水轮机励磁系统控制逻辑图
水轮机调节原理及调速器选择
（3）对轴流转浆式、水斗式水轮机，需增加一套协 调结构，实现双重调节。
三、水轮机调节系统的基本工作原理
导水机构
水能 QH
机
组
电能 UIf
给 定 f f
执行元件
放大元件
测量元件
反馈元件
水轮机自动调节系统方框图
调速器原理图
1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔； 7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块
(二) 调速器系列(反击式水轮机)
第一部分：基本特性和类型
大型：无代号； 中小型带油压装置：Y； 特小：T
机械液压：无代号； 电动调节：D 单调：无代号； 双调：S 调速器：T 第二部分：工作容量 中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm) 第三部分：额定油压
2.5MPa 不加注释
例： YT—300 中型、带油压装置、机调、额定油压2.5MPa，工 作容量300×9.81Nm
二、水轮机调节原理
水轮发电机组的运动方程式为： d Mt Mg J dt 式中：Mt——水轮机主动力矩(水流推动叶片做功)
Mg ——发电机的阻力矩
J ——机组转动部分的转动惯量； d ——角加速度；
dt
d (1) M t M g， 0, c, n ne dt d ( 2) N M g M t M g 0n dt d (3) N M g M t M g 0n dt
d s D1 b0 H max D1
λ为计算系数，查表。b0为导叶高度。 当额定油压为4.0MPa时，接力器直径ds为：
d s d s 1.05 2.5 / 4.0 0.81d s
由计算的接力器直径，查标准接力器系列表，选用相邻 偏大的直径。
第二章水轮机调节系统工作原理
§2.1 水轮机调节系统原理简图 （图 2-1）
电动机
调速器
水轮发电机组
开关站 高压输电
离心飞摆 压力油 引导阀
Z Y
回油
X
转 速 调 整
缓冲弹簧
辅助 接力 器
永磁机
缓冲活塞 节流阀
缓 冲 器
发电机 导水机构
主配压阀
缓冲杯
回油 主接力器 开 关 进水
水轮机
尾水
从水轮机调 节转速自动 调节系统框 图可知： 调速器由 测量元件、 比较元件、 放大元件、 执行元件、 反馈元件等 组成。 见图2-2对 应位置 ， 以下分别讲 解个元件。
接力器在静止时，有
( pΙ pII) F R
或
R p p F
(2-15)
式中：pⅠ、pⅡ分别为接力器关闭腔、开启腔的油压力，F为接 力器活塞面积，R为导水机构上的阻力。 以下讨论主接力器静止时的几个重要参数
a.漏油量
见图2-5液压放大装置工作原理图。漏油压力损失在遮程上， 由于间隙很小（ 0.01mm~0.02mm ），流速较低为层流，压力 损失与流量的一次方成正比例，设压力油罐油压为p0，回油箱 油压为“0”，则有
a.离心摆工作参数有不均衡度（δf）
f
ZM
n max n min 100 % nr
* M
(2-4)
b.位移变化量基准值（ZM*）
f
? 100%
Z
Z
* M
ZM
如T型、 YT型 δf=50%，但 T型K=0.4mm/1%， ZM*=40mm； YT型K=0.3mm/1%， ZM*=30mm； (2-6)
例一 YT型调速器，辅接活塞直径42mm，活塞杆直径22mm，有 效面积FA=10.05cm2；主配直径上 35mm、下25mm， 差动面 积 F1 –F2= (3.52-2.52) *3.1416/4=4.71cm2 。 设 工 作 油 压 p0=25kg/cm2 ，求得：pi=11.72kg/cm2。 例二 T-100 型调速器，辅接直径 132mm ，有效面积 FA=42cm2 ，主 配 直 径 上 100mm 、 下 94mm ， 差 动 面 积 F1 –F2= (102-9.42) *3.1416/4=9.14cm2 。 设 工 作 油 压 p0=25kg/cm2 ， 求 得 ： pi=5.44kg/cm2。 液压放大系统的动作如下（先考虑针塞不动） ⑴.转速下降，转动套向下，pi> pi0， 则PA>PM，辅助接力器活 塞向下，主接力器开大，主动力矩上升，转速向上恢复； ⑵.转速上升，转动套向上，pi< pi0， 则PA<PM，辅助接力器活 塞向上，主接力器关小，主动力矩下降，转速向下恢复。
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
水电厂发电机励磁系统控制
水电厂发电机励磁系统控制摘要：励磁系统控制对于水电站安全、稳定运行至关重要。
抽水蓄能机组在运行和启动上较常规水电机组灵活和多样，因此其励磁控制也就更为复杂。
因此本文基于该现实，就其各种情况下的励磁控制进行研究,以期为所有类型的水电厂可靠运行提供借鉴。
关键词：水电厂；发电机；励磁系统；控制1励磁系统1.1励磁系统的概述供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。
它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。
励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。
尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
1.2励磁系统的作用(1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值。
(2)控制并列运行各发电机间无功功率分配。
(3)提高发电机并列运行的静态稳定性。
(4)提高发电机并列运行的暂态稳定性。
(4)在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度。
(5)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
1.3励磁系统的分类1.3.1直流分类直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励、复励四类。
1.3.2整流分类(1)旋转式励磁又包括直流交流和无刷励磁。
(2)静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。
(3)按发电机励磁的交流电源供给方式可以分为：交流励磁(他励)系统由与发电机同轴的交流励磁机供电。
系统又可分为交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器(有刷)、交流励磁机(磁场旋转)加静止可控硅整流器(有刷)、交流励磁机(电枢旋转)加硅整流器(无刷)以及交流励磁机(电枢旋转)加可控硅整流器(无刷)；全静态励磁(自励)系统采用变压器供电，当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上,称为自励励磁方式,把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式。
浅谈水轮发电机失磁保护
浅谈水轮发电机失磁保护励磁系统故障在发电机各元件中故障率是较高的，而且其故障特征不如短路故障等那么明显，但故障后会对发电机和系统造成较大的危害，因此，加强研究发电机的失磁保护，找到合理可靠的失磁保护配置是十分必要的。
本文介绍了单机无穷大系统中发电机的失磁故障，对失磁故障进行分析，并介绍了发电机失磁判据。
标签：失磁保護，判据，发电机引言励磁系统向发电机提供励磁功率，起着调节电压、保持发电机端电压恒定的作用，并可控制并列运行发电机的无功功率分配。
它对发电机的动态行为有很大的影响，有助于提高电力系统的稳定极限。
励磁系统的附加控制（power system stabilizer，PSS），可以增强系统的电气阻尼[1]。
励磁系统在控制原理上引入现代控制理论，硬件装置上逐步采用大规模集成电路及微机技术以及先进的电力电子器件。
可见，励磁系统比较复杂，其故障发生率在发电机故障中是较高的。
而且，失磁故障不如短路故障的特征明显，但其故障发生后对发电机和系统都会造成较大的危害，因此，加强研究失磁保护，失磁故障，并得出合理可靠的失磁保护配置是十分必要的。
发电机失磁概述1.1 发电机失磁的主要原因发电机失磁是指发电机完全失去励磁。
失磁的主要原因包括：整流柜故障、自动调节励磁装置的故障、运行人员误操作、励磁回路断线、灭磁开关误动以及转子绕组故障等。
1.2 发电机失磁的危害发电机失磁故障发生后，对电力系统的危害表现在：低励或失磁后，发电机将过渡到异步运行状态，从系统吸收无功功率，引起电力系统电压下降，若系统无功功率储备不足，可能使系统因电压崩溃而瓦解；失磁发电机有功功率发生变化，而且系统电压下降，系统可能发生振荡，发生大量甩负荷；发电机失磁故障发生后，对发电机本身产生的危害主要表现在：重负荷情况下若发生失磁，会使定子电流增大，造成定子绕组过热；转子回路中出现差频电流，其产生转子额外损耗，若超过允许值，会使转子过热；发电机失磁的物理过程发电机正常运行时，其电磁功率公式为：其中，——发电机电势；——系统电压；——发电机同步电抗与系统的阻抗之和；——发电机功角。
励磁系统控制流程图
图1 主程序流程
“开机条件”具体
框图见图2
“开中断”具体
框图见图3
“故障”具体框
图见图7
图2 开机条件逻辑
“开机令”具体框图见图8
图3 控制调节程序流程
“负载状态”具体框图见图9
“空载逆变”具体框图见图12
图4 欠励限制判别的流程
图5 过励限制判别的流程
图6 强励限制判别的流程
图7 故障
图8 开机令
图9 负载状态
break_mark ＝0开关分，并且break_ld_err ＝0(电压小于80%，电流小于10%)为空载
break_mark=1开关合，并且break_nld_err=1为空载
图10 电压调节流程
“调差计算”具体框图见图11
图11 调差计算流程
图12 空载逆变条件(停机)
设计：日期：批准：日期：。
图解发电机励磁原理
开关励磁
可控硅励磁原理
三相全控桥电路 α=00:强励状态，AC变DC α=α0:整流状态，AC变DC α=1500:逆变状态，D电C力变工程A技C术（china-dianli）
全控桥与半控桥
全控桥：
整流与逆变 整流特征相同 能够逆变也能续流 Uf反相恒定
If线性衰减 灭磁快
半控桥：
整流与续流 整流特征相同 不能逆变只能续流
性的振荡）（稳定余度好极限功率问题、安稳切机问题）； ❖ 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性；
（周期性振荡）（安稳切机问题、继电保护问题）； ❖ 动态稳定是微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期），
因自动调节作用产生的电力稳工定程技性术（稳chi定na-d（ianli励） 磁PSS问题）。
整流器输入开关
的定义：灭磁开关 &隔离开关：按是 否投灭磁电阻而定 电力工程技术（china-dianli）
现代励磁基础
同轴直流发电机（体积大、效率低、容量小）
电力电子器件：二极管、晶闸管（可控硅）、IGBT等
PN结、单相导通特性、可控硅伏安特性
可控硅导通条件：正向电压、正向脉冲
可控硅关断条件：反向电压 同步电压、触发脉电冲力工、程技脉术宽（ch调ina-制dianli）
2. 从电力系统角度研究励磁（励磁技术高级）
提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定）
励磁是发电机励磁，也是电系力统工程的技术励（磁chin，a-dia但nli）更重要的还是发电机励磁
励磁控制系统的主要任务
1、同步发电机励磁控制系统的最基本和最主要的任务是 维持发电机电压在给定水平上
电力系统自动化 第2章 励磁自动系统03.
励磁调节器的特性曲线在工作区的陡度 是调节器的主要指标之一
2018/10/9
4/22
励磁调节器的静态工作特性及调整
U AVR
U AVR K1 K2 K3 K4 U REF UG
U AVR
U SM
U de U de
UG
U SM
U REF
UG
2018/10/9
5/22
2 发电机励磁自动控制系统的静态工作特性
多台发电机并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流不仅影 响本机组的无功电流，而且影响同一母线上并联机组的无功电流， 母线电压也发生变化，这些变化与机组的调差特性有关。 1、一台无差调节特性机组与有差调节特性机组并联运行 UG 无差调 一台无差调节特性的发 节特性 电机可以和多台正调差特 性的发电机并联运行 正调差 平移调差特性曲线，可 特性 以改变无功分配 平移调差特性曲线，可 以改变电压
UG
UG
其他机组投入
U M1 UM
UM
IQ
I Q1
I Q2
IQ
I Q1
2018/10/9
I Q2
其他机组退出
9/22
无功调节特性——如何实现平移
调节特性的平移可以通过调节UREF实现 UG a a b b
I EE ( I EF )
a
IQ
b
U G1
2018/10/9
U G2
IQ
10/22
3 并联发电机组的无功功率分配
2018/10/9 21/22
灭磁结束标志 定子电压<500V（不会有燃烧弧产生） 机端电压15－20kV的发电机，剩磁电压约 300V，故绕组产生电压<200V. (1%)
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给定电压增加8%/S
回空电压给定 并网状态
RS
SET Q
RESET
20ms
AND
定子电流小于0.05
50ms
电压给定=0.95 电流给定为设定空载电流
OR
RS 软启动标志
SET Q
+
RESET
B
25s
给定电压为0.2 给定目标为系统电压
C
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
材料 MAT'L.
日期
DATE.
TV断线和同步故障
PROJECTION
P6
东方电机股份有限公司 DONGFANG ELECTRICAL MACHINERY CO.,LTD.
1
2
密级 期限
3
4
5
6
远方开机令 AND
并网状态
自同期
5s
远方模式
灭磁开关分位置
灭磁开关拒合 灭磁柜通讯故障
借用登记 第一次使用工号
工艺会签 1234
签字
SIGNATURE
会签 TECH. 标准检查SD. 批准 APPR. 日 期DATE.
1
2
3
密级 期限
主机标志
借用登记 第一次使用工号
主机标志
工艺会签 1234
分发单位 机床专用
描图 描校 签收 日期
RS
SET Q RESET
0.3s
AND 主机标志 他机从机 手动通道从机
主机标志 AND 本机故障 他机故障 手动通道从机
主机标志 AND 本机故障 人机界面设主命令 现地模式
RS
SET Q RESET
远方投PSS命令
现地模式 AND
人机界面切除PSS命令 远方模式 AND
远方切除PSS命令
3
4
5
有功功率>PSS投入功率值
AND
有功功率<（PSS投入功率值-0.1）
PSS投入
OR
RS
SET Q
+
RESET
6 A
B
OR
+ C
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
材料 MAT'L.
数 量 单件重 REQD. S.WT.(W)
SCALE
D
标记 处理
REV. QUA.
设计 DES. 主任设计C.DES.
校 核 CHK. 审 查 REV.
更改文件号
DOC. NO.
签字
SIGNATURE
会签 TECH. 标准检查SD. 批准 APPR. 日 期DATE.
日期
DATE.
控制器工作模式选择
PROJECTION
P3
东方电机股份有限公司 DONGFANG ELECTRICAL MACHINERY CO.,LTD.
描图 描校 签收 日期
灭磁开关合位置 AND 灭磁开关拒分
灭磁柜通讯故障
OR
并网状态
+
事故跳闸令 AND 灭磁开关拒分
灭磁柜通讯故障 并网状态
灭磁开关合位置
4
5
OR
+ 灭磁开关分位置 AND 灭磁柜通讯故障
RS SET Q
灭磁开关分
RESET
6 A
B
灭磁开关分 AND
灭磁开关合位置
10s
RS 灭磁开关拒分
< 0.15
A
AND 并网状态 灭磁开关合位置 灭磁柜通讯故障 起励失败 95%转速
起励 AND
逆变
5s
机端电压 MAX
GT
同步电压 >
0.15
AND
+
10s
投起励接触器
RS 起励
SET Q
RESET
RS 投起励接触器 B
SET Q RESET
OR +
RS 起励失败
SET Q
C
复位信号 RESET
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
材料 MAT'L.
数 量 单件重 REQD. S.WT.(W)
备注 REMARKS
励磁系统控制逻辑图
重量 WT.(kg)
比例
SCALE
D
标记 处理
REV. QUA.
设计 DES. 主任设计C.DES.
校 核 CHK. 审 查 REV.
更改文件号
DOC. NO.
备注 REMARKS
励磁系统控制逻辑图
重量 WT.(kg)
比例
SCALE
D
标记 处理
REV. QUA.
设计 DES. 主任设计C.DES.
校 核 CHK. 审 查 REV.
更改文件号
DOC. NO.
签字
SIGNATURE
会签 TECH. 标准检查SD. 批准 APPR. 日 期DATE.
日期
DATE.
1
2
密级 期限
3
4
5
6
系统电压0.9<Us<1.08
AND 自动开机
OR 手动开机 +
AND 并网状态
恒电压模式
A
给定电压为0.2 给定目标为 初始电压给定
励磁运行
励磁运行
AND 并网状态 恒电压模式 自动开机
借用登记 第一次使用工号
工艺会签 1234
分发单位 机床专用
描图 描校 签收 日期
软启动标志 AND （给定电压-机端电压）<0.1 （目标电压电压-给定电压）<0.01
0.4s
AND 他机为从 主机标志
主机标志 AND 他机故障 本机故障
主机标志 AND 他机故障
本机故障 手动通道故障
4 OR
5
6
A
RS 主机标志
B
SET Q
RESET
功率柜通讯故障 AND
OR
灭磁柜通讯故障
脉冲故障
本机故障
OR
双机通讯通讯故障
AD故障
C
同步故障
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
2
密级 期限
3
4
5
6
远方模式
AND
远方开机令
准同期投 95%转速
自动开机
自动开机 OR
自动开机
AND
+
手动开机
现地模式
AND
人机界面励磁投命令
恒角度模式
借用登记 第一次使用工号
远方模式
AND
远方励磁投命令
工艺会签 1234
分发单位 机床专用
描图 描校 签收 日期
OR
手动开机 +
机端电压 MAX
LT
同步电压
PSS投切
PROJECTION
P5
东方电机股份有限公司 DONGFANG ELECTRICAL MACHINERY CO.,LTD.
1
2
3
密级 期限
机端电压与同步电压的差大于0.1 RS
SET Q
机端电压与同步电压的差小于0.03 RESET
借用登记 第一次使用工号
工艺会签 1234
分发单位 机床专用
人机界面功率因数模式命令
OR RS 恒功率因数模式
SET Q
+
RESET
恒电压模式
OR
C
恒电流模式
恒无功模式
+
恒角度模式
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
材料 MAT'L.
数 量 单件重 REQD. S.WT.(W)
备注 REMARKS
励磁系统控制逻辑图
重量 WT.(kg)
比例
材料 MAT'L.
数 量 单件重 REQD. S.WT.(W)
备注 REMARKS
励磁系统控制逻辑图
重量 WT.(kg)
比例
SCALE
D
标记 处理
REV. QUA.
设计 DES. 主任设计C.DES.
校 核 CHK. 审 查 REV.
更改文件号
DOC. NO.
签字
SIGNATURE
会签 TECH. 标准检查SD. 批准 APPR. 日 期DATE.
日期
DATE.
软起励与回空
PROJECTION
P4
东方电机股份有限公司 DONGFANG ELECTRICAL MACHINERY CO.,LTD.
1
2
密级 期限
借用登记 第一次使用工号
工艺会签 1234
分发单位 机床专用
描图 描校 签收 日期
现地模式 AND
人机界面投PSS命令 远方模式 AND
SET Q
C
灭磁柜通讯故障
复位信号 RESET
序号
代号
IT.
REMARKS
名
称
NAME OF PART
材料 MAT'L.
数 量 单件重 REQD. S.WT.(W)
备注 REMARKS
励磁系统控制逻辑图
重量 WT.(kg)
比例
SCALE
D
标记 处理
REV. QUA.
设计 DES. 主任设计C.DES.
OR 自动通道A为主机 自动通道B为主机