发电机静态励磁系统

发电机静态励磁系统发电机静态励磁系统（参考EXC—9000型）发电机励磁系统的主要任务是向发电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机正常运行的需要。

无论在稳定运行或暂态过程中，同步发电机运行状态在很大程度上与励磁有关。

对发电机的励磁进行的调节和控制，不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以提高发电机及其电力系统的技术经济指标。

WX21Z—085LLT 150MW发电机采用的是静态励磁方式，也称为机端自并励励磁系统，指的是发电机出口处装设有一台降压的励磁变压器通过晶闸管向发电机提供受控的励磁电流，其显著特点是整个励磁装置中没有旋转的励磁机部分，电源来自静止的变压器所以又称为静态励磁系统。

这种系统没有转动部分，励磁系统接线相对简单，维护简单，造价低，而且是一种高起始响应系统。

但这种系统也有缺点，当发生发电机机端短路时，励磁电压会严重下降，以至完全消失。

实际证明，在短路开始的0.5S内，静态励磁与它励方式的励磁能力是很接近的，只是在短路0.5S以后才明显下降。

因此，只要发变组装设了动作时间小于0.5S的快速保护，就能满足静态励磁系统的要求。

自动励磁调节器概述自动励磁调节器是发电机励磁控制系统中的控制设备，其基本任务是检测和综合励磁控制系统运行状态的信息，即发电机的端电压、静子电流、转子电流、有功功率、无功功率、发电机频率等，并产生相应的控制信号，控制励磁功率单元的输出，以达到自动调节励磁、满足发电机及系统安全稳定运行的需要。

自动励磁系统主要作用分析1、控制发电机机端电压在系统正常运行条件下，励磁调节系统供给同步发电机所需要的励磁功率，根据不同的负荷情况，自动调节励磁电流，以维持机端或系统某点电压在给定水平上。

根据发电机的外特性曲线可知，造成发电机空载电势与端电压差值的主要原因是负荷电流中无功电流的大小，如果发电机的励磁电流保持不变时，当负荷的无功电流越大时，端电压降低也越严重，发电机的外特性曲线就是保持发电机转速不变，发电机的负载和负载功率因数为常数的情况下，发电机端电压随负载变化的曲线。

我们所说的负载一共可以分为三类，即电感性负载、电容性负载、电阻性负载，发电机在接带这三种不同的负载时所对应的外特性曲线是不一样的，容性负载的增大使发电机端电压上升，而阻性和感性负载的增大使发电机端电压下降。

从电力系统实际情况来看，负载都是阻性与感性的一种综合，当发电机接带这种综合负载时，发电机电枢反应的结果是将发电机气隙磁场削弱并扭曲，这就必然会使发电机的感应电势减小，因而使发电机的端电压降低，就必须增加转子励磁电流以增强主磁场，从而补偿由于电枢反应引起气隙磁场被削弱的程度。

2、控制无功功率分配发电机输出的无功功率和励磁电流有关，调节励磁可改变发电机输出的无功功率。

在实际运行中，改变励磁会使端电压和输出无功功率都发生变化，但端电压变化较小，而输出的无功功率会有较大的变化。

控制并联运行的发电机之间的无功功率分配是励磁系统的重要功能，通过控制励磁调节器的调差单元，可保证并联运行发电机组的无功功率得到合理分配。

调差率的定义是自动励磁调节器的调差单元投入，电压给定固定不变，发电机的功率因数为零的情况下，当发电机的无功负荷从零变化到额定值时，用发电机额定电压百分数表示的机端电压变化率。

发电机端电压的调差率反映了在自动励磁调节器的作用下发电机端电压随发电机无功输出的变化，有三种调差特性，一是无调差特性、二是正调压特性、三是负调压特性。

两台或两台以上发电机并联运行，若都为无差特性，则无功功率分配不稳定，是随机的，或者一台发电机电压高，另外一台发电机电压低，而无功功率由电压低的发电机承担。

一台有差和一台无差的发电机并联运行，则或者两台承担的无功功率相同，无功功率变化由有差特性的发电机承担，或人工调节无差发电机励磁电流，改变其工作点。

两台或两台以上发电机并联运行时，按调差系数大小分配无功功率，调差系数小的分配到的无功功率多，调差系数大的分配到的无功功率少。

3、在正常和事故情况下能提高系统的静稳和动稳根据发电机的功角特性可知，发电机在功角特性曲线上升段运行时，发电机是稳定的，在功角特性曲线下降段运行发电机是不稳定的，所以说发电机的静稳极限是功角为90度，如果励磁系统具有按电压偏差调节的励磁调节器，发电机运行在功角特性曲线上升段的某一点上，若励磁电流不变，当发电机的负荷电流增加时，即发电机的功角增大，而发电机的端电压要减小一些，这时发电机的自动励磁调节器将增加励磁电流，使发电机的静稳工作点将过渡到波幅较高的一条功角特性曲线上，同理，当功角再增大时，励磁调节器又增加发电机的励磁电流，发电机的静稳工作点又将过渡到波幅更高的一条功角曲线上，自动励磁调节器按电压偏差调节的放大倍数越大，发电机维持机端电压的能力越强，发电机电势增加越大，功角特性曲线波幅越高，发电机的稳定极限功角就越大。

由上可知，性能优良的励磁系统改善了实际的运行功率特性，提高了功率输送极限，而且扩大了稳定区，使发电机能在功角大于90度的区段运行，我们通常把这一区段称为人工稳定区。

4、励磁调节系统对动稳的影响。

为了提高静态稳定特性，希望自动励磁电压调节器具有较大的放大倍数，然而高放大倍数，高起始响应的励磁调节器在某些情况下容易产生负阻尼，使系统的动态特性变坏，使系统发生振荡的可能性增加，所谓负阻尼，就是说当发电机功角增大时，即功角增大，则相应的制动转距也应增大以减小振幅，可是由于励磁系统的相位滞后，励磁调节器反而产生了（减小制动转距）的相反作用，这样就使得振幅增大，也就是说由于发电机功角的变化引起发电机反馈电压的变化，而发电机电磁转距的变化滞后于反馈电压的变化，所以产生了负阻尼转距分量，如果负阻尼转距大于机组的自然阻尼和电枢反应去磁效应产生的正阻尼作用，则机组就会产生振荡。

用Pss装置来解决这一问题。

（见后）静态励磁系统中关于强行励磁的问题强励：当电力系统由于发生短路事故，造成系统电压下降，这时发电机的励磁系统能在极短的时间内，将发电机的励磁电流增大到一定数值，以保证发电机并列运行的稳定性，同时也是提高电力系统稳定最经济、最有效的手段这之一。

励磁系统强励性能的主要指标有：1、励磁顶值电压倍数（即励磁电压强励倍数）它是指强励期间励磁功率单元可能提供的最高输出电压与发电机额定励磁电压之比。

强励倍数高，可使发电机电势升高，有利于系统稳定。

2、励磁系统电压响应时间或励磁电压响应比。

电压响应时间是指在发电机励磁电压为额定励磁电压时，从施加阶跃信号起至励磁电压达到最大励磁电压与额定电压之差的95％所花费的时间。

励磁系统电压响应时间等于或小于0.1S的励磁系统称为高起始响应的励磁系统，静态励磁系统就属于高起始响应的励磁系统。

静态励磁系统概述1．静态励磁系统的组成：由机端励磁变、大功率晶闸管构成励磁功率单元部分，它的作用是向发电机转子绕组提供直流励磁电源。

由机端TV、TA、励磁变副边TA、转子电压、转子电流、等电气反馈量与微机装置共同构成励磁调节部分，它的作用是根据发电机的不同运行工况，自动的调节励磁功率单元输出励磁电流的大小，以保证发电机安全稳定运行。

2、静态励磁系统的工作原理：大型发电机在启动时，由于转子剩磁小，发电机自建压困难，所以需要借助外部启励电源对发电机转子线圈提供初始励磁电流，使发电机静子电压升至一定水平后，机端励磁变低压侧输出的交流电，通过晶闸管整流后向发电机提供正常的直流励磁电流，而启励电源自动退出工作，这时A VR根据设置好的运行方式控制晶闸管导通角的大小，而自动的调节发电机励磁电流的大小，保证发电机的端电压的给定运行水平。

3、静态励磁系统中的名词及术语解释晶闸管：晶闸管是一种大功率的整流元件，它的整流电压可以控制，当供给整流电路的交流电压一定时，输出电压能够均匀调节，它是一个具有三个极的半导体器件。

分别是阳极、阴极、和控制极，在整流电路中，晶闸管阳极、阴极在承受正向电压的时间内，在控制极加上触发脉冲，这时晶闸管将交流电整流为直流电输出，如果改变控制极触发脉冲的输入时刻，即改变晶闸管控制角的大小，在负载上可以得到不同数值的直流电压。

在静态励磁系统中我们把晶闸管也称之为功率柜，一般一台发电机设有两台输出电流完全相同的功率柜，而满足不同的运行工况即单柜满足额定，双柜满足强励。

功率柜是静态励磁系统中的核心元件之一，它能否稳定运行决定发电机能否稳定运行，150MW发电机额定励磁电流是1344A，在正常情况下两台功率柜并联运行，平均分配励磁电流，晶闸管的结温不应超过115度，这种大功率的晶闸管都设有冷却系统，每个功率柜设有两组风机对其进行吹风冷却。

整流：交流变直流。

即AC—DC逆变：直流变交流。

即DC—ACA VR：自动励磁（恒电压）调节装置的英文缩写。

FCR：手动励磁（恒电流）调节装置的英文缩写。

灭磁：将发电机转子绕组中的残余磁场能量转换为其它形式的能量消耗掉。

4、发电机静态励磁系统图TA励磁变5、静态劢磁系统中各TV、TA及各功能装置的作用：1TV、3TV—给A VR（两套）提供电压反馈量，是有功功率、无功功率计算的依据。

机端TA的作用：给A VR提供电流反馈量，是有功功率、功功率计算的依据，同时也是防误逆变的依据励磁变副边CT的作用：给A VR提供一个电流反馈量，是过励、欠励、强励判据之一。

BOD板：检测出发电机转子绕组正向过电压时，给可控硅跨接器中晶闸管的控制极一个触发脉冲，让其导通。

过电压检测器：它能反应出发电机转子绕组正向及反向过电压，并将这一信号上传装置及DCS系统报警。

可控硅跨接器：在转子绕组发生正、反向过电压时，导通晶闸管或二极管，将转子绕组磁场能量消耗在灭磁电阻上，主要作用是1、灭磁。

2、防护转子绕组过电压。

它由BOD检测板、正向晶闸管、反向二极管、耗能电阻、过电压动作检测器共同构成，请参照静态励磁系统图。

起励装置：给发电机提供一个初始的励磁电源，使发电机定子绕组建压。

由发电厂的直流系统或交流系统整流后供电。

5S内建压至额定电压的10%（静子），起励装置自动退出。

励磁电流：给A VR提供一个励磁电流的反馈量，作为恒电流调节的依据，同时也是过励、欠励、强励的辅助判据。

同步变的作用：1、给A VR装置提供24V装置电源，2、当晶闸管具备导通条件时，提供移相触发信号，即提供控制脉冲与晶闸管整流桥电源同步。

电力系统稳定器（PSS）的作用：并列运行的发电机在小干拢下发生的频率0.2 —2.5H Z范围内的持续振荡现象叫低频振荡。

低频振荡产生的原因是由于电力系统的负阻尼效应，常出现在弱联系、远距离，重负荷输电线路上，在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。

而PSS就是为了解决快速、高放大倍数励磁系统的上述危害，由励磁系统提供的一种软件控制功能，它使用转速、频率、有功功率做为输入信号，经计算机处理，产生一附加控制信号，从而抑制低频振荡。