发电机励磁系统讲稿

发电机励磁系统目录励磁系统总体介绍UN5000励磁系统介绍励磁系统基本操作励磁系统附属设备励磁系统的原理励磁系统的作用励磁系统的分类第一章概述第一节发电机励磁系统基本原理励磁调节器励磁功率单元发电机输入信号电力系统励磁系统•供给发电机励磁电流的电源及其附属设备称为励磁系统。•它分为励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分。•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。第二节励磁系统的作用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。第二节励磁系统的作用励磁系统他励式励磁系统自励式励磁系统直流电机励磁系统(直流励磁机)整流器励磁系统交流励磁机自并励系统自复励系统谐波励磁系统静止整流器励磁系统旋转整流器励磁系统交流侧复合的自复励系统直流侧复合的自复励系统按整流器是否旋转分按供电方式分按整流器是否旋转分按功率引取方式分按复合位置分第三节励磁系统的分类第二章UN5000励磁系统•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ABB公司原装产品,型号:UNITROL5000系列Q5S-O/U251S6000）。•发电机静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步发电机电压和无功功率的目的。•其主要分为四个部分：①励磁变压器；②励磁调节器（AVR）；③可控硅整流器；④起励和灭磁单元；•如下图所示：发电机静态励磁系统原理图励磁变励磁调节器整流器灭磁单元调节器测量元件RE~发电运行部培训教材-G31EXCITATIONTRANSFORMERARCNETFIELDBUSUBATT.-R06-R02-G32-T02MUBCOBFIO2PSI1PSI2EXTERNALI/OADMUBCOBINTERNALI/OAD-F04-C04-C05PULSEBUS-G33-G34FIO13LCPREF-F75SPA-F02MOPTION:CMTTOOLWITHFIBRECABLE-T0524VDCSUPPLYBUS-F05-G05DC-G15-Q15-Q05AC70AdvantController70AIOAnalogInputOutputInterfaceCDPConverterDisplayCINConverterInterfaceCOBControlBoardCUSCurrentSensorDIIDigitalInputInterfaceEGCExtendedGateControllerFBCFieldbusCouplerFCFieldCommunicationInterfaceFIOFastI/OGDIGateDriverInterfaceLBILocalBusInterfaceLCPLocalControlPanelMBAModbusAdapterMBPModbusPlusAdapterMUBMeasuringUnitBoardOBIOpticalBusInterfacePBAProfibusAdapterPSIPowerSignalInterfacePTIPT100InterfaceROIRelayOutputInterfaceSPAServicePanelLEGEND:OR-A20-A10-Q80ACBUSDCBUSDC-C71-C72-R04-R05UAUX.-Q90ACAUX.BUSTGDICINCDPORPSI2-F04-V03-Q03-R03DIIFBCFBCOBIAIOPTIROILBI-Q02MBAMBA发电运行部培训教材AVR直流灭磁开关GCTPT三相油浸式励磁变主要优点：①没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。②自并励方式取消了励磁机，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。③因励磁调节直接在转子回路中，没有主励磁机时滞环节，属快速响应励磁系统，技术指标高，响应快，性能参数好。起励装置自并励系统及其主要特点自并励方式的缺点①整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压下降，影响励磁系统的强励能力。②有碳刷增加了维护量。③发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强励要求，强励减弱时，短路电流迅速衰减，而造成出口带时限继电器拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。④起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要另外设置起励电源。我公司励磁变压器采用三相油浸式变压器，冷却方式为自然油循环自冷（ONAN）；容量为7500KVA，变比为22KV/860V，一次电流196.8A，二次电流5035A；接线方式为D,Y11。励磁变提供测温、轻瓦斯、重瓦斯及压力释放装置。高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护（过流、过负荷、差动），一组用于测量（电压、电流）。低压侧每相也提供三组CT，两组用于保护，一组用于测量。第一节励磁变压器第二节可控硅整流器采用三相全波桥式整流，由六个臂组成。共有五个功率柜组成；可控硅整流桥通过一个门极驱动板（GDI）去驱动可控硅，进行整流。整流装置的每个功率元件都装有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障，并发出信号。当一个功率柜退出运行时能满足发电机强励和1.1倍额定电流运行的要求。当两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,不能进行强励。如果三台功率柜故障则自动切断励磁。第二节可控硅整流器运行中严禁打开功率柜的门，否则，该功率柜将自动退出运行。标准整流器(n=5)具有五个并联的可控硅整流桥，其中至少有一个冗余的（n-1）配置。（n-1）的含义是当一个可控硅故障时，系统仍能满足最大励磁功率。冷却方式：带双冗余风机的强迫冷却。当两台冷却风机都退出运行时，该整流柜退出运行。另外整流器还有温度保护，90℃跳闸。CIN:整流桥接口板；主要功能是向门极驱动板GDI发送用于触发三相全控桥的序列脉冲。用于监控整流桥的所有电子部件。其主要作用是监控风机、温度和熔丝。在每台整流桥的正、负输出连接处都配有电流传感器。根据这些输入值，CIN可自动调节各可控硅的电流，从而实现并联桥的均流。整流桥的实际状态显示在柜门的整流桥显示面板CDP上。GDI:门极驱动器将脉冲放大到晶闸管触发所必须的水平。第三节起励和灭磁单元正常情况下，发电机的残压用于起励是足够的。发电机转子有剩磁存在，一般情况下UN5000可以实现残压起励。当励磁投入后，可控硅桥立即被触发，只要可控硅输入端有10-20V的电源电压，门极控制单元就能有效地控制可控硅桥。备用起励回路（-R03，-V03，-Q03），用它励方式建立这一电压。备用起励电源取自220V直流系统。如果残压低于10V不足以建立发电机电压时，经过一定时间的延迟，起励装置就会投入：起励开关自动闭合，向磁场绕组通流，定子建压开始。当电压达到额定值的10%时，可控硅桥已经能正常工作，起励开关自动断开。软起励过程开始将发电机电压升到额定电压22KV，整个起励过程的控制和监测都是由AVR软件实现的。在整流桥的输出电压高于直流系统电压时，起励回路中的二极管会阻止反向电流流入直流系统。起励电流大约为空载励磁电流的10%至20%，其大小取决于串入的限流电阻-R03。软起励用于防止机端电压的起励超调。如果超调的话可能引起电压过高造成过激磁。灭磁单元灭磁当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电机，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放。灭磁功能由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电阻实现。灭磁开关设计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确的电气隔离。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HPB60M－81S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。•1）、灭磁作用：当发电机内部、引出线、厂高变等发生故障时，虽然保护装置动作迅速切除故障，但励磁电流产生的感应电动势会继续维持故障电流，为了迅速排除故障，减小其损坏程度，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放（实验表明，只要剩磁电压小于500V，电弧变不能维持一般剩磁电压不大于100-300V）即把励磁绕组的电流建立的磁场迅速降低到最小。•2）、灭磁要求:a.灭磁时间尽可能的短（发电机端电压由额定值Un降至5%Un所需的时间称灭磁时间）b.励磁绕组两端的过电压不超过允许值（通过跨接器来实现过压保护的要求）。•3）、灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一般是对采用旋转二极管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统，通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右）和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励磁）。4）、灭磁回路：由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电阻组成。灭磁电阻用于实现发电机的快速灭磁。a、非线性电阻Ｒ02（共五个）并联固定接在发电机励磁绕组回路中，不受直流回路中的灭磁开关控制。励磁电流的衰减过程取决于灭磁电阻的特性。非线形电阻的灭磁特性比线性的好，励磁电流的衰减比较快。b、当灭磁开关断开时，通过触发跨接器的可控硅将励磁电流瞬时导入灭磁回路。灭磁过程开始，灭磁开关触头可以无负荷断开。c、发电机正常运行时，跨接器的可控硅不导通，非线性电阻上不通过电流；灭磁开关跳开后，跨接器的可控硅接受触发脉冲导通，将励磁电流瞬时导入灭磁回路，直至磁场能量释放完。d、跨接器作为励磁绕组和可控硅整流器过电压保护。逆变灭磁是将能量释放在励磁变低压绕组上，逆变灭磁在灭磁开关分闸时间内完成的，一般是在毫秒内完成。磁场开关跳开后通过非线性电阻实现灭磁，灭磁时间较短2-3S左右。跨接器触发板X1Steuersignale24...250VDC3412567UNS0017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3800V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，可保护可控硅和磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。•自动电压调节器AVR的主要功能是精确地控制和调节发电机的机端电压和无功功率，它对励磁电压快速作出反应，响应时间为几个毫秒。第四节自动电压调节器AVRAVR的基本原理主要由测量比较、综合放大和移相触发三个基本单元构成。•测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成比例的直流电压，并与相应的电压整定值进行比较，得到偏差；•电压偏差信号输入到综合放大单元，综合放大单元对测量等信号起综合放大作用；•移相触发单元则根据输入的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲，改变导通角，从而控制可控硅的输出电压，以调节发电机的励磁电流。•我公司AVR选用的是2AVR+2FCR+2BFCR，也就是带有手动紧急备用通道的双通道系统，这是目前UN5000系统励磁系统的最高配置。•AVR：自动电压调节器；•FCR：励磁电流调节器；•BFCR：后备励磁电流调节器；•UG：发电机机端电压测量信号；•IG：发电机定子电流测量信号；•IF：励磁电流；带有紧急备用通道的双通道系统FCRAVRFCRCOB/MUBCHlChannelIAUTOHANDFCRAVRFCRCOB/MUBCHlIChannelIlAUTOHANDEGCEmergencyChannelIEmergencyChannelIIEGCAVR内部模块•励磁模块(A10，A20)