发电机原理及构造——发电机的励磁系统
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理及运行1.（发电机励磁系统图：）励磁系统构成及优缺点：励磁电源由励磁变引自发电机机端，通过可控硅整流元件直接控制发电机的励磁,这种励磁方式即为自并励可控硅整流励磁，其特点如下：（1）因采用可控硅整流器和无需考虑同轴励磁机时间常数的影响,故可获得较高的电压响应速度。
(2) 励磁变压器接到发电机端不受厂用电压的影响，但需起励电源。
（3）缺点：其一整流输出的直流顶值电压受发电机或电力系统短路故障形式和故障点远近的影响，缺乏足够的强励能力。
其二由于自并励可控硅整流励磁系统的发电机短路电流衰减较快，对发电机带延时的后备保护可靠动作不利。
为此，过流保护可采用电流启动记忆，由复合电压或低电压闭锁的延时保护。
2. 发电机励磁装置:(1) 励磁装置组成:并联励磁变、可控整流装置、励磁调节器、灭磁及转子过电压保护、起励回路。
(2) 并联励磁变压器：型号:SCLLB-1800KVA / 容量:1800kVA一次电压15.75KV 二次电压:0.6kv接线Y/△ -11••••• 自并励励磁系统的励磁变压器不设自动开关，只设有隔离刀闸。
励磁变装设过流保护，该保护动作引跳出口油开关及灭磁开关。
励磁变接在主变底压侧,不受系统及厂用电影响。
•（3) 可控硅整流回路:（整流回路原理图：）以单相半波整流电路为例说明可控硅整流电路的工作原理。
要使可控硅导通，必须在可控硅的阳极及控制极同时加正向电压，并且使流过可控硅的阳极电流大于它的维持电流。
当阳极加反响电压，或流过可控硅阳极的电流小于维持电流时，可控硅截止。
从可控硅承受正向电压开始，到可控硅导通为止，这一段区间为控制角。
改变控制角的大小，可调整可控硅输出电压的大小。
可控硅整流电路可输出连续可调的直流电压。
主整流器采用三相全控桥,2个功率柜并列运行。
整流元件采用晶闸管整流，•每个功率柜额定功率输出2000A。
整流柜为强迫风冷式。
风机设有主、备用电源,互为备用(•主、备用电源:均用机旁I II段电源)。
发电机励磁系统原理
维持发电机端电压恒定
01
通过自动调节励磁电流，使发电机在负载变化时保持端电压稳
定。
实现并列运行发电机间的无功功率分配
02
根据各发电机的无功功率需求，合理分配励磁电流，实现无功
功率的均衡分配。
提高电力系统的稳定性
03
通过快速、准确的励磁调节，提高电力系统的静态稳定性和暂
态稳定性。
控制策略选择与优化方法
维护保养
为每台发电机励磁系统建立档案 ，记录其运行和维护情况，为故 障分析和预防性维护提供依据。
05
励磁系统性能评估与测试 方法
性能评估指标体系构建
稳定性指标
衡量励磁系统在扰动下的稳定性，包括静态稳定 性和动态稳定性。
响应性指标
评价励磁系统对发电机运行状态变化的响应速度 和准确性。
经济性指标
考虑励磁系统运行过程中的能耗、维护成本等经 济因素。
面临的挑战和解决方案探讨
挑战
数字化励磁技术的发展面临着电磁干扰、硬件可靠性、软件安全性等方面的挑战。
解决方案
通过优化电磁兼容设计、提高硬件制造工艺、加强软件安全防护等措施，解决数字化励磁技术发展中的难题。
未来发展趋势预测
高效化
随着电力电子技术的发展，未来励磁系统将更加高效，能 够降低能耗，提高发电效率。
过励限制
通过调整励磁电流的大小，限制发电机的过励程度，防止因过励而损坏发电机 。具体实现方式包括设置过励保护定值、采用自动励磁调节器等。
欠励限制
当发电机励磁电流不足时，采取相应措施增加励磁电流，以保证发电机的正常 运行。具体实现方式包括设置欠励保护定值、采用备用励磁系统等。
故障诊断技术原理及应用案例
组成部分
发电机励磁系统的控制原理及运行维护案例分析
发电机励磁系统的控制原理及运行维护案例分析
发电机励磁系统的在维持发电机端的电压水平、合理稳定分配发电机的无功功率、提高电力系统稳定性等方面起到关键性的作用。
本文在分析发电机励磁系统及其控制原理的基础上，结合案例对发电机励磁系统运行维护的重要性及措施进行了分析，并给出了有效的处理措施。
一、发电机励磁系统的简介
励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电流设备的总称，它是发电机的重要组成部分，直接影响发电机的运行特性。
励磁系统及其调节对象（同步发电机）共同组成的反馈控制系统，称为励磁控制系统。
励磁系统基本功能是维持电压水平、提供无功功率。
本文从发电机励磁系统的参数整定和运行维护两个方面对发电机励磁系统的稳定运行进行研究。
二、发电机励磁调节系统原理
发电机励磁系统如下图所示，其由以下几部分构成：自动电压调节器A VR、ECR/FCR（励磁调节器）；励磁电源（励磁机、励磁变压器）；整流器（AC/DC变换，SCR、二极管）；灭磁与转子过电压保护。
三、励磁系统运行维护及案例分析
1.励磁系统的检查
（1）开关量的检查
模拟调节器开关量输出，检查信号是否正确。
给调节器发“开机”信号时，PT电压在8S 内未达到30%时，发“起励失败”信号；当手动、PT断线、过励限制、强励限制、低频保护、低励限制等信号出现时，均有异常信号发出，并在面板上有相应的指示灯亮调节器功能模拟试验。
（2）模拟量的检测
发电机PT电压测量校正。
在端子排上短接励磁PT（LPT）和仪表PT（YPT）（分相端接）以及系统PT（XPT）（有些装置上没有采用）。
加入三相正相序的0~120V电压，以额定机。
发电机的励磁系统介绍
发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。
发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行。
励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为倍的机端电压值。
我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。
当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。
5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。
整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。
任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。
每一路整流装置都设有快速熔断器保护。
我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。
如图所示：我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KV A，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。
低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。
高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。
我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。
励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。
自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。
两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。
单通道可以完全满足发电机各种工况运行。
自动调节器具备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。
图解发电机励磁原理
励磁系统类型与特点
直流励磁机励磁系统
采用直流发电机作为励磁电源，具有 结构简单、运行可靠的特点。
交流励磁机励磁系统
采用交流发电机作为励磁电源，通过 整流装置提供直流励磁电流，具有较 大的灵活性和适应性。
04
发电机励磁系统故障诊断与处理
常见故障类型及原因分析
励磁不足或失磁
可能是由于励磁电源故障 、励磁回路开路、励磁绕 组短路等原因导致。
励磁过流
可能是由于励磁回路短路 、励磁绕组接地等原因导 致。
励磁电压不稳定
可能是由于电源电压波动 、励磁调节器故障等原因 导致。
故障诊断方法与技巧
观察法
通过观察发电机运行时的励磁电 压、电流波形等参数，判断是否
下坚实基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发 展动态，了解新技术、新方法 的应用情况，不断提升自己的 专业素养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加 强实践动手能力，培养解决实 际问题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学 科知识，如电力系统分析、电 机学等，提升综合分析和解决
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
图解发电机励磁原理
电力系统励磁控制发展过程： PID 控制； PSS 控制 线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），因自动调节作用产生的稳定性稳定（励磁PSS问
题）。
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止 事故扩大的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下允许只按静态稳定储备送电。 暂态稳定是指电力系统受到大扰动后, 各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定 的判据是电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步 的衰减振荡，系统中枢点电压逐渐恢复。 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态 稳定的判据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能 恢复到允许的范围内。
励磁是发电机励磁，也是系统的励磁，但更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
图解发电机励磁原理
我国电力系统稳定导则定义
静态稳定是指电力系统受到小干扰后,不发生非周期性失步，自动 恢复到起始运行状态的能力。稳定导则还规定，在有防止事故扩大 的相应措施的情况下，水电厂送出线路或次要输电线路下列情况下 允许只按静态稳定储备送电。 暂态稳定是指电力系统受到大扰动后, 各同步电机保持同步运行并 过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。暂态稳定的判据是 电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大， 在经过第一或第二个振荡周期不失步，作同步的衰减振荡，系统中 枢点电压逐渐恢复。 动态稳定是指电力系统受到小的或大的干扰后，在自动调节和控 制装置的作用下，保持长过程的运行稳定性的能力。动态稳定的判 据是在受到小的或大的扰动后，在动态摇摆过程中发电机相对功角 和输电线路功率呈衰减振荡状态，电压和频率能恢复到允许的范围 内。
0.4、0.77和1.0
静稳定破坏举例：华北电网大（同） －房（山）线静稳定破坏事故
1985年10月，大同电厂＃2机（额定有功200MW）通过220kV大 房线向比较送电。因励磁调节器自动通道有问题，发电机处 于手动调节励磁的状态下运行。发电机于130MW状态下已稳 定运行很长时间，发电机励磁电流（转子电流）约为1000A。 当电厂运行人员根据调度要求把发电机有功出力增加到 170MW后，发电机与系统失去同步，发电机失步保护动作后， 由于种种原因，造成机组超速，汽轮机严重损坏而报废。事 故调查得知，运行人员在增加发电机的有功时（直到失步） 没有同时增加发电机的励磁电流，事故后的仿真研究证明， （1）发电机为1000A时的静稳定极限就是170MW，（2）如 果发电机是在自动励磁调节的状态下运行，其静稳定极限大 于200MW，（3）即使发电机处于手动调节励磁的状态下运行， 如果在增加有功出力的同时，运行人员能适当增加发电机的 励磁，也可以避免发电机与系统失步的事故发生。
发电机原理和结构课件
的稳定输出。
实验模式
03
发电机在实验室内运行，可通过改变运行参数进行性能测试和
实验分析。
发电机的保护措施
过载保护
当发电机输出功率超过额定值时，控制系统会自动切断发 电机的励磁电流，使发电机停止运行以防止过载损坏。
欠压保护
当发电机输出电压低于额定值时，控制系统会自动切断发 电机的励磁电流，使发电机停止运行以防止欠压对负载设 备造成损坏。
励磁系统的组成
02 励磁系统主要由励磁功率单元
、励磁调节器、励磁控制单元 和励磁保护单元组成。
励磁功率单元
03 为发电机提供直流电源，以产
生磁场。
励磁调节器
04 根据发电机运行状态，自动调
节励磁电流，以保持发电机输 出稳定。
励磁控制单元
05 控制励磁功率单元的输出，实
现发电机励磁的自动控制。
励磁保护单元
发电机失磁故障
总结词
发电机失磁故障是指发电机失去磁场，导致输出电流减小，影响电力系统的稳 定性和供电质量。
详细描述
发电机失磁故障的原因主要包括转子绕组故障、励磁系统故障、控制回路故障 等。处理方法包括检查转子绕组、励磁系统、控制回路等，并采取相应措施进 行维修或更换故障部件。
发电机短路故障
总结词
异步发电机工作原理
01
02
03
工作原理
异步发电机主要依靠转子 的旋转产生磁场，定子中 的线圈在磁场中切割磁感 线产生感应电流。
启动方式
无需外部电源，通常由负 载或其他动力设备拖动转 子旋转。
调节方式
通过调节转子的速度可以 改变输出电压和频率。
发电机的主要技术参数
电压
发电机输出的电压值。
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• 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
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 可控硅的导通。
•四
、 无 刷 励 磁 原 理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、 利莱森马等无刷发电机。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 器整流后，送入主发电机的励磁绕组，使 发电机建压。自动电压调节器（ AVR）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