1 前言
彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。
试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。
彭城电厂1号发电机主要参数如下：
型号：QFSN-300-2
额定容量：300MW
额定电压：20000V
额定电流：10189A
额定励磁电压：302V
额定励磁电流：2510A
额定功率因数：0.85
额定转速：3000rpm
额定氢压：0.31Mpa
额定冷氢温度：46℃
励磁机额定励磁电压：16V
励磁机额定励磁电流：147A
X d＝ 1.86 X’d＝ 0.223 X’’d＝ 0.16
T d o＝ 8.15S T’d＝ 0.91S T’’d＝0.041S
2 试验目的
2.1 由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问
题的一种方法。但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV 母线及厂用电压变化的经验数据。
2．2 通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。指出在保护、监测方面存在的问题。
3 发电机进相运行的限制因素
彭城电厂工程设计装机为2台300MW 机组，两条220KV 母线为双母带旁路接线方式。彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。 3.1 发电机静稳极限的限制
发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。等值电路图如下：
E q I U f U xt
○
○
○
○
X d X b X
由等值电路图，其中E q 为发电机内电势，X d 为发电机同步电抗，U f 为发电机端电压，X b 为主变电抗，X 为线路电抗，U xt 为系统电压。由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X 也比较小，所以本次计算可近似的将220KV 母线电压作为系统电压，主变电抗X b 做为系统电抗X xt 。通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值：
d
f d d
f
f d
f QX U PX arct
g X U Q U X U P
arctg +=+=2
δ
从汽轮发电机功率关系式：
可以看到发电机在进相运行时，进相深度增加，发电机E q 降低，U xt 相应的有所下降。为了保持有功P 不变，而δ角的增大使发电机静态稳定度降低，根据静稳定判据d p /d δ>0,也就是功角δ<90°范围内，发电机具备静稳定能力，为了获得一定的静稳定储备，一般采用按功率限制的办法，如静稳定极限按发电机的额定有功0.1P e 计算，估算得功角δ=70°，为静稳定限制值。此时发电机的稳定储备系数K=1.06,可有6%的静稳定储备。因此我们在试验中监视功角δ应不超过65°，作为防止发电机失稳条件。根据计算最大进相无功不得超过150Mvar 。 3.2 受定子端部发热的限制
发电机组进相运行时，定子边段铁芯和端部结构件的发热会增高，甚至会超过其允许温度限额，这也是限制发电机进相运行的因素。这是因为，当发电机进相运行时，定子和转子绕组端部的漏磁场叠加，造成发电机端部的合成磁密增高，并对定子以同步转速旋转，在边段铁芯和结构件中引起损耗，并且损耗值与轴向磁密的平方成正比，所以此时会引起边段铁芯和端部结构件压板，铜屏蔽等发热增加，对发电机稳定运行产生较大影响，从而限制了发电机的进相运行深度。发电机边段铁芯和端部结构件的温度限额如下：
定子铁芯轭部：<120℃ 定子铁芯齿部：<120℃ 定子铁芯端部：<120℃ 定子槽内线圈：<90℃ 定子线圈出水：<81℃ 定子线圈进水：<50℃ 冷氢：<46℃ 出油：<70℃
δ
sin b
d xe
q X X U E P +?=
轴瓦：<90℃
磁屏蔽和铜屏蔽及压指：<180℃
3.3 受厂用电压的限制
在进相运行时，由于发电机端电压下降，厂用电压将下降。按要求不得低于厂用电压额定值的95%，彭城电厂1号机组厂用变不是有载调压变压器，厂用电压下降至额定值的95%时会影响厂用正常工作，所以发电机的进相深度以厂用电压下降不低于额定值的95%为限。
3.4 调节器方面的限制
彭城电厂1号机的励磁调节器是电科院研制的WKKL型微机励磁调节器。试验前预置了四组可供选择的低励限制曲线，以备进相试验结束后，按试验结果及调度要求选一组低励限制曲线作为运行曲线。为检查进相运行时微机自动励磁调节器的运行稳定性及低励限制性能，在进行进相运行试验时选择第一组低励限制曲线实际进行检验。
3.5 保护方面的限制
在进相运行时，由于发电机电压降低，励磁减少，经过电压闭锁的一些保护可能误动，所以要检查失磁保护，对称过负荷，阻抗保护的定值。另外，厂变复合电压过流保护也应在试验中加强监视。
4 试验方法及测量对象
4.1 试验方法
试验选在负荷低谷时进行。在试验过程中将1号发电机WKKL励磁调节器放在自动状态。厂用电仍由#1高厂变供电，电网运行于正常状态。试验工况按表1逐一进行，测量表计于试验前接入。
试验时在调节至测温升工况后，稳定至各温度测点温升每小时不超过1℃时，测取发电机端部各结构件温度和运行参数，在端部结构件有较大裕度情况下，继续调节无功至测参数工况，测取各运行参数。然后再进行下一个工况试验。
4.2 试验工况及测量对象
表1 进相试验工况
表2 电气测量对象及仪表
表3定子铁芯及端部测温点
表4 温度测点及测试
5 试验结果和数据分析
5.1 试验结果
试验结果见表5~9
表5 进相运行实测数据
表6 冷却介质温度数据
表7 定子铁芯机端部结构件温度和温升数据
注：表中55－65测点温升数据系当时工况下与汽端冷氢温度之差；68－140测点温升数据系与励端冷氢温度之差；66、67测温点损坏，其数据没有记录。
9
注：表中所列温升数据系当时工况下各测点温度与冷却介质温度之差；P、Q的单位分别是MW和Mvar。
10
5.2 数据分析
发电机的运行范围由于受冷却条件、电压水平、系统运行方式、自动励磁调节器以及发电机参数的非线性（饱和作用）等多种因素的影响，进相运行的可能性决定于发电机端部结构件的发热和在电网中的运行稳定性。
5.2.1 端部温度
发电机进相运行时，其端部磁密的增高造成端部铁芯和各部件的温度较该机迟相运行时要高得多。这可以从实测结果看到，特别是铜屏蔽（68号测点）温升变化最明显，其中在P=170MW、Q=－82.6Mvar时，铜屏蔽的温度最高达264℃，温升达222.9℃超过温度限额（180℃）达84℃之多；在P=301MW、Q=15.5Mvar，发电机尚未进相运行时，铜屏蔽（68号测点）的温度就高达169℃，温升为125℃，接近温度限额（180℃）。其它端部结构件和端部铁芯温度在进相时也有明显上升（定子线圈温度第12号测点温度相对其它测点温度上升速度快），但距温度限额相差较大，有足够的裕度。因此该机在目前进相深度情况下受端部构件发热的限制，特别是受铜屏蔽发热的限制尤为明显。
5.2.2 静态稳定极限
从表5的数据看，发电机在1号发电机进相最多时，功角δ为50.1°；在P=246.4MW、Q=－38.4Mvar时，δ为42.8°；在P=301MW、Q=15.5Mvar时，δ为44.2°；功角δ均未超过规定的65°的静稳定极限。因此发电机在目前进相深度情况下不受功角δ的限制。在试验过程中，失磁保护、厂变复合电压过流保护等均未动作，低励限制用第一组曲线（拨码开关在00位），在进相运行过程中没有动作，而且尚有裕度。
6 进相运行的降压效果
在进相运行时，随着进相运行深度的增加，其中功角δ逐渐增大，吸收系统无功功率Q增多，系统电压相应下降。从表5数据可以看出每进相20Mvar无功，220KV系统电压降低1000V左右，其降低效果是明显的。而发电机端电压在进相时明显下降，最低时为18.9KV，下降5.5％左右。在这次进相运行过程中，厂用电压下降到5.77KV，尚未达到限制值厂用电压额定值的95％(5.7KV),因此1号发电机在目前进相深度情况下，厂用电压是符合要求的。
7 计算结果分析
中国电力科学研究院在进行试验前，根据试验条件对进相试验的各个工况点进行了静态稳定的计算，得到进相试验允许的各个工况点和各个参数值。从试验结果表5看出，实测的发电机功角都比计算值小，其原因是发电机进相运行时，端电压U f是个变量，若维持发电机的有功功率P恒定进相运行，则随着进相深度的增加，吸收的无功功率增多，电压U f就相应降低。另外制造厂提供的发电机同步电抗X d值设计为非饱和值，随着进相深度和机端电压的改变，发电机会饱和，而且饱和程度也不同，因此电抗X d值是与发电机进相深度有关的变量，比非饱和值要小。同时由于1号发电机未作空载试验，故X d的实际值未知，X d 的设计值比实际值偏大。以上原因造成了实测的发电机功角δ比计算值要小。
8 结论
8.1 通过进相试验可以看出，发电机进相运行在一定条件下对彭城电厂220KV 母线电压长期过高超标有所改善。但是因为1号发电机在进相运行时，端部结构件“铜屏蔽”处的温升过高，远远超过其额定值，严重影响了发电机的进相时的稳定运行。因此，需要1号发电机进相运行时，一定要密切监视其端部结构件的温升。具体的运行经验参数参照表5。
8.2 从测试结果数据看，发电机在进相运行时部分端部结构件（铜屏蔽）的温升很高，限制了1号发电机的进相能力。例如与之同厂家、型号及参数的甘肃靖远电厂5号发电机相比，温升严重偏高。甘肃靖远电厂5号发电机最大进相工况时端部结构件最高温度为97℃，温升仅58℃。这说明1号发电机在制造上存在一定缺陷，进相能力偏差。
8.4 进相运行时厂高变低压侧6KV母线电压明显降低，但是并未超过厂用电压限制值5.7KV。所以厂用电压的降低不成为1号发电机在目前进相深度情况下进相能力的限制条件。
8.5 微机励磁调节器低励限制用第一组曲线（拨码开关在00位，限制值分别为P=300MW、Q=－60Mvar；P=0MW、Q=－100Mvar），试验中在P=16.7 MW，Q=-17.9Mvar时微机励磁调节器低励限制动作，实践证明在1号发电机进相运行时微机励磁调节器低励限制工作正常。
8.5 通过对本次进相试验数据的分析，1号发电机在有功P＝170MW时，最大
进相应不超过无功Q=－60Mvar；在有功P＝250MW时，最大进相应不超过无功Q=-40Mvar；在有功P＝300MW时，无功应滞相，不应低于无功Q=15Mvar。
9 建议
9.1 安装双向数字式无功表，便于监视无功功率。
9.2 设计安装功率因数表。
9.3 发电机的进相运行是解决电网无功功率过剩，改善电压质量的有效而且经
济的技术措施之一。但是因为彭城电厂1号发电机的特殊情况，在其进相运行时，必须密切监视端部结构件的温度不能超过额定值（180℃），特别是铜屏蔽及齿压板处的测点温度。已损坏的齿压板45－46间齿部（66测点）和铜屏蔽相对32槽位（67测点）必须及时修理好。
WKKL发电机励磁控制系统
概述：
随着我国电力系统的发展，发电机的单机容量不断增加，电网越来越大，越来越复杂，对励磁系统的要求也日益提高，除要求励磁装置维持发电机电压水平外，还要求它对电力系统静态和暂态起作用。因此，有必要引入如电力系统稳定器、最优控制或自适应控制等复杂的控制方式以充分发挥励磁调节系统在电力系统中的积极作用。过去，为了实现这些控制必须靠大量相应硬件，这使调节器电路非常复杂，实现比较困难并缺乏灵活性，而WKKL 系列微机励磁调节装置利用微处理技术就能更好地满足励磁系统的复杂需要。
系统特点：
?双柜并联的运行方式，无切换过程，可靠性高。
?直观显示各种故障状态，瞬间信号也通过发光二极管保持，
能查找故障前1秒内部各数据及状态量直接采样发电机电
压、电流等交流量，有功、无功、功率因数等均通过软件计
算。
?减小励磁机时间常数
?硬件简单、可靠性高
?硬件实现标准化、便于生产
?控制规律可方便地改变
?便于与上级计算机通讯
?具有连续记录和打印多次故障功能
系统原理：
?PID调节或比例调节，励磁系统正常运行，选用PID调节；比例调节仅在实验时选用
?调节器含有自动、手动单元。自动单元以发电机电压为闭环调节；手动单元以发电机励磁电流为闭环调节
?两个自动柜并联运行，一柜承担一半负荷，如一柜故障自动退出，另一柜自动承担全部符合，并具有强励能力，如两柜全部退出，可自动投入工频手动运行
?均流功能使两柜电流基本一致，均流系数达0.95，当两柜电流差与两柜电流和之比>50％时发均流越限信号
?误强励检测及保护，仅切除故障柜，另一柜自动带满负荷运行
?强励电压限制，失脉冲检测
?过流限制保护，最大电流保护
?低励限制及保护
?PT熔丝熔断保护、V/HZ限制的保护
?设有电力系统稳定器PSS模块
?主机板上装有自复归功能，大大增强了调节器的抗干扰能力
?完善的自检功能及双协调功能
?最大瞬时励磁电流限制
?发电机磁场接地检测，用于检测发电机励磁组的对地绝缘情况
?励磁机磁场接地检测
?为满足气轮发电机DEH接口的需要，WKKL－1B型设有专门的小继电器板，供接口用
发电机定子断水保护
主要型号：
?WKKL－1型
适用于200～600MW大型汽轮发电机，双通道双柜型
?WKKL－11型
适用于200～600MW大型汽轮发电机，双通道四柜型
?WKKL－1A型
适用于200～600MW大型汽轮发电机带DEH接口，双通道双柜型
?WKKL－1A1型
适用于200～600MW大型汽轮发电机带DEH接口，双通道四柜型
?WKKL－1B型
适用于300～600MW具有无刷励磁系统的汽轮发电机，双通道双柜型
?WKKL－1B1型
适用于300～600MW具有无刷励磁系统的汽轮发电机，双通道四柜型
?WKKL－2型
适用于10～125MW汽轮发电机，双通道双柜型
?WKKL－3型
适用于10～300MW静止励磁系统的汽轮发电机和水轮发电机，双通道单柜型
一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。
13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；
励磁调节器运行规程 1、系统介绍： 本套装置为ABB公司生产的UNITROL5000励磁调节器，为静态励磁，整套系统包括励磁变压器、A VR调节器、可控硅整流柜、励磁开关。 1.1、励磁变压器：由三个单相变压器组成，采用Y/Δ- 1接线，容量 为3 X 2000 KV A。具有温度保护装置，发出告警信号。 1.2、A VR调节器：具有两套功能相同的调节器，每套具有三个通道， 分别为自动通道、手动通道、EGC紧急通道。另外在此柜中还具有LCP控制板、维修屏以及开关和继电器等。 1.2.1、逻辑关系：当A路自动通道故障时，切换到B路自动通道；如果这个通道又发生故障，首先判断A路通道是否完好，若完好便切换到A路，不好便切换到B路的手动通道；在B路通道故障时切换到A路的手动通道，切换不成功便切换到B路的EGC通道。 1.2.2 、LCP 控制板用于本地操作UNITROL5000系统，并显示重要的过程信号和故障信号。具有带LED的16个键，用于系统专门的显示和控制；10个控制键用于运行模式和内置功能以及LCD，LCD为8行显示，每行40个字符。 按此键后，出现8个模拟信号，显示信道号，信号名称，值及单位，黄色灯亮，使用滚动键可显示后面的模拟信号。按此键后，出现四个模拟信号，显示信道号，信号名称，值及单位，黄色灯亮，使用滚动键可显示后面的模拟信号。
清除故障信号，按键后，如有故障，会出现最多8条故障通道。第一个故障总是在第一行，接着发生的故障，以故障编号升叙排列。使用滚动键可显示更多的故障。 确认故障信号。所有报告通道都储存在控制板内，此外，特殊警告通道储存在处理器里。要清除这些通道，可较长时间按下复位键。没有活动的警报，键上的灯熄灭。 ↓# 光标键，可选择显示屏1 –8行或1 – 4行中的某一行。当前行突出显示。 ↓↑滚动键，在模拟信号显示中按动时，信号道（反差显示）及模拟值改变。 ↑↑↓↓翻页键，按动时，信道号每次改变10行，故障号每次改变6行。 打印键，按动可打印1 – 8 行的模拟值。黄色指示灯只 （无打印机） 指令键：励磁断路器接通 指令键：励磁断路器关闭 指令键：启励
自动调节励磁系统原理简介 随着电力系统的迅速发展，对励磁系统的静态和动态调节性能以及可靠性等提出了更高的要求。计算机技术、控制理论、电力电子技术的发展也促进了自并励励磁制造技术逐渐趋向于成熟、稳定、可靠。相对其它励磁方式而言，自并励励磁系统具有主回路简单、调节性能优良、可靠性高的优点，已取代励磁机励磁方式和相复励方式，在水电厂得到普遍使用。最近几年，自并励励磁方式也取代了三机励磁方式，成为新建火电厂的首选方案，逐渐在大型汽轮发电机组中推广应用。 1、组成 励磁系统由励磁调节器、功率整流器、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器等组成。 2、工作原理 自并激励磁系统的励磁电流取自发电机机端，经过整流变压器降压、全控整流桥变流的直流励磁电压，由晶闸管触发脉冲的相位进行控制。一般情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。恒压自动调节的效果，在发电机并上电网后，表现为随系统电压的变化，机端输出无功功率的自动调节。 一、调节器 励磁系统作为电厂的重要辅机设备，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，随着计算机技术的发展，励磁调节器已经由模拟式向计算机控制的数字式方向发展，大大增加了励磁系统的可靠性。 1、调节器的控制规律 一般用于励磁调节器的控制规律有：PID＋PSS、线性最优控制、非线性最优控制等。关于励磁控制规律，国内外学者普遍认为，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，而不是在某种条件下最优。同时，励磁调节不仅要考虑阻尼振荡，还必须考虑调压指标等性能要求。由于PID+PSS控制方式有很强的阻尼系统振荡的能力，具有较好的适应性以及很好的维持发电机电压水平的能力，又具有物理概念清晰、现场调试方便的优点，因而在国内外得到普遍应用。我公司的励磁调节器的控制规律也采用PID＋PSS控制方式。 国内有些单位也开展了线性最优控制或非线性最优控制规律的研究，并有样机投入工业运行。但到目前为止，还未见到成功应用实例的报道，并且，在现场进行调节器性能的测试时，特别是进行PSS性能测试时还存在着数学模型不够清晰，难以进行参数校正的问题，故在国内的应用还难以推广。 2、调节器通道的冗余 目前，在调节器调节通道的组成上，大多数厂家采用热备用双通道单模冗余结构，即调节器包含两个独立的通道。这两个通道软硬件结构完全相同，调节模式、工作原理完全一致，一套工作，一套备用。这种结构存在一个较大的弱点，那就是单一的工作模式，由于两个通道的完全一致性，同时出现故障的机率比较大。国内曾有多家电厂发生失磁事故，其原因就是调节器的两个通道由于受到干扰而同时死机。 也有少数制造商采用三取二表决型通道，这种冗余结构原理很简单，三个调节通道在反馈、脉冲输出等环节通过软件或硬件比较，选择中间值作为真值。显然，若有两个通道出现问题，表决逻辑就变得混乱了。国内外有学者对其进行过分析，认为这种结构的可靠性远低于热备用双通道单模冗余结构。因此，采用表决器结构的制造商另外加了一个独立的手动通道作为表决器的备用通道，当表决器故障时切换到手动通道运行。这实质上是花费四个通道的成本来获得两个通道的可靠性，得不偿失。国外有些制造商起初也选用过表决型冗余通道，但后来逐渐摈弃不用了。 我公司在90年代初开发了热备用双通道模式冗余结构的励磁调节器，即主通道采用总线工控机为核心的数字式调节器，而备用通道采用以可编程控制器为核心的模数混合式调节器，这两个通道软硬件结构、调节模式、工作原理完全不同，因而被称为双模结构。这种类型的调节器一经推出，即获得用户广泛欢迎，在国内四十多家电厂近百台机组投入运行。 在总结该调节器成功经验的基础上，针对大中型发电机组，我们于97年研制成功微机/微机/模拟三通道双模冗余结构的励磁调节器。 该调节器由两个自动电压调节通道（A、B）和一个手动调节通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。A套调节器和B套调节器是以STD总线工控机为核心的数字式调节器，而C套调节器则是基于集成电路的模拟式调节器。以下是这两种不同类型调节模式的对比：
2.2节半导体励磁调节装置结构及原理 半导体励磁调节装置结构及原理 励磁调节器是励磁控制系统中的智能设备，它检测和综合励磁控制系统运行状态及调度指令，并产生相应的控制信号作用于励磁单元，用于调节励磁电流大小，满足同步发电机各中运行工况的需要。 半导体自动调节励磁装置的型号很多，但其基本构成却相似，由基本控制和辅助控制两大部分作成。如图5—15虚线框内所示基本控制由调差单元，测量比较单元，综合放大单元，移相触发单元和可控整流桥等构成，实现励磁电流的自动调节，以便维持系统电压水平和合理分配机组间的无功功率；辅助控制是为了满足电机不同工况要求，改善电流系统稳定性和励磁系统动态性能而设置的，包括励磁系统稳定器，电力系统稳定器和励磁限制器等，视具体要求设置。 半导体励磁调节系统结构框图 励磁调节器的几个基本环节： 1.测量，给定与比较单元 测量比较环节框图 该单元的任务：测量发电机机端电压，并于给定电压相比较，输出机端电压的偏差信号到综合放大单元。给定电压要求在规定范围内可调。 2.综合放大单元 综合放大电源对电压偏差型号，稳定控制信号，励磁限制信号和各种补偿信号等起综合
和放大的作用（线性迭加），经综合放大后的控制信号输出到移相出发单元作为触发脉冲角度的移相控制信号。其中，电压偏差信号来自上述测量给定比较单元，稳定控制信号来自励磁系统稳定器（ESS）和电力系统稳定器（PSS）,励磁限制信号来自各种励磁限制器，补偿信号来自励磁绕组时间补偿器等。 3.移相触发单元 移相触发单元根据综合放大单元从来的控制信号的变化，改变输出到晶闸管的触发脉冲的相应，即改变控制角？，从而控制晶闸管整流电流的输出电压，达到调节发电机的励磁电流的目的。 移相触发器的基本原理:利用主回路电源电压信号产生一个频率与主回路电源同步的，副值随时间单调变化的信号（称为同步信号），将其与来自综合放大单元的控制信号比较，在两者相等的时刻形成触发脉冲；移相触发器一般由三个功能环节组成:脉冲形成和脉冲放大。 根据信号的形成划分，常见的移相触发器有锯齿波移相（或线性移相）和余玄波移相两种。 锯齿波移相原理：将主回路电源的正弦电压信号整形为方波信号作为门信号，用来控制一个恒流元积分器的充方电，积分器充电时输出一个线性上升的电压波形，该电压波形就是具有与主回路同步且随时间单调变化特点的同步信号，将调节器输出的控制信号与该线性变化的同步信号相比较两者相等时发出触发脉冲。锯齿波移相原理如图3-11所示。 锯齿波移相的特点：（1）控制角与控制电压成正比（或反比）关系（锯齿波移相又称线性移相）；（2）控制角不受主回路电源电压副值得影响；（3）（全空桥输出电压与控制电压成余弦关系。 余弦波移相原理：（1）控制角与控制电压成反余弦关系（2）控制角受主回路电源电压副值的影响；(3)全空桥输出电压与控制电压成正比关系。 4.调差单元 调差单元是并列运行各同步发电机之间合理分配无功功率的关键环节。所谓合理分配无功功率，就是指负荷总无功功率按机组容量百分比（即标玄值）相等的原则分配给各并列机组。
一.发电机的功用 汽车使用的电源有蓄电池和发电机两种。采用交流发电机作为主要电源，蓄电池作为辅助电源。在汽车行驶过程中，由发电机向用电设备提供电源，并向蓄电池充电。蓄电池在汽车启动时提供启动电流，当大电机发出电量不足时，可以协同发电机供电。 二.发电机的分类 1.按磁场绕组搭铁形式分两类 a.外搭铁型（A线路） 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。 b.内搭铁型（B线路） 磁场绕组的一段（负极）直接搭铁（和壳体相连）。如下图2-13所示： 2.按整流器结构分四类 a.六管交流发电机（例丰田系列） b.八管交流发电机（例天津夏利轿车所用） c.九管交流发电机（例三菱系列） d.十一管交流发电机（例奥迪、大众汽车用） 三.交流发电机结构 交流发电机一般由转子、定子、整流器、调节器、端盖组成，JF132型交流发电机组件图见图 1.转子 转子的功用是产生旋转的磁场。它由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，结构图见图
转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组（转子线圈）和磁轭。 集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。2.定子 定子的功用是产生交流电。它由定子铁心和定子绕组组成。见图 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组由三相，三相绕组采用星型接法或三角形（大功率）接法。三相绕组必须按一定要求绕制，才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。 3.整流器、端盖 整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。 端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。 四.交流发电机的电压调节器 交流发电机的转子由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为～3左右，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。 为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下几本保持恒定。 1.交流发电机电压调节器按工作原理可分为： a.触点式电压调节器 b.晶体管调节器 c.集成电路调节器
励磁系统励磁调节器技术要求 4.1.1 自动励磁调节器 4.1.1.1 自动励磁调节器应有两个独立的自动电压调节通道，含各自的电压互感器、测量环节、调节环节、脉冲控制环节、限制环节、电力系统稳定器和工作电源等。两个通道可并列运行或互为热备用。 4.1.1.2 自动励磁调节器的各通道间应实现互相监测，自动跟踪。任一通道故障时均能发出信号。运行的自动电压调节通道任一测量环节、硬件和软件故障均应自动退出并切换到备用通道进行，不应造成发电机停机，稳定运行时通道的切换不应造成发电机无功功率的明显波动。 4.1.1.3 自动励磁调节器应具有在线参数整定功能，各参数及各功能单元的输出量应能显示，设置参数应以十进制表示，时间以秒表示，增益以实际值或标幺值表示。 4.1.1.4 自动励磁调节器应具有在线参数整定功能，各参数及各功能单元的输出量应能显示，设置参数应以十进制表示，时间以秒表示，增益以实际值或标幺值表示。 4.1.1.5 自动励磁调节器电压测量单元的时间常数应小于 30ms。 4.1.1.6 自动励磁调节器直流稳压电源应由两路独立的电源供电，其中一路应取自厂用直流系统。
4.1.1.7 励磁调节器的调压范围和调压速度： a)自动励磁调节时，应能在发电机空载额定电压的 70%-110%范围内稳定平滑的调节； b)手动励磁调节时，上限不低于发电机额定磁场电流的 110%，下限不高于发电机空载磁场电流的 20%； c)发电机空载运行时，自动励磁调节的调压速度应不大 于发电机额定电压的 1%/s，不小于发电机额定电压的 0.3%/s。 4.1.1.8 自动励磁调节器应配置电力系统稳定器（PSS）或具有同样功能的附加控制单元。 a)电力系统稳定器可以采用电功率、频率、转速或其组 合作为附加控制信号，电力系统稳定器信号测量回路 时间常数应不大于 40ms，输入信号应经过隔直环节处 理，当采用转速信号时应具有衰减轴系扭振频率信号 的滤波措施。 b)具有快速调节机械功率作用的大型汽轮发电机组，应 首先选用无反调作用的电力系统稳定器。 c)电力系统稳定器或其他附加控制单元的输出噪声应小 于±0.005p.u.。
励磁电流 百科名片 励磁电流 励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N 极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。以前这个直流电压是由直流电动机供给，现在大多是由可控硅整流后供给。我们通常把可控硅整流系统称为励磁装置. 目录[隐藏] 励磁电流的调节 自并励微机励磁调节器基本工作原理 CPU控制模块 数据采集模块 显示模块 通信模块 微机励磁调节器软件设计 [编辑本段] 励磁电流的调节 在同步发电机的控制系统中，励磁调节器是其中的重要组成部分。当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。因此，国内外相关专业人士一直致力于励磁调节器的研究。励磁调节器的发展也由机械式到电磁式，再发展到今天的数字式。目前，数字式励磁调节器的主导产品是以微型计算机为核心构成的，但其造价高，需要较高技术支持，在一些小型机组上推广有一定难度。由此，出现了以MCS-51单片机为核心的励磁调节器[1][2]。MCS-51单片机内部资源较少使得外
围电路复杂，从而影响了整个励磁控制系统的精确性、快速性和稳定性。本文提出了一种基于PIC16F877的同步发电机自并励微机励磁调节器的设计方法。 PIC16F877是美国Microchip公司生产的PIC16F87X系列芯片中功能最为齐全的微控制器。它可以实现在线调试和在线编程，内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLASH程序存储器,368Х8位RAM,256Х8位的EEPROM,14个中断源和3个定时/ 计数器,片内集成多达15个外围设备模块，因此外围电路大大简化，成本降低。 [编辑本段] 自并励微机励磁调节器基本工作原理 图1为自并励励磁系统的原理接线图。发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器LB降压，可控硅整流器KZL整流后给发电机励磁。自动励磁调节器根据装在发电机出口的电压互感器TV和电流互感器TA采集的电压、电流信号以及其它输入信号，按事先确定的调节准则控制触发三相全控整流桥可控硅的移相脉冲，从而调节发电机的励磁电流，使得在单机运行时实现自动稳压，在并网时实现自动调节无功功率，提高电力系统的稳定性。 发电机的线电压UAC和相电流IB分别经电压互感器和电流互感器变送后，经鉴相电路产生电压周期的方波脉冲和电压电流相位差的方波脉冲信号送PIC16F877微控制器，用PIC的计数器测量这两脉冲的宽度，便可得到相位差计数值，即电网的功率因素角[1]。然后通过查表得出相应的功率因素，进一步求出有功功率和无功功率。 控制单元选用一片PIC16F877单片机，因PIC16F877单片机内部有A/D转换功能，从而不用外部A/D模块，这样减少了外部器件，降低了成本，增强了抗干扰能力。PIC单片机根据从输入通道采集的发电机运行状态变量的实时数据，进行控制计算和逻辑判断，求得控制量。在可控硅整流电路中，要求控制电路按照交流电源的相位向可控硅控制极输出一系列的脉冲，才能实现可控硅顺利导通和自然换相。“同步和数字触发控制电路”的作用就是将计算机CPU计算出来的、用数字量表示的可控硅控制角转换为触发脉冲。由功率放大电路将触发脉冲放大后去触发可控硅，从而控制励磁电流。 [编辑本段] CPU控制模块 CPU控制模块是励磁调节器的控制核心，采用美国Microchip 公司生产的PIC1 6F877 单片机。PIC16F877具有独特的RISC(精简指令集) 结构,数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构,使指令只有单字长的特性,且允许指令码的位数可多于8 位 的数据位数,这与传统的采用CISC 结构的8 位单片机相比,可以达到2∶1 的代码压缩,速度提高4 倍。PIC16F877内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLAS
EXC9000用户手册 第3章 调节器软件功能说明
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目录 1．调节功能 (5) 1.1 给定值调节与运行方式 (5) 1.2 自动电压调节器和励磁电流调节器 (5) 1.3 电力系统稳定器（PSS） (7) 1.4 调节器工作模式 (9) 1.4.1 发电模式 (9) 1.4.2 电制动模式 (10) 1.4.3 恒控制角模式 (11) 1.4.4 短路干燥模式 (12) 1.5 有功和无功功率补偿 (12) 1.6 调差 (12) 1.7 叠加的无功功率或功率因数控制 (13) 1.8 软起励控制 (13) 1.9 通道间的跟踪 (14) 2．限制功能 (15) 2.1 强励限制和过励限制 (15) 2.2 欠励限制 (16) 2.3 定子电流限制 (17)
2.5 低频 (19) 3. 故障检测及判断 (19) 3.1 同步故障 (19) 3.2 低励磁电流 (20) 3.3 励磁变副边CT故障 (20) 3.4 PT故障 (20) 3.5 调节器故障 (21) 4．防错功能 (21) 4.1 检测容错 (21) 4.2 控制容错 (22) 5. 其它功能 (22) 5.1 R631信号 (22) 5.2 R632信号 (22) 5.3 开机令输出 (22) 5.4 复位 (23) 5.5 通道跟踪 (23) 5.6 内部跟踪 (23)
5.8 恒Q控制 (24) 5.9 恒PF控制 (24) 5.10 人工操作增减磁 (24) 6. 调节器逻辑流程图 (26) 6.1 开机流程 (26) 6.2 停机流程 (27) 6.3 主CPU程序及中断服务流程 (28) 6.4 DSP采样程序及中断服务流程 (29) 6.5 通道切换流程 (29) 6.6 通道跟踪流程 (30) 6.7 系统电压跟踪流程 (30)
发电机励磁调节原理 水轮发电机励磁的自动调节 1 水轮发电机的励磁方式 同步发电机将旋转的机械能转换成为电能,在转换中需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流。 励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式: ?从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机; ?从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机。
2由交流励磁机供电的励磁方式 这种励磁方式的发电机(GS采用交流励磁机(G1提供励磁电流。 G1与GS同轴,它输出的交流电流经整流后供GS励磁,因此属于他励方式。 若G1的励磁电流由自身提供,则G1为自励方式; 若G1的励磁电流由另外一台励磁机(称为交流副励磁机G2提供,则G1为他励方式。而G2可以是具有自动恒压装置的交流发电机,并且G2输出的交流电流经整流后供G1励磁。 交流副励磁机 交流 励磁机
励 磁 同步发电机他励他励永磁机励 磁他励励 磁
优点:设备少、结构简单、维护方便;
缺点:在发电机或系统发生短路时,由于电压的大幅下降或消失,导致励磁电流的下降或消失,而此时本应大大增加励磁(即强行励磁来维持电压的。 考虑到现代大型电网多采用封闭母线,且高压电网一般都装有快速保护,认为有足够的可靠性,故采用自并励的机组较多。 ?自复励方式 为了克服自并励方式在发生短路时不能提供较大的励磁缺点,发电机还可采用自复励方式。与自并励方式相比,自复励方式除设有整流变压器外,还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器(亦称串联变压器。其原理是,当短路故障发生时电压降低,但电流却巨增,则串联变压器的作用是将该电流转换成为励磁电流。因此,这种励磁方式具有两种励磁电流,即整流变和励磁变的励磁电流。
1 前言 彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。 试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。 彭城电厂1号发电机主要参数如下： 型号：QFSN-300-2 额定容量：300MW 额定电压：20000V 额定电流：10189A 额定励磁电压：302V 额定励磁电流：2510A 额定功率因数：0.85 额定转速：3000rpm 额定氢压：0.31Mpa 额定冷氢温度：46℃ 励磁机额定励磁电压：16V 励磁机额定励磁电流：147A X d＝ 1.86 X’d＝ 0.223 X’’d＝ 0.16 T d o＝ 8.15S T’d＝ 0.91S T’’d＝0.041S 2 试验目的 2.1 由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问
题的一种方法。但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV 母线及厂用电压变化的经验数据。 2．2 通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。指出在保护、监测方面存在的问题。 3 发电机进相运行的限制因素 彭城电厂工程设计装机为2台300MW 机组，两条220KV 母线为双母带旁路接线方式。彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。 3.1 发电机静稳极限的限制 发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。等值电路图如下： E q I U f U xt ○ ○ ○ ○ X d X b X 由等值电路图，其中E q 为发电机内电势，X d 为发电机同步电抗，U f 为发电机端电压，X b 为主变电抗，X 为线路电抗，U xt 为系统电压。由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X 也比较小，所以本次计算可近似的将220KV 母线电压作为系统电压，主变电抗X b 做为系统电抗X xt 。通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值： d f d d f f d f QX U PX arctg X U Q U X U P arctg +=+=2δ
发电机励磁系统试验报告 使用单位： 机组编号： 励磁装置型号： 设备出厂编号： 设备出厂日期： 现场投运日期：
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励磁系统调试报告 使用单位：机组号：设备型号：设备编号：出厂日期：发电机容量：额定发电机电压/电流： 额定励磁电压/电流： 励磁变压器： KVA三相环氧干式变压器 励磁变额定电压： 励磁调节器型号：型调节器 一、操作回路检查 1．励磁柜端子接线检查 检查过柜接线是否与设计图纸相符，确认接线正确。 检查励磁系统对外接线是否正确，确认符合要求。 2．电源回路检查： 厂用AC380V工作电源。
DC-220V电源 检查励磁系统DC24V工作电源。 检查调节器A、B套工控机工作电源。 3．风机开停及转向检查： 4．灭磁开关操作回路检查 5．励磁系统信号回路检查 6．串行通讯口检查 二、开环试验 试验目的：检查励磁调节器工作是否正常，功率整流器是否正常。试验方法：断开励磁装置与励磁变压器及发电机转子的连接，用三相调压器模拟PT电压以及整流桥交流输入电源，以电阻或滑线变阻器作为负载，用小电流方法检查励磁装置。 1．检查励磁系统试验接线，确认接线无误。 2．将调压器电压升到100V，按增磁、减磁按钮，观察负载上
的电压波形是否按照调节规律变化。 功率柜上桥的输出波形正常，无脉冲缺相。 功率柜下桥的输出波形正常，无脉冲缺相。 3．调节器通道切换试验： 人工切换调节器工作通道，切换正常。 模拟A套调节器故障，调节器自动切换到备用通道。 模拟B套调节器故障，调节器自动切换到C通道。 4．励磁系统故障模拟试验 调节器故障 PT故障 起励失败 逆变灭磁失败 功率柜故障 快熔熔断
同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理 The Formation of Synchronou s Voltages in Automatic Excitation Regulator 刘 微 (南京工程学院,江苏南京210013) 摘 要:在同步发电机自动励磁调节装置中,可控硅触发技术是一项关键技术,而其中的同步电压的处理环节又是关键。因此,对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电压的处理进行分析,并比较。关键词:自动励磁调节器;可控硅整流;同步电压;触发脉冲中图分类号:T M 31 文献标识码:C 文章编号:1009-0665(2002)06-0026-03 收稿日期:2002-07-27;修回日期:2002-11-10 同步发电机的自动励磁调节装置(AER)是电力系统中一个重要的自动装置[1],其中的移相触发单元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,使其控制角随着发电机端电压的变化而改变,从而达到自动调节励磁的目的。移相触发单元是由同步、移相、脉冲形成、脉冲放大等环 节构成[2] 。若其中的同步电压处理不好,将影响移相触发脉冲的准确性,从而影响发电机的励磁。在半导体励磁系统中同步电压的产生很麻烦,随着微型计算机的应用,为同步电压的处理提供了很大的方便。 1 同步电压的作用 根据在可控硅整流电路中对可控硅进行导通控制的要求,可控硅元件上所加的电压和控制极上所加的触发脉冲在相位上必须配合合理,否则可控硅将无法正常工作,这种配合称为同步。因此,在可控 硅励磁系统中,必须引人同步电压来保证可控硅触发脉冲与主电路的同步[2]。 2 同步电压的产生 同步电压的取法和可控整流电路接线型式有关[2]。 三相半控硅整流电路中,由于共阳极组的整流元件不可控,在自然换流点换流,共阴极组的可控硅应承受的阳极电压为正时一段区间内触发导通,三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。 三相全控硅整流电路中,共阴极组的可控硅只有在其阳极电位最高的一段区间内才有可能导通,供阴极组的出发脉冲应在这一期间内发出,三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。共阳极组的可控硅只有在其阴极电位最低的一段区间内才有可能导通,共阳极组的触发脉冲应在这一段区间内发出。三相触发脉冲应按-C 、-A 、-B 相序依次相隔120 发出。这样六相触发脉冲应按+A -C +B -A +C -B 相序依次相隔60 发出。 因此,移相触发单元必须接受与主电路电压有一定相位关系的电压信号,才能保证触发脉冲按要求发出。同步电压可经同步变压器获得,同步电压采用适当的接法,将主电路电压变换成具有触发电路所要求的幅值、相位及相数的同步电压,作为移相触发单元的同步信号。 3 同步电压的处理 3.1 半导体励磁调节器中同步电压的处理 在半导体励磁调节器中,同步电压的原方绕组接主电路的电源,副方绕组在三相半控桥中接成三相Y 形,在三相全控桥中采用六相双Y 形接法。根据全控硅整流桥的工作特点:控制角0 < <90 时,全控硅整流桥工作在整流状态;当 >90 时,全控硅整流桥工作在逆变状态,仅简单的引入上述同步电压( U tb )还不够,必须对同步电压进行处理,才能满足触发脉冲的要求。 在三相全控硅整流桥电路中,施加触发脉冲的时间应在该相自然换相点之后,如果在该相自然换相点之前施加触发脉冲,则可控硅不但不能在施加 26 2002年12月 江 苏 电 机 工 程 Jiangsu Electrical Engineering 第21卷第6期
发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出
同步发电机励磁系统与励磁调节器 一般来说,与同步发电机励磁回路电压建立、调整以及必要时使其电压消失地有关元件和设备总称为励磁系统.励磁系统包括发电机绕组,励磁电源,励磁装置及调节电压有关地其他设备. 同步发电机地励磁系统一般由两部分组成.一部分用于向发电机地磁场绕组提供直流电流,以建立直流磁场,通常称为励磁功率输出部分.另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行地需要,一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器. 励磁系统地主要作用： 电力系统正常运行时,维持发电机或系统某点电压水平.当发电机无功负荷变化时,一般情况下机端电压要发生相应变化,此时自动励磁调节装置应能供给要求地励磁功率,满足不同负荷情况下励磁电流地自动调节,维持机端或系统某点电压水平. 合理分配发电机间地无功负荷.发电机地无功负荷与励磁电流有着密切地关系,励磁电流地自动调节,要影响发电机间无功负荷地分配,所以对励磁系统地调节特征有一定地要求. 三、在电力系统发生短路故障时,按规定地要求强行励磁. 四、提高电力系统稳定性. 五、快速灭磁,当发电机或升压变压器内部发生故障时,要求快速灭 磁,以降低故障所造成地损害. 同步发电机地励磁方式 一、直流发电机供电地励磁方式 二、交流励磁机经整流供电地励磁方式 三、静止电流供电地励磁方式.励磁电流是通过励磁变压器、励磁 电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流. 励磁调节器地构成 励磁自动调节指地是发电机地励磁电流根据机端电压地变化按预定要求进行调节,以维持端电压为给定值.所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量地负反馈控制系统.同步发电机地励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流,功率因数地补偿调节两种.下面主要介绍按电压偏差调节方式.
关于励磁调节器介绍 1.AVR = Auto. Voltage Reg.自动电压调节器（简称自动或AVR）; FCR = Field Current Reg(Regulator) 励磁电流调节器（简称手动或FCR）。 2.当运行于AVR方式时，调节器根据机端电压的变化，通过调整发电机的励磁电流，维持发电机端电 压在给定水平；另外当几台机组并列运行时，有合理分配无功功率和限制进相运行状态下的无功功率作用。当运行于FCR方式时，调节器从接在发电机转子回路的励磁电流传感器上取得发电机转子电流反馈信号，维持发电机转子电流在给定水平。 3.每一个通道均可作为工作通道投入运行，而另一通道将自动作为备用通道。在初始加电时，自动指 定CH1为工作通道，CH2为备用通道。备用通道自动跟踪工作通道，并自动关闭自己的触发脉冲，使工作通道的触发脉冲控制所有整流柜的输出。每一个通道均有AVR和FCR两种运行方式，在初始加电时，自动指定AVR为运行方式，FCR为备用方式，FCR自动跟踪AVR。 4.通道之间和通道内部的AVR与FCR之间均可故障自动切换或人为切换控制，切换控制器监视着通道 的工作状况，联系内部和外部信号状态，发出相应的切换命令，由于采用随动式跟踪，可以为非运行通道营造一种模拟闭环环境，以便非运行通道的设定值和控制电压在此环境下与运行通道保持一致和统一，使切换平稳、无冲击，装置的切换逻辑由软件完成。 5.窗口介绍 主窗口分为操作、系统状态、表计和模拟量数值在线显示四部分，如下图
#2机励磁调节器运行在FCR 方式 6. 窗口对话窗介绍 7. 开关量窗口可查看 图1 通道选择菜单 图2 窗口菜单
课题：励磁控制系统主回路设计及系统性能分析专业：电气工程及其自动化 班级：4班 学号： 姓名： 指导教师： 设计日期：2016.5.30-2016.6.8 成绩：
自动装置励磁系统设计报告 一、设计目的 1、回顾发电机励磁控制系统主回路的设计原理。 2、进一步了解发电机励磁控制的系统性能分析。 3、学会建立发电机励磁系统的数学模型。 二、设计要求 励磁控制系统的动态特性如上升时间、超调量、调整时间等都要满足要求。因为本设计主要针对PID 调节在励磁控制中的作用，因此设计方案设有无PID 调节励磁控制和有PID 调节控制两个方案，并进行对比，分出优劣，选取效果极佳的方案。 2号题：发电机型号QF —25—2 基本数据：额定容量（MW ）：25 转速；3000 额定电压（KV ）：6.3 功率因数cos?：0.8 额定电流：（A ）：2860 效率（%）：97.74 励磁数据：空载励磁电流（A ）：149.4 满载励磁电流（A ）：372 空载励磁电压（V ）：62.5 满载励磁电压（V ）：180 参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s ）：11.599 转子电阻：（75℃）（Ω）：0407（ c 75?R =1.24c 15?R ） 电压降之和ΔU=3 三、设计过程 1、系统概述 （1）设计发电机励磁控制系统的数学模型，并以PID 控制方式，搭建仿真模型。 （2）性能分析： 应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能，并给出典型运行方式下的最佳参数整定值，要求打印主要分析曲线及计算结果。 （3）主回路设计 主回路设计包括：励磁方式选择；励磁变压器选择；起励问题及计算；整流元件参数确定及选择；主回路保护配置；要求绘出励磁系统主回路原理图。 励磁方式：自并励方式
UN5000自动励磁调节器校验规程 批准： 审核: 编写： O O 七年十二月
ABB励磁调节器校验维护规程 1 概述: 本规程适用于淮浙煤电凤台发电分公司2X600MW发电机组UNITROL 5000励磁调节系统的检验维护。规程规定了检验维护的项目、分类、标准及基本方法。 在现有条件下，仅对于装置及回路进行常规调试，在试验方法上，都在装置本身上做，尽量从端子排上接线，模拟实际状态。 1.1 原理简介： 淮浙煤电凤台发电分公司600MW发电机组采用机端自并励静态可控硅 整流励磁，励磁系统由六部分组成：1）励磁变压器；2）自动电压调节器；3）整流装置；4）灭磁及过电压保护装置；5）启励回路；6）辅助设备。 自并励励磁方式，励磁功率由发电机输出，经过主励磁回路中的励磁变压器，换流和磁场开关输入转子绕组。励磁变压器除了把发电机输出电压降至励磁所需要电压的作用外，还起到隔离发电机与励磁系统的作用，同时还作为换流器的换向阻抗。励磁电流是通过控制单元输出的触发脉冲控制可控硅的触发角来控制的。 自并励励磁方式，发电机起励中，发电机的剩磁不足以通过主励磁回路建立起发电机电压，因此，需要专门的启励回路。启励回路包括启励变压器，整流器及启励开关等，启励电源由厂用电提供。 1.2 发电机及励磁系统参数 1.2.1 发电机： 型式：东方电机股份有限公司生产的水、氢、氢冷却方式的三相同步汽轮发电机。 额定容量：667MVA 额定电压：22KV 额定频率：50HZ 极数：2 绝缘等级：F 1.2.2 励磁变压器： 型式：三个单相干式环氧浇注 变比：2 2 / 0. 86KV 接线组别：Y/D-11 ，电压阻抗为8% 1.2.3 ABB Unitrol 5000 励磁调器 电压调节范围：（20%---110%）Un AVR 配置：2 通道 2维护 2.1介绍 功率因数：0.9滞后额定电 流：17495A 额定转速：3 0 0 0 rpm 相数：3 效率：98.8% 额定容量：6600KVA 顶值电压倍数/ 强励时间：2/20S 顶值电流倍数：2
10月电气培训教案----励磁调节系统 一、励磁调节器的主要功能 励磁调节器是维持发电机的机端电压恒定、通过合理的调差设置保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。此外，调节器还具有故障录波、事件记录、系统自检、智能调试等功能。 二、调节及控制功能 1、自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节； 2、手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节； 3、发电机恒功率因数运行； 4、发电机恒无功运行； 5、自动、手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换； 6、通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换； 7、发电机恒定触发角运行； 8、无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差0.1%； 9、完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节； 10、参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失； 11、可通过串行口将调节器接入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上 位机； 三、保护功能 1）PT断线保护 2）V/Hz保护（伏赫比保护）确保转子在静止时调节器停止工作 3）过励限制与保护 4）欠励限制及保护 5）空载过电压保护 6）触发脉冲丢失的检测 7）通讯故障检测 8）可控硅故障检测 9）电源检测
10）旋转二极管故障报警 四、工作方式 在无刷励磁方式下微机励磁调节器工作在主、备用方式。主、备通道相互通讯，备用通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。在这种方式下，单通道运行即能满足发电机各种运行工况的要求，双通道配置则大大提高了系统的可靠性。 五、组成卡件 1.开关电源组件1 （+5V，±12V） (电源Ⅰ) 2、开关电源组件2 （24V1，24V2） (电源Ⅱ) 3、主机板 4、开关量输入输出板 (开入开出) 5、脉冲放大板 6、模拟量信号处理板 (信号处理) 7、PT/CT及同步变压器板 (PT/CT) 8、功率板 六、基本原理 微机励磁控制柜的输入电气信号有发电机量测PT电压，仪表PT电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于A／D采样的信号。这些信号送入A／D变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供微机励磁调节器使用。微机励磁调节器需要直流电源作为后备工作电源。微机励磁调节器输出的电流、电压均为直流量。微机励磁调节器的工作电源也是独立的，采用开关电源。输出电压有：+5V、±12V电源供主机板，运算放大器用；24V1供脉冲回路，24V2供继电器及操作回路用。电源采用两路供电：一路来自永磁机电源整流或励磁变压器整流，另一路后备电源，来自厂用直流电。两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，调节器仍能正常工作。 调节器具有以下四种运行方式选择： 恒机端电压调节 恒励磁电流调节 恒功率因数调节 恒无功功率调节 四种运行方式可以进行无扰动切换，其中后两种调节方式是叠加在第一种调节方式上