发电厂励磁系统原理
图解发电机励磁原理(2024)
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发电机励磁系统故障诊断与处理 措施
2024/1/26
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常见故障类型及原因分析
励磁不足或失磁
可能是由于励磁电源故障、励磁 回路开路或接触不良、励磁绕组
匝间短路等原因导致。
应用范围
直流励磁方式和交流励磁方式适用于各种规模的发电机组和电力系统 ；永磁体励磁方式适用于小型风力发电、太阳能发电等领域。
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发电机励磁调节器原理与结构
2024/1/26
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调节器基本原理
2024/1/26
电磁感应原理
发电机励磁调节器通过电磁感应 原理，将输入的交流电转换为直 流电，为发电机的励磁绕组提供 励磁电流。
替换法
在怀疑某个元器件损坏时，可以用正 常的元器件替换后观察故障是否消除 ，以验证故障部位和原因。
2024/1/26
测量法
使用万用表、示波器等工具测量励磁 系统各点的电压、电流、波形等参数 ，与正常值进行比较分析，进一步确 定故障原因。
专家系统诊断
利用专家系统或故障诊断软件对励磁 系统故障进行自动诊断和分析，提高 故障诊断的准确性和效率。
性，但控制精度相对较低。
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控制策略选择依据
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系统稳定性要求
对于要求较高的电力系统，应选择稳定性好的控制策略，如恒压控制策略或最优励磁控制 策略。
发电机运行工况
不同的运行工况下，应选择适合的控制策略。例如，在轻载或空载工况下，可采用恒功率 因数控制策略以提高运行效率。
控制精度和响应速度要求
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理发电机励磁系统是指为了使发电机在运行中能够产生稳定的电压和电流，采取的一系列控制和调整励磁电流的措施。
励磁系统的原理是通过调节励磁电流来改变磁场强度，进而控制发电机的输出电压和频率。
一、电磁感应原理根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动或磁场变化时，会在导体中产生感应电动势。
由此，发电机中的转子在转动时，通过导线产生的感应电动势可以用来驱动电流，从而实现电能的转换。
二、励磁机构发电机励磁系统的核心是励磁机构，它由励磁电源和励磁回路组成。
励磁电源提供直流电源，用于激励发电机的磁场。
而励磁回路则通过一组电阻、电感和励磁开关等元件，将励磁电流导入到发电机的励磁线圈中。
三、调整励磁电流励磁电流的大小决定了发电机的磁场强度，从而影响了输出电压和频率。
一般情况下，发电机励磁系统会根据负荷的需求，通过调节励磁电流的大小来实现稳定的电压输出。
4、励磁系统的调整机制发电机励磁系统通常采用自动调压和手动调压两种方式来保持输出电压的稳定。
在自动调压模式下，根据电压传感器的反馈信号，控制励磁电流的大小。
一旦输出电压下降，励磁系统会自动增加励磁电流，以提高输出电压。
手动调压模式下，操作人员可以根据需要手动调整励磁电流，以实现电压的稳定输出。
五、励磁系统的稳定性好的励磁系统应具有良好的稳定性，能够在负荷变化时迅速调整励磁电流，并且使输出电压变化最小。
稳定性的提高可以通过增加励磁回路中的电感和电容元件，以及制定合理的励磁调节策略来实现。
六、励磁系统的应用发电机励磁系统广泛应用于各种发电场景中，包括电力站、风力发电、水力发电、汽车发电机等。
它不仅能够保证电力供应的稳定性和可靠性，还能够提高发电效率和节能减排。
总结：发电机励磁系统是使发电机能够稳定输出电压和频率的重要控制系统。
通过调节励磁电流来改变发电机的磁场强度，励磁系统能够实现电能的转换和稳定输出。
良好的励磁系统应具有稳定性和高效性，能够适应负荷变化并实现可靠的电力供应。
交流发电机励磁系统的原理
交流发电机励磁系统的原理一、引言交流发电机励磁系统是发电机中一个重要的组成部分，其作用是提供励磁电流，使发电机能够产生稳定的交流电能。
本文将深入探讨交流发电机励磁系统的原理。
二、交流发电机励磁系统概述交流发电机励磁系统由励磁电源、励磁电路和励磁控制系统组成。
励磁电源主要提供励磁电流，励磁电路将励磁电流传递给发电机励磁线圈，励磁控制系统用于控制励磁电流的大小和稳定性。
2.1 励磁电源励磁电源一般采用直流电源供电，如直流发电机、蓄电池或整流装置。
直流发电机是一种常用的励磁电源，它通过独立运行的小型发电机产生直流电流。
蓄电池作为备用励磁电源，当主要励磁电源故障时起到过渡和保护的作用。
整流装置是将交流电转换为直流电的装置，用于辅助励磁电源。
2.2 励磁电路励磁电路包括励磁线圈、励磁开关和励磁绕组等组成部分。
励磁线圈是由导体绕成的线圈，通过其产生的磁场来激励发电机产生电能。
励磁开关用于控制励磁电流的开闭，以实现对发电机励磁的控制。
励磁绕组是将励磁电流传递给发电机定子绕组的装置。
2.3 励磁控制系统励磁控制系统是通过控制励磁电路中的参数来调节励磁电流的大小和稳定性。
常见的励磁控制系统有自动励磁控制系统和手动励磁控制系统。
自动励磁控制系统根据发电机的输出电压和电流等参数自动调节励磁电流，使之保持在合适的范围内。
手动励磁控制系统需要人工干预来调节励磁电流。
三、交流发电机励磁系统原理交流发电机励磁系统的原理包括励磁电流的产生、流动和调节等方面。
3.1 励磁电流的产生励磁电流的产生是通过励磁电源产生的，一般是直流电流。
在直流发电机中，励磁电流由独立运行的小型发电机产生，其输出电流经过整流装置转换为直流电流。
在蓄电池作为励磁电源时，其直接提供直流电流。
励磁电流的大小取决于励磁电源的输出电压和电流。
3.2 励磁电流的流动励磁电流通过励磁线圈和励磁绕组流动，形成磁场激发发电机产生电能。
励磁线圈是发电机中的一个线圈，当励磁电流通过时，会产生磁场。
发电厂励磁系统原理
发电机励磁系统的基本配置
发电机电压静差率 指在自动电压调节器投入，调差单元退出，电压给定值不变，发电机在额
定功率因数下，负载从额定视在功率值减少到零时，发电机机端电压的 变化率。
式中：UGO——视在功率值为零时的发电机机端 电压 UGN——额定视在功率值时的发电机机端电压
发电机励磁系统的作用2
高
步，自动恢复到起始运行状态的能力。
电
• 判据：发电机输出电磁功率对功角的微分dPe/dδ是否大于0 。
力
系
• 由于采用自动励磁调节，可使发
统
电机运行于δ大于90°的区域
的
（人工稳定区），静态稳也就是提高了电力系统
性
静态稳定能力。
静稳定破坏举例：
某电厂＃2机（额定有功200MW）通过220kV送电。因励磁调节器自动 通道有问题，发电机处于手动调节励磁的状态下运行。发电机于 130MW状态下已稳定运行很长时间，发电机励磁电流（转子电流） 约为1000A。当电厂运行人员根据调度要求把发电机有功出力增加到 170MW后，发电机与系统失去同步，发电机失步保护动作后，由于 种种原因，造成机组超速，汽轮机严重损坏而报废。事故调查得知 ，运行人员在增加发电机的有功时（直到失步）没有同时增加发电 机的励磁电流，事故后的仿真研究证明，（1）发电机为1000A时的 静稳定极限就是170MW，（2）如果发电机是在自动励磁调节的状态 下运行，其静稳定极限大于200MW，（3）即使发电机处于手动调节 励磁的状态下运行，如果在增加有功出力的同时，运行人员能适当 增加发电机的励磁，也可以避免发电机与系统失步的事故发生。
发电机励磁系统的作用2
调差的设置： ➢ 发变组单元高压侧并联：
变压器电抗调差（正调差）+ 发电机调 差（负调差）
发电机励磁系统原理
维持发电机端电压恒定
01
通过自动调节励磁电流，使发电机在负载变化时保持端电压稳
定。
实现并列运行发电机间的无功功率分配
02
根据各发电机的无功功率需求，合理分配励磁电流，实现无功
功率的均衡分配。
提高电力系统的稳定性
03
通过快速、准确的励磁调节，提高电力系统的静态稳定性和暂
态稳定性。
控制策略选择与优化方法
维护保养
为每台发电机励磁系统建立档案 ，记录其运行和维护情况，为故 障分析和预防性维护提供依据。
05
励磁系统性能评估与测试 方法
性能评估指标体系构建
稳定性指标
衡量励磁系统在扰动下的稳定性，包括静态稳定 性和动态稳定性。
响应性指标
评价励磁系统对发电机运行状态变化的响应速度 和准确性。
经济性指标
考虑励磁系统运行过程中的能耗、维护成本等经 济因素。
面临的挑战和解决方案探讨
挑战
数字化励磁技术的发展面临着电磁干扰、硬件可靠性、软件安全性等方面的挑战。
解决方案
通过优化电磁兼容设计、提高硬件制造工艺、加强软件安全防护等措施，解决数字化励磁技术发展中的难题。
未来发展趋势预测
高效化
随着电力电子技术的发展，未来励磁系统将更加高效，能 够降低能耗，提高发电效率。
过励限制
通过调整励磁电流的大小，限制发电机的过励程度，防止因过励而损坏发电机 。具体实现方式包括设置过励保护定值、采用自动励磁调节器等。
欠励限制
当发电机励磁电流不足时，采取相应措施增加励磁电流，以保证发电机的正常 运行。具体实现方式包括设置欠励保护定值、采用备用励磁系统等。
故障诊断技术原理及应用案例
组成部分
图解发电机励磁原理共4文档
可根据发电机负载的变化自动调节励磁电流，保持发电机输出电 压的稳定。
直流发电机励磁特点分析
励磁方式多样
直流发电机可采用他励、并励、 串励和复励等多种励磁方式，可
根据实际需求选择。
磁场可控性强
通过调节励磁电流的大小和方向， 可以灵活控制发电机的磁场强度 和方向。
输出特性稳定
在负载变化时，通过自动调节励 磁电流可以保持发电机输出电压 和电流的稳定。
作用
励磁系统的主要作用是维持发电机端电压在给定水平，同时控制并列运行各发 电机间无功功率的合理分配，以满足电力系统正常运行和发电机安全运行的要 求。
励磁系统组成部分
励磁功率单元
向同步发电机转子提供直流励磁电流，主要包括交流励磁机、整流器 等部分。
励磁调节器
根据发电机端电压、无功功率等信号，自动调节励磁功率单元输出的 励磁电流，以维持发电机端电压稳定并控制无功功率分配。
经验总结
总结故障排除过程中的经验教训，完 善维护流程，提高设备维护水平。
THANKS
感谢您的观看
对比法
将故障设备与正常设备进行对比， 分析差异，找出故障原因。
03
02
测量法
使用万用表、示波器等工具测量电 路参数，判断故障点。
替换法
用正常元件替换疑似故障元件，观 察设备是否恢复正常。
04
预防性维护策略制定
定期检查
制定详细的检查计划，对发电机励磁系统进行定期检查。
清洁保养
保持设备清洁，定期清理灰尘和杂物，确保散热良好。
紧固接线
检查所有接线端子是否松动，及时紧固。
预防性试验
定期进行预防性试验，检测设备的绝缘性能、电气性能等。
故障排除后性能恢复验证
2024版图解发电机励磁原理
高可靠性设计
提高发电机励磁系统的可靠性是未 来的重要发展方向，通过采用冗余 设计、故障预测与健康管理等技术
手段降低系统故障率。
绿色环保
随着环保意识的提高，未来发电机 励磁系统将更加注重绿色环保，采 用低能耗、低污染的材料和技术，
降低系统对环境的影响。
对未来学习和工作的建议
深入学习专业知识
继续深入学习电力电子、控制理 论等相关专业知识，为从事发电 机励磁相关领域的工作打下坚实
案例分析：某大型水电站励磁调节器设计
• 设计背景：某大型水电站采用水轮发电机组，装机容量大、运行工况复杂，对励磁调节器性能要求高。 • 设计目标：设计一款高性能、高可靠性的励磁调节器，满足水电站运行要求。 • 设计方案：采用基于DSP的数字式励磁调节器设计方案，实现快速、精确的电压调节和功率分配功能；同时采
基础。
关注前沿技术动态
关注发电机励磁技术的最新发展 动态，了解新技术、新方法的应 用情况，不断提升自己的专业素 养。
加强实践动手能力
通过参与实验、项目等方式加强 实践动手能力，培养解决实际问 题的能力。
拓展跨学科知识
学习与发电机励磁相关的跨学科 知识，如电力系统分析、电机学 等，提升综合分析和解决问题的
如失磁、励磁不稳、励磁过流等故障，通过 案例分析学习相应的处理方法和预防措施。
发电机励磁技术发展趋势预测
数字化与智能化
随着电力电子技术和控制理论的发 展，未来发电机励磁系统将更加数 字化和智能化，实现更精确的控制 和优化。
多功能集成化
为满足不同应用场景的需求，发电 机励磁系统将向多功能集成化方向 发展，如集成无功补偿、谐波治理 等功能。
提高发电机并列运行的稳定性。
功能
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统工作原理
发电机励磁系统的工作原理如下：
1. 励磁电源：发电机励磁系统通常由励磁电源提供直流电能。
励磁电源可以是直流电源、电池或者其他的电源装置。
2. 励磁线圈：发电机中有一个称为励磁线圈的线圈，它通常由铜导线绕成，固定在发电机的定子上。
励磁线圈连接到励磁电源。
3. 励磁电流：当励磁电源接通时，电流将开始流经励磁线圈。
这会在发电机中产生一个磁场。
4. 磁场：励磁线圈产生的磁场通过铁芯传导到转子和定子之间的空间。
转子是发电机中旋转的部分，定子是固定的部分。
5. 感应电压：当发电机的转子旋转时，磁场也随之旋转。
由于电磁感应的原理，转子中的导线将产生感应电压。
这个感应电压会驱动绕在定子上的线圈产生电流。
6. 电流输出：通过定子上的线圈产生的电流输出到外部负载上，为外部负载提供电能供应。
总结起来，发电机励磁系统的工作原理就是通过励磁电源提供直流电能，产生磁场，使得转子中的线圈通过电磁感应产生电流，从而输出电能供应外部负载。
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自并励励磁系统
静止
自并励励磁系统
组成：励磁变压器、大功率可控硅整 流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、 自动电压调节器
优点：结构简单，调节速度快，轴系 较短，不易引发轴系扭振。但励磁电 源受系统电源的影响。
缺点：强励时系统电压变化复杂
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励磁系统调差
发电机的调差特性是机端电压与发电机无 功电流的关系曲线，有三种形式：无差特 性（曲线1）、正调差（曲线2）和负调差 （曲线3）。
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并网运行机组的调差要求
发电机最终连接到电网的调差系数应为正调差。 无差调节的发电机，由于调差特性曲线有无数个 公共点，机组间无功的分配不明确，机组间会发 生乱抢无功的现象，导致运行不稳定。负调差的 机组，如果电网电压波动增加，导致调节器电流 增加，又使无功增加，发电机电压又上行，为正 反馈，形成恶性循环。
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残压起励
当发电机残压较高（约2-5%以上）时，可 利用残压起励。在起励初始阶段，整流桥 中的晶闸管完全导通。然后在励磁调节器 的控制下，将发电机的电压升至所整定的 电压
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励磁系统控制过程
励磁调节器主要由测量比较、综合放 大和移相触发三个基本单元构成。
Vd0=1.35U2cosα
发电机调差系数一般由调度部门下达定值。整定 原则是：AVR的调差系数为-5%到0之间，加上主变 短路阻抗后，最终为8%左右。
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励磁调节器附加功能
PSS功能 软起励功能
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励磁调节器限制与保 护
✓强励电流限制（快速限制、倍数限制） ✓过励限制（励磁电流慢速、反时限） ✓欠励限制（P-Q） ✓定子电流限制 ✓伏赫限制 ✓PT断线保护
起励措施有两类。第一类是他励起励，第二类是 残压起励。
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他励起励
起励电源可以是厂用蓄电池（直流），也可以是 厂用交流电。厂用交流电一般通过起励变压器降 压后，由二极管整流变成直流。然后通过限流电 阻和直流接触器，将起励回路接入发电机磁场回 路。对采用厂用蓄电池电源的，起励回路中须接 入一正向二极管，防止发电机建压过程中的反充 电。起励时，起励接触器闭合，励磁电流送入发 电机磁场绕组，发电机电压逐渐升高。当电压升 至额定电压的10%~30%时，起励回路断开，进行自 励。
直流励磁机励磁系统 交流励磁机励磁系统 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
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交流励磁机系统（三机它励） 同轴
组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。
副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也 有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。
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自并励励磁系统 介绍
励磁电源由一台接于机端的励磁变压器取 得，经变压器ET降压后，接入晶闸管整流 器SCR，通过晶闸管整流成直流后，供给发 电机磁场绕组。自动励磁调节器从发电机 机端取得信号，控制晶闸管的导通角，从 而按需要控制发电机励磁电流。
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自并励励磁系统 介绍
自并励的主要特点是：设备和接线比较简 单；由于无转动部分，具有较高的可靠性； 造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机 组轴系长度；励磁调节速度快。因为励磁 电源相对不独立，故而需要起励电源；整 流输出的直流顶值电压受发电机端或电力 系统短路故障形式（三相、二相或单相短 路）和故障点远近等因素的影响。
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PID控制
按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调 节器, 是连续系统控制中技术成熟、应用 最为广泛的一种调节器。 比例调节可以减小控制系统惯性时间 常数，但相对稳定性降低，而且不能消除 稳态误差； 积分调节可以消除稳态误差； 微分调节可以提高控制系统的稳定性， 相应可以增加比例调节放大倍数。
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自并励发电机组的起励
当机组启动后，在转速接近额定值时，机端电压 为残压，其值一般较低（约为额定电压的1%~2%）。 这时由于同步电压太低，调节器可能还不能正常 工作，晶闸管不能开放，故而没有励磁电流送出 使发电机建立电压。因此，必须采取措施，先供 给发电机初始励磁，以便发电机能够建立起一定 的电压，完成起励过程。
优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，实用易文引档 发轴系振荡
交流励磁机系统（二机它励） 同轴
组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电
流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系 统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经 励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励 磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子， 亦称为两机一变励磁系统。
–电压响应比
改善电力系统动态稳定性
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励磁系统设备
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励磁系统的组成与分类
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：
励磁系统定义
励磁系统是为同步发电机提供直流磁场电 流设备的总称，它是发电机的重要组成部 分，直接影响发电机的运行特性。
励磁系统及其调节对象(同步发电机)共同 组成的反馈控制系统，称为励磁控制系统。
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励磁系统的任务
维持发电机端或指定控制点的电压在给定水平上 能稳定分配并列运行机组的无功功率 提高电力系统运行的静态稳定性
无刷励磁系统
旋转
组成：主励磁机（ACL）
电枢是旋转的，它发出的三
相交流电经旋转的二极管整
流桥整流后直接送发电机转
子回路。
无刷励磁系统中的副励磁机
（PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的 磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。
无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠 性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可 靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温 度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题