1-励磁系统中的各种定值及试验要点
励磁系统限制器与发变组保护定值配合整定分析
励磁系统限制器与发变组保护定值配合整定分析[摘要] 励磁系统限制器与发变组保护定值的配合问题在现场应用时，有时容易忽略，致使励磁系统发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作。
为了避免这样现象的发生，有效的将励磁系统限制器与发变组保护定值实施配合至关重要。
文章主要分析了励磁系统与发变组保护配合原则，及励磁系统限制器与发变组保护定值配合事例。
[关键词] 发变组保护；励磁系统限制；配合整定；0引言发变组保护和励磁系统在电站中为两个关键的自动控制系统。
假如这两个重要系统出现故障，不仅仅会损害机组本身，同时还会严重影响电网正常工作。
为切实加强并网机组安全管理，提升网源协调运行水平，需重点核查励磁系统过励限制于保护的配合关系。
大多数电厂进行发变组保护计算时，关于励磁系统限制器与发变组保护定值的配合非常容易忽略，致使励磁系统一旦发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作,为机组的安全稳定运行埋下隐患。
1 励磁限制与涉网保护协调配合校核原理发电机组励磁限制与涉网保护的协调配合主要包括低励限制与失磁保护之间的协调配合，过励限制与转子过负荷保护之间的协调配合，V／ Hz限制与过激磁保护之间的协调配合，定子电流限制器与定子过负荷保护配合等关系。
本章节分析这些涉网保护与限制配合关系的校核原理。
1.1 低励限制和失磁保护的协调配合低励限制检测到机组励磁水平降低动作值时，即产生控制作用增大励磁使机组运行点回到运行范围，提高机组和系统的安全稳定性。
低励限制线的设置通常依据发电机组进相试验的结果，在功率坐标系中进行整定，同时注意不能束缚发电机组的进相运行能力。
失磁保护是在发电机励磁突然消失或部分失磁时，采取减出力、灭磁解列或跳闸等方式确保机组本身安全。
失磁保护的动作依据是发电机的热稳定性和静态稳定极限等条件，通常在阻抗坐标系中整定。
发电机组低励限制应与失磁保护协调配合，在任何扰动下的低励限制灵敏度应高于失磁保护，先于失磁保护动作。
励磁系统检修试验项目
励磁系统检修试验项目
1．屏柜清扫：包括一次母排、柜内元件、冷却系统
2．绝缘检查：只对外回路进行检查
3．信号测试：包括数字和模拟信号
4．FCB测试：检查FCB跳闸动作时间，检查开关触头，检查紧固螺丝。
5．励磁变检测：绝缘检测，清扫外壳及端子排。
6．假负荷试验：将励磁变低压侧解开，将直流母排解开，在整流器交流侧输入380V电源，在整流器输出回路上接一个2KW
（500V）的小负载，将同步电压、可控硅控制信号输入录波器，起励后改变控制角，实测控制角与调节器内部信号一致。
7．起励试验：录波，记录起励时间。
8．自动、手动调节范围测试：在自动、手动不同方式下，测试调节范围。
9．均流检查：均流系数不小于0.85，否则要重新设置均流。
10．伏赫限制校验：改变定值到1.05，单独调节电压或转速，测试定值是否正确。
11．过励限制：调节设定值到过励定值，测试定值是否正确。
12．PT断线：模拟PT断线，录波观测通道是否切换。
13．阶跃试验：做10%的阶跃试验，录波，观测机端电压，励磁电流等是否正常。
14．灭磁试验：分逆变灭磁与直接灭磁两种，分别录波。
15．换另一通道重复9-13步。
16．发电机零起升压试验：将励磁变高压侧解开，加入6KV高压侧电源，改变励磁调节器参数，控制发电机电压从零升压，录波，记录数据。
17．发电机并网后，通道切换试验。
发电机励磁系统参数测试及PSS参数整定
发电机励磁系统参数测试及PSS参数整定麦艳红;钟文【摘要】Through the test, the paper measures generator excitation system and PSS mathematical model and related parameters, and optimizes the parameters, making the various performance indicators of excitation system meet the national standard, ensuring the safe operation of power grid, which has important social meaning and economic benefits.%通过试验测出发电机励磁系统及PSS的数学模型及相关参数,并对参数进行优化,使励磁系统的各项性能指标均满足国标要求,保证了电网安全运行,具有重要的社会意义和经济效益.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2013(032)002【总页数】3页(P33-35)【关键词】发电机;PSS;励磁系统;参数测试【作者】麦艳红;钟文【作者单位】南宁职业技术学院机电工程学院,南宁530008;广西桂网电力试验有限公司,南宁530007【正文语种】中文【中图分类】TM310 引言发电机励磁控制系统的电力系统静态稳定，动态稳定和暂态稳定性有显着的不同励磁系统模型和参数的影响，计算结果会产生很大的差异，在计算电力系统稳定。
因此需要能够正确反映设备的运行状态和参数的数学模型，在实际操作中，计算结果是可靠的。
由于以前大多数电网调度在进行系统稳定计算时采用发电机Eq’恒定模型，不考虑励磁，所以对电网中励磁设备的运行参数没有明确要求，系统中绝大多数主力机组，没有实测过励磁控制系统的模型和参数，计算中没有能正确反映实际运行设备运行状态的数学模型和参数，而是使用典型参数。
励磁系统
1.发电机失磁的现象、危害？现象：1）转子电流表指示到零或在零点摆动，转子电压表指示到零或在零点摆动。
2）无功表指示为负值。
3）有功、定子电压表指示降低，定子电流表指示大幅度升高，并可能摆动。
4）转子的转速超过额定值。
5）失磁保护动作信号发出，失磁保护动作。
危害：1）发电机失磁，将使转子的阻尼系统，转子铁芯的表面，转子绕组（经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭合）中产生变频电流，引起附加温升，危急转子安全。
2）在定子中将会出现脉动的电流，这样产生交变的机械力距，影响发电机的安全性。
3）出现无功差额将引起失磁发电机附近的电力系统电压下降。
4）会产生过电流，导致大面积停电。
2.发电机并列前为什么要检查定子、转子绝缘？检查发电机定子，转子绕组的端引线处的接触情况，有无受潮、有无层间短路，匝间短路等现象。
3.发电机进相运行的危害？1)进相运行会引起定子端部发热。
2）发电机端电压下降4.引起发电机振荡的原因1）发电机本身原因引起的故障如：励磁系统故障等 2）系统故障引起的振荡5.发电机运行极限受哪些条件限制？原动机输出功率、发电机的额定容量、发电机最大励磁电流、通常由转子的发热决定、发电机进项运行的稳定性6.引起发电机失磁的原因有哪些？1）励磁回路开路，如自动励磁开关跳闸，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁元件的烧毁。
2）励磁绕组短路；3）运行人员误操作。
7.发电机电压升高对发电机本身有什么影响？首先，如果电压太高，这样，转子绕组的温度升高可能超出允许值。
电压是由磁场感应产生的，磁场的强弱又和励磁电流的大小有关，若保持有功出力不变而提高电压，就要增加励磁电流，因此温度升高。
另外，铁芯内部磁通密度增加，损耗也就增加，铁芯温度也会升高。
而且温度升高，对定子线圈的绝缘也产生威胁。
电压过低就会降低运行的稳定性，因为电压是气隙磁通感应起来的，电压降低，磁通减少，定转子之间的联系就变得薄弱，容易失步。
电压一低，转子绕组产生的磁场不在饱和区，励磁电流的微小变化，就会引起电压的大变化，降低了调节的稳定性，而且定子绕组温度可能升高（出力不变的情况下）。
发电机(含双馈机)励磁控制系统综合实验实验报告
发电机（含双馈机）励磁控制系统综合实验实验报告发电机（含双馈机）励磁控制系统综合实验报告专业班级：姓名：学号：实验地点：讲师：1一、概述励磁控制系统实验接线图如图1可供选择的励磁方式有两种：自并励和他励。
当三相全（半）控桥的交流输入电源取自发电机机端时，构成自并励励磁系统。
而当交流输入电源取自380v市电时，构成他励励磁系统。
两种励磁方式的可控整流桥均是由微机自动励磁调节器控制的，全控时的触发脉冲为双脉冲，具有最大最小a限制。
以下实验操作均针对附录a中的发电机控制系统实验平台而言。
Qftatvfu微机励磁调节器KML至机器终端agsvkmrmvt自并励和单独励磁至市政电源图1励磁控制系统实验接线图在综合试验台上，微机励磁调节器有四种控制方式：恒定UG（保持发电机端电压为定值）、恒定IL（保持励磁电流为定值）、恒定Q（保持发电机无功功率为定值）和恒定a （保持控制角恒定）。
其中，恒定a模式是一种开环控制模式，仅限于使用单独的励磁模式。
同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。
当操作励磁调节器的增、减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节器的增、减按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电压按调差特性曲线变化。
发电机正常运行时，三相全（半）控制桥处于整流状态，控制角a小于90°；在正常停机或事故停机时，调节器的控制角a大于90°以实现逆变器灭磁。
电力系统稳定器――pss是提高电力系统动态稳定性能的经济有效方法之一，已成为励磁调节器的基本配置；励磁系统的强励，有助于提高电力系统暂态稳定性；励磁限制器是保障励磁控制系统安全可靠运行的重要环节。
二、实验与思考实验一不同a角（控制角）对应的励磁电压波形观测实验当机组未启动时，可通过操作“增磁”按钮或“退磁”按钮逐渐减小或增大控制角a，从而改变三相全控桥的电压输出和波形。
实验时，调节励磁电流为表2-1规定的若干值，通过接在ud?、ud?之间的示波器观测二全控桥输出电压波形，并由电压波形估算出a角，另外利用数字万用表测出全控桥的直流输出电压ufd和交流输入电压uac，将以上数据计入表，通过ufd，uac和数学计算公式也可计算出一个a角来；完成此表后，比较两种途径得出的a角有无不同，分析其原因。
励磁涉网性能试验
励磁涉网性能试验的方法
励磁机时间常数测量有多种方法： • 数字AVR单套运行，采用定角度控制的方法造成比较大的 阶跃扰动记录波形图。 • 数字AVR单套手动运行（可适当减小增益），突然关断交 流励磁机用可控硅整流器脉冲电源，或使AVR突然中断输出， 记录波形图。 • 使用工频手动励磁装置（即感应调压器输出接三相不可控 整流器）在80%～100%额定励磁机电压下直接断开（下降 法）和闭合（上升法）其交流输入开关的方法测量励磁机时 间常数。
励磁涉网性能试验的方法
励磁系统开环增益的测量
自并励系统开环增益的测量，将励磁变高压侧接至6kV恒定试验电源，临时 取消AVR中PID调节的积分和微分环节（如串联校正环节，令T1=T2，T3=T4； 若采用并联校正环节，设置Ki=Kd=0,或将积分和微分环节输出限制置零），同时 降低AVR的直流或比例增益，（AVR的增益可选择临时降低到预设值的1/5～ 1/10p.u.,） ，将AVR设置成单套自动方式运行，缓慢调节AVR给定值由50%～ 105%，用录波器分段记录发电机定子电压Ug、转子电压Uf和转子电流If,由记录 的动态波动曲线取平均值，并由AVR显示直读给定值Vref 计算开环增益 K=ΔUR/ΔUerr；其中：ΔUR—AVR输出变化量，ΔUerr—AVR的 输入偏差 ，最后折算回实际励磁系统 三机常规励磁系统开环增益可使用如上测量方法 ，也可用试验用中频机替
励磁系统运行安全管理
励磁系统运行安全管理11.4.1 并网机组励磁系统应在自动方式下运行。
如励磁系统故障或进行试验需退出自动方式，必须及时报告调度部门。
本措施条款要求“如励磁系统故障或进行试验需退出自动方式，必须及时报告调度部门”是为使生产管理部门做好应急措施和技术准备，防止出现电网电压不稳定情况。
11.4.2 励磁调节器的自动通道发生故障时应及时修复并投入运行。
严禁发电机在手动励磁调节(含按发电机或交流励磁机的磁场电流的闭环调节)下长期运行。
在手动励磁调节运行期间，在调节发电机的有功负荷时必须先适当调节发电机的无功负荷，以防止发电机失去静态稳定性机。
发电机除尽量避免在手动励磁调节方式运行外，还应在运行中加强自动通道故障时的及时修复管理，并在短期励磁手动运行期间加强发电机无功出力的协调，保证机组稳定运行。
欢迎关注：电气学习笔记案例河北张家口某电厂300MW发电机组采用国产某改进型励磁系统运行时，发生励磁调节器至可控硅整流器光缆接口短时故障。
故障期间实际形成调节器手动独立运行局面、又因接口恢复时的信号干扰，使得发电机电压有大幅波动，最终致使保护跳闸，即手动励磁调节器未达到简单可靠的要求。
虽然励磁系统近年来已普及了数字化的AVR装置，其运行性能及可靠性都有很大程度的提高，但若不注意运行时细化管理，仍有可能造成意想不到的故障后果。
11.4.3 进相运行的发电机励磁调节器应投入自动方式，低励限制器必须投入。
除少数励磁调节器手动运行时有相应的无功进相限制功能，大多数AVR都将低励限制器(也称欠励限制器)UEL环节设计为配合自动通道运行。
因有UEL的限制功能才可以保证不发生发电机过度进相运行情况。
关于低励限制器的相关标准和故障及事故举例前面已有详细说明，本反措条款进一步明确了UEL环节与AVR自动通道的协调关系。
在励磁系统运行管理中除应关注UEL环节静态时的动作定值是否满足要求外，还应注意受到动态扰动时发电机运行的稳定性。
11.4.4 励磁系统各限制和保护的定值应在发电机安全运行允许范围内并定期校验励。
1-励磁系统中的各种定值及试验要点
励磁系统中的各种定值介绍一、励磁系统中各种定值的分类励磁系统中的各种整定值主要是在励磁调节器( AVR中。
本次重点介绍励磁调节器中的定值。
1发电机的励磁形式一般有直流励磁机系统、三机常规励磁系统、无刷旋转励磁系统、自并励励磁系统等。
(1)自励直流励磁机励磁系统：旧自动励磷调节器比(2)三机常规励磁系统:AVR(4)自并励励磁系统SCR FYH®YH自动励磁调节器］2、华北电网各个电厂所用的励磁调节器有吉思GEC系列、南瑞电控SAVR2000系列、NES510（系列、SJ800系列、武汉洪山的HJT系列、ABB公司的UN5000系列、GE公司的EX2100系列、英国R-R的TMR-AVR日本三菱等。
各个厂家的励磁调节器中的定值数量各不相同。
少的几十个（如吉思、南瑞），多的上千个（如ABB GE。
3、针对各种励磁调节器中的定值按照使用功能可以分为（1。
控制定值（控制参数）控制定值包括自动方式控制参数、手动方式控制参数、PSS控制参数、低励限制控制参数、过励限制控制参数、过激磁限制控制参数等（2）限制动作定值包括过励限制动作定值、过激磁限制动作定值、低励限制动作定值等（3）其他定值包括励磁调节器模拟量测量的零飘修正、幅值修正、励磁方式定义、起励时间设定、调压速度设定、调差率等。
励磁调节器内部的控制参数励磁调节器作为发电机的一种自动控制装置。
在正常运行或限制动作时，用来控制发电机的运行工况不超过正常运行范围的参数。
这些参数在运行中，是时刻发挥作用的控制参数整定的合理，直接影响整个励磁系统的动态特性的好坏及各种限制功能的正常发挥作用。
一、自动方式下的控制参数（电压闭环）1、自动方式是以机端电压作为控制对象的控制方式，是励磁调节器正常的工作方式。
也是调度严格要求必须投入的运行方式。
华北电网调度部门下发的《华北电网发电机励磁系统调度管理规定》中规定：（1）各发电厂机组自动励磁调节装置正常应保持投入状态，其投入、退出和参数更改条件应在运行规程中作出规定，并应得到调度部门和技术监督部门的批准。
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（1.1 ） 改变 Kp 参数对励磁系统动态特性的影响：
改变纯比例增益 Kp，主要影响发电机电压的上升速率和超调量，纯比例增益 大，上升速度加快，超调量增大。 （1.2 ）改变 Ki 参数对励磁系统动态特性的影响：
Kp 增
6
仅改变纯积分增益 Ki ，对发电机电压的响应特性影响不大。 （1.3 ）改变 Kd 参数对励磁系统动态特性的影响：
励磁系统中的各种定值介绍 一、励磁系统中各种定值的分类
励磁系统中的各种整定值主要是在励磁调节器（ AVR）中。本次重点介绍励磁调节 器中的定值。 1、发电机的励磁形式一般有直流励磁机系统、三机常规励磁系统、无刷旋转励磁系统、 自并励励磁系统等。
（ 1）自励直流励磁机励磁系统：
（ 2）三机常规励磁系统：
2、按照经典自动控制原理，一般采用 PID 控制方式。 其中的 P 代表比例调节控制， I 代表积分调节控制， D代表微分调节控制。
一般励磁调节器中的 PID 控制形式有以下三种方式： （ 1）并联 PID 控制方式传递函数
3
Kp：比例增益； Ki ：积分增益； Kd：微分增益。 传递函数的数学表达式为： Kp Ki KdS
的函数特性。
4
（ 3）两级超前滞后环节控制方式传递函数
传递函数的数学表达式为： Kp 1 T1S 1 T 3S 1 T2S 1 T4S
在实际整定中，一般将 T1<<T2，此环节主要体现的是积分效应（ I ）；T3〉〉 T4，此 环节主要体现的是微分效应 （D）。
具体到实际励磁调节器中不同的设计，励磁调节器中的实际传递函数和表述方式不 同，整定的参数含义和数值也有所不同。请注意。 二、励磁系统中的自动方式下，主要影响特性的是 PID 参数。 PID 参数的整定不同，对 自动方式下，励磁系统的动态特性影响很大。 1、励磁系统行业标准中规定：阶跃量为发电机额定电压的 5%，发电机端电压超调量应 不超过阶跃量的 30%，振荡次数不超过 3 次，调整时间不超过 10S，电压上升时间不大于 0.6S（自并励系统）或 0.8S （三机常规））。 2、自动控制方式下， PID 参数变化对励磁系统动态特性的影响 （1）以并联 PID 控制方式为例，了解 PID 参数对动态特性的影响。 并联 PID 控制方式的基本传递函数形式如下：
一、自动方式下的控制参数 ( 电压闭环 ) 1、自动方式是以机端电压作为控制对象的控制方式，是励磁调节器正常的工作方 式。也是调度严格要求必须投入的运行方式。 华北电网调度部门下发的《华北电网发电机励磁系统调度管理规定》中规定： （ 1）各发电厂机组自动励磁调节装置正常应保持投入状态， 其投入、 退出和参数更 改条件应在运行规程中作出规定，并应得到调度部门和技术监督部门的批准。调度部门 要求投入的 PSS装置应可靠投入运行。发电机自动励磁调节装置、 PSS装置如遇异常退 出，应及时向当值调度员备案，事后向技术监督部门汇报。 （ 2）电厂将励磁系统定值报有关调度部门和技术监督部门审核、 批准后执行。 运行 中如定值或设定参数发生变化，须经有关调度部门和技术监督部门核准方可执行。参数 实测后如定值或设定参数发生变化，应说明对已实测参数是否有影响，必要时重新进行 参数实测工作。 （ 3）发电机励磁系统应采用定发电机电压控制方式运行。 如果采用其他控制方式需 要经过调度部门和技术监督部门的批准。
（ 3）无刷旋转励磁系统
（ 4）自并励励磁系统
1
2、华北电网各个电厂所用的励磁调节器有吉思 GEC系列、南瑞电控 SAVR2000系列、 NES5100系列、 SJ800系列、武汉洪山的 HJT系列、 ABB公司的 UN5000系列、 GE公司的 EX2100系列、英国 R-R 的 TMR-AVR、日本三菱等。
S （2）串联 PID 控制方式传递函数
传递函数的数学表达式为：Kp1 T NhomakorabeaS(
) (1
1)
1 T2S
TiS
说明：
并联 PID 控制方式和串联 PID 控制方式，按照自动控制原理的传递函数，只是表述
方式的不同，实际的传递函数形式是一致的。
将并联 PID 的传递函数可以变换为： Ki KpS KdS 2 S
（ 1）。
Kp 将串联 PID 传递函数中，令 T2=0，可以变换为： Ti
( Kp Ti T1
Kp )S
Kp T1S 2 （ 2）。
S
以上（ 1）、（2）两个数学公式中，令：
Ki （1）=Kp/Ti （2），Kp（ 1）=Kp/Ti*T1+Kp （ 2），Kd（ 1）=Kp*T1（2）。则二者具有相同
测试结果表明，仅改变直流增益 Kp，主要影响发电机电压的上升速率和超调量，增 益 Kp 增大，上升速度加快，超调量增大。 （2.2 ）改变 AVR的微分时间常数 T1
8
测试结果表明，仅改变微分时间常数 T1，主要影响发电机电压的上升速率，微分时 间常数 T1 增大，上升速度加快，且电压超调量减小。
包括过励限制动作定值、过激磁限制动作定值、低励限制动作定值等 （3）其他定值
包括励磁调节器模拟量测量的零飘修正、 幅值修正、 励磁方式定义、 起励时间设定、 调压速度设定、调差率等。
2
励磁调节器内部的控制参数
励磁调节器作为发电机的一种自动控制装置。在正常运行或限制动作时，用来控制 发电机的运行工况不超过正常运行范围的参数。 这些参数在运行中， 是时刻发挥作用的。 控制参数整定的合理，直接影响整个励磁系统的动态特性的好坏及各种限制功能的正常 发挥作用。
仅改变纯微分增益 Kd，影响发电机电压上升速度和超调量， Kd 增大，上升速度加快， 超调量减小；而 Kd 减小，上升速度变慢，同时超调量增大。 （2）以两级超前滞后控制方式为例，了解 PID 参数对动态特性的影响： 两级超前滞后环节控制方式的基本传递函数形式如下：
7
（2.1 ）改变 AVR的增益 Ks（相当于 Kp）
各个厂家的励磁调节器中的定值数量各不相同。少的几十个（如吉思、南瑞） ，多 的上千个（如 ABB、GE）。
3、针对各种励磁调节器中的定值按照使用功能可以分为 （1）控制定值（控制参数）
控制定值包括自动方式控制参数、手动方式控制参数、 PSS控制参数、低励限制控 制参数、过励限制控制参数、过激磁限制控制参数等 （2）限制动作定值