中定义的7B级或F级系统，IEEEStd421B-1979[1]中规定的耐压试验应包括在内。2.6二极管与晶闸管对二极管与晶闸管应规定其电压定额为数倍（不必是整数）最大预期电压，在重要串联元件应用中，可以规定每个元件的耐压定额。2.7利用率励磁系统的可靠性和可维护性，应和电厂要求的可靠性和服务相协调，有些电厂要求有最小停机时间，在这种情况下，应考虑用冗余单元，在极其重要的应用中，规范编制者可以对励磁系统提出如MTTR（最小修理时间）、MTBF（二次故障间最小时间）和MTTF（故障平均时间）的要求。2.8设备的冗余足够的冗余度应允许元件故障和更换，不危及要求的发电机利用率。2.9备件应仔细地考虑备件的选用，保证有足够数目的另件可用，以支持所要求的可靠性和利用率。在写规范前可以和有希望的供应者接触，以得到一些建议。在招标过程中要给备件以专门的注意，使所有投标者都计及。3励磁系统定额考虑3.1总则影响到励磁系统定额的所有参数，应经协调和明确地规定。因为定额决定了主要部件的价格，规范编制者应小心地只规定定额一次，避免和规范的其它部分发生矛盾。有些参数和稳态运行有关，另一些和瞬态运行有关。当励磁系统和同步电机同时向同一制造厂订货时，许多设计参数能自动协调，不需要向不同供货者订货时那么详细的规定。3.2定额3.2.1额定电流连续电流定额应规定为等于和大于同步电机在任何允许连续运行下的磁场电流最大值。注意有些电机有连续过负荷的定额。此外，ANSIC50.12-1982[2]、ANSIC50.13-1989[3]和ANSIC50.14-1977[4]允许所有电机在±5%端电压变化下运行在额定的千伏安，有些电机可能要求更宽的运行范围。在确定定额时亦有必要考虑，额定频率偏移的需要。某些电机，例如燃气透平驱动的机组，其定额8取决于环境温度，这类电机的励磁系统可以有随温度而变化的定额。过去，有些励磁系统曾有过小的连续负向电流定额，这用在当电机运行在同步