汽轮发电机及励磁系统.
发电机励磁系统及设备描述
发电机励磁系统及设备描述1.1.总的介绍我厂的励磁系统采用机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士ABB公司原装产品）。
主要由励磁功率放大单元和励磁调节器（AVR）两大部分组成。
1.2.系统及设备描述1.2.1励磁系统指标当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。
励磁系统具有短时过载能力，励磁系统的短时过负荷能力大于发电机转子绕组的短时过负荷能力。
励磁系统强励倍数不小于2（静止励磁系统即使定子电压降到80%额定值时），允许强励时间为20秒。
励磁系统具备高起始响应特性，在 0.05秒内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。
励磁系统响应比即电压上升速度，不低于3.58倍/秒。
励磁系统稳态增益保证发电机电压静差率达到±1%。
励磁系统动态增益保证发电机电压突降15％－20％时可控桥开放至允许最大值。
自动励磁调节器的调压范围，发电机空载时能在20-110%额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2%。
发电机空载时手动调压范围为10%-130%UN。
如果励磁电源采用6300V的厂用电时，属他励方式，手动调节的范围可以从0%－130%，可满足发电机零起升压试验的要求。
电压频率特性，当发电机空载频率变化±1%，采用可控硅调节器时，其端电压变化不大于0.25%额定值。
在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器调压速度，可整定,出厂设置不大于1%额定电压/每秒；不小于0.3%额定电压/每秒。
发电机转子回路装设有过电压保护，其动作电压的分散性不大于±10%，励磁装置的硅元件或可控硅元件以及其他设备能承受直流侧短路故障、发电机滑极、异步运行等工况而不损坏。
因励磁系统故障引起的发电机强迫停运率不大于0.25次/年。
励磁系统强行切除率不大于0.1％。
自动电压调节器（包括PSS）应保证投入率不低于99.9％。
励磁系统能满足汽轮发电机短路、空载试验时125%额定机端电压的要求。
论发电机励磁系统常见故障的分析及处理
车辆工程技术51维修驾驶随着社会经济的不断发展，人们用电需求得到了大幅度提升。
在此背景下，电力系统运行的安全性、稳定性得到人们越来越多的关注。
发电机作为电力系统重要组成部分，如何保证其励磁系统运行的稳定性与安全性，成为维护电站电力系统安全运行关注的主要内容之一。
因此，明确发电机励磁系统常见故障并采用行之有效的方法进行解决与改善，具有重要现实意义。
1 发电机电压升不起在发电机励磁系统中，励磁电压的建立是以剩磁为主导元素得以具体实现的。
因此，一旦发电机励磁系统中缺乏或没有剩磁后，励磁系统将无法实现励磁典雅的建立，故出现发电机升不起电压问题。
通常情况下，在多数新安装的发电机中，很容易发生该故障，其主要原则在于新安装的发电机励磁系统的剩磁相对较少，很容易发生励磁消失问题，从而引发故障。
与此同时，在对发电机励磁系统中各设备运行情况进行检修时，如果操作不当，出现“接线错误”时，将导致发电机励磁系统中励磁机励磁绕组的电流磁通与原有铁芯剩磁通形成逆向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，甚至致使剩磁消失，进而出现发电机升不起电压故障[1]。
此外，在对发电机励磁系统进行“直流电通电试验”时，如果没有将励磁回路进行断开处理，就进行直流电阻测定试验或励磁系统自动调整装置调整试验，则将导致系统中形成的电流磁通与剩磁通出现反向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，出现发电机升不起电压现象。
对此，针对上述问题可通过以下方法进行处理，避免发电机升不起电压故障的发生。
其一，在更新发电机时，需对其进行剩磁检查。
例如，启动发电机至额定转速，进行升压、励磁电阻减小等操作，并对其运行情况进行观察，如果发电机出现升不起电压问题，则需进一步对励磁回路接线情况、电刷位置等进行检查[2]。
在此过程中，如果各项检测结果皆不存在问题，同时励磁电压表上存在细微变化，那么表明发电机励磁系统中的励磁组存在“接线方向接错”问题。
其二，在进行发电机检修养护时，应保证检修工作的严禁性，避免励磁回路接线方向错误的产生，对此可采用标识管理法进行管理。
电厂发电机及励磁系统
工作原理
基于电磁感应原理，当转子旋转 时，磁场发生变化，从而在定子 中产生感应电动势。
发电机的性能指标
01
02
03
04
额定功率
指发电机在额定状态下输出的 功率。
效率
指发电机将机械能转化为电能 的效率。
电压和电流调节
指发电机对输出电压和电流的 调节能力。
可靠性
指发电机的使用寿命和故障率 。
采用先进的励磁控制系统， 提高励磁调节的稳定性和 响应速度。
优化冷却系统
改进发电机的冷却系统， 降低发电机运行温度，提 高其可靠性。
发电机及励磁系统的节能减排技术
节能技术
采用先进的节能技术和设备，降 低发电过程中的能源消耗。
减排技术
采用环保型的发电机组和励磁系 统，减少对环境的污染。
资源回收利用
对发电过程中产生的余热、废气 等进行回收利用，提高能源利用
监控
对发电机及励磁系统的运行状态进行实时监控，包括电压、电流、功率因数、 频率等参数，确保各项参数在正常范围内。
调整
根据实际运行情况，对发电机及励磁系统进行必要的调整，如调整励磁电流、 控制电压等，以保证系统稳定运行。
发电机及励磁系统的维护与保养
日常维护
定期对发电机及励磁系统进行检 查，包括外观、紧固件、润滑等，
电厂发电机及励磁系 统
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REPORTING
目录
• 发电机系统概述 • 发电机励磁系统概述 • 发电机及励磁系统的运行与维护 • 发电机及励磁系统的故障诊断与处理 • 发电机及励磁系统的优化与改造
PART 01
发电机系统概述
REPORTING
100MW汽轮机励磁控制系统设计.
辽宁工业大学电力系统自动化课程设计（论文）题目：励磁机励磁控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化学号： 080303109学生姓名：常佳宁指导教师：（签字）起止时间：2014.12.15—2014.12.26课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程学院Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要在电力系统运行中，同步发电机的励磁系统对于维持发电机端电压、分配并列运行机组之间的无功分配、提高电力系统稳定性等方面起着重要的作用。
并且，励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。
同步发电机励磁控制器是同步发电机控制系统的核心，本文采用了PID控制系统设计了100MW汽轮机组励磁机励磁控制系统，该系统是一个典型的反馈控制系统，PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
本设计进行了模糊自调整PID 控制设计，克服了传统PID 控制非线性差、对模型要求高的缺点,并深入进行了基于免疫算法的模糊PID 控制设计,把生物学中的细胞免疫原理用于模糊PID 控制器中，加强了控制器的自我校正能力，自适应能力，提高了控制精度和速度。
关键词：最优控制理论；励磁系统；仿真目录第1章绪论 (1)1.1励磁自动控制系统概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章发电机励磁系统设计 (3)2.1励磁控制系统功能 (3)2.2励磁控制系统总体设计方案 (3)2.3励磁控制系统测量比较单元电路设计 (4)2.3.1电压的测量 (5)2.3.2比较整定 (5)2.3.3比较整定电路的整定 (6)第3章系统传递函数的建立 (7)3.1他励直流励磁机的传递函数建立 (7)3.2励磁器各单元的传递函数 (8)3.2.1 电压测量比较单元 (8)3.2.2 综合放大单元 (8)3.2.3 功率放大单元 (9)3.3励磁控制系统的传递函数 (9)3.4同步发电机的传递函数 (10)第4章PID控制与系统的仿真分析 (11)4.1系统仿真模型的设计.......................... 错误！未定义书签。
励磁系统检修规程
总则1、本检修规程包含汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件和厂内励磁系统各设备的检修细则；2、Ⅰ、汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件1 总则1.1 本技术条件适用于汽轮发电机交流励磁机励磁系统。
1.2 本技术条件未包括供货范围。
供货范围、备品备件数量以及专用工具、仪器、仪表等，由供需双方共同商定。
1.3 凡本技术条件中未规定的事项，以及对具体产品的特殊要求，由供需双方共同商定。
1.4 本技术条件的解释权属水利电力部汽轮发电机标准化技术委员会。
2 技术规范及技术条件2.1 使用环境。
2.1.1 海拔高度不超过1000m。
2.1.2 周围最高空气温度为40℃。
2.1.3 当海拔高度超过1000m 时，周围最高空气温度的相应规定如表1。
表1 不同海拔高度时周围最高空气温度2.1.4 周围最低空气温度：对于直接水冷的整流器为5℃。
对于采用其它冷却方式的装置-10℃。
2.1.5 冷却水温为20～30℃。
2.1.6 月平均最大相对湿度为90%。
2.1.7 装置安装地点，周围空气应比较干净，无爆炸危险及足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体。
调节器安装地点应有防尘及通风措施。
2.1.8 当周围温度、湿度、环境条件超出以上规定时，需方应与制造厂协商。
2.2 主要性能2.2.1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1 倍时，励磁系统应保证连续运行。
2.2.2 励磁系统稳态顶值电压倍数(强励倍数)取2 倍。
需方有特殊要求时，可与制造厂协商取较高数值。
2.2.3 当稳态顶值电压倍数不超过2 倍时，励磁系统稳态顶值电流倍数与稳态顶值电压倍数相同。
当稳态顶值电压倍数大于2 倍时，稳态顶值电流倍数为2 倍。
2.2.4 励磁系统允许强励时间。
空气冷却励磁绕组的汽轮发电机：2 倍额定励磁电压，50s；水内冷和氢内冷励磁绕组的汽轮发电机，2 倍额定励磁电压，10s。
2.2.5 励磁系统允许的短时过励磁时间，根据发电机转子绕组允许过负荷能力确。
发电机运行规程
第一节发电机及励磁系统介绍一、发电机技术规范1、汽轮发电机型号及规格型号：QF2-3-2Z 额定功率：3000kW额定电压: 10500V 额定电流: 206A功率因素：0.8 (滞后) 额定转速：3000r/min额度频率：50Hz 相数：3极数：1 接法: Y效率：95.6% 定子绕组直流电阻：75℃Ω转子绕组直流电阻：75℃Ω励磁方式：静止可控硅励磁绝缘等级：F/F 冷却方式：密闭自循环通风冷却旋转方向：从汽轮机端看为顺时针方向制造厂：东方电气四川东风电机厂有限公司2、励磁方式及装置技术参数励磁方式：自并励方式，即发电机未并列之前，励磁电源取自10KV母线，发电机升压并列过程中自动转为发电机出口母线上的励磁变供给励磁电源。
满载励磁电流：240A满载励磁电压：78V3、励磁系统主要技术参数指标⑴模拟量输入a．发电机励磁ＰＴ：ＡＣ3φ105Ｖb．发电机仪表ＰＴ：ＡＣ3φ105Ｖc．发电机定子电流ＣＴ：ＡＣ3φ5Ａd．发电机转子电流：ＡＣ5Ａ或电流变送器ＤＣ5Ｖe．三相交流同步电压信号：ＡＣ100Ｖ⑵．控制脉冲a．分辨率：0.05度／位码b．移相范围：（10～150）度⑶．调压精度：≤0.5％⑷．频率特性：≯±0.25％／0.5Hz⑸．10％阶跃：超调量＜15％振荡次数＜3次调节时间＜5秒⑹. 零起升压：超调量＜10％振荡次数＜3次调节时间＜5秒⑺．调压范围：Uf(e)＝（10～130）％⑻．过载能力： 1.1If(e)长期运行⑼．顶值倍数： 1.8，强励时间为50s，电压响应时间＜0.1S。
⑽. 调差系数：（－15～＋15）％⑾. A/D转换量分辨率：2-14⑿．供电电源a．交流电源：（165～250）V／50Hz（+4% ～-6% Hz）b．直流电源：（200～250）V⒀．抗电磁干扰性能：a．静电放电装置能承受GB/T14598.14-1998《量度继电器和保护装置的电气干扰试验》之第2部分--静电放电试验规定的试验严酷等级为4级的干扰试验，（空气放电±15kv，接触放电±8kv）。
励磁系统常见故障及应对措施分析
励磁系统常见故障及应对措施分析励磁系统（excitation system）是向汽轮发电机转子绕组提供磁场电流的装置，其主要作用是维持发电机电压在给定水平上、合理分配无功以及提高电力系统运行稳定性。
可见，维护和调试好励磁系统对于保障火电生产的安全运行意义重大。
但是我们也知道任何设备在运行中都可能出现故障，如何针对故障快速诊断和排除是维护人员重要职责和任务，励磁系统自然也不例外，因此本文对汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施进行了探讨。
标签：故障;措施;励磁系统;汽轮发电机1 汽轮发电机励磁系统工作原理1.1 关于励磁方式汽轮发电机的励磁方式分他励和自励两大类。
他励主要是以励磁机作为励磁电源的一种励磁方式，自励的励磁电源取自发电机自身。
虽然他励方式不受发电机运行状态影响，励磁可靠性较高，但是结构较为复杂，多出现在旧式励磁系统中，目前基本上采用自励方式。
在自励方式中，应用较多的是可控硅静态励磁方式，它没有旋转部分，维护相对简单。
可控硅静态励磁方式又分为自并励和自复励两种形式，两者比较起来自并励方式从技术、维护、可靠性和造价等方面都更为成熟和适用，因而应用更广泛，故此本文将自并励方式作为讨论的基础。
1.2 自并励系统的原理与构成自并励系统利用接在发电机端的励磁变压器励磁交流电源，通过晶闸管整流装置变换为直流励磁电源。
汽轮发电机励磁系统由励磁调节器、励磁整流装置、起励装置、灭磁装置、励磁变压器以及保护、测量等装置组成。
其中励磁系统由励磁调节器与功率灭磁单元构成，励磁调节器根据所检测到的发电机电压、电流等信号，按照一定的控制准则自动调节功率灭磁单元的输出;而励磁控制系统则涵盖了励磁系统和同步发电机，通过励磁控制系统可以实现对发电机电压、电力系统无功分配的控制。
可见，励磁系统由众多相互关联的环节所组成，任一环节出现故障都可能影响发电机的运行。
2 汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施2.1 起励失败起励失败是指励磁系统下达投励指令后，发电机无法建立初始电压的故障现象。
汽轮机励磁系统原理
汽轮机励磁系统原理一、引言汽轮机励磁系统是指通过电力方式为汽轮机提供所需的励磁电流，以保证发电机正常运行。
本文将详细介绍汽轮机励磁系统的原理及其各个组成部分。
二、概述1. 励磁系统作用：解释了汽轮机励磁系统在整个发电过程中起到稳定输出功率和调节负荷等重要作用。
2. 功能要求：了对于一个高效可靠的励磁系统应具备哪些功能特点。
三、主体内容3.1 发生器（Generator）1) 结构与工作原理：描述了发生器内部结构，并阐明其中关键元件如转子和定子之间产生感应交变电动势并实现能量转换。
2) 输出参数控制方法：说明如何通过改变输入端或输出端参数来控制出来的交流信号波形。
3.2 整流装置（Rectifier Unit）1）单相全桥式整流装置：a) 原理简介: 解释使用四只晶闸管进行单相全桥式整流时需要满足什么条件才能使得直接获得有源适配网络；b）性能评估标准: 阐述了评估单相全桥式整流装置性能的几个关键指标。
2）三相半波可控整流器：a) 工作原理: 描述使用六只晶闸管进行三相半波可控整流时，如何实现对输出电压和功率因数的调节；b) 控制策略：介绍常用的脉宽调制技术以及其在三相半波可控整流中应用。
3.3 励磁变压器（Excitation Transformer）1）结构与工作原理：详细描述励磁变压器内部线圈之间通过互感耦合产生高低电位差，并将输入端交换参数转化为输出端所需参数。
2）设计要点：阐明选择适当材料、匹配正确比例等方面需要注意事项。
四、附件本文涉及到以下附件，请参考查看：1. 汽轮机励磁系统示意图2. 发生器内部结构示意图五、法律名词及注释1. 动力设备安全监察条例 - 国家相关法规文件，旨在确保动力设备运行过程中人员和财产安全。
2. 变频马达–使用特定算法来改变发出的电流频率，以控制马达转速和输出功率。
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发电机干燥
干燥条件
发电机在运输过程中，线圈和铁芯都可能吸入潮气，因此发电 机在安装后要求先行干燥。 干燥时，用温度计测量，铁芯和线圈最热点的容许温度为70℃， 出风温度不超过65℃。 进行干燥时，温度应缓慢增加，一般其温度为每小时5～8℃， 并应定时测定绝缘电阻，线圈温度和周围空气温度有关数据。 干燥后，定子线圈绝缘电阻的吸收比及定子线圈绝缘电阻值， 应符合下列要求，并经5小时以上稳定不变，方可认为干燥良 好。 在接近工作温度时，吸收比R60″/ R15″≥1.3； 在接近运行温度时，各部位绝缘电阻见2.8
无刷励磁 主励磁机（150Hz， 3相） 副励磁机（400Hz， 单相） 旋转整流盘（二极管 +快速熔断器） 自动电压调节器（具 有二极管故障报警功 能，灭磁） 静止励磁（自并励） 励磁变压器 静止整流柜 自动电压调节器 灭磁柜
2 主要结构--按冷却分
按冷却介质分：
发电机干燥（续）
外部电源干燥法
本法系用外部电源在绕组通入电流产生损耗发热进行干燥，干燥时 机壳应可靠接地，根据电源不同可分为： 用外部直流电源通入绕组，所需电压值根据绕组的直流电阻和所需 电流大小来确定，逐渐调节电流 ，用逐步降低电压的方法切断电源， 而不是直接使用闸刀开关和自动开关来切断电源，以避免瞬时过电 压击穿绝缘。采用本法干燥时，应将励磁机旋转二极管断开。 在定子绕组通入三相交流电源进行干燥，干燥电流一般不超过额定 电流的70%，此时电压一般在额定值的8～20%，采用本办法时转 子必须从定子抽出，以防止定子旋转磁场造成转子局部过热受损。 定子绕组按开口三角形联接通入单相交流电进行干燥，此时转子可 以不必抽出。
转子安装
先在转子的原动机端装一接长轴，然后将转子 与励磁机端轴承一并吊起，将转子穿入定子。 当转子中心临近励磁机端定子线圈端部时，接 长轴伸出定子内孔，可供钢丝绳第二次绑紧， 此时在定子内圆作支持点）再更换绑紧，将转移到规定位 置。
南汽生产的发电机全部采用空冷，按转子冷却形式分
转子线圈空内冷 半匝线圈上冲有径向通风孔，下线槽下有通风副槽，小齿上有 通风槽 25MW及以上发电机采用 转子线圈空外冷 绕线式线圈，有的转子表面车有散热沟 30MW及以下发电机采用
2 主要结构—主要部件
定子－生产感应电流
空冷－定子、转子、铁芯采用空气冷却，50MW以下使用 氢冷－定子、转子、铁芯采用氢气冷却，50~200MW使用 双水内冷－定子、转子线圈通水冷却，铁芯采用空气冷却， 50~200MW使用 水氢氢冷却－定子线圈通水冷却，转子线圈、铁芯采用氢气冷却， 200~1000MW使用 三水冷却－定子、转子线圈、铁芯通水冷却，发展中，用于 1000MW以上
主励磁机
为转子提供励磁电流 为主励磁机提供励磁电流
副励磁机
旋转整流盘
将主励磁机产生的交流电整流为直流电供转子励磁
将副励磁机发出的交流电整流为直流电，直流电供给主励 磁机的励磁线圈并控制输出电流的大小，间接调节发电机 转子的励磁电流
励磁调节器
接地检测用滑环 测温元件
3 安装
汽轮发电机及 励磁系统
汽轮发电机内容
1 原理 2 主要结构 3 安装 4 运行和维护
1 原理
中学物理学告诉我们：导体在磁场中运动、并 切割磁场的磁力线时，导体中将会产生电流 —— 这就是最基本的发电机原理。 实际中的发电机按磁场和导体的运动方式分有 2种：
磁场运动，导体静止，如汽轮发电机和永磁发电机（副励磁 机），可称为转磁场电机； 磁场静止，导体运动，如交流励磁机（主励磁机），可称为 转电枢电机；
无底架，主要用于配汽轮机
2 主要结构--按布置方式分
单层布置____快装式
2 主要结构--按布置方式分
单层布置____非快装式（由于整体运输重而分体运输）
2 主要结构--按布置方式分
双层布置____快装式
2 主要结构--按布置方式分
双层布置____非快装式（海螺机组常用的布置方式）
2 主要结构--按励磁方式分
底板安装 发电机找中 定子安装 转子安装 冷却器的安装 发电机接线
发电机安装及底板安装
发电机的安装
发电机的基础应符合图纸要求，基础应牢固有 足够的承载能力，混凝土的表面应平整，不应 有裂纹、空洞、蜂窝、麻面和露筋等现象。 按垫铁布置简图放置垫铁，调整好底板的位置， 垫紧垫铁后点焊牢。将轴承座安装在底板上， 衬套清洗后放入轴承座内，然后安放发电机转 子进行找中。
发电机找中
检查原动机与发电机联轴器的端面，应无 刻痕以及凸起的异物，两面联轴器的端面 应平行，轮缘应同心，使原动机与发电机 两转子应在同一条水平的直线上。完成对 中后拧紧基础螺栓。吊开两转子及轴承座 进行底架下板灌浆。
定子安装
将定子吊到底架上，调整好位置，定子 的轴向位置应考虑到发电机转子在运转时 两轴颈间的伸长，以及由于原动机转子的 相对伸长而引起的发电机转子轴向的位移， 因此安装时当考虑发电机两轴颈间的伸长 必须使发电机定子的中心线向励磁机侧偏 移约2.0mm，如考虑到原动机转子的伸长， 则具体数据应由原动机方面提供。
2 主要结构
按布置方式分
按励磁方式分 按转子冷却形式分
2 主要结构
海螺机组常用的布置方式－双层布置
2 主要结构--按布置方式分
单层布置，空气冷却器位于发电机上方
快装结构，主要用于配6B系列燃机 非快装结构，主要用于配9E系列燃机
双层布置，空气冷却器位于发电机下方
有底架，快装结构，主要用于配TRT
机座－结构支承用，构成冷却空气回路 铁芯－磁场回路 线圈－电流载体 转子锻件－线圈支承及磁场回路 线圈－产生电磁场 护环－线圈端部支承 风扇－2只，强迫冷却空气偱环
转子
轴承－转子支承 底板及锚定装置－支承定子、轴承及其与基础的连 接 空气冷却器－冷却冷却介质：空气
2 主要结构—主要部件
冷却器安装
冷却器安装：根据安装图进行，但须注意以下事 项：
冷却器的安装应使冷却器在进出水方面获得必要的温度 阶梯。 为了使冷却器在检修时能滴干冷却管内的冷却水，安装 时宜装有一定的斜度。 热风出风口与冷风出风口之间应有热绝缘，以防止互相 间的热传导。 冷却系统的四周应有密封，在风道内壁涂以油漆，以保 证冷却空气的干燥和清洁。 风路应圆滑光洁，以免增加空气阻力和风摩损耗。 冷却器与基础应紧密配合。