Chapter3-300MW机组的励磁系统.docVIP

第三章 300MW机组的励磁系统 §3-1概述 同步发电机若要能正常工作，必须为它提供一定的励磁电流，才能建立起旋转磁场；另外，同步发电机的机端电压和机端电流与励磁电流If之间存在着一定的关系，通过改变If就可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。因此，为同步发电机提供If并对其进行控制，是对发电机实行运行、控制的重要内容之一。 发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，如励磁系统原理图所示。励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即If。励磁调节器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。整个励磁自动控制系统就是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。 吉林白山QFSN-300-2型发电机励磁系统的组成如表所示。 励磁系统的主要任务 正常运行条件下，供给同步发电机励磁电流； 特殊运行条件下，根据发电机所带负荷的情况，相应地调整If，从而维持发电机机端电压。 在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强励，即将If迅速增到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。 在同步电机突然解列、甩负荷时，进行快速灭磁，即将If迅速减到值，以减小故障损坏程度。 在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保同步发电机组的安全稳定运行。 合理分配并列运行的各同步发电机所带的无功功率。 励磁系统的基本要求 为了能完成上述各项任务，励磁系统应满足以下基本要求： 功能方面 能够稳定调节机端电压。 能合理分配或转移机组间的无功功率。 能迅速反映本系统故障，并有必要的励磁限制、灭磁及自我保护功能。 能迅速反应电力系统故障、具备强励等控制功能，以提高系统稳定性和改善系统运行条件。 性能方面 具有足够的调节容量，以适应各种运行工况的要求。 具有足够的励磁顶值电压、励磁顶值电流和电压上升速度。励磁顶值电压和励磁顶值电流是指励磁功率单元在强行励磁时，可能提供的最高输出电压值和电流值。 运行稳定、调节平滑且有足够的电压调节精度。 反应灵敏、迅速，时间常数小，无失灵区。 运行可靠，维护方便。 励磁系统的暂态性能指标 评价励磁系统对严重暂态过程所表现的性能，常用的重要技术指标有：强行励磁顶值电压倍数、励磁电压上升速度（电压响应比）、励磁电压上升响应时间。 强行励磁顶值电压倍数 用于衡量励磁系统的强励能力，一般指在强励作用下，励磁功率单元输出的最大励磁电压倍数，即顶值电压UFmax和额定励磁电压UFN的比值： Ku称为稳态顶值电压倍数或强励倍数。现代同步发电机励磁系统，一般Ku为1.5~2.0。Ku越高，越有利于电力系统的稳定运行 励磁电压上升速度——电压响应比 励磁电压上升速度是励磁系统重要性能指标之一，目前一般采用励磁机等效时间常数法来确定励磁电压上升速度，其定义为：当强励作用时，在时间间隔为励磁机等效时间常数TE之内，顶值励磁电压与额定励磁电压之差（UFmax-UFN）的0.632倍的平均上升速度对额定励磁电压UFN之比，称为“电压响应比”，用公式表示为： 如果励磁电压随时间按指数规律上升，电压响应比的含义如图所示。在强励作用后的第一个TE的瞬时，励磁电压从UFN已上升到差值（UFmax-UFN）的0.632倍，直线ab的斜率tg?就是励磁电压响应比。 励磁电压上升响应时间 目前还采用另一个反映响应速度快慢的指标，就是励磁电压上升响应时间，其定义为：励磁电压UFN从额定值上升到95% UFmax的时间。对于响应时间≤0.1s的励磁系统，通常称其为高起始响应励磁系统。 励磁方式 获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式可分为直流励磁和交流励磁： 直流励磁 用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁；直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。（见图）直流励磁机的极限制造功率为600~700 kW，提供的励磁电流仅达2000A左右，不能满足大容量机组励磁要求，因此，对大容量机组的励磁，只能采用将交流电源经硅整流装置整流后供给励磁系统，即交流励磁。 交流励磁 根据交流励磁电源的种类不同，又可分为两大类： 他励式励磁系统 第一类是采用与主机同轴的交流发电机作为励磁电源，经硅整流后，供给主发电机的励磁。由于这类励磁电源与发电机本身的输出无直接关系，故称为他励式励磁系统，与发电机同轴的用作励磁电源的交流发电机称为交流励磁机。这类磁励系统，按整流器是静止还是随发电机旋转，又可分为静止硅整流和旋转硅整流。而转硅整流方式，由于其硅整流元件和交流励磁机电枢与发电机主轴一同旋转，直接给主励磁绕组供给励磁电流，不需要经过转子滑环和炭刷引入，所以又称为无刷励磁方式。 自励硅整流励磁系统 第二类是采用接于发电机出