励磁系统培训教材初稿文档格式.docx
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5、能显著改善电力系统的运行条件。
如短路故障,故障切除后,使电压迅速恢复,可提高电动机的自启动能力。
又如机组(汽轮机等)失磁后,并列运行的机组可增加励磁电流,向系统输送无功功率,维持发电机电压。
另外,系统发生短路时,由于强励作用,使短路电流增加,可提高继电保护动作的灵敏性及选择性。
6、励磁装置还具有过励限制,低励限制和功角限制等功能。
7、对于水轮发电机,励磁装置还应具有限制由于转速升高而引起的过电压,即当需要时,可大量降低励磁电流,能实现快速减磁。
1.2对自动调节励磁装置的要求
1、正常运行时,能按机端电压的变化自动地改变励磁电流,维持电压值在给定水平。
为此,要求自动调节装置应有足够的调节容量,励磁系统应有足够的励磁容量。
2、并列运行的发电机上装有自动励磁调节器时,应能稳定分配机组间的无功负荷。
3、当电力系统发生事故,电压降低时,励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压,以实现强励作用。
4、装置要简单可靠,动作迅速,调节过程要稳定,调节系统应无失灵区,以保证发电机在工人稳定区内运行。
第二节 同步发电机的励磁方式
同步发电机的自动调节励磁系统,通常由励磁机,手动励磁装置,自动励磁调节器和灭磁装置等组成。
按励磁系统供电电源的不同,可分为:
由直流励磁机(直流发电机)供电,由交流励磁机(交流发电机)经整流供电,由静止电源(电网或发电机端)供电三种方式。
一、由直流励磁机供电的励磁方式
这种励磁方式可分为自励直流励磁机系统和他励直流励磁机系统两类。
自励直流励磁系统中,励磁机是一台并励直流发电机,励磁机和发电机同轴旋转,整流装置由发电机出线端的电压互感器和电流互感器供电,经过整流装置输出电流反馈到励磁机的励磁绕组回路,通过自动励磁调节装置可进行自动励磁调节。
励磁机的电枢电压通过同步发电机的集电环和碳刷加到转子绕组的两端。
他励直流系统机系统中,有两台励磁机,主励磁机跟发电机同轴,为一台他励直流发电机,主励磁机的励磁由两组励磁绕组供给,其中一组由副励磁机供给。
二、由交流励磁机经整流供电的励磁方式
这种励磁方式是由同轴的专门交流励磁机经整流变为直流供给励磁。
可分为以下四种:
1交流励磁机和静止二极管供电的励磁方式。
2交流励磁机和静止可控硅供电的励磁方式。
3交流励磁机和旋转二极管供电的励磁方式。
4交流励磁机和旋转。
三、由静止电源供电的励磁方式
此类励磁方式的励磁电源取自同步发电机本身或电力系统,亦称为自励式励磁方式。
该励磁方式是由励磁变压器,串联励磁变压器,功率电流互感器,硅整流器(可控或不可控)等静止设备组成。
由于取消了转动的同轴励磁机,无转动部分,属于全静态励磁系统。
这类励磁系统目前采用较多的为并励静止励磁方式。
发电机的励磁由接在机端的励磁变压器经整流后供给,各种情况下,由自动励磁调节器来改变可控硅的控制角来实现励磁调节。
与此相似的还有串联自复励励磁方式和并联自复励励磁方式。
第三节发电机的继电强行励磁
电力系统发生短路故障,会引起发电机的机端电压剧烈下降,此时,如能使发电机的励磁迅速提高到顶值,将有助于电网稳定运行,可延缓短路电流的衰减,提高继电保护动作的灵敏度,缩短保护的动作时间,从而缩短故障消除后系统电压恢复时间,有助于用户异步电动机的自启动。
因此,当发电机电压剧烈下降时,将励磁迅速增加到顶值的措施,对电力系统稳定运行至关重要。
通常将这一措施称为强和励磁,简称强励。
衡量强励装置的强励能力有两个指标,即强励倍数,励磁电压响应比。
强励时,励磁机在规定条件下要达到的最高输出直流电压,称为顶值电压,该电压与励磁机的额定励磁电压的比值,称为强励倍数。
显然,强砺倍数越大,强励效果越好。
通常,对于水轮发电机不小于1.8。
励磁电压响应比又称为励磁电压响应倍率,是反应强励过程中励磁电压增长速度大小的一个参数。
励磁电压响应比是指强励过程中,在第一个0.1s或0.2s时间间隔内测得的励磁电压平均速度变化的数值与发电机额定励磁电压的比值。
第四节 同步发电机的灭磁
运行着的发电机内部,发电机机端到断路器之间的引接导线等电气设备发生短路故障时,继电保护迅速动作,使发电机断路器跳闸,但此时发电机继续在转动,励磁机仍不断供给励磁电流,发电机感应 电势仍然存在,继续供给短路点电流,且发电机内部短路时的短路电流远大于外部短路时的短路电流,因此,将造成发电机设备或绝缘材料等的严重损坏。
因此,在发电机内部,发电机断路器之间的电气设备上发生故障时,在跳开发电机断路器的同时,还应迅速使发电机灭磁。
灭磁就是把转子励磁绕组的磁场尽快的减弱到尽可能小的程度。
最简单的方法就是把励磁回路断开,但励磁绕组具有很大的电感,开关突然断开,会使转子励磁绕组两端产生很高的过电压而引起转子绝缘损坏,另外,还会使开关由于断弧负担过重而导致触头损坏和延长灭弧过程。
因此,在断开励磁回路之前,还应将转子励磁绕组自动接通放电电阻或其它装置上去,使磁场中储存的能量迅速消耗掉。
一、对灭磁的基本要求
1为了使短路故障能迅速消除,灭磁时间要短。
2为了保证转子励磁绕组绝缘不致在灭磁过程中击穿,转子过电压不应超过允许值,通常为转子额定电压的4-5倍。
3灭磁后,机组的剩磁电压不应超过500V。
二、利用放电电阻灭磁
1发电机运行时,灭磁开关MK处于合闸状态,励磁机经主触头供组发电机转子励磁电流。
发电机退出运行时,灭磁开关MK跳闸,KM的另一触头闭合,使发电机转子的励磁绕组经放电电阻Rm(灭磁电阻)短接,然后,断开MK的另一接点,以防止转子励磁绕组从励磁机切换到放电电阻时发生开路而产生危险的过电压。
2利用Rm恒值电阻灭磁,由于爱到转了电压的限制,灭磁时间不能取得太大,所以灭磁速度较低,多用于中等容量的机组中。
三、利用灭弧栅灭弧
相距约2-3mm的两个金属极板间的直流电弧,其电压降能够在电流变化很大的范围内,几乎保持25-30V不变。
灭弧栅就是利用栅片间电弧的这种非线性特性而制成的快速灭磁装置。
正常工作时,灭磁开关主触头和灭磁触头均闭合。
灭磁时,先断开主触头,后断开灭磁触头,在断开灭磁触头时产生电弧,电弧在专设的磁铁所产生的横向磁场的作用下,被驱入弧栅,并被其中的灭弧栅片切成串联的短弧,从而迅速冷却熄灭。
当转子励磁绕组的电流降低到较小的数值时,灭弧栅中电弧便不能维持,可能使电流中断,引起过电压。
为了限制过电压值,与灭弧栅并联了电阻R1,R2…….Rn,且R1<
R2<
…….Rn,与小电阻并联的短弧比大电阻并联的短弧熄灭的早,因此,灭弧栅内各段电弧不是同时熄灭,而是按一定次序熄灭的。
适当选择电阻值,就可将过电压限制在预定值以内。
第五节 可控硅自动调节励磁主要环节工作原理
调节器的形式及电路的接线方法比较多,但一般均由主电路和调节电路两部分组成。
一、主电路部分
1励磁电源。
可控硅励磁的励磁电源,目前多用交流励磁机或静止励磁电源,要求这些电源的输出电压和输出容量,不仅要满足正常负荷的需要,而且还要满足强励短时的要求。
2可控硅整流电路。
励磁系统中整流电路的作用是将励磁电源的交流电流变换成直流电流,供给励磁绕组励磁的需要。
可控硅励磁的可控硅整流电路主要有三相半控桥式和三相全控桥式两种。
二、调节电路部分
1、基本调节装置
基本调节装置主要由电压测量比较,综合放大,移相触发三部分组成。
1)基本测量比较单元
它的作用是测量发电机机端的电压,并经测量整流电路变换成直流电压信号,与给定的直流基准电压进行比较(比较整定电路),所得电压偏差信号送到综合放大单元。
它是调节器的敏感单元,是一个重要环节。
它要求:
应能准确地反应发电机机端电压的变化,输入,输出为线性关系,无失真;
反应灵敏;
响应速度要快;
工作可靠;
不受系统频率变化的影响。
基本测量比较单元由正序电压过滤器,多相整流,滤波,比较电路构成。
a)
正序电压滤过器。
变压器前面设置正充电压滤过器的作用是:
当电力系统发生不对称短路而引起三相电压不平衡时,正序电压滤过器可以除去负序和零序电压分量,只输出数值降低了的三相对称正序电压分量,以使测量变压器始终处于对称三相电压下工作,提高不对称短路情况下的调节灵敏度和强励能力。
b)测量整流电路。
为获得与发电机机端电压成比例的平衡直流输入,输入到比较整定环节,测量整流电路通常采用多相整流电路及相应的滤波电路。
这样可减小直流中的交流分量及滤波电路的中的电容量,从而提高调节器的响应速度。
目前多采用六相桥式整流电路,也有用十二相整流电路的。
c)滤波电路。
因测量整流桥的输出是脉动直流电压,因此,除了直流电压以外,还有高次谐波分量。
为了使比较整定电路在平滑的直流电压下良好的工作,脉动的直流还须经过滤波,将脉动电压的高次谐波成份尽可能减小。
通常采用具有先频特性的桥式滤波器。
d)比较整定电路。
比较整定电路的任务有两个:
一-+是进行电压比较,把测量整定电路输出的电压与比较电路的基准电压值比较,输出一个电压偏差成比例的直流电压,作为输入到综合放大单元的电压偏差信号;
二是进行电压整定,采用调整电位器滑动触头位置的办法,来改变发电机电压的给定值,以满足不同运行工况的要求。
2)综合放大单元
测量比较单元输出的电压偏差信号,幅值小,变化缓慢,灵敏度低,不易直接作移相触发单元的控制信号,必须加以放大。
可控硅励磁调节装置是一种具有多功能的励磁调节装置,其控制信号,除了来自比较单元,反应与发电机电压偏差成比例的信号外,通常还引入调节器辅助装置(如稳压器,限制器,补偿器等)多种状态变量的反馈量以及励磁限制单元等辅助控制信号。
所以通常采用综合放大单元将电压信号以及辅助装置等输出的其它信号一起输入到综合放大单元中叠加并加以放大,起到“比例加法器”的作用,以获得一个适应移相触发单元所需的控制电压。
对综合放大单元的要求是:
具有线性地,综合测量多个输入信号的能力;
应有较高的运算精度;
反应速度快,时间常数小;
工作稳定,输出阻抗小,带负荷能力强。
综合放大单元一般采用运算放大器实现。
3)移相触发单元
它的任务是产生可以改变相位的脉冲,用来触发整流桥中的可控硅,使其控制角可随综合放大单元来的控制电压的大小而改变,从而达到调节励磁的目的。
对移相触发单元的基本要求是:
产生的触发脉冲,要有一定的幅 值和宽度,前没要陡峭;
触发脉冲的数目及移相范围应满足不同接线方式的可控硅整流电路和调节器调压范围的要求;
各相触发脉冲与受控可控硅主电路的交流电源具有相同的频率,并保持一定的相位关系,即要求触发电路与主电路同步。
2、励磁调节器的静态工作过程
我们已经分析了励磁调节器各单元的工作原理,并得到了它们的工作特性,将这些单元的特性进行合成,就不难得到整个励磁调节器的工作特性。
励磁调节器的简化框图如下图的所示,图中K1、K2、K3,K4分别表示各单元的增益,其间输入量、输出量的符号如图中所示。
由图可见,在励磁调节器工作
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