729_关于静止励磁系统和无刷励磁系统各自优缺点分析
发电机静止励磁系统特点及存在问题的探讨
越来 越广 泛 的应 用 。特 别 是随 着 电子 技术 的不 断发
展 和 大 容 量 可 控 硅 制 造 水 平 的 逐 步 成 熟 ，大 型 汽 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 ９ Ｏ年 代 后 期 以 来 ，新 建 国 产 ３ ０Ｍｗ 机 组 已 几 乎 全 部 采 用 自并 激 静 止 励 磁 系 ０ 统 。我 省水 电厂应 用 较广 ，如 马迹 塘 、东 江 、五 强 溪 、凌 津滩 等 ；而火 电最 先 在益 阳电厂 ２ ０ ×３ ０Ｍｗ 机 组 上采 用 ， 在建 的鲤 鱼 江 、 洲 、 阳 等 电厂 ３ ０ 株 未 ０ Ｍｗ 机 组也 全 部采 用这 种 励 磁 系统 。
在 的 试 验 、 谐 波 和 过 电 压 等 问题 和 影 响 。 关 键 词 自并 激 励 磁 系统 谐波 过 电 压
Ｏ 引
吾
随着 发 电机 容 量 的不 断增 大 ，对励 磁 系 统 的要 求 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 法使 用 ， 三机 励 磁 系统 则 因 系统 复杂 、 机 组 轴 系稳 定性 等 问题 而 受 到越 来 越多 的 限制 ； 自并 激 静 止励 磁 系统 以 其接 线 简单 、可 靠性 高 、工程 造
湖 南省 电力勘 测 设计 院 （ 南 长 沙 ４ ００ ） 湖 １ ０ ７ 湖 南省 电力试 验研 究所 （ 南 长 沙 ４ ００ ） 湖 １ ０ ７
摘 要 自并 激静 止励 磁 系统 近 年 来在 国 内 大型 汽轮 发 电机 组 中得 到 越 来越 广 泛 的应 用 。 简要 说 明 了该 励磁 系统 的 构成 、性 能 特 点和 设计 选 型 ，分析 探 讨 了采 用该 系统后 存
与无刷励磁系统的比较及经济分析
静止励磁系统与无刷励磁系统的比较及经济分析一．概述大型常规火电和核电用发电机的励磁方式主要有静止励磁和无刷励磁两大类。
其中静止励磁占有大部份份额（在常规火电中更是绝大部分份额）。
不但原GE家族（含日立、东芝）完全采用静止励磁系统，具有西屋传统的三菱电机也首推静止励磁系统，西门子和ALSTOM也是根据用户要求可提供两种中的任何一种。
我公司从方便机组运行维护、方便将来全面国产化的角度考虑，在后续核电项目中将静止励磁推荐为选择方案之一。
二．静止励磁的主要优缺点静止励磁的主要优点有：静止励磁用静止的励磁变压器取代了旋转的励磁机，用静止可控硅取代了旋转二极管，由于励磁系统没有旋转部分，设备接线比较简单，大大提高了整个励磁系统的可靠性。
采用静止励磁的发电机转子可以直接进行转子电压、电流和电阻（温度）的测量，可以直接设置转子过电压、过电流、转子接地和断路器灭磁保护等。
由于取消了励磁机的惯性滞后环节，静止励磁系统装置（变压器和可控硅）可以有较大的容量裕度和很高的响应速度，可大大提高励磁系统的响应比。
静止励磁系统的可控硅整流器有很大的冗余度（采用N-2冗余），可以进行在线维护，提高了运行的安全性和可维护性。
静止励磁的主要缺点有：整流输出的直流顶值电压受发电机机端或电力系统短路故障形式和故障点远近等因素的影响，但由于现在采用封闭母线后，发电机机端短路的故障概率几乎不考虑。
由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。
但国内外的分析研究和试验表明，该技术问题已得到解决。
由于有碳刷和滑环，存在碳粉污染滑环而导致短路的可能。
但是该技术问题目前已经解决。
二．无刷励磁系统的主要优缺点无刷励磁的主要优点有：与静止励磁相比，无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏）。
目前无刷励磁系统也采用小机端变压器的接线方式，当发电机机端或系统短路故障时可以用直流蓄电池辅助强励。
发电机励磁方式的选择
．
力发电机组 主要采用无刷励磁 系统和静态励 磁
系统两种方式 。 二 、无刷励磁 系统 的介绍
可控 硅桥 、 发脉 冲发生 器、 冲放大 器和必 触 脉 要 的监 ｝和 冷却 役备组 成。 见 可控硅 整流 器的输 入电压是由励磁 变的副边提 供的 ， 在各种不同 的情 况下部能 与发电机数 据相适 应。 顶值电压 对发 电机电压的调 整速度是很 关键的 ， 因而 电网受 到扰 动的情况 下， 发电机 以致 电 力系 对 统的稳 定性都 有巨火贡献 。 ３ 磁场 起励 ： 步发电机通常只有很低的 、 剩磁电压， 初始建压时， 整流 桥没仃完整的输入 电压 ， 在这种情况下， 有必要对发电机的磁场 线 圈提供一个较小的电流 几秒钟 ， 以起动建压。 磁 场 起励 的专用 电路 对磁场 线圈提供 约１％的空 ０ 载励 磁电流 ， 直到发电机 电压能为整流器提 供 有效的电源， 励单元然 后自 起 动切除。 起励 功率 通常 』用蓄电池或ｒ用交流电源提供功率。 ‘ 一
关键 词 ： 励磁方式 无刷励磁 系统 静态励
磁 系统 自 激 励 磁 电源 旋 转整 流 器 机 端 电压 并
概 述 发电机的励磁 系统足吲 步发电机的重要组 成部分， 蓖接 影响发电机的安 运行， 它的丰要 任务是根据发 电机运 行状 态向发电机 的励 磁绕 组提 供一 个可调节 的直流励 磁电流， 以满 足发 电机 各种运行 式 的需要 ， 励磁系统性能 的优 劣， 其各部 件质 量的 好坏 ， 是影 响整 个机组 安 仑、 经济的 重要 因素之一。 ｒ ， 据 解 我国大 火
日 程术 技
发电机励磁方式的选择
孙雷 １ 王智超２ １ 黑龙江省电力勘察设计研究院；黑龙江省电力有限公司 ２
无刷励磁与自并激静止励磁的比较
无刷励磁系统 复杂 长度大，投资大 支点多，振动大，动平衡复杂 阶数高，扭振模式复杂 旋转励磁，两个旋转电机维护量大 无刷，不耗能，免维护，但如遇主励磁机故障，需更改为静止励磁时， 必须增加滑环，改造工作量和工期难以估量。 整流盘和励磁故障，包括熔丝熔断和接地故障必须停机维护 间接，误动和拒动率高，检出率低不易检测，只能使用原厂产品 涉及机械问题，励磁机损坏时需解体返厂维修，费时，费用很高。
无刷励磁与自并激静止励磁的比较
项目 1 2
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技术特点 接线 轴系
主设备 滑环和碳刷
自并激静止励磁系统 简单 长度小，节省电站投资 支点少，振动小，动平衡简便 阶数低，扭振模式简单 免维护静止励磁，无旋转机械 有刷，有耗能，需维护，但工作量不太大
可维护性 整流盘故障检测 故障处理
大，秒级，反应慢 需要通过提高副励磁机电压达到：对调节系统要求很高，失控时可能烧 毁励磁机。稳定性差，从空载到满载控制角仅 0.5~1 度。
好，可提供强励。
慢。 如果不是高起始相应，不削弱阻尼，如果是高起始，同样削弱阻尼，且 受励磁机惯性和发电机惯性的双重影响，PSS 复杂且效果不好 无法安装灭磁开关，只能是自然续流灭磁，灭磁速度慢，尤其是故障情 况下。 AVR 功能烦琐，必须在机组启动时调试或自备中频试验机组，非常复 杂。 非主流，包括西屋公司在内正在转向静止励磁
时间常数 高起始响应， 提高暂态稳定性
机端短路响应
远端短路响应 对系统阻尼的影响 PSS 灭磁
AVR 功能和调试
Hale Waihona Puke 技术趋势大功率器件及其保护均可在线维护 直接，可靠，有效，容易检测替换产品多 不涉及机械问题，元器件甚至整机更换都很简单，可在 现场进行，省时，经济 小，10ms 级，反应迅速 固有高起始励磁系统。 调节系统无须设特别保护功能 稳定性高，从空载到满载控制角变化约 20 度 差，但由于封闭母线的采用，故障概率几乎为 0。 对主保护无影响，对后备保护采取适当措施也可正确动 作。 迅速，有效 削弱系统阻尼，但可通过加装 PSS 消除。 PSS 简单且效果明显。 可安装灭磁开关和非线性灭磁电阻，以及实现逆变灭 磁，灭磁速度快，可靠无损伤，防止事故扩大。 控制功能简洁、可靠，无须特别设备，离线调试，简便 易行， 主流，多家主推产品，可靠性高。
旋转励磁与静态有刷励磁的优缺点
旋转励磁与静态有刷励磁的优缺点静止有刷励磁与三机无刷励磁相比其优点在：1、没有主励磁机时滞环节，（无刷励磁要调节发电机励磁电流，必须先调节交流主励磁机的励磁电流，有“时滞”存在）有刷励磁属高起始快速响应励磁系统，即励磁直接调节输出电流的大小，技术指标高，响应快，性能参数好2、没有旋转部件。
运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。
缩短机组的轴系长度，由于取消了主、副励磁机，缩短了汽轮机-发电机组的轴系长度提高了机组轴系的稳定性、改善了轴系的振动，从而提高了机组安全运行的水平。
3、励磁采用三通道双备用，增加运行可靠性。
有刷励磁也会存在一些缺点如：1、励磁电刷是一种消耗品，运行中需经常更换与维护增加操作量及操作危险点。
2、发电机出口短路时，励磁电源可能会降低或消失，继电保护配置比较复杂。
3、系统低频震荡时，励磁可能会加剧震荡，需增加PSS电力系统稳定器。
旋转整流盘2.1 旋转励磁系统的主要功能2.1.1 起动控制功能。
在电机异步起动和再整步过程中，控制起动回路开通，将起动灭磁电阻接入电机转子回路，使电机具有完全对称的异步驱动转矩；在电机正常运行时，控制起动回路截止，确保起动灭磁电阻为冷态。
2.1.2滑差检测和准角捕捉功能。
能准确检测滑差并于准角时刻控制旋转可控硅导通投入励磁，自动引导电机进入同步；另外设置零压计时投励环节，确保轻（空）载起动工况可靠投励。
2.1.3 转子回路过电压保护功能。
在转子回路出现过电压时，开通起动回路，利用起动灭磁电阻吸收转子回路的过电压。
2.1.4 旋转整流功率元件的保护功能。
2.1.5 旋转可控硅元件的触发控制功能。
设有三路相互隔离的触发环节，确保旋转可控硅可靠导通。
2.1.6 配合静态励磁实现不减载自动再整步功能。
2.2 旋转励磁系统的主要技术参数2.2.1 旋转功率模块ZL型旋转整流功率模块：通态平均电流200A～500A；断态重复峰值电压1600V～2600V；QD型旋转整流功率模块：通态平均电流200A～400A；断态重复峰值电压600V～1200V；2.2.2 QM型旋转起动灭磁电阻电阻值：0.1～0.6Ω；电流值不大于210A；通电时间不大于12秒；2.2.3 ZK41型旋转主控制模块输入电压范围0～600V；最大输出电流0.2A；2.2.4 DY12S型旋转电源模块最大输入电压AC270V（三相线电压）；额定输出电流150mA；输出电压DC12V。
729_关于静止励磁系统和无刷励磁系统各自优缺点分析
关于静止励磁系统和无刷励磁系统分析发电机静止可控硅励磁系统和无刷励磁系统是目前汽轮发电机的两种励磁方式，早期的发电机励磁系统大多采用三机无刷励磁系统，主要原因是因为当时电力电子技术尚未得到很大的发展，单晶闸管容量做不大，所以主发电机需要的励磁电流由交流励磁机进行放大。
从2000年开始，随着电力电子的发展，使得大功率的晶闸管成为可能，大多励磁系统开始大量采用静态励磁系统，相对，三机（两机）无刷励磁系统比，静态励磁系统有以下几点优势：一、轴系短，节省厂房面积。
一般来说，根据机组容量的不同，静态励磁系统可以节省几米到几十米的厂房长度，节省了大量的基础投资。
二、震动小。
因为无刷励磁机的整流盘、交流励磁机及永磁副励磁机在整个轴系的一端，呈悬臂状态，因此极易引起摆尾现象，导致励磁机扫镗接地现象。
目前多数主机厂还解决不了悬臂梁问题，所以只能采用两机无刷系统。
由于静态励磁轴系平衡，稳定，所以机组振动小，节省了每次大修开机调整振动的时间和费用，减少了运行中，机组摆尾引起的励磁故障（目前在马钢、唐钢等已发生多起这种事故）。
三、运行可靠。
众所周知，旋转机械故障率必定高于静态系统，旋转整流盘尤其是一个薄弱环节，整流管容易击穿，每次更换需要停机拆卸，而且发电机转子回路没有明显的断口，在事故停机时，不能保证快速灭磁。
四、响应速度快。
三机励磁系统是通过调节主励磁机的电流来改变发电机电压，而静态励磁系统是直接调节，响应速度提高10倍，达到0.08秒。
在系统扰动的情况下，大大提高了系统的稳定性。
五、生产周期短。
三机无刷励磁涉及部件多，制造工艺复杂，没有固定国家标准，大部分是舶来品，其中最成功的是南汽从英国BURSH公司引进图纸，其他主机厂再进行测绘和抄袭，多数主机厂会将励磁机部分进行外委生产，不能保证统一设计、统一工艺，往往会大大的影响生产进度。
六、制造、运行经验多。
自本世纪以来，国内从60万大型发电机到6千的小机，有80%以上均采用静态励磁，在迁安附近的5万机由九江线材、津西钢铁等多台5万机静态励磁已投入运行。
永磁无刷励磁与静止励磁的不同特点
永磁无刷励磁与静止励磁的不同特点
丛钱尤
【期刊名称】《电机技术》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】介绍了励磁系统的基本功能,着重分析了永磁无刷励磁系统和自并励静止励磁系统的优、缺点.
【总页数】3页(P33-34,40)
【作者】丛钱尤
【作者单位】南京汽轮电机集团有限责任公司,210037
【正文语种】中文
【中图分类】TM341
【相关文献】
1.无刷励磁发电机励磁回路接地故障的查找 [J], 周广喜;王建岭;张巧英;李红
2.三机无刷励磁同步发电机永磁副励磁机设计原则 [J], 卢绪超;张磊;苏哲;赵瑞来
3.300 MW发电机无刷励磁改静态励磁实践 [J], 于爱民
4.300 MW发电机无刷励磁改静态励磁实践 [J], 于爱民
5.一种用于高速无刷励磁发电机的励磁引线改进设计 [J], 郑才华;陈凤英
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
发电机无刷励磁系统简述及缺陷处理方法
发电机无刷励磁系统简述及缺陷处理方法无刷励磁系统优点是：革除了滑环和碳刷等转动接触部分，响应速度快。
其缺点是：在监视与维修上有其不方便之处。
由于与转子回路直接连接的元件都是旋转的，因而转子回路的电压电流都不能用普通的直流电压表、直流电流表直接进行监视，转子绕组的绝缘情况也不便监视，二极管与可控硅的运行状况，接线是否开脱，熔丝是否熔断等等都不便监视。
但是，随着科技的发展，励磁系统的改进，这些缺点逐步得到解决。
到目前为止，我认为较难解决的问题是保护设置问题，这种励磁系统没有办法装设转子两点接地保护。
一、发电机组参数励磁方式：自并激发电机参数如下:额定功率：30MW额定定子电压: 10500V额定定子PT变比：10000V/100V额定定子电流: 1941A额定定子CT变比：3000A/5A额定功率因数: 0.85额定负载励磁电压:66V额定负载励磁电流: 11.5A(励磁变压器变比):10500V/162V强励倍数：1.8倍/10S二、励磁调节器整定参数（一）发电机定子电压、转子电流给定值上下限整定参数。
（二）控制角上下限整定参数。
（三）过励限制、欠励限制整定参数。
（四）PID整定参数。
（五）V/F限制定值。
发电机定子电压频率低于47.5HZ时，V/F限制开始动作；发电机定子电压频率低于45HZ时，调节器逆变灭磁。
（六）调差系数定值。
调节器调差设计为：Ktc=0。
三、发电机无刷励磁系统概述发电机在转子达到额定转速3000r/min时，合初励电源，初励电源经励磁调节器的初励控制回路加在励磁机定子的励磁线圈上。
励磁机与一般的发电机原理相同，但它的电枢是旋转的，即励磁机的转子(电枢)与发电机转子同步旋转，其电枢绕组切割初励电源建立的初磁场产生三相电流，经过熔断器通过旋转二极管整流送至发电机转子为其提供励磁电流。
瞬间在发电机端建立15%的发电机额定电压。
初励电源回路不保持，建立初磁场后自动退出。
励磁调节器采集发电机机端电压互感器1YH、2YH电压量，定子电流4LH、励磁变低压侧转子电流互感器LLH电流量通过变换器进入微机励磁调节装置，经过逻辑软件控制产生触发脉冲控制可控硅整流桥的励磁电流输出，并控制外附小型中间继电器提供励磁系统各种正常、异常、故障信号。
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关于静止励磁系统和无刷励磁系统分析发电机静止可控硅励磁系统和无刷励磁系统是目前汽轮发电机的两种励磁方式，早期的发电机励磁系统大多采用三机无刷励磁系统，主要原因是因为当时电力电子技术尚未得到很大的发展，单晶闸管容量做不大，所以主发电机需要的励磁电流由交流励磁机进行放大。
从2000年开始，随着电力电子的发展，使得大功率的晶闸管成为可能，大多励磁系统开始大量采用静态励磁系统，相对，三机（两机）无刷励磁系统比，静态励磁系统有以下几点优势：
一、轴系短，节省厂房面积。
一般来说，根据机组容量的不同，静
态励磁系统可以节省几米到几十米的厂房长度，节省了大量的
基础投资。
二、震动小。
因为无刷励磁机的整流盘、交流励磁机及永磁副励磁
机在整个轴系的一端，呈悬臂状态，因此极易引起摆尾现象，
导致励磁机扫镗接地现象。
目前多数主机厂还解决不了悬臂梁
问题，所以只能采用两机无刷系统。
由于静态励磁轴系平衡，
稳定，所以机组振动小，节省了每次大修开机调整振动的时间
和费用，减少了运行中，机组摆尾引起的励磁故障（目前在马
钢、唐钢等已发生多起这种事故）。
三、运行可靠。
众所周知，旋转机械故障率必定高于静态系统，旋
转整流盘尤其是一个薄弱环节，整流管容易击穿，每次更换需
要停机拆卸，而且发电机转子回路没有明显的断口，在事故停
机时，不能保证快速灭磁。
四、响应速度快。
三机励磁系统是通过调节主励磁机的电流来改变
发电机电压，而静态励磁系统是直接调节，响应速度提高10
倍，达到0.08秒。
在系统扰动的情况下，大大提高了系统的稳
定性。
五、生产周期短。
三机无刷励磁涉及部件多，制造工艺复杂，没有
固定国家标准，大部分是舶来品，其中最成功的是南汽从英国
BURSH公司引进图纸，其他主机厂再进行测绘和抄袭，多数主
机厂会将励磁机部分进行外委生产，不能保证统一设计、统一
工艺，往往会大大的影响生产进度。
六、制造、运行经验多。
自本世纪以来，国内从60万大型发电机到
6千的小机，有80%以上均采用静态励磁，在迁安附近的5万
机由九江线材、津西钢铁等多台5万机静态励磁已投入运行。
综上所述，静态励磁系统以其众多的优点已经成为主流设计方式，顾我建议采用这种励磁方式。
北京科电。