同步发电机励磁控制研究的现状与走向
ISSN 100020054CN 1122223 N
清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2001年第41卷第4 5期
2001,V o l .41,N o .4 534 59
1422146
同步发电机励磁控制研究的现状与走向
韩英铎, 谢小荣, 崔文进
(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)
收稿日期:2000212219
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59877011)作者简介:韩英铎(19382),男(汉),辽宁,教授。
摘 要:同步发电机励磁控制是电力系统最经济和有效的控制手段之一,是一个非常活跃的研究领域。为促进励磁控制理论研究和工程应用的进一步开展,并最终提高现代大型电力系统的安全稳定性和运行质量,论文阐明了这一研究领域的核心问题所在,比较全面地概括了其发展历史与现状,试图在一些主要问题上与众多研究者取得共识,并提出了进一步研究工作应该面对的重点课题。电力系统发电机励磁控制理论与方法的不断进步,有赖于广大科研工作者和工程人员本着实事求是的科学态度,走出误区,脚踏实地解决理论和实际问题。
关键词:励磁控制;同步发电机;电力系统;稳定控制中图分类号:TM 761
文章编号:100020054(2001)0520142205
文献标识码:A
Sta tus quo and future trend i n
research on synchronous genera tor
exc ita tion con trol
HAN Yingduo ,XI E Xia o rong ,CU IW e njin
(D epart men t of Electr ical Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )
Abstract : Excitati on contro l of synch ronous generato r is one of the mo st econom ic and effective contro l m easures in pow er system s .R esearch in th is field has been very active fo r a long ti m e and w ill continue to be attractive in the future .To advance the theo retic study and engineering app licati on of excitati on contro l,and in the long run to i m p rove the security,stability and quality of today’s large 2scale pow er system s,this paper deals w ith vari ous issues on the top ic of generato r excitati on contro l .F irstly,som e key p roblem s concerning th is top ic are clarified .A n overview is then given fo r the h isto ry and status quo of designing excitati on contro l .T he autho rs also try to establish som e general conclusi ons on several basic p roblem s and bring fo r w ard a few hard nuts deserving researchers’further effo rts .P ro spective p rogress in the research of generato r excitati on contro l depends on the fact that researchers and engineers in th is area take a p ractical and realistic attitude in so lving bo th theo retic and p ractical p roblem s .Key words : excitati on contro l;
synchronous generato r;
pow er
system;stability contro l
大型同步发电机励磁控制研究长期以来是一个
非常活跃的领域,成为各种控制理论和方法的“试金石”,经过多年的探索,在理论和实践上,都已取得了丰硕的成果;而在目前和将来,随着电网规模的不断扩大及其对安全稳定性水平要求的提高,以及控制理论的推陈出新,这一领域的研究将继续深入发展。作者认为,在当前,应该对此进行一些实事求是和“承上启下”的分析和小结,以明确:哪些问题已得到了比较圆满的解决,不需要再花精力去研究了;哪些关键问题还没有得到满意的解答,是今后研究的着力点;哪些问题仍然模糊不清,亟待明确;而哪些问题乃细枝末节,不必沉溺于其中等等,将是大有裨益的事。诚然,想完成这件有益的事并非一两个研究组发表一两篇文章所能胜任的。需要不同学派同仁各抒己见、集思广益,方能奏效。文章尝试对大型发电机组励磁控制发展的历史和现状作一简要概括,并从工程角度对已经比较好地解决了的问题、尚存在的问题以及未来大致走向发表拙见。“疑义相与析”,仅供广大电力科研人员特别是长期从事励磁控制研究的学者参考。
1 主题描述
现代大型同步发电机励磁控制的主要目标包
括:高精度的电压调节功能;机组无功功率分配功能;提供适当的人工阻尼和提高系统稳定性和传输功率的功能,其中稳定性主要指功角稳定性(包括静态、暂态和动态稳定性)和电压稳定性。
励磁控制设计需要解决的关键问题有[1]:1)为简化控制器设计所需的多机系统降阶动态等值问题;2)控制规律构造问题;3)系统非线性问题——包括可微非线性和不可微强非线性(如控制限
幅)的处理及机端电压的处理问题;4)多机或多子系统间关联的处理,即分散与解耦控制问题;5)多控制目标的协调问题;6)励磁控制器之间及其与别的控制手段的协调问题;7)系统不确定性问题;
8)适应性问题,励磁控制器对不同运行点、运行方式和扰动模式的适应能力和优化程度;9)控制系统的特性分析,包括闭环系统的稳定性、鲁棒性等。
2 历史与现状
下面以励磁控制所基于的设计模型为线索简单概括一下对该问题研究的历史与现状。
2.1 线性传递函数数学模型上的单变量设计
20世纪50年代出现的自动电压调节器(AV R)即是体现了这一设计理论的励磁控制方式,它采用机端电压偏差作为反馈量进行比例(P)或比例2积分2微分(P I D)调节。运用古典控制理论中频率响应法或根轨迹法来确定控制器参数。AV R式励磁控制器的基本功能是电压调节和无功功率分配,对提高静稳和暂稳也有明显作用。前苏联学者所创造的强力式励磁调节器可谓集这一方法之大成,但由于其设计上的明显不便,所以虽曾一度成为热点,却并未在国外引起效尤。
2.2 线性传递函数数学模型上的多变量设计
为了改善AV R式励磁控制器在调节精度和稳定性间的矛盾以及在提供人工阻尼方面的不足,美国学者F.D.D em ello和C.Conco rdia于1969年提出了电力系统稳定器(PSS)的辅助励磁控制策略,从而形成了“AV R+PSS”结构的励磁控制器,成为这一时期的杰作。它在北美被广泛采用,国内也得到推广。最初的PSS采用机组转速或角频率作为反馈量,是一种针对特定网络模型和振荡频率区间设计的单输入、定参数和线性控制规律,适应能力差。为提高其鲁棒性和适应能力,许多学者提出了大量的鲁棒和 或自适应设计方法,这方面的研究至今仍在继续。同时,PSS最初的单变量设计情况也很快被打破,出现了双变量反馈的PSS[2]。
2.3 线性状态空间模型上的多变量优化设计
20世纪60年代末,现代控制理论的发展和逐渐成熟,为电力系统多变量控制开拓了新的有效途径。国际上,余耀南教授率先开展了电力系统多变量控制的研究。在国内,言茂松教授最先较系统地介绍了国外文献成果,文[3,4]及作者同时或稍后进行的线性最优励磁控制(LO EC)的工程实践则把这一领域的研究推进到新的高度。并在国内开启了对优化励磁控制长盛不衰的探索,在理论和实践上都不断取得了丰硕的成果。
LO EC有一套严整的设计理论,这比在很大程度上依赖工程经验的传统AV R+PSS设计大大地前进了一步。由于考虑了电力系统多个控制目标的综合,并采用最优化设计,因而具有更好的动态性能,在鲁棒性和适应性上也有很大的改善。但经典的LO EC也存在一些不足,如:1)工程实践中采用动偏差作为反馈量的作法并没有体现在其设计理论中;2)与AV R PSS式励磁控制器相比,往往缺少足够高的电压反馈增益,积分型LO EC[5]虽然改进了稳态电压调节精度,但附加积分环节会导致削弱阻尼和积分饱和等问题。
2.4 基于反馈线性化的非线性设计
最为人所知的是两种精确线性化方法,即基于微分几何理论[6]和直接反馈线性化理论[7]的非线性设计。一般而言,非线性设计比小范围线性化设计可以获得更好的励磁控制规律。但遗憾的是,文[6]和[7]的非线性励磁控制不仅只能考虑平滑非线性问题,其对同步发电机的单轴模型假设还严重偏离了实际情况;同时,得到的非线性反馈补偿律包含机组输出电流的导数,这不但给控制器实现带来困难和误差,而且在一定条件下是不稳定的[7]。为实现精确线性化,囿于所依赖的数学变换工具,它们在状态变量的选取上也受到限制,不能采用端电压反馈,也没考虑端电压约束,一定程度上,背离了励磁控制维持端电压的主要目标。此外,对于角频率偏差、阻尼系数等关键量值,概念尚欠明确。为解决上述问题,文[8]提出一种新的非线性设计方法。
2.5 鲁棒控制设计
鲁棒励磁控制旨在解决这样一个问题:通过一种设计方法来保证得到的控制器在预定的参数和结构扰动下仍然能保证系统的稳定性和可用性。已有大量的文献[9～12]报导了以(滑模)变结构控制、H∞控制和Λ综合理论为代表的所谓鲁棒控制理论在机组励磁控制设计中的应用;仿真表明,它们具有良好的针对参数摄动、非线性项和不确定的鲁棒性,预示了乐观的应用前景。但在目前,一方面,理论本身有待完善;另一方面,欲将其应用于发电机励磁控制,在模型和实现上还有很多实际问题需要进一步研究。
2.6 自适应控制设计
自适应控制从本质上来讲比鲁棒控制具有更高
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级的目标,它在预定的参数和结构扰动下,还追求某种性能的适应性优化。它的出发点是将系统辨识和控制结合起来,在线辨识控制对象的参数或 和结构,并进而调整控制器参数和 或结构,使之能自动跟踪对象变化实现最佳控制。其中自校正控制和模型参考自适应控制在电力系统稳定控制方面的应用已有广泛的报导[13,14]。另外,还发展了以LO EC为基础的自适应励磁控制[15],以及针对系统参数不确定时不能达到精确线性化而提出来的自适应非线性励磁控制方法[16]等。
2.7 智能控制设计
包括模糊逻辑励磁控制[17],基于规则(专家系统)的励磁控制[18],人工神经网络励磁控制[19]以及基于遗传算法[20]、自学习理论、迭代学习算法以及它们的某种结合[20,21]的励磁控制,基本特点是不依赖于对象系统的精确数学模型,而是基于某种智能概念模型将控制理论和人的经验及直觉推理相结合,具有处理非线性、并行计算、自适应、自学习和自组织等多方面的能力和优点。其中,智能技术既可以
有非智能控制器的参数和 或结构,也可以作为一种底层控制规律来取代原有励磁控制的某一环节,实现特定的控制算法或映射关系。
目前,智能型励磁控制方法大多尚停留在仿真计算阶段,少数应用实例也仅是一些简单的实验性尝试,欲推广其应用,还有大量的理论和实际工作要做。拿模糊逻辑励磁控制来说,多变量模糊建模问题,模糊控制器的稳定性问题,以及实际应用中的软硬件环境和操作规范等,都有待于深入和细致的研究。
2.8 多种控制方法的综合应用
经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论虽然在理论体系和实现机理上相差较大,但从整个控制理论的发展上来看它们是一脉相承、相互补充的;很难凭借单独一种控制规律来解决实际励磁控制系统中的众多难点问题和实现综合性的设计目标,实际上往往是多种方法彼此结合、综合应用以取得较好的控制效果。
2.9 大系统模型上的分散与协调设计
传统的分散励磁控制实质上是在简化模型(单机或准单机模型)下设计“孤立”控制器,得到的控制作用只对改善局部控制性能有一定好处,对系统其它部分的动态行为难有确定性的改善,反而存在由于缺乏协调而导致整体性能恶化的危险。20世纪70年代出现了大系统分散控制理论,其中模型分解分散控制和可选结构分散控制在励磁控制设计中得到应用[1],使在允许线性化范围内的多机系统的分散协调控制器设计问题得到较好的解决,美中不足的是它们局限于局部信息模式,不能确保系统的整体可控性甚至稳定性,同时,对于强耦合电网系统,难以取得满意的控制性能。随着通信和信息处理技术的不断进步,从发展的观点看,完全分散信息模式并不是“天然”的约束,有时甚至是必须突破的(如当系统不能分散镇定时)。文[8]考虑到理论和实际的需要,在信息结构概念的基础上建立一种不囿于完全分散或集中模式中的一种,即适用于任意给定信息结构模式的协调控制理论,在理论上解决了整个系统的可控性和稳定性问题,并通过引入非线性反馈补偿,较好地解决了多机系统中考虑平滑非线性以及不同结构的励磁控制器的优化协调设计问题。
随着电力系统控制手段的增多,励磁控制器与其它控制装置的协调同样是一个值得关注的问题,这方面已有一些研究成果,如文[1]提出的基于ANN的励磁、快控汽门和电气制动等多种控制手段的协调作用,但总体上还没形成系统化的理论体系。文[8]建立了机组励磁与静止同步补偿器(STA TCOM)协调控制设计的系统化方法,该方法可以推广应用到更一般的情况。
通过对以上各种励磁控制方法的研究,作者希望在以下几个方面与众多同行取得共识:
1)励磁控制电压调节的基本功能应该得到重视,即控制器应具有电压反馈回路;
2)依靠励磁控制能大幅度提高系统的静稳极限,甚至达到线路的功率极限;
3)励磁控制能有效地提高小干扰稳定性、即阻尼低频振荡的能力,靠线性最优(分散)控制在工程意义上已可较完满地解决上述问题,且从工程角度出发,线性(次)最优励磁控制对运行点的适应性问题并不大[1],采用适当的非线性补偿后这个问题可得到进一步解决;
4)励磁控制能有限地提高系统的暂态稳定极限,如果采用同样的励磁顶值和电压反馈增益以及大体相当的反馈信息量,各种励磁控制规律在提高故障状况下第一摆稳定性的能力不会相差太多;
5)AV R+PSS和(非)线性最优励磁控制于其发展初期在系统模型、设计方法和控制效果等方面存在一定的差别,但随着多变量PSS的出现、AV R
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+PSS励磁控制器参数的优化整定以及最优励磁控制设计中频率调制权系数矩阵和动态反馈的引入,它们之间的实质性差别已经不大,在理论上可以统一起来;
6)大型电力系统整体安全稳定性的提高有赖于包括励磁在内的各种控制手段的协调作用。
3 未来走向
关于同步发电机励磁控制,还有一些关键的问题迄今没有得到很好地解决,它们是进一步研究的重点所在。
1)多机系统中的“强”非线性问题,即考虑控制限幅、饱和、切换以及各种实际约束(如端电压约束)条件下的控制系统综合和分析问题。现有的绝大多数非线性励磁控制所针对的只是常规非线性(或称为光滑可逆非线性)问题,而对工程实际中广泛存在的强非线性“视而不见”,或者只是做事后的定性校验;文[7]针对单机无穷大电力系统提出了一种考虑输入限幅和机组端电压约束的分段LQ励磁控制策略,而对于一般情况的多机电力系统尚需要进行更深入的研究。
2)将针对大型电力系统任意信息模式下的协调控制理论和针对小型孤立系统的鲁棒自适应设计方法结合起来,解决大系统下考虑参数和结构不确定性的鲁棒自适应励磁控制问题。
3)多目标协调问题。由于控制手段增多,调节系统的侧重点和能力各异,因此有必要从整体出发,规划不同控制手段之间的协调工作方式,以解决电力系统的多目标控制问题。
4)动态协调控制问题。目前的协调控制设计大多仅停留在离线规划水平,较少考虑系统运行方式和网络拓扑变化对协调控制策略的要求,进一步的研究应该考虑控制器之间的在线动态协调问题。
5)电力工业市场化运行机制对系统安全稳定控制、包括机组励磁控制的新要求。
6)基于GPS的多机系统励磁优化协调控制的研究。
在对励磁控制进一步探索的过程中,研究工作者应本着实事求是的科学态度,既从理论自身的发展规律出发,又要结合工程实际需要,脚踏实地地解决问题,并注意避免以下几个误区:
1)“削足适履”。不从实际出发,为了套用某种“新”的控制方法,对系统模型进行与现实情况不符的假设和简化,从而得出不合理的结论。
2)“拘泥细节”。没有抓住问题的主要方面,沉溺于细枝末节的研究。一个很明显的例子是,在研究励磁控制提高系统阻尼特性时,很多学者过份追求“摆几摆”的问题。
3)“以偏概全”。在比较不同控制方法的效果时,应做到公正客观,全面分析其利与弊,不要以偏概全,攻其一点,不及其余,对自己研究的方法的优点也不要故意夸大,只有实事求是才能把我们的研究推向新的高度。
4 结 论
同步发电机励磁控制研究已经取得了很大的成绩,但一些最初的难题还没有得到满意的解决,而电力系统的大规模联网、市场化运作等又对此提出了新的挑战。了解励磁控制对电力系统安全稳定性的作用是解决问题的出发点,已有的理论和实践成果是进一步研究的基础,而只有建立共识、脚踏实地才能集广大科研工作者之合力,解决当前在该课题上的一些关键难题,推动其发展。
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发电机励磁原理
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 一期励磁系统原理图如图五所示。其中主励磁机的励磁
发电机励磁原理及构造
发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完成的TSN、TSWN系列农用水轮发电机。第二代产品是在进行了大量试验研究和调查研究的基础上于1965年开始的T2系列小型三相同步发电机统一设计，该水平达到六十年代国际先进水平，为B级绝缘的有刷三相同步发电机。在这段时间还开发了ST系列有刷单相同
同步发电机励磁自动控制系统练习参考答案
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；
水利发电国内外发展现状以及未来趋势
水利发电国内外发展现状以及未来趋势 水力发电利用江河水流从高处流到低处的落差所具备的位能做功，推动水轮机旋转，带动发电机发电。为了有效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。 国外发展现状： 全世界可开发的水力资源约为22.61亿kW，分布不均匀，各国开发的程度亦各异。世界上最大的发电站是三峡水电站，他的总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿千瓦时。 2002年底，全世界已经修建了4９７００多座大坝（高于15m或库容大于100万m3），大坝建设情况见下表，分布在140多个国家，其中中国的大坝有25000多座。世界上有24个国家依靠水电为其提供90%以上的能源，如巴西、挪威等国；有55个国家依靠水电为其提供50%以上的能源，包括加拿大、瑞士、瑞典等国；有62个国家依靠水电为其提供40%以上的能源，包括南美的大部分国家。全世界大坝的发电量占所有发电量总和的19%，水电总装机容量为728.49GW。发达国家水电的平均开发度已在60%以上。 世界各国水能开发情况： 美国水电装机容量居世界第一位 加拿大水电比重占全国总装机容量的一半以上。 巴西水电装机容量居世界第四位。 挪威能源消费中水电占一半。 国内发展现状： 随着我国经济的不断发展，我国在水力发电这一方面的发展面临着新的挑战。水能资源是一种可再生能源，水力发电是借助水能资源，然后采取相关的措施对其进行利用，转化为电能的一种新兴方式，这一种发电方式具有无污染、可再生、成本低以及运行的稳定性、可靠性、安全
发电机励磁方式有哪几种
发电机励磁方式有哪几种有何特点？ 发电机的励磁有五种方式：他励方式、自励方式、混合式励磁、转子绕组双轴励磁及定子绕组励磁方式。 （1）他励方式。这种励磁方式，发电机的励磁不是同步发电机本身供给，而是由其他电源供给。根据电源形式的不同，通常有如下几种： 1）同轴直流励磁机供电的励磁方式。这是小容量发电机普遍使用的一种励磁方式，其优点是励磁可靠，调节方便，但换向器和电刷设备的维护量大。 2）不同轴直流励磁机供电的励磁方式，如采用单独供电的感应电机拖动或经减速齿轮与发电机大轴连接的低速直流发电机，当转速在1000r/min以下时，可应用在大容量的机组上，但结构复杂，应用不多。对水轮发电机，因转速低，故直流发电机的换向不是主要问题，但在过低转速下，容量太大的直流发电机也存在着结构上困难。 3）同轴交流励磁机－静止整流器供电的励磁方式（可控或不可控）。这是交流发电机和整流装置的组合，适用在较大容量的发电机上。 4）同轴交流励磁机－旋转整流器供电供电的励磁方式。无刷励磁系统主要由同轴交流励磁机与主轴一起旋转的硅整流装置组成。同轴交流励磁机的三相交流绕组装在转子上，而直流励磁绕组则装在定子上，这样励磁机发出的交流经旋转硅整流装置整流后，通入主发电机的励磁绕组，不需要换向器、电刷和滑环等设备。它解决了大容量机组励磁系统中大电流滑动接触的滑环制造和维护的问题，结构简单、维护方便、因而可靠性高。但也存在一些问题： 装在高速旋转大轴上的硅整流元件和附属设备在运行中承受很大的离心力，因而存在机械强度上的问题。 发电机励磁回路的监测问题。 快速灭磁问题。 整流元件的保护问题，当励磁回路元件故障时，无法使用备用励磁机。 5）不同轴交流励磁机供电的励磁方式。如采用经齿轮减速器与发电机轴连接的静止可控整流。 6）单独供电的硅整流励磁方式（可控或不可控）。 （2）自励方式。这种励磁方式，发电机的励磁由同步发电机本身发出的交流经整流后供给。一般有如下两种： 1）自励静止半导体供电的励磁方式。将同步发电机本身发出的工频电压降压隔离后，经晶闸管整流桥供给发电机励磁绕组。这种励磁方式在发电机启动时，需借助外部直流电源供给少量励磁，使发电机建起少量电压，而后再自励到额定电压，因此需要起励设备。在外部短路时，因电压下降，为保证发电机有较大的励磁，需另设电
我国水力发电的现状和前景
我国水力发电的现状和前景 前言 电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量，水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来，我国的水电事业有了长足的发展，取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。 首先，我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富，不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13％，水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长，能源消耗总量也大幅度增长，煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大，甚至需要依靠进口。预计到2010年我国大约需要进口1亿t石油，并且其进口依存度将达40％左右，甚至更高。在这样的情势下，发展新能源就显得特别重要而紧迫。而水能就是一种可再生的新能源，它取之不尽用之不竭。 其次，发展水电也是环境保护的需要。常规发电方式，煤的燃烧过程中排放出大量的有害物质使大气环境受到严重污染，引发酸雨和“温室效应”等多方面的环境问题。而核能发电有很大的潜在危险性，一旦泄漏造成污染，对环境的破坏作用是不可估量的。水力发电不排放有害的气体、烟尘和灰渣，又没有核辐射污染，是一种清洁的电力生产，具有明显的优势。 再次，水力发电经过一个多世纪的发展，其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术于完善，单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉，运行的可靠性高，故其发展极为迅速。 l 我国水能资源概况 我国河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。据统计，我国河流水能资源蕴藏量6．76亿kw，年发电量5922亿kwh；可能开发水能资源的装机容量3．78亿kw，年发电量9200亿kwh。 由于气候和地形地势等因素的影响，我国的水能资源在不同地区和不同流域的分布很不均匀；此外我国水能资源的突出特点是河流的河道陡峻，落差巨大，发源于“世界屋脊”青藏高原的大河流长江、黄河、雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等，天然落差都高达5000 m左右，形成了一系列世界上落差最大的河流，这是其他国家所没有的。充分了解我国水能资源的特点，才能在开发过程中因地制宜，合理地充分地利用水能资源。 2 我国水电开发现状 一个世纪，特别是建国以来，经过几代水电建设者的艰苦努力，中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来，水电建设更是迅猛发展，工程规模不断扩大。50年代至60年代初，主要修复丰满大坝和电站，续建龙溪河。古田等小型工程，着手开发一些中小型水电（如官厅、淮河、黄坛口、流溪河等电站）。在50年代后期条件逐步成熟后，对一些河流进行了梯级开发，如狮子滩、盐锅峡、拓溪、新丰江、新安江、西津和猫跳河、
水轮机的选型设计说明
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理
无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2 . 1 结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气 冷却器、硅整流器、AVR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KVA、417V、2820A、cos 少0. 9、 8 极 副励：三相、400Hz、90KVA、250V、208A、cos 如.95、16 极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢式， 电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整流后送至 转子线圈从而达到对发电机励磁。 2. 2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——AVR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流一 —送至旋转整流盘一一转子绕组
△静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调 的直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DAVR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流后提 供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节装置进 行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单 2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性 2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字AVR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路
水轮机技术现状与发展方向心得体会
水轮机技术现状与发展方向心得体会 金涛能源学院1120200113 为期五周的小学期，让我对水轮机这一课题有了深刻的认识。 在老师的课堂上，我了解到，水轮机是一种将水能转换为机械能的动力机械。在大多数情况下，将这种机械能通过发电机转换为电能，因此水轮机是为水能利用和发电服务的。水是人类在生活和生产中能依赖的最重要的自然资源之一，我们的祖先很早以前就和洪水开展了斗争并学会了利用水能。公园前二千多年的大禹治水，至今还为人们所称颂。公元37年中国人发明了用水轮带动的鼓风设备-水排，公元260-270年中国人创造了水碾，公元220-300年间发明了用水轮带动的水磨，这些水力机械结构简单，制造容易。缺点是笨重、出力小、效率低。真正大规模地对水力资源合理开发和利用，是在近代工业发展和有关发电、航运等技术发展以后。水利资源的综合开发和利用，是指通过修建水利枢纽工程来进行对河流水力资源在防洪、灌溉、航运、发电以及水产等发明的综合利用。我国的水电发展设备事业也是在新中国成立以后才有了蓬勃发展，1975年我国还只能自行设计制造7.5万千瓦的新安江水电站，我国已能自行设计制造单机容量70万千瓦的混流式水轮机发电机组及单机容量17万千瓦的轴流转桨式水轮发电机组。我国的水力设备的设计、制造水平已达到世界先进水平。我国设计、制造的水力发电设备远销到美国、加拿大、菲律宾、土耳其、南斯拉夫、越南等国，受到了这些国家的欢迎。 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形—水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 通俗点说，水轮机的工作原理很简单。就像我们小时候玩的风车一样。因为水（液体）和气体统称为流体。其实他们的工作原理很简单的。只是在水轮机的另一端，有一个励磁装置，也就是发电机。这样就可以发电了（当然还有导线，变压器，转速控制器之类的）水轮机及辅机是重要的水电设备是水力发电行业必不可少的组成部分，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要设备，其技术发展与我国水电行业的发展规模相适应。在我国电力需求的强力拉动下，我国水轮机及辅机制造行业进入快速发展期，其经济规模及技术水平都有显著提高，我国水轮机制造技术已达世界先进水平。 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮
水电站复习题2014分析
第一章 一、填空题： 1．水电站生产电能的过程是有压水流通过水轮机，将转变为，水轮机又带动水轮发电机转动， 再将转变为。 2．和是构成水能的两个基本要素，是水电站动力特性的重要表征。 3．我国具有丰富的水能资源，理论蕴藏量为kW，技术开发量为kW。 4．水轮机是将转变为的动力设备。根据水能转换的特征，可将水轮机分为和 两大类。 5．反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同分为、、、几种。 6．反击式水轮机的主要过流部件（沿水流途经从进口到出口）有：，，， ，。 7．冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为、和三种。 8．混流式水轮机的转轮直径是指；轴流式水轮机的转轮直径是 指。 9．冲击式水轮机的主要过流部件有、、、。 10．水轮机的主要工作参数有、、、、等。 包括、、，其关系是。11．水轮机的总效率 12．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 二、简答题 1．水力发电的特点是什么？ 2．我国水能资源的特点？ 3．反击式水轮机主要过流部件有哪些？各有何作用？ 4．当水头H，流量Q不同时，为什么反击式水轮机转轮的外型不相同？ 5．水轮机是根据什么分类的？分成哪些类型？。 6．反击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 7．冲击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 三、名词解释 1．HL240—LJ—250： 2．2CJ30—W—150/2×10： 3．设计水头： 4．水轮机出力： 5．水轮机效率： 6．最优工况： 7．水头： 8．转轮的标称直径
第二章 一、填空题 1．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 2．根据水轮机汽蚀发生的条件和部位，汽蚀可分为：、、三种主要类型。3．气蚀现象产生的根本原因是水轮机中局部压力下降到以下. 4．水轮机的总效率 包括、、，其关系是。 5．立式水轮机的安装高程是指高程，卧式水轮机的安装高程是指。 6．水轮机的吸出高度是指转轮中到的垂直距离。 7．蜗壳根据材料可分为蜗壳和蜗壳两种。 8．金属蜗壳的断面形状为形，混凝土蜗壳的断面形状为形。 二、名词解释 1．汽化压力： 2．汽蚀现象： 3．水轮机安装高程： 4．吸出高度： 5．气蚀系数： 4．包角φ： 5．尾水管高度： 三、简答题 1．为什么高水头小流量电站一般采用金属蜗壳，低水头大流量电站采用混凝土蜗壳？ 2．水轮机的尾水管有哪些作用？ 3．蜗壳水力计算有哪些假定原则，各种计算方法的精度如何？ 4．汽蚀有哪些危害？ 5．防止和减轻汽蚀的措施一般有哪些？ 6．水轮机安装高程确定的高低各有什么优缺点？ 7．各类水轮机的安装高程如何确定？特别是要注意到哪些因素？ 8．尾水管的作用、工作原理是什么？尾水管有哪几种类型？ 四、计算 1．某水轮机采用金属蜗壳，最大包角为345○，水轮机设计流量Q○=10 m3/s，蜗壳进口断面平均流速v e=4m3/s，试计算蜗壳进口断面的断面半径ρe。 2．某水电站采用混流式水轮机，所在地海拔高程为450.00米，设计水头为100米时的汽蚀系数为0.22，汽蚀系数修正值为0.03，试计算设计水头下水轮机的最大吸出高度H S。
发电机无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理
2．无刷励磁的结构特点、工作方式、工作原理。 2．1结构：由主磁机、永磁副励磁机、旋转整流盘、空气冷却器、硅整流器、A VR等组成。 主励：三相、200Hz、2760KV A、417V、2820A、cos∮0. 9、 8极 副励：三相、400Hz、90KV A、250V、208A、cos∮0.95、 16极 f=pn/60 旋转整流装置：全波不可控硅整流有熔断器及过电压保护， 直流输出：2450KW 500V 4900N 副励磁机为旋转磁极式，发出的电流送到主励磁机的定子作为主励磁机的励磁电流，由于主励磁机为旋转电枢 式，电枢发出的电流通过转轴中孔送到旋转整流盘，经整 流后送至转子线圈从而达到对发电机励磁。 2．2 发电机励磁电流的调节过程 △由副励磁机——可控硅——A VR调节器——作为主励磁机定子励磁电流——来调节主励旋转电枢的输出电流— —送至旋转整流盘——转子绕组 △静止的永励副励磁机的电枢送出400Hz的电源，通过励磁电压调节器中的三相全控桥式可控硅整流器形成可调的
直流电源到交流励磁机的磁场绕组。 通过控制全控桥整流器的导通角来调节交流励磁机的磁场电流，从而达到调节发电机励磁电流的目的。 当DA VR故障时，由厂用电经工频手动励磁调节装置整流 后提供。发电机励磁。 工作原理 发电机的励磁电流由交流励磁机经旋转整流盘整流后提供，交流励磁机的励磁电流则由永磁机经调节装置中的 可控硅全控桥整流后提供，励磁电流的大小由自励磁调节 装置进行自动或手动调节，以满足发电机运行工况的要求。 2.3 无刷励磁系统特点 2.3.1 励磁机与发电机同轴，电源独立，不受电力系统干扰 2.3.2 没有滑环和电刷，根除了碳粉污染，噪音低，维护简单2.3.3 具备高起始、响应持久、能有效地提高电力系统稳定性2.3.4 选扎整流盘设计合理、电流和电压余量大，运行可靠 2.3.5 采用双重数字A VR、功能齐全、故障追忆功能强 无刷励磁系统原理框图 整流盘及电路 整流盘采用双盘结构，一个正极盘，另一个负极盘。 整流盘与转轴间绝缘可靠、固定合理，能承受各种短路力矩的冲击而不产生位移。 电路接线是：励磁机电枢八个Y支路中心点通过短路
水轮机毕业设计 开题报告
毕业设计（论文） 开题报告 题目电站水轮机结构设计 专业热能与动力工程 班级 学生 指导教师
一、毕业设计（论文）课题来源、类型 本课题来源于越南DongNai5 水电项目，设计类型为水轮机结构设计。DongNai5电站，位于越南DongNai 省的DongNai 河。它配备了两台75MW混流式水轮发电机组，总装机容量150MW。电站预计2015年投入商业运行，年发电量达616万kW·h。该题目属于工程设计类题目。 二、选题的目的及意义 水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。进行水轮机的结构设计，综合考虑水轮机性能、效率、成本等，对学生个人也是一种总结和学习的过程的。通过水轮机结构设计，使得自己对大学所学的专业知识进一步掌握并运用，将书本知识实用化，为自己以后继续学习专业知识或者就业，有很大的帮助。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量,水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来,我国的水电事业有了长足的发展,取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。 我国河流众多,径流丰沛,落差巨大,蕴藏着丰富的水能资源。2000～2004年, 中国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查, 水电资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量6.08万亿kW·h, 其中技术可开发容量为5.42亿kW, 年发电量2.47万亿kW·h; 经
济可开发容量为4.02亿kW,年发电量1.75万亿kW·h。 首先,我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长,能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大,甚至需要依靠进口。 水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪,特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来,水电建设更是迅猛发展,工程规模不断扩大。 据电工行业统计数据表明，2009年我国发电设备和大中型电机的产量分别为：水轮发电机组2303万kW，汽轮发电机8654万kW，成套发电设备11993万kW，大中型电机约为7500万kW，其中大型电机约为3000万kW（含风电1380万kw的70% ）。 调查表明，全世界发电设备市场的订货量从1991年的70GW 增加到了1996年的100GW，其中水电只占16%。在水电设备订货量方面，亚洲国家的订货量要占一半以上，如1996年的总订货量为18GW，其中中国占23%。 水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。( 热能转换的流体机械在此不作介绍) 。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类,一类是流体能量对流体机械作功而提供动力; 另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体, 使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械( 如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械) 也称为流体机械。 水力发电用的水轮机有着100 年以上的历史，一般认为是已
水轮机的相似理论
第三章水轮机的相似理论及综合特性曲线 §3.1 相似理论概述 一、几个基本概念 1、水轮机特性 水轮机在不同工况下运行时，各运行参数(H，Q，n，N，η，б)及这些参数之间的关系，称水轮机的特性。水轮机设计、制造、选型、最佳运行方案、限制条件。由于水轮机水流条件复杂，研究水轮机特性靠理论与实验相结合。 2、模型试验 试验研究：原型：尺寸大，试验困难，不经济。 模型：(D: 250～460mm，H：2～6m)快、方便，易测量数据，较准确。 3、相似理论 研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确立这些参数之间的换算关系的理论。 二、水轮机相似条件 保证模型水轮机与原型水轮机相似，只有符合一定的相似条件(水流运动相似)。 1、几何相似：过流通道几何形状相似 (1)、过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ；βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM…… (2)、对应尺寸成比例：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M＝……. (3)、对应部位的相对糙率相等：△/ D1＝△M/D1M 几何相似: 大大小小的一套水轮机系列——轮系，同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 2、运动相似：同一轮系水轮机、工况相似 (1)、过流通道的对应点的速度方向相同 (2)、过流通道的对应点的速度大小对成比例 即速度三角形相似。
3、 动力相似： (压力、惯性力、重力、摩擦力等) 同一轮系水轮机，水流对应点所受的作用力是同名力、方向相同、大小成比例。 3.2 水轮机的相似定律、单位参数及比转速 一、水轮机的相似定律 相似定律：建立模型击原型水轮机各个参数(H 、n 、N 、η)之间的关系。 1． 流量相似律：几何相似、相似工况下流量之间的关系。(a=a M ) = SM M M rM M H D Q ηη21C H D Q S r =ηη21 11,,,D H D H M M 均为固定值，Q M 可以测得，若ηrM 、ηsM 、ηr 、ηs 已知，可求 出Q 。 2. 转速相似律：即原型和模型水轮机转速之间的关系。 C H nD H D n S SM M M M == ηη11 3. 出力相似律：即原型和模型水轮机出力之间的关系。 C H D N H D N j S jM SM M M M == ηηηη2/3212/321)()( 二、单位参数(在不同轮系之间进行比较) 将模型试验结果化成为D 1M =1m ，H M =1m 标准情况下的参数——单位参数， 分别用)(11 1N n Q '''，，表示。 假定：sM s ηη=，rM r ηη=，jM j ηη=，M ηη=(实际上，原型效率〉模型效率，需修正) 1 单位流量1Q '： H D Q Q 211= ' H D Q Q 21 1'=(m 3/s) 2 单位转速1n '： H nD n 1 1 =' 1 D H n n '=(r/min)
发电机励磁方式及自并励励磁系统
发电机励磁方式及自并励励磁系统发电机静止励磁绻统特点及存在问题的探讨刘志宏湖南华润电力麤碱湟有限公司湖南资兴415000 杨红湖南省电力勘测设计院湖南长溙410007 郭景斌湖南省电力试验研究所湖南长溙410007 摘要自并激静止励磁绻统近年来在国内大型湽轮发电机组中得到越来越广滛的应用。简要说明了该励磁绻统的构成、性能特点和设计选型，分析探讨了采用该绻统后存在的试验、践滢和过电压等问题和影响。关键词自并激励磁绻统践滢过电压 0 引言随着发电机容量的不断增大，对励磁绻统的要湂越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无滕使用，三机励磁绻统则因绻统复杂、机组轴绻稳定性等问题而受到越来越多的限制;自并激静止励磁绻统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、踃节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到越来越广滛的应用。特别是随着电子技术的不断发幕和大容量可控硅制造渴平的逐步成熟，大型湽轮发电机采用自并激励磁方式已成为一种趋势。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。自上世纪90年代后期以来，新建国产300MW机组已几乎全部采用自并激静止励磁绻统。我省渴电厂应用较广，如马迹塘、东湟、五强溪、凌津滩等;而火电最先在益阳电厂2×300MW机组上采用，在建的麤碱湟、株洲、耒阳等电厂300MW机组也全部采用这种励磁绻统。1 自并激静止励磁绻统的特点自并激静止励磁绻统由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁踃节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。其原理如图1所示。自并激静止励磁方式与旧的励磁方式相比，具有以下几方面的特点:1.1 绻统简单，可靠性高对直流励磁机和三机励磁绻统来说，旋转部分发生的事故在以往励磁绻统事故中占相当大的比例，如直流励磁机产生火花、交流励磁机线圈松动和振动等，而且旋转部分的运行和维护工作量很大。而自并激静止励磁绻统由于取消了旋转部件，溡有了换向器、轴承、转子等，
发电机励磁原理
发电机励磁原理 励磁机的作用: 发电机原理为永磁极随转子旋转，产生交流电，交流电一部分作为AER的电源，一部分通过逆变器整流成直流为转子建立磁场。通过调节导通角可以改变发电机的端电压（空载时）进而实现并网，在并网时调节向电网的无功输出。 工作原理:众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二极管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE 中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（AVR），控制
同步电动机励磁系统常见故障分析
同步电动机励磁系统常见故障分析 作者：陆业志 本文结合KGLF11型励磁装置，对其在运行中的常见故障进行分析。 1 常见故障分析 (1)开机时调节6W，励磁电流电压无输出。 原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。 (2)励磁电压高而励磁电流偏低。 原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。 (3)合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出。 原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。 (4)同步电动机起动时，励磁不能自行投入。 原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。 (5)运行过程中励磁电流电压上下波动。 原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。 (6)励磁装置输出电压调不到零位。
浅谈反击式水轮机的发展
浅谈反击式水轮机的发展 摘要：水轮机是水力原动机，主要分为反击式和冲击式，而本文主要说明了反击式水轮机的从古至今的发展历史，以及现代反击式水轮机的现状。 关键词：反击式水轮机发展 一、混流式水轮机的发展 英国人巴克在1745年和匈牙利人辛格聂尔在1750年提出了新型的水力原动机，1827年法国教师布尔旦和他的学生富尔聂隆共同制造了一台结构上可以实现、工作良好的水轮机(水头为1.4米,功率为6马力)。接着于1832年又成功地制造了50马力驱动锻造机械用的外向辐流的离心式水轮机。1836年,美国人哈马德对富尔聂隆水轮机作了改进,研制了水流由外侧向内侧流入的向心式水轮机,并因此获得了专利。1844年勃敦在富尔聂隆水轮机的外周装设了导水机构,显著地提高了水轮机的效率。1847～1849年,美国工程师法兰西斯又改进了哈马德水轮机,在转轮上装设了下环、并采用了英国人汤姆逊提出的蜗壳和导水机构。从而完成了现代混流式水轮机的基本结构形式。 混流式水轮机的比转速比冲击式水轮机高, 汽蚀系数比轴流式水轮机低,还具有结构简单、制造方便、运行可靠和满载时效率高等一系列优点, 因而成为水电机组中应用最广泛的一种机型。缺点是低负荷时效率低。 随着材料工业和制造技术的不断进步,混流式水轮机的使用水头也不断提高。1906年为50米,1910年为15米,1920年为210米,1930年为240米,1957年为536米,1968年奥地利的劳斯亥克电站水轮机则达到625米，世界上使用水头最高的混流式水轮机是奥地利的豪依斯林（Hausling）水电站，其最大水头为734m。 现代混流式水轮机由埋设部分导水机构、转动部分和辅助设备等构成。埋设部分包括蜗壳、尾水管等部件。导水机构采用水力性能良好的多个均布导叶,以保证水流均匀地沿圆周进入水轮机转轮。导叶开度大小系根据负荷的变化由调速器控制的导水机构接力器来控制。转动部分由转轮、主轴、轴承及密封装置等部件构成。 我国水力资源十分丰富，其中大部分的水头位于200～650米之间。在前些年，这样的高水头电站由于受到技术的限制只能采用冲击式水轮机机型。如今，随着国外先进技术的引进，在转速、容量和水头相匹配的情况下，许多电站都采用混流式水轮机机型。 二、轴流式水轮机的发展 最早的轴流式水轮机是由法国的琼瓦尔在改进了德国人汉希尔提出的方案以后,于1883年制成的。他的水轮机首次采用了尾水管,有效地利用了转轮与尾水管之间的水头,从而显示了其优越性。所以,在19 世纪末的一段时期内,琼瓦尔水轮机获得了一定的发展。 法兰西斯式水轮机和琼瓦尔水轮机一般适用于中水头和低水头。但为了发展平原地区的水电站,上述水轮机已不能满足提高出力的要求,当时曾通过切割混流式水轮机叶片的泄水边、提高导叶高度和增大叶片的出口直径等措施来提高比转速，但在当时比转速也只能由275提高到400,这显然不能满足要求。 20世纪初,奥匈帝国的布尔诺(现为捷克斯洛伐克)工业大学教授卡普兰于1921年提出了适应低水头电站需要的轴流式水轮机。早期的卡普兰水轮机为定