第二篇 300MW汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)

1、整理ppt第二篇第二篇 300MW 300MW 汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)汽輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng) 1 勵磁系統(tǒng)概述勵磁系統(tǒng)概述 2 交流勵磁機組交流勵磁機組 3 硅整流裝置硅整流裝置 4 滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置 5 自動勵磁調(diào)節(jié)器自動勵磁調(diào)節(jié)器 6 勵磁系統(tǒng)的調(diào)整試驗勵磁系統(tǒng)的調(diào)整試驗整理ppt1 勵磁系統(tǒng)概述勵磁系統(tǒng)概述1.1勵磁控制系統(tǒng) 發(fā)電機需要有可調(diào)的直流磁場，以適應運行工況的變化。產(chǎn)生這個可調(diào)磁場的直流勵磁電流稱為發(fā)電機的勵磁電流，為發(fā)電機提供可調(diào)勵磁電流的設(shè)備，構(gòu)成發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。 勵磁系統(tǒng)一般由兩個基本部分組成：第一部分是勵磁功率單元(包括整流裝置及其交流電源

2、)，它向發(fā)電機的勵磁繞組提供直流勵磁電流；第二部分是勵磁調(diào)節(jié)器，它感受發(fā)電機電壓及運行工況的變化，自動地調(diào)節(jié)勵磁功率單元輸出的勵磁電流的大小，以滿足系統(tǒng)遠行的要求。整理ppt1.1.1 勵磁系統(tǒng)的任務 在正常遠行條件下，供給發(fā)電機勵磁電流，維持發(fā)電機機端電壓在給定水平上。 使并列運行的各同步發(fā)電機組所帶的無功功率得到穩(wěn)定而合理的分配。 增加并入電網(wǎng)運行的發(fā)電機的阻尼轉(zhuǎn)矩，以提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性及輸電線路的有功功率傳輸能力。 在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成發(fā)電機機端電壓嚴重下降時，強行勵磁，將勵磁電壓迅速增升到足夠的頂值，以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。 在發(fā)電機突然解列，甩負荷時，強行減磁，將勵磁電

3、流迅速降到安全數(shù)值，以防止發(fā)電機電壓過分升高。 在發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生短路故障時，快速滅磁，將勵磁電流迅速減到零值，以減小故障損壞程度。 在不同運行工況下，根據(jù)要求對發(fā)電機實行過勵磁限制和欠勵磁限制等限制，以確保發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。整理ppt1.1.2 勵磁系統(tǒng)的技術(shù)要求具有足夠的強勵頂值電壓；具有足夠的勵磁電壓上升速度；具有足夠的調(diào)節(jié)容量；應運行穩(wěn)定，工作可靠，響應快速，調(diào)節(jié)平滑并具有足夠的電壓調(diào)節(jié)精度。整理ppt1.1.3 主要勵磁方式（三種）直流勵磁機勵磁直流勵磁機通常與同步發(fā)電機直流勵磁機通常與同步發(fā)電機 同軸，采用并勵或他勵接法；同軸，采用并勵或他勵接法； 多用于中小型汽輪發(fā)電機。多用

4、于中小型汽輪發(fā)電機。整理ppt交流勵磁機勵磁靜止整流器式，也稱三機勵磁，靜止整流器式，也稱三機勵磁， 有刷勵磁有刷勵磁旋轉(zhuǎn)整流器式，也稱無刷勵磁旋轉(zhuǎn)整流器式，也稱無刷勵磁交流勵磁機方式 靜止勵磁方式靜止勵磁方式直流勵磁機通常與同步發(fā)電機直流勵磁機通常與同步發(fā)電機 同軸，采用自并勵或他勵接法。同軸，采用自并勵或他勵接法。 多用于大型型汽輪發(fā)電機。多用于大型型汽輪發(fā)電機。整理ppt1.2 交流勵磁機靜止硅整流器勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機靜止硅整流器勵磁系統(tǒng)，也稱三機勵磁系統(tǒng)，有刷勵磁系統(tǒng)。原理圖如下:整理ppt三機的主要問題是：（1）旋轉(zhuǎn)部件多，故障率高；（2）機組軸系長，軸承座多，對軸系穩(wěn)定和機組安全

5、運行不利。整理ppt1.3 交流勵磁機旋轉(zhuǎn)硅整流器勵磁系統(tǒng)交流勵磁機旋轉(zhuǎn)硅整流器勵磁系統(tǒng)，也稱無刷勵磁系統(tǒng)。原理圖如下:整理ppt1.4 自并勵勵磁系統(tǒng) 自勵系統(tǒng)的共同特點是，勵磁電源取自發(fā)電機自身，經(jīng)勵磁變壓器(或勵磁變流器)供給靜止整流裝置，整個勵磁裝置沒有轉(zhuǎn)動部分，因此義稱為靜止勵磁系統(tǒng)或全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。 自勵系統(tǒng)中接線最簡單的一種勵磁方式是自并勵方式，其原理圖如下：整理ppt2 交流勵磁機組交流勵磁機組 交流勵磁機組(包括同軸的交流主勵磁機和交流副勵磁機)是同步發(fā)電機交流勵磁機硅整流勵磁系統(tǒng)的勵磁供電電源設(shè)備，它與同步發(fā)電機向軸或通過聯(lián)軸揣直接相接。 按功率整流器是靜止或是旋轉(zhuǎn)的、交流

6、主勵磁機分別對應地設(shè)計成磁場旋轉(zhuǎn)式或電樞旋轉(zhuǎn)式兩類。交流副勵磁機通常設(shè)計成永磁式交流發(fā)電機。2.1 主勵磁機 整理ppt2.1.1磁場旋轉(zhuǎn)式2.1.2電樞旋轉(zhuǎn)式 磁場旋轉(zhuǎn)式交流勵磁機用于有刷型交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)，其輸出經(jīng)靜止硅二極管（或晶閘管）裝六供主機轉(zhuǎn)子繞組勵磁。 交流勵磁機設(shè)計成磁場旋轉(zhuǎn)式的100Hz三相交流同步發(fā)電機，適合于帶整流負載，并具有強勵能力，有獨立的封閉式通風系統(tǒng)，冷卻器按背包式結(jié)構(gòu)方式放置。 電樞旋轉(zhuǎn)式用于無刷型交流勵滋機旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，其輸出經(jīng)旋轉(zhuǎn)硅二極管(或晶閘管)整流直接供主機轉(zhuǎn)子繞組勵磁。這類交流勵磁機設(shè)計成電摳旋轉(zhuǎn)式的100Hz(成150Hz)三相交

7、流同步發(fā)電機，適合于帶整流負載，并具有強勵能力。整理ppt2.2 副勵磁機 副勵磁機的要求： 輸出電壓波形接近正弦波，且具有較硬的輸出外特性； 適宜帶可控整流負載，即要求其換相電抗小及由可按整流負載引起的轉(zhuǎn)子表面附加損耗??；a)具有較高的工作頻率。整理ppt副勵磁機400Hz500Hz感應式副勵磁機存在需要外界的起勵電 源，電壓波形畸變較 大，噪聲較大等缺點。永磁式副勵磁機無需外界勵磁，無需起 勵和自勵恒壓裝置，電 勢波形好，噪音低效率 高等。目前300MW機組大多采用永磁式副勵機。整理ppt2.3 備用勵磁裝置 為了提高勵磁控制系統(tǒng)的運行可靠性，往往來用雙重化措施，以保證勵磁主回路和勵磁調(diào)節(jié)

8、回路工作可靠。在同軸三機勵磁控制系統(tǒng)中，雙重化措施包括有： (1) 永磁式副勵磁機向主勵磁機磁場供電的回路中，由兩臺可控整流柜并聯(lián)運行。 (2) 主勵磁機向發(fā)電機磁場供電的回路中，由兩臺整流柜并聯(lián)上作。 (3) 勵磁調(diào)節(jié)器中設(shè)有自動(AC)和手動(DC)兩個獨立工作的通道，正常運行時，AC調(diào)節(jié)器工作，DC調(diào)節(jié)器備用，一旦AC調(diào)節(jié)器故障，將自動切換到DC調(diào)節(jié)器工作。 (4) 勵磁主回路通常還設(shè)有備用勵磁裝置作為可控整流柜及其控制器的后備。整理ppt3 硅整流裝置硅整流裝置 將交流勵磁電源獲得的交流電壓變換為可調(diào)的直流電壓、供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組的勵磁需要，這是同步發(fā)電機半導體勵碰系統(tǒng)中整流裝置的

9、主要任務。同步發(fā)電機的勵磁及主勵磁機自身的勵磁需要的是直流電流，在勵磁控制系統(tǒng)中，進行交一直流轉(zhuǎn)換的設(shè)備是硅整流裝置。整理ppt3.1三相橋式不可控整流電路整理ppt整理ppt3.2 三相橋式可控整流電路整理ppt1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況當a60 時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =00 （圖3-1 ） a =30 （圖3-2） a =60 （圖3-3）當a60 時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值 波形圖： a =90 （ 圖3-4）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120整理pptww

10、wwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuac uaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖3-1 a =00 圖3-2 a =300 wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1整理ppt圖3-3 a =600 圖3-4 a =900 wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacua

11、ubucOtwt1OtOtuVT1ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1整理ppta60 時時（a =0 圖3-5；a =30 圖3-6） ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形2) 阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況主要包括a 60 時（時（ a =90圖3-7） 阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。 電阻負載時，ud波形不會出現(xiàn)負的部分。 阻感負載時，ud波形會出現(xiàn)負的部分。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路

12、的a角移相范圍為90 。 區(qū)別在于：得到的負載電流id波形不同。 當電感足夠大的時候， id的波形可近似為一條水平線。整理ppt圖3-5 a =00 圖3-6 a =300 ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuac iVT1ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuac wtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc整理ppt圖3-7 a =900 a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucua

13、wt1uVT1整理ppt3) 定量分析定量分析當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60 時）的平均值為： 帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rawwaacos34.2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134.2)(sin63232dawwaUttdUU整理ppt當整流變壓器為星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側(cè)電流的有效值為：ddddIIIII816.03232)(3221222晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。接反電勢阻感負載時，在負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流

14、波形均相同。僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負載時的Id為：REUIdd式中R和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。整理ppt3.3 硅整流元件保護 硅整流元件（包括整流二極管和可控硅)是個導體半導體勵磁裝置中的重要功率器件。須在裝置中適當?shù)夭扇”Ｗo措施。 通常采取的措施有： 過電流保護； 過電壓保護； 電壓上升率限制；a)電流上升率限制。整理ppt3.4 可控整流柜 在交流勵磁機勵磁系統(tǒng)中，可控整流柜(以下簡稱裝置)的交流輸入電源是同軸副勵磁機，它的直流輸出負載是主勵磁機的勵磁繞組。正常時為兩柜并聯(lián)運行，但在一柜故障一柜單獨運行時，仍應能滿足強勵要求。 可控整流柜通常采用三相全控橋式接

15、線，為了提高共耐壓能力、每個橋臂若為兩只可控硅串聯(lián)，柜內(nèi)則故裝有6212只可控硅元件。 在可控整流柜中設(shè)置了那些保護措施，內(nèi)部布置如何等我們在這里不再講解。整理ppt4 滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置滅磁及轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置4.1 同步發(fā)電機滅磁原理 最簡單的滅磁方法是將磁場回路斷開，則磁場電流瞬間到零，完成滅磁。但磁場繞組具有很大電感的、突然斷流會在其兩端產(chǎn)生很高的感應過電壓，可能將絕緣擊穿。 常用的滅磁方法有：恒值電阻放電滅磁；非線性電阻放電滅磁；滅弧柵滅磁；a) 逆變滅磁；整理ppt4.2 轉(zhuǎn)子過電壓保護原理 造成轉(zhuǎn)子過電壓的主要原因有：發(fā)電機在失步和失步拉入同步的過程中，將引起轉(zhuǎn)子繞組過電壓。發(fā)電機外部短路切除后的電壓恢復過程引起的轉(zhuǎn)子繞組過電壓。發(fā)電機非同期并列引起的轉(zhuǎn)于過電壓。從定子線圈耦合過來的大氣過電壓和操作過電壓。發(fā)電機快速滅磁過程中斷開轉(zhuǎn)子回路時產(chǎn)生的過電壓。整理ppt 常用的轉(zhuǎn)子過電壓保護措施有：固定電阻保護方式；阻容保護方式；轉(zhuǎn)子放電器保護方式；可控硅雙向跨接器保護方式；非線性電阻保護方式；整理ppt5 自動勵磁調(diào)節(jié)器自動勵磁調(diào)節(jié)器 自動勵磁調(diào)節(jié)器(或稱自動電壓調(diào)節(jié)器，AVR)是發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)中的控制設(shè)備，其基本任務是檢測和綜合勵磁控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息，包括發(fā)電機機端電壓UG、有功功率P、無功功率Q、勵磁電流If和頻率f 等，