3励磁系统起励及灭磁单元运行doc-武汉电力职业技术学
励磁系统
励磁系统一.励磁系统的任务在发电机正常运行或事故情况下，励磁系统都起着十分重要的作用。
性能优良的励磁系统不仅能保证发电机的安全运行，提供合格的电能，而且还能有效地提高发电机及其相联的电力系统的技术经济指标。
根据系统运行方面的要求。
励磁系统应承担下述任务。
1.在正常运行状况下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整发电机励磁电流，以维持发电机机端电压水平在给定水平上。
2.使并列运行的各机组所带的无功功率得到稳定而合理的分配3.增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统的动态稳定性及输电线路的有功功率的传输能力。
4.在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。
5.在发电机突然解列，甩负荷时，强行励磁，将励磁电流迅速降到安全数值，以防止发电机电压过分升高。
6.在发电机内部发生故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。
7.在不同的运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励磁限制，以确保发电机的安全稳定运行二兆光励磁系统从发电机出口经励磁变压器供给静止整流装置，励磁自动调节器自动地改变交流励磁机励磁回路的可控整流装置的控制角，以改变交流励磁机的磁场电流，这样就改变了交流励磁机的输出电压，从而调节了主机的励磁。
自并励励磁方式静止原供电的励磁方式的特点：①取消了同轴励磁机，转子的长度可缩短，可节省投资。
②结构简单，维护方便，调节速度快。
③由于转轴缩短，机组振动特性好，安全性好。
④当机端或近处短路，特别是三相短路时，励磁电源电压将降低，甚至消失，因而影响强励效果。
⑤在机端发生短路故障励磁电源消失的情况下将影响后备保护的可靠动作，因而对动作时间超过0.5S的保护应采取补投措施。
主要设备：1.励磁变：励磁变的电源取至发电机出口，因此当发电机没有电压时励磁变也没有电压，所以该励磁系统应设起励装置，为发电机启动时用来建立初期电压，当发电机建立起起励电压后，即可通过励磁变调节发电机的电压。
励磁系统基本原理
电力系统稳定器（PSS）可以增加电力系统正阻尼，用于抑制电力系统低频振荡 。
ΔTs
ΔTD
ΔTE
Pe/ΔPe、Δδ
Δω
Pm、ΔPa
ΔTD′
ΔTE′
发电机电气功率Pe/ΔPe、机械功率Pm、加速功率ΔPa、同步转矩ΔTs、阻尼转矩ΔTD、电磁转矩ΔTE、转子角Δδ、转子角速度Δω的正方向相位关系如下图所示：
自动方式AVR控制的整体模型描述
励磁系统的组成：
自动电压调节器AVR、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
按励磁电源分类：
直流励磁机励磁系统
交流励磁机励磁系统
无刷励磁系统
自并励励磁系统
按响应速度分类：
慢速励磁系统
快速励磁系统
高起始励磁系统
二、励磁系统的几种主要类型
功角稳定比喻
碗中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的位置。如果这个碗的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高碗的高度最经济的办法就是采用自动电压调节器。 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要措施就是快速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球就不会一下子掉下来。自动电压调节器此时作用相当于自动改变这个碗的坡度，当这个球上升时增加坡度，当这个球下降时就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。 如果这个碗和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中来回滚动时间就很长，特别是，如果这个扰动的外力不断的来回施加，就比如我们不断的荡秋千，这个球就永远不停的来回滚动甚至掉下来，我们就说这个系统的动态稳定性差。这里的摩擦阻力相当于电力系统的阻尼，这个来回不断施加的外部力量就相当于自动电压调节器产生的负阻尼。一般来说，自动电压调节器在电力系统的动态稳定中起坏作用，产生负阻尼，使整个系统阻尼减少。当我们在自动电压调节器中增添PSS装置，PSS就把自动电压调节器原来所产生的负阻尼变为正阻尼，相当于增加碗和球的摩擦系数，使球的滚动幅度快速减小，于是这个系统的动态稳定性就满足要求。
励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
dI EE U I RL EE EE dt EF
代入，得磁化曲线方程
dI EE U E kI I RL EE EE dt EF EE 0
整理之，得回路电流
dIEE R k IEE LEE E 0 dt
由此得自励系统的时间常数 T c
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
二、转子磁场的建立 指标：时间常数（励磁机的响应速度） 、电压响应比（转子响应速度） （一） 时间常数 1. 他励直流励磁机时间常数
第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
图 2-15（a）他励的直流励磁机时间常数原理计算图，E 为常数，励 磁电动势 UEF 正比于 I EE
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
3.理想的灭磁过程 理想的灭磁过程就是在 灭磁过程中始终保持转 子绕组端电压 为最大 允许值不变，直至励磁 回路断开为止。
erL , irL
i0
erL. max
1 2
0
图2-24 灭磁过程的比较
t
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
di 由于 erL L rL dt
U EF
U EF U EF .e
0.95(
U EFq U EF .e
)
t
励磁系统电压响应时间
图2-29励磁系统电压响应时间 U EF.e UEFmax . 额定励磁电压； 顶值励磁电压
第三节 励磁系统中转子磁场的建立和灭磁
三、转子磁场的灭磁（直流励磁系统） 1.灭磁原理 灭磁原因：当发电机发生故障时，必须把发电机从母线上断开，使转子回路的直 流电流很快的降为零，使发电机感应电动势尽快地减小至最小，才能使故障损坏 限制在最小的范围 实质：励磁绕组对恒定电阻放电灭磁,将励磁绕组的磁场尽快减小到最小程度 2.方法 (1)在转子回路内加灭磁开关 SD 将励磁绕组自动接到放电电阻灭磁,接线图如 2-31，当发电机从母线上断开进行灭磁 时,SD 先合上灭磁电阻 R，然后再断开主励磁回路，这时转子绕组上的电流就按照指数 曲线衰减，并将转子绕组内的磁场能量几乎全部转化为热能。
励磁系统讲解
9、停机逆变操作 （1）哪些操作可以实现励磁停机逆变控制? A. 远方停机逆变信号：包括中控室、LCU； B. 近方的逆变旋钮； C. 机组频率低于45HZ。（空载时） （2）注意以下两种情况下，逆变无效： A. 发电机出口断路器合。 B. 定子电流>10％额定值（但在C通道无此限制）。 10、灭磁开关的操作 （1）正常停机采用逆变灭磁，不需要跳灭磁开关。 （2）在并网状态下，严禁跳灭磁开关； （3）进口灭磁开关一般有两路分闸回路，可以保证灭磁开关的可靠分断，但应在检修 时对两个回路都进行检查。 （4）励磁系统内部自动分闸信号只有1个：逆变灭磁失败分闸。 （5）过压、过励、失磁等分闸指令均由外部保护装置控制。
励磁系统的组成
发电机励磁系统是提供发电机转子磁场电流的装置，由励磁调节器、 功率整流器、灭磁及转子过压保护回路、起励单元、测量用电压互 感器、电流互感器及励磁变压器6个部分组成，其系统原理框图如下 图所示。
系统原理框图
各部分的主要组成器件
名称 主要组成器件
调节器
CPU板、电源板、测量板、脉冲板、开出板、总线板、液晶显 示板，外围包括一个双机切换单元
11、机组并网后的操作 （1）观察并网瞬间无功数值的大小，若无功为正，且很大或为负，均说明并网时机端 电压与网压没有一致，需要重新调整。 （2）观察励磁调节柜上有功、无功的显示是否正常。 （3）观察远/近方增减磁操作是否正常。（增磁－>无功增，减磁－>无功减） （4）确保发电机出口断路器接点已送入励磁系统。 （5）测试调差单元是否工组正常。对于多台机组并联运行，若某台机组增磁，发生和 其它机组争抢无功情况，应将励磁装置调差率往正方向增大。 （6）若电网电压波动频繁，易引起机组无功的波动，此时可以投入“恒无功调节”， 励磁装置将按设定的无功给定值自动增减磁，以保持机组输出无功数值的恒定。 （7）通过调节器显示屏的“恒无功调节”触摸键或监控系统的串行通讯控制可实现上 述功能。 （8）若要保持发电机功率因数的恒定，此时可以投入“恒PF调节”，励磁装置将按设 定的功率因数给定值自动增减磁，以保持机组输出功率因数数值的恒定。 （9）通过调节器显示屏的“恒PF调节”触摸键或监控系统的串行通讯控制可实现上述 功能。
励磁运行规程
励磁运行规程第一节励磁系统概况及特性一、励磁系统运行方式励磁系统共有三套：1．武汉武水可控硅自动励磁系统，简称“武励”，两套励磁调节器并列运行，其中每套调节器又设有自动和手动两个通道。
2．哈尔滨可控硅自动励磁系统，简称“哈励”，分自动和手动通道。
3．手动感应调压器整流励磁系统，简称“备励”。
二、励磁系统运行方式“武励”作为主励，“哈励”作为第一备用，“备励”作为第二备用。
“武励”和“备励”共用一台灭磁开关MK，“武励”和“哈励”共用一台励磁变压器ZLB，“哈励”自用一台灭磁开关FMK，运行中，“武励”异常时，应首先考虑将所带负荷向“哈励”切换，其次考虑将所带负荷向“备励”切换。
三、武励励磁系统概况及特性1、武励TDWLT－01励磁系统主要是由励磁变压器，晶闸管全控桥整流器，非线形电阻灭磁及转子过电压保护装置，双通道励磁调节器以及其它辅助单元组成，并配有一台工控机监控和记录运行的参数。
工作时励磁电源由并接在发电机端的励磁变压器ZLB。
经可控硅整流后供给发电机转子绕组，发电机启励电源由蓄电池装置供给。
2、TDWLT－01微机励磁系统的主要技术特点是：励磁调节器采用双套并联运行方式，任何一套故障自动退出，由于两套调节器在原理设计上保持了良好的一致性，从而任何一套的退出或投入都不会引起发电机电压或无功的波动。
每套调节器设有手动和自动两个通道，手动通道自动跟踪自动通道以保证PT断线时，能够无冲击的切到手动通道运行。
四、哈励励磁系统概况及特性：1、“哈励”采用可控硅自动整流励磁系统，励磁调节器装置采用HZL—1型自动励磁系统。
工作励磁电源由并接在发电机端的励磁变压器ZLB。
经可控硅整流后供给发电机转子绕组，发电机启励电源由蓄电池装置供给。
启励时各屏交流电由厂用380V电源供给。
2、HZL—1型自动励磁系统的简要特性：（1）当同步发电机励磁电压和电流不超过额定值1.1倍，该励磁系统能保证连续运行。
（2）自动电压调节器能保证同步发电机在空载额定电压的70%－110%范围内，稳定平滑地调节。
励磁设备运行操作及常见故障 Word 文档
励磁设备运行操作及常见故障开机流程停机流程运行中的检查运行期间应当进行下述的定期检查：a) 在控制室：•运行限制器没有动作。
•工作调节器的给定值没有达到限制值。
•通道跟踪到位，切换是准备好的。
•励磁电流、发电机电压和无功功率是稳定的。
•我们建议定期人工将调节器快速切换以便检验手动方式或备用通道。
b) 励磁柜•无报警动作。
•无非正常的噪音运行操作要点1、机组启动前的检查（1）检查各电源开关、断路器是否处于正确位置，重点检查：励磁变压器高低压侧开关、PT高压侧开关、起励电源开关、调节器电源开关、功率柜脉冲投切开关、整流/逆变开关。
（2）检查A/B调节器运行指示灯（开出量4号灯）是否正常闪烁。
（3）检查各显示屏的显示及状态指示是否正常，如：是否A套运行、B套备用；是否设置为自动电压调节；残压起励、系统电压跟踪是否投入；A/B套通讯是否正常。
2、励磁系统的启动模式（1）在自动电压方式下（即A/B套的自动电压方式）：A.正常起励：发电机升压后，直到设定的额定机端电压。
B.零起升压：发电机升压后，机端电压约为10％额定机端电压。
（2）在恒励磁电流调节方式下（即A/B套手动调节及C套运行）发电机升压后，励磁电流总是处于下限值，该值一般为额定励磁电流的10％，此时发电机机端电压约为额定值的10％～20％。
3、励磁系统的起励电源模式（1）残压起励（即调节器显示屏上“残压起励”功能投入）：特点：在发电机有足够剩磁，保证施加在可控硅整流桥阳极的电压>5～10V，励磁系统可以实现残压起励，按照设定的电压给发电机组建压。
（即残压起励也可以实现零起升压或正常起励）（2）辅助电源起励（即调节器显示屏上“残压起励”功能未投入）发电机升压时，励磁系统通过起励回路将外部起励电源（一般为DC220V，也可以为AC220，但需整流）输入励磁绕组，实现起励。
4、励磁系统的起励控制流程（1）根据实际要求设置启动模式及起励电源模式。
如：新机组首次起励，一般选择自动方式、零起升压、辅助电源起励。
6-励磁系统操作说明
图 6-1 同步发电机空载特性曲线 6.1.3、发电机并网运行 发电机负载运行时，流过定子绕组的电流通过同步电抗引起电压降。如果励磁电流 保持不变，则端电压因此而降低。在这里，励磁系统具有通过改变励磁电流来防止电压 降低的功能。 稳定运行条件的整个范围通常用功率圆图来描述，见图 6-2 所示
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武汉洪山电工科技有限公司
09C 型励磁系统用户手册
第六章 励磁系统操作说明
6.2.10、灭磁及过电压保护柜的操作 ................................ 148 6.2.11、发电机短路试验操作方法 .................................. 148 6.2.12、零起升压操作方法 ........................................ 149 6.2.13、机组由于故障而切除的操作 ................................ 149 6.2.14、模拟量显示部分 .......................................... 149 6.2.15、状态和报警信息 .......................................... 149 6.2.16、系统的运行 .............................................. 150 6.2.17、运行中的检查 ............................................ 151 6.2.18、紧急停机 ................................................ 151
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励磁系统及其转子磁场的建立和灭磁
调节器
保护装置
用于调节励磁电流的大小，从而控制磁场 的强度。调节器可以是手动的，也可以是 自动的，根据需要进行调整。
用于保护励磁系统免受故障和异常情况的影 响，确保系统的安全运行。
工作原理及过程
工作原理
励磁系统的工作原理基于电磁感应原理。当励磁绕组通以直流电流时，会在绕组周围产 生磁场。这个磁场与电气设备的磁场相互作用，从而产生电磁力或电磁转矩，驱动设备
• 对发电机的影响：不同的灭磁方法可能对发电机产生不同的影响。例如，线性电阻灭磁可能会产生较高的温升 和热量积累，而非线性电阻灭磁则可能产生较高的谐波电流。因此，在评估灭磁方法时需要考虑其对发电机运 行稳定性和寿命的影响。
• 经济性和可靠性：最后，评估灭磁方法时还需要考虑其经济性和可靠性。理想的灭磁方法应具有较低的成本和 较高的可靠性，以便于在实际应用中推广使用。
运转。
工作过程
在电气设备启动前，励磁系统首先建立磁场。一旦设备启动，励磁系统会根据需要调整 磁场强度，以保持设备的稳定运行。如果设备出现故障或异常情况，励磁系统会采取相
应的保护措施，如切断励磁电流或降低磁场强度，以避免对设备造成进一步的损坏。
02 转子磁场建立过程
初始状态分析
01
02
03
转子静止Βιβλιοθήκη 要点二高性能磁性材料的探 索与应用
磁性材料作为励磁系统的核心组成部 分，其性能直接影响发电机的运行效 果。未来将继续探索高性能磁性材料 ，如高温超导材料、纳米磁性材料等 ，以提高励磁系统的整体性能。
要点三
多物理场耦合仿真技 术的完善
为了更准确地模拟发电机实际工作过 程中的复杂物理现象，未来将进一步 发展和完善多物理场耦合仿真技术， 综合考虑电磁、热、机械等多方面的 因素，为励磁系统的设计和优化提供 更强有力的支持。
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作业
1.列出起励失败的若干可能原因
2.描述非线性灭磁的灭磁过程
预习内容
课后
记载
学生听教师讲授时的表现：
学生交流活动中的表现：
今后要注意事项：
检查意见
教学内容及过程
教学方法
教学地点和教具
时间
1. 起励单元的组成、作用是什么？
起励单元包括起励电源、起励接触器、起励二极管、限流电阻构成。起励电源可以是厂用交流电源，也可以是直流电源。
实现理想灭磁的基本条件是：灭磁电压Ufm保持不变，灭磁电流ifm直线衰减，这就要求在一个大电感回路中，其灭磁电阻Rm应具有随电流ifm而变化的非线性特性。只有这样才能保证ifmRm=Ufm=常数。
3. 常见的灭磁方式有哪些，分别在什么场合应用? 常见有哪些类型的灭磁开关，分别有什么特点？
4. MEC-2006励磁装置的起励、灭磁操作？
武汉电力职业技术学院教案
授课时间：年月日星期授课序号：3
课题
励磁系统起励及灭磁单元运行
教学方式
四阶段教学法
教具
PPT、MEC-2006A发电机励磁装置
教学
目标
1.掌握励磁系统起励建压条件、过程，灭磁方式、各种灭磁开关的特点；
2.能检查处理起励、灭磁回路的故障。
重点
难点
重点：起励、灭磁回路的工作过程，模拟操作进行回路检查
下），若跟踪键按下，则机组自动跟踪电网电压。在不跟踪状态下，根据准同期的需要，可操作中控室、励磁柜
面板、调节器前面板增磁、减磁按钮，调整机端电压至合适值ห้องสมุดไป่ตู้以便于同期并网。在跟踪状态下，操作增减键无效。
机组有功无功减至零，跳断路器后，由水机盘给出停机灭磁令，励磁系统自动逆变灭磁，若投停机联动连片3LP，则会自动跳灭磁开关。事故情况下，励磁系统自动跳灭磁开关，并通过非线性电阻灭磁。
教学要点：对照PLC程序、图纸和说明书进行操作，每组设置简单的故障（如操作电源未投等）让学生排除。
合调节柜柜内左边端子上的总交流电源开关1DK、直流220V操作电源开关2DK、主用风机电源开关3DK、备用风机电源开关4DK，合A调节器背板交流电源开关S1、直流电源开关S2，合B调节器背板交流电源开关S1、直流电源开关S2；合功率柜柜内左边端子上的操作电源开关5DK；合灭磁柜柜内左边端子上的操作电源开关6DK、起励合闸电源开关7DK。
机组开机，频率上升到额定频率的95%以上时，确认灭磁开关合，若未合，在中控室或励磁柜面板上操作合灭磁开关把手；确认交流侧开关1ZK、2ZK合。在中控室或励磁柜面板上操作起励按钮，或投2LP(开机联动起励)，水机盘通过开机回路、转速信号装置给出的励磁开机起励信号，励磁系统自动起励，机组建压至由UE所确定的起励电压设定值（跟踪键未按
在给出励磁开机起励信号后，励磁系统不能自动建压，则应作如下检查：①检查灭磁开关是否合上；②检查交流侧交流开关是否合上；③检查保护是否未解除，停机令存在；④检查“V/F限制”灯是否熄，机组频率是否在45HZ以上；⑤检查起励电源是否正常；⑥检查起励接触器各触点接触是否良好。
讲解观察法
讲授法
图解展示法
演示、观察法
讨论法
实验法
学生展示实验结果、老师讲授
水电站综合实训中心。PPT、MEC-
2006A励磁装置
PPT、MEC-
2006A励磁装置
、MEC-
2006A励磁装置
行业标准、说明书
1学时
1学时
对于自并励静止励磁系统，若发电机残压不足，则需起励单元来建压。
2. 理想灭磁的基本条件是什么？
衡量发电机灭磁性能指标有两个：灭磁速度和灭磁电压。其要求是速度快即灭磁时间短，灭磁电压不能超过转子允许电压值。最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒定，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理想灭磁系统。