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600MW发电机励磁系统
564第四章 600MW发电机励磁系统同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备，为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流。
专门为同步发电机提供励磁电流的有关设备，即励磁电压的建立、调整和使其电压消失的有关设备统称为励磁系统。
同步发电机的励磁系统是由励磁调节器AER和励磁功率系统组成。
励磁功率系统向同步发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流。
调节器根据发电机端电压变化控制励磁功率系统的输出，从而达到调节励磁电流的目的。
根据我国国家标准GB／T7409.1～7409.3－1997“同步电机励磁系统”的规定的定义，同步电机励磁系统是“提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置以及保护装置。
”第一节概述早期的汽轮发电机主要采用直流励磁机系统。
直流励磁机的容量受机械强度和换向电压等电气参数的影响。
其最大功率只能做到600KW，显然，对于励磁功率大于600KW 的汽轮发电机已无法采用同轴直流励磁机系统。
目前，通常采用它励交流励磁系统，自励或自复励励磁系统。
同步电机励磁系统的分类方法有多种。
主要的方法有两种，即按同步电机励磁电源的提供方式分类和同步电机励磁电压响应速度分类两种分类方法。
一、按同步电机励磁电源的提供方式不同，同步电机励磁系统可以分为直流励磁机励磁系统，他励交流励磁机励磁系统和静止励磁机励磁系统。
（一）直流励磁机励磁系统（略）（二）他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统，其励磁功率电源可靠，不受机端短路故障的影响，即励磁功率取自发电机以外的独立的并与其同轴旋转的交流励磁机，故称之为他励。
根据交流励磁机的数量以及整流器是旋转的还是静止的，分为以下几种：1、他励静止硅整流励磁系统他励静止硅整流励磁系统是一种有刷励磁，适用于励磁（滑环）电流小于8000～10000A的同步发电机。
（1）他励静止硅整流励磁系统，如图4－1－1（a）所示。
600MW发电机组励磁系统故障分析
600MW发电机组励磁系统故障分析摘要：介绍某电厂600MW机组励磁系统曾出现的转子过电压、整流柜退出运行、励磁电压突变等故障情况．分析故障原因，并提出相应的处理措施和建议，为同类型机组励磁系统的运行维护提供借鉴。
关键词：励磁系统；故障；转子过电压；励磁电压波动电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。
在某些故障情况下，发电机端电压降低，将导致电力系统稳定水平下降[1-2]。
为此，当系统发生故障时，要求发电机迅速增大励磁电流，以维持电网的电压水平及稳定性。
可见，同步发电机励磁的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。
同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成，励磁功率单元向同步发电机转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器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，整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统[3]。
励磁系统是提供同步发电机可调励磁电流装置的组合，它包括励磁电源装置（如直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器及整流装置等）、自动调整励磁装置、手动调整励磁装置、自动灭磁装置、励磁绕组过电压保护装置和上述装置的控制、信号、测量仪表等[4]。
为了保证发电机在正常工作时不会由于励磁系统故障而引起不必要的停机，还可根据需要安装设备用励磁系统。
励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性，对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大的影响[5-6]。
文中针对某电厂一期工程2台600MW机组采用自并励静止励磁系统，调节器采用UNITROL5000型数字式自动励磁调节器。
自2006年投产至2009年。
l号机组励磁系统共出现4次故障，影响了起励操作和励磁系统正常运行。
这些故障，有由元件故障引起的，也有由软件异常造成的。
600MW发电机励磁系统故障
600MW发电机励磁系统故障摘要：励磁系统作为发电厂同步发电机的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到发电机运行的可靠性和稳定性，励磁系统还可以为发电机转子提供励磁电流，保证发电机在发电机磁场中正常运行。
励磁装置一旦发生故障，将给发电机的正常运行带来极大的威胁。
在此基础上，以600MV发电机组为例，对励磁系统故障进行了分析，分析了故障原因，并提出了运行维护建议。
关键词：600MW发电机组；励磁系统装置；故障分析1600MW机组励磁变故障诊断1.1励磁系统故障原因分析(1）维护检查工作在检查过程中，转子和电缆输出的扭转出现问题，产生转子电位和激励电源方向相反的情况，励磁失败概率变高。
上述问题影响励磁装置的电源和发电机的励磁电压和变压器整流等稳定运行，降低发电机的运行效率。
主要是因为励磁绕组过载保护根据逆时间动作基准响应励磁绕组的平均加热状态，调整发电机转子过载能力缺陷。
设置在高压或低压侧的励磁变压器，主电路发生故障时，长时间的延迟导致发电机转子的绝缘电阻，降低了转子对接地保护的响应速度，转子的接地电阻判定接地条件时，主电路的短路故障无法起到保护作用。
(2）设备质量问题发电机励磁碳刷由于生产厂家不同，质量差别较大，表现为碳刷杂质和颗粒不均匀，增加了运转过程摩擦产生火花的概率。
如果碳刷与滑环间存在缝隙，造成碳刷接触不良等问题，影响励磁碳刷电流均匀性，甚至可能导致电流较大的碳刷高温烧损。
1.2故障现象(1）发电机转子过电压故障此故障主要表现在合闸过程中，按下合闸按钮后，出现转子过电压报警现象。
根据显示的报警码，检查转子回路故障后，根据检查波形，判断励磁开关桥式整流器输入、输出回路正常，检查转子回路及绕组，接线及绝缘电阻无异常现象。
经过检查、更换和测试电路板之间的导线，上述故障仍然存在。
(2）励磁电压突变针对励磁电压突变，在相对较慢的限制函数下，对发电机的无效电力发生器没有起到限制性作用，为了有效减少上述故障的保护和损失，应对低激励限制采用调整措施。
600MW机组发电机励磁系统调试措施
措施名称：※※※电厂2×640MW超临界机组工程一号机组发电机励磁系统调试措施措施编号：出措施日期：保管年限：长期密级：一般试验负责人：试验地点：参加试验人员：参加试验单位试验日期：打印份数：批准：审核：编写：目录1．编制目的2．编制依据3．调试质量目标4．系统及主要设备技术规范5．安全注意事项及措施6．调试范围7. 调试前应具备的条件8. 调试工作程序9．调试步骤10．附录附录1.调试质量控制点附录2.调试前应具备的条件检查清单附录3.调试记录表附录4.调试措施交底记录1 编制目的1.1指导、规范系统和设备的调试工作，保证系统和设备能够安全正常投入运行，特制定本措施。
1.2 检查电气与热控ECS之间联络情况，确认其传输可靠。
1.3 检查设备的运行情况，检验系统的性能，发现并消除可能存在的缺陷。
1.4 对发电机励磁系统的调试项目、程序步骤、各环节的性能试验过程进行控制，使其全面满足系统安全、可靠、稳定运行的要求。
2 编制依据2.1《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1996年版）》2.2《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（2000年版）2.3《火电工程调整试运质量检验及评定标准》（1996年版）2.4《火电工程启动调试工作规定》（1996年版）2.5《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》 GB50150－912.6《继电保护和安全自动装置技术规范》 GB14285－932.7《电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）》 DL408－912.8《火电工程达标投产考核办法》中电投内规[2003]340号2.9《工程建设标准强制性条文》电力工程部分建设部建标[2000]241号2.10 《电力系统继电保护及安全自动装置运行评价规程》DL/T623-19972.11 中电投安生[2003]108号《安全生产工作规定》2.12 中电投安生[2003]109号《安全生产监督规定》2.13 中电投安生[2004]108号《电力安全生产监管办法》（中电投）2.14 《国家电网十八项电网重大反事故措施》3 调试质量目标：符合部颁《火电工程调整试运质量检验及评定标准（1996年版）》中有关系统及设备的各项质量标准要求，全部检验项目合格率100%，优良率90%以上，满足机组整套启动要求。
国华600MW 发电机说明书
强励顶值电倍数：≥2
强励电压相应比：≥2倍/s
允许强励时间：20s
发电机噪音(距机座1m处，高度为1.2m):≤85dB(A)
发电机绝缘等级及温度限值：
定子线圈绝缘等级：F(温度按B级考核)
转子铁芯绝缘等级：F(温度按B级考核)
定子铁芯绝缘等级：F(温度按B级考核)
定子绕组及出线水温度：≤85℃(埋设检温计)
氢气冷却器个数4
氢气冷却器进水温度20～38℃
氢气冷却器出水温度≤45℃
水量4×105t/h
进水压力0.2～0.3 MPa
水压降0.032 MPa
氢气冷却器风阻压降0.00074MPa
轴承润滑油
发电机轴承润滑油量2×533.5L/min
稳定轴承油量25 L/min
进油压力0.05～0.10 MPa
进油温度35～45℃
出油温度≤70℃
密封油
进油温度35～45 ℃
出油温度≤70℃
油量2×90L/min
额定进油压力0.414＋(0.056±0.02)MPa
发电机充氢、充水容积
充氢容积86
定子绕组(含出线)充水容积0.5 m3
发电机主要部件尺寸及重量
定子铁芯外经Da 2625mm
定子铁芯外经Di 1312mm
定子铁芯外经Li 6731mm
转子绕组通过转子引线、导电杆及导电螺钉与集电环相连接。导电螺钉用高强度和高导电率铜合金制成。导电螺钉与转轴之间有密封结构以防漏氢。
集电环用耐磨合金钢制成，与转轴采用热套装配。在集电环与转轴之间设有绝缘套筒。
集电环上加工有轴向和径向通风孔。表面的螺旋沟可以改善电刷与集电环的接触状况，使电刷之间的电流分配均匀。
关于600MW汽轮发电机组励磁系统建模研究
专
关于６ ０ ０ Ｍ Ｗ 汽轮发电机组励磁系统建模研究
王观春 哈尔滨电机厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ ０
【 摘 要 】发电机 励磁 系统是对 电力系统 电 压 进行 稳定控制 的主 在 上 述 整流 设备 静止 的励 磁 系统 中， 同步发 电机 的励 磁 电 流必 要 方法。 随着国民经济的发展 ， 电力系统 与电网规 模逐 步 扩 大。 在电力工 须通 过 转 子滑 环 与炭 刷 引入转 子 励磁 绕 组 。目 前 由于 炭 刷材 料 和压 作中 ， 通 过对 电力系统 进行 稳定计算来保 障系统 最优 运行 已成 为顺应 时 力的影 响， 当励 磁 （ 滑环） 电流 超过 ８ ０ ０ ０ －１ ０ ０ ０ ０ Ａ时， 就 要 取消 滑环 代潮 流的关键 。 电力系统安 全稳 定运 行和 计算的关键 在于工作 中是否能 与炭 刷 ， 即采用 无刷 励磁 系统 。 为此 ， 交流 励 磁机 的 交流 绕组 和整 流
某电厂600MW机组励磁系统试验过程及建模
某电厂600MW机组励磁系统试验过程及建模某电厂2×600MW超临界机组发电机励磁系统采用ABB自励静止励磁方式。
励磁调节器的临时整定值调节器静态调试时采用的是ABB厂家的出厂整定值，通过机组各阶段的试验数据，进行励磁系统进行建模，得出适合本机组的各项定值和参数，建立了某电厂所需要的励磁模型。
励磁系统经过整套启动及168小时满负荷试运行后，状况良好，符合设计及规程要求，可以投入运行。
【关键词】：汽轮发电机组，励磁系统，稳定，试验，模型A power plant 2 x 600 MW supercritical unit by ABB generator excitation system still motivated excitation method. Field regulator temporary setting value regulator static use when debugging is ABB manufacturers setting value out of the factory, through the various stages of test data, modeling the excitation system, it is concluded that the unit for the fixed value and parameters, establishes the need of a certain power plant of excitation model. The excitation system after a complete set of start-up and 168 hours after commissioning full load, good condition, comply with the design requirements and procedures, can put into operation.【keywords 】: steam turbine unit, excitation system, stable, test, model中图分类号：C33 文献标识码：A文章编号：1、励磁系统的任务图2-1励磁系统原理图励磁系统的主要任务是电压控制、无功分配、提高电力系统稳定性、有利于电力设备的运行。
东方电机600MW发电机励磁介绍
供电单元
AVR / FCR
测量 监测单元 单元 保护单元
1
逻辑控制单元l
锁定
自动跟踪
励磁电流 PI
2
整定点
S
n 过流保护
供电单元
自动电压调节
标准软件功能
闭环控制 (AVR,限制器,监控)
• 自动电压调节，PID参数调整 • 软启动 • 无功有功补偿 • 独立调整限制器
- 过励 (励磁电流、定子电流) - 低励 (-Q = f (P) * U2,励磁电流、定子电流) - 伏赫比 • 叠加控制 - 功率因数 - 无功 - 自动卸载无功 • 电力系统稳定器
显示:
• 信号趋势图 • 参数和信号的显示和编辑 • 带时序的报警纪录 • 数据纪录
整定和编程: • 参数整定 • 应用程序编程
操作: • 操作励磁系统
多处理器调节器(整个AVR共有5个DSP处理器和4个CPU) –MUB信号处理(包括PSS)用DSP处理器2个 –COB逻辑控制处理器CPU2个 –BFCR备用通道独立CPU2个 –CIN可控硅智能均流和监测用DSP处理器3个
现地控制屏 CMT调试工具(手提电脑，Windows界面)
双通道AVR结构
运行温度，并提供报警 信号；
4. 考虑六脉冲可控硅桥引起的谐波，防止励磁变 发热；
5. 6 - 8%的阻抗，抑制短路故障电流； 6. 满足强励工况下励磁功率需求。
机组功率（MW） 励磁变压器容量(kVA)
600 3x2200
自动电压调节器及 AVR模块单元
通道结构：2个独立通道+2个备用通道 硬件采用ABB DCS500专用直流电流控制平台
600 HPB60－82S 2000 6000 220/110
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6.1、高压限流熔断器组合装置作为励磁系统的 短路保护，主接线示意图如下：
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励磁变或厂高变高压侧发生短路时的短路电流波 形示意图
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n 使用FUR以后，当出现励磁变或厂高变一次侧 短路时，如上图所示，熔断器FU在t1时间内熔 断截流，并产生弧压将电流迫入非线性电阻FR 中快速衰减。此时短路电流只上升到Ip ，仅 为预期短路冲击电流的1/5～1/10。FU的作用 是限流截流，产生弧压；FR的作用是限制弧压， 吸收磁场能量，减轻对FU的压力，并快速将电 流衰减至零。
n 目前，在系统中并网运行的200MW及以上 大型机组已经很多，600MW及以上机组也已 投产多年，这些大型机组发生出口短路时，电 流超过80KA，厂用变或励磁变分支短路时， 电流将超过100KA，发电机出口或厂用分支无 法选到合适的断路器，人们不得不耗费很多资 金把发电机至变压器之间设计成封闭母线，还 有的厂用变压器、励磁变压器由三个单相变压 器组成，意在尽量避免出口短路，但是当发电 机出口发生间歇性弧光接地时，非故障相避雷 器动作或绝缘薄弱环节击穿等等，都会导致发 电机出口相间短路的发生，后果不堪设想。
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系统
2020/11/25
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图4U1:转子电压 U0:励磁电压 I1:灭磁电流 I2:励磁电流
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试验工况二：（试验波形见下图）励磁电流为932A,阳极 电压为1000V。灭磁电阻灭磁时开关弧压只有200V，开关 跳开时只听到轻微声响,后检察开关触头未发现烧损现象。 U1:转子电压 U0:励磁电压 I1:灭磁电流 I2:励磁电流
5) FR限制了FU的过电压，使操作过电压小于 2.5倍相电压。FR吸收了FU开断过程中主机、 主变及线路磁场能量和开断过程中电源提供的 能量。使FU开断时的电弧能量降低至允许值 以下，从而使开断容量及可靠性大大提高。
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n 高压限流熔断器组合保护装置由安徽凯立科技 股份有限公司研制，额定电流能做到400A， 开断电流高达160KA。该装置于1997年11月 获得国家专利证书，在发电机励磁变，厂用电 分支获得大量应用。
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1传统的断路器保护方式存在的问题： （1） 开断的时间长、冲击电流大；
浏览600MW汽轮发电机静止可控硅 自并激护动作 时 间 为 30 ～ 40ms, 断 路 器 固 有 分 闸 时 间 为 40 ～ 80ms ， 燃 弧 时间要10～20ms, 故障切除时间长达 80～140ms。
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n FUR高压限流熔断器组合保护装置 和FSR大容量快速开断装置是由安徽凯 立公司研制的专利技术，它具有断流能 力强，开断速度快等特点,是发电机出口 厂用变、励磁变分支回路等短路容量较 大的场所的快速有效的保护装置。
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n （２）由于冲击大，时间长，使得在系统设计 时，就要对发电机、变压器、互感器、母线、 绝缘子、金属构架等设备在动稳定性和热稳定 性方面要考虑留用足够的余度，这就必然要增 加很多投资。
n （ ３ ） 断 路 器 开 断 能 力 不 足 （ 63KA ， 最 大 80KA）发电机、厂用电分支无保护。
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n 诸如：葛洲坝电厂、吉林白山电厂、四川宝珠 寺电厂、贵州东风电厂、乌江渡电厂、黄河万 家寨电厂、江西万安电厂、新安江电厂、山西 神头火电厂等近300多家大中型电厂。
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6.2、大容量高速开关装置
n 大容量快速开断装置具有额定电流 大（12KA）、断流能力强（240KA）， 开断速度快（3ms以内切除故障）等特 点。对于传统的断路器保护方式来说， 大容量快速开断装置在开断技术上是一 个重大突破。
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由于FU的限流性和快速性，采用了FUR后原系统 将具有如下的优越性：
1)由于 FU 的快速性和限流性是由物理特性所决定， 而无机械拒动作的可能，所以可靠性高。
2)由于FU的限流性，主机、主变及真空断路器不 再受峰值电流冲击，延长了使用寿命，大大提高 了系统设备在动、热稳定方面的安全裕度。
n 对于50HZ的电网，短路后5～10ms之 内达到冲击电流最大值。早在断路器开 断之前，系统的设备就已经受到了3～4 次大电流的冲击。
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n 发电机出口短路时，短路电流达6～7Ie，冲击 电流高达15-18 Ie。火电厂厂用变分支短路 （厂用电率10％）时，短路电流达110-170Ie， 冲 击 电 流 高 达 280 ～ 450Ie ， 水 电 厂 厂 用 变 （厂用电率1％）或励磁变分支短路时，短路 电流达1100～1700Ie，冲击电流高达2800～ 4500Ie。
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5.3 结论
随着交流电压灭磁理论的提出、论证，以 及经过实验室、现场的试验，验证了交流电压 灭磁技术理论的可行性；证明在大型同步发电 机自并励系统中运用交流电压灭磁技术，各种 工况下都可以使非线性灭磁电阻可靠灭磁；交 流电压灭磁解决了大型同步发电机自并励系统 灭磁的技术难题；同时利用交流电压灭磁技术 可以降低开关的技术要求，减少开关的造价。
3）励磁变高压侧加装FUR装置不但在励磁变内部 匝间短路、励磁变高压侧短路时能快速有效保护。 同时当功率柜内部出现短路、励磁变低压交流侧 短路时也能快速有效保护。
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4)由于FU的快速性，使故障切除时间大大缩短， 更能有效地保护主机和主变压器。大量的研究 结果表明，只有在20ms之内切除故障，才能 避免变压器的损坏事故。