小型水电站励磁设备

(2) 发电机空载，转速为0.95～1.05额定转速范围内，突然投入励 磁系统，使发电机机端电压从零上升到额定值时，小型机组超调量不 大于额定电压的15%,中大型机组不大于10%，调节时间不大于5秒， 振荡次数不超过3次。
(3) 当发电机突然甩掉额定有功负荷和额定无功负荷后，发电机 电压超调量不大于15％额定值；调节时间不大于5s；振荡次数不超过 3次。
㈡ 系统性能要求
• 7. 励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1％时，
发电机端电压的变化率： (1)小型机组：采用半导体型调节器时为不大于±0.5%；采用电
磁型调节器时为不大于±3% (2)中大型机组不大于±0.25％。
• 8. 励磁系统应满足下列要求：
(1) 空载±10%阶跃响应：发电机电压超调量不大于10％额定值； 调节时间不大于5s；振荡次数不超过3次。
电流源变压器
整流器及 可控硅整流器
交流侧电源并联电流相加的复合源静止励磁机
图2.2.2—3
• 交流侧相加
同步电机
电势源变压器 电抗器
整流器
饱和绕组控制输入
电流源变压器
交流侧两个电源电流相加的复合源静止励磁机
三.励磁设备的技术要求（条件）
• GB/T10585-89 中小型同步电机励磁系统基
本技术要求
图2.1.1—1 直流励磁机励磁
• 采用一个它励绕组的直流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈 （要用时） 直流励磁机励磁绕组 励磁控制输入
采用一个它励绕组的直流励磁机
㈠旋转式
• ⒉交流励磁机 A.C. exciter
使用整流器流器提供直流电流的旋转励磁机
• ⑴带有静止整流器的交流励磁机 A.C. exciter with
• 2. 励磁系统强励顶值电压倍数的考虑，中小型机组的励磁
系统一般不小于1.6倍，大中型机组的励磁系统一般不小 于1.8倍，顶值电流倍数与顶值电压倍数相同。当系统稳 定要求更高顶值电压倍数时,按计算要求确定。顶值电压 倍数超过2时，顶值电流倍数仍取2。
• 3. 励磁系统在顶值电流情况下的允许持续时间：中小型机
㈠使用条件
• ⒉ 供电电源要求
(1) 交流380/220V系统,电压偏差范围为额 定值的±15%,频率偏差范围为-3～+2HZ；
(2) 直流系统220/110V系统，电压偏差范 围为额定值的-20%～+10%。
㈡ 系统性能要求
• 1. 励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压不超过发电机
额定负荷下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。
㈠ 数字式励磁调节系统
• ⑴ 微机励磁的分类
现代同步电机的励磁系统大多采用了微机控 制技术，从目前国内已投运的水力发电机组来看， 微机控制励磁主要有以下几种类型：
• 1）按CPU的总线宽度分：从理论上讲，在一定条
件下（如主频相同）总线宽度越宽，CPU所能处 理数据的容量越大，时间也少，速度就越快，因 而性能也越好。但我们不能过份的追求性能指标， 对产品的推广、普及和应用来讲，性价比和可靠 性是更重要的指标
• 采用标准的工控机可缩短开发周期，对可靠性有一定的保证，不足之
⑴ 微机励磁的分类
4）单通道、双通道和多通道
• 为了解决以上矛盾，可用双通道或多通道
的方案来解决。
• 所谓单通道、双通道是按独立调节的微机
通道数划分的，象整流变压器、灭磁回路、 励磁绕组是不可能也没有必要冗余的
⑵ 调节器模式的选择
• 从理论上讲，在一定条件下（如主频相同）总线宽度越宽，CPU所能
励磁机（设备）与发电机同轴旋转的整 流方式
• ㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率，使用 静止整流器提供直流电流的励磁机
励磁机（设备）是静止的整流方式
㈠旋转式
• ⒈直流励磁机方式 D.C. exciter
一台使用换向器与电刷提供直流电流的 旋转励磁机，通过与发电机同轴的直流励 磁机所发出的直流电给主发电机励磁的方 式，见图2.1.1—1。
处理数据的容量越大，时间也少，速度就越快，因而性能也越好。但 我们不能过份的追求性能指标，对产品的推广、普及和应用来讲，性 价比和可靠性是更重要的指标。
• 国外的大公司具有较强的研发能力，一般都采用自主研发的专门适用
于励磁控制的微机调节器，对于不具备硬件研发能力的励磁生产厂家， 通常都采用标准的工控机作励磁的微机控制器。
仅从电势源（可以从同步电机出线端）取得功率并使 用可控硅整流器的静止励磁机。见图2.2.1—1。
• ⒉从复合电源静止励磁机 compound source-static
exciter 从电流与电压两个电源（独立取自同步电机机端）取
得功率的静止励磁机。从两个电源来的输入可以在整流器 的交流侧或直流侧取得，并且可以并联或串联，整流器可 以设计可控的或不可控的。图2.2.2—1、图2.2.2—2、和 图2.2.2—3 。
小型水电站励磁设备
全国农村水电自动化培训教材
（长江委陆水自动化研究所）
一.农村水电的概念
• ㈠国内小水电装机及机组容量的发展 • 小水电系指装机容量25MW及一下的水力发电站和以小水
电为主的地方小电网。
• 五十年代，一般称500kW一下的水电站为农村小水电站；
到六十年代，小水电的容量界限到3MW ;
国家或国际组织
微型(Micro) 小小型(Mini)
国际小水电
<100
101-500
拉美能源组织
<50
51-500
中国
<100
水力发电与筑坝杂志 50-100
101-500 300-5000
秘鲁
5-50
51-500
菲律宾
美国
<500
501-2000
越南
<50
51-500
小型(Small) 501-10000 501-5000 500-25000 10000-50000
图2.1.1—2
• 带不可控静止整流器的交流励磁机
同步电机 用于稳定控制的反馈
交流励磁机 励磁控制输入
带不可控静止整流器的交流励磁机
图2.1.1—3 带有旋转整流器的交流励磁机
㈡静止式励磁 static exciter
从一个或多个静止电源取得功率，使用静止整流器提 供直流电流的励磁机。
• ⒈电势源静止励磁机 potential source static exciter
㈡ 系统性能要求
• 9. 电压调节范围：
⑴ 自动励磁调节器电压调整范围：10～110%额定电压； ⑵ 手动励磁调节器电压调整范围：10～110%额定电压。
• 10. 在发电机空载运行状态下，自动控制单元和手动控制
单元的整定电压变化速度，每秒应不大于额定电压的1%， 不小于额定电压的0.3%。
• 11. 励磁系统功率整流器不应采用串联元件。当并联支路
图2.2.1—1
• 电势源静止
同步电机
整流变压器
可替换
图2.2.1-1 电势源静止励磁系统
图2.2.2—1
• 直流侧串联
电势源变压器
同步电机
电流源变压器
电抗器
图2.2.2-1 直流侧串联、电压相加的复合源静止励磁机
整流器及 可控硅整流器
图2.2.2—2
• 交流侧并联
同步电机
电势源变压器 电抗器
• GB/T 7409.3-1997同步电机励磁系统大、
中型同步电机励磁系统技术要求
• DL/T 583-2005 大中型水轮发电机静止整
流励磁系统及装置技术条件
• DL/T 489-92 大中型水轮发电机静止整流励
磁系统及装置试验规程
㈠使用条件
• ⒈环境要求
(1) 使用地点的海拔高度不大于3000m; (2) 环境最高温度+40℃; (3) 环境最低温度:采用水冷者为+5℃,采用其它 冷却方式者为-10℃; (4) 最湿月的平均最大相对湿度为90%,同时该月 的月平均最低温度为+25℃; (5) 应能适应无爆炸危险的介质,无足以腐蚀金属 和破坏绝缘的气体,以及周围较清洁和无剧烈振动 的环境条件。
<15000 <15000 501-5000
一.农村水电的概念
• ㈢ 相关标准界定（含同步电机和水轮发电
机）
• GB 10585-89，GB/T7409-1997， • SD299-88，DL/T583-2005。 • 中小型：10WM以下机组 • 大中型：10WM以上机组
二.励磁的形式
• ㈠旋转励磁机 rotating exciter
stationary rectifiers 带有整流器的交流励磁机，其输出与同步电机励磁绕组 滑环上的电刷相联结。见图2.1.1—2
• ⑵带有旋转整流器的交流励磁机（无刷励磁机） A.C.
exciter with rotating rectifiers ( brushless exciter) 带有励磁机及与同步电机同轴的旋转整流器的交流励磁机， 其输出不经过滑环或电刷，而直接与同步电机的励磁绕组 相联结。见图2.1.1—3
• 14. 静止整流励磁系统的起励电流应不大于发电
机空载励磁电流的10%～20%。
• 15. 励磁系统的年强迫停运率不应大于0.1%。
四.励磁调节器
按调节器处理数据的的类型分，又可 分为数字式、模拟式和数字模拟混合式三 种。
• ㈠ 数字式励磁调节系统
随着电子技术的发展，电力系统稳定 性要求的提高，智能化的励磁系统运育而 生。目前数字式励磁调节系统大多采用微 控制器，因此又称为微机励磁 。
⑴ 微机励磁的分类
1）按CPU的总线宽度分
• (a) 8位机：如MCS51系列，带Flash的AT89、