发电机励磁系统过电压保护
发电机励磁系统及设备描述
发电机励磁系统及设备描述1.1.总的介绍我厂的励磁系统采用机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士ABB公司原装产品）。
主要由励磁功率放大单元和励磁调节器（AVR）两大部分组成。
1.2.系统及设备描述1.2.1励磁系统指标当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。
励磁系统具有短时过载能力，励磁系统的短时过负荷能力大于发电机转子绕组的短时过负荷能力。
励磁系统强励倍数不小于2（静止励磁系统即使定子电压降到80%额定值时），允许强励时间为20秒。
励磁系统具备高起始响应特性，在 0.05秒内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。
励磁系统响应比即电压上升速度，不低于3.58倍/秒。
励磁系统稳态增益保证发电机电压静差率达到±1%。
励磁系统动态增益保证发电机电压突降15％－20％时可控桥开放至允许最大值。
自动励磁调节器的调压范围，发电机空载时能在20-110%额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2%。
发电机空载时手动调压范围为10%-130%UN。
如果励磁电源采用6300V的厂用电时，属他励方式，手动调节的范围可以从0%－130%，可满足发电机零起升压试验的要求。
电压频率特性，当发电机空载频率变化±1%，采用可控硅调节器时，其端电压变化不大于0.25%额定值。
在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器调压速度，可整定,出厂设置不大于1%额定电压/每秒；不小于0.3%额定电压/每秒。
发电机转子回路装设有过电压保护，其动作电压的分散性不大于±10%，励磁装置的硅元件或可控硅元件以及其他设备能承受直流侧短路故障、发电机滑极、异步运行等工况而不损坏。
因励磁系统故障引起的发电机强迫停运率不大于0.25次/年。
励磁系统强行切除率不大于0.1％。
自动电压调节器（包括PSS）应保证投入率不低于99.9％。
励磁系统能满足汽轮发电机短路、空载试验时125%额定机端电压的要求。
发电机励磁系统-讲解
2013年07月
生产准备部金恩
粤电靖海电厂励磁控制柜 （美国GE公司）
华润电力（温州）有限公司生产准备部
发电机励磁系统基本原理
➢ 供给发电机励磁电流的电 源及其附属设备称为励磁 系统。
➢ 它分为励磁功率单元和励 磁调节器两个主要部分。
➢ 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。
间的自动跟踪 ➢ 自动和手动通道的双向自动跟踪 ➢ 恒无功或恒功率因素的控制 ➢ PSS电力系统稳定器。
测量单元板(MUB)
➢ 用于测量发电机定子侧信 号。它直接测量发电机的 三相电压和电流，并通过 这些量计算出其它信号： 如P（有功）、Q（无功）、 f（频率）等，同时提供了 强电参数和测量信号之间 的电气隔离。
扩展门极控制板(EGC)
➢ 作为双通道配置的后备通道使 用。
➢ EGC 连同COB、MUB一起安 装在同一个金属箱中，但在结 构上是独立的。
➢ EGC具有下列功能： 1、励磁电流调节 2、通道跟踪，以便在COB故障
时实现平稳切换 3、备用瞬时过电流保护继电器 4、备用反时限过电流继电器 5、直流侧短路保护
采用自然风冷（带冷却风机）的冷却方式，当励磁变温 度高至100℃时，冷却风扇自启；温度低至80℃时，风 扇自动停止。励磁变温度高至130℃时，发超温报警。
高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护，一组用于 测量。低压侧每相也提供3组CT，两组用于保护，一组 用于测量。
可控硅整流器
➢ 采用三相全波桥式整流，共有4个功率 柜组成。
灭磁要求： 1.灭磁时间尽可能的短（发电 机端电压由额定值Un降至5% Un所需的时 间称灭磁时间）2.励磁绕组两端的过电压 不超过允许值（通过跨接器来实现过压保 护的要求）。
发电机励磁系统原理
发电机励磁系统原理及运行1.（发电机励磁系统图：）励磁系统构成及优缺点：励磁电源由励磁变引自发电机机端，通过可控硅整流元件直接控制发电机的励磁,这种励磁方式即为自并励可控硅整流励磁，其特点如下：（1）因采用可控硅整流器和无需考虑同轴励磁机时间常数的影响,故可获得较高的电压响应速度。
(2) 励磁变压器接到发电机端不受厂用电压的影响，但需起励电源。
（3）缺点：其一整流输出的直流顶值电压受发电机或电力系统短路故障形式和故障点远近的影响，缺乏足够的强励能力。
其二由于自并励可控硅整流励磁系统的发电机短路电流衰减较快，对发电机带延时的后备保护可靠动作不利。
为此，过流保护可采用电流启动记忆，由复合电压或低电压闭锁的延时保护。
2. 发电机励磁装置:(1) 励磁装置组成:并联励磁变、可控整流装置、励磁调节器、灭磁及转子过电压保护、起励回路。
(2) 并联励磁变压器：型号:SCLLB-1800KVA / 容量:1800kVA一次电压15.75KV 二次电压:0.6kv接线Y/△ -11••••• 自并励励磁系统的励磁变压器不设自动开关，只设有隔离刀闸。
励磁变装设过流保护，该保护动作引跳出口油开关及灭磁开关。
励磁变接在主变底压侧,不受系统及厂用电影响。
•（3) 可控硅整流回路:（整流回路原理图：）以单相半波整流电路为例说明可控硅整流电路的工作原理。
要使可控硅导通，必须在可控硅的阳极及控制极同时加正向电压，并且使流过可控硅的阳极电流大于它的维持电流。
当阳极加反响电压，或流过可控硅阳极的电流小于维持电流时，可控硅截止。
从可控硅承受正向电压开始，到可控硅导通为止，这一段区间为控制角。
改变控制角的大小，可调整可控硅输出电压的大小。
可控硅整流电路可输出连续可调的直流电压。
主整流器采用三相全控桥,2个功率柜并列运行。
整流元件采用晶闸管整流，•每个功率柜额定功率输出2000A。
整流柜为强迫风冷式。
风机设有主、备用电源,互为备用(•主、备用电源:均用机旁I II段电源)。
发电机保护现象、处理
发电机保护1 对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。
(1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。
(2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。
只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。
(3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。
(4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。
(5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
(6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。
中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。
(7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。
(8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。
(9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。
(10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。
(11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。
发电机保护简介1、发电机失磁保护失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。
由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。
第二章 同步发电机励磁控制系统
①励磁对静态稳定的影响
PG
E qU X
sin
X
—系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线路电抗之和；
—发电机空载电动势 E q 和受端电压 U 间的相角，或叫功角。
Pm
E qU X
解决方案1：无自动励磁调节时，IEF 恒定， q为常数，此时的功角特性称 E 为“内功角特性”，功率极限出现在 δ=90°的条件下。 解决方案2：按电压偏差进行比例 调节的励磁控制系统，则近似为按 E q' 为常数求得的功角特性曲线 C如图1.2-8所示，δ’’> 90°。（外功角特性曲线1） 解决方案3：有灵敏和快速的励磁调节器，可视为能保持UG恒定。
§2.4 励磁调节器原理
一、励磁调节器的功能和基本框图
励磁调节器是一个闭环比例调节器。 输入量：发电机电压UG 输出量：励磁机的励磁电流或是转子电流，通称为IAVR 功能：一是保持发电机的端电压不变；其次是保持并联机组间无功 电流的合理分配。
二、励磁调节器原理
构成励磁调节器的形式很多，但自动控制系统的核心部分却 很相似。基本的控制由测量比较、综合放大、移相触发单元组成 。 1、测量比较单元 作用：测量发电机电压并变换为直流电压，与给定的基准电压相 比较，得出电压的偏差信号。 ①电压测量 电压测量是将机 端三相合成电压降压 、整流、滤波后转换 成一正比于发电机电 压UG的直流电压Use。
3、移相触发单元 移相触发单元是励磁调节器的输出单元，它根据综合放大单 元送来的综合控制信USM的变化，产生触发脉冲，用以触发功率整 流单元的晶闸管，从而改变可控整流柜的输出，达到调节发电机 励磁的目的。
余弦波移相触发单元（具体电路从略）的输入电压USM与控制 角α具有下述关系：
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）。
第3课发电机励磁系统简介
励磁系统就是产生发电机磁场的控制系统。 Excitation system to some extent is a control system used to build up
定子 —— 定子绕组被旋转的磁场之磁力线切割，在定子绕组中产 生（发出）电流。（磁生电）
Stator— the current is generated when stator winding is cut off by the magnetic line of rotating electric field ( magnetism generates electricity).
2. 自动励磁调节器（AER）控制可控硅整流器输出的励磁电流之 大小。
2. AER is used to control the excitation current output by SCR.
3. 自并激励磁系统没有旋转部分，属静态励磁系统 3. Self-shunt excitation is a static excitation without rotating part (ex
发电机静止可控硅自并激励磁系统原理图
Schematic Diagram of Generator Static SCR Self-shunt Excitation
1. 接自汽轮发电机机端的励磁变压器之副边电压，经可控硅整流 器整流后，供给汽轮发电机励磁。
1. The secondary voltage (LV side) of excitation transformer at turbo generator end has been rectified through SCR and then supplied excitation power to generator.
第4章：同步发电机的励磁自动控制系统
（3）提高继电保护装置工作的正确性 励磁自动控制系统通过调节发电机的励磁
电流以提高系统电压，增大短路电流，使继电 保护装置可靠动作。
5．防止水轮发电机过电压
与原曲线相比，有三点不同： ○1 极限输送功率增加； ○2 系统的静态储备增加； ○3 稳定运行区域扩大，其扩大的部分为人工稳定运行区。
（2）励磁系统对暂态稳定的影响
提高励磁系统的强励能力，即提高电压强励倍数 和电压上升速度，被认为是提高电力系统暂态稳定性 最经济、最有效的手段之一。
P0
功角特性曲线I：对应于故障前双回线运行； 功角特性曲线Ⅱ：对应于一回线故障时的运行状况； 功角特性曲线Ⅲ：对应于故障切除后一回线运行。
第4章 同步发电机的励磁 自动控制系统
4.1 同步发电机励磁系统的任务
一. 电力系统无功功率控制的必要性
1．维持系统电压正常水平
P/Q
Q
P
系统无功功率平衡关系式：
Q Q Q n
m
l
i1
Gi
j 1
Lj
k 1
k
U
无功电源主要由两部分组成，一部分是发 电机，一部分是补偿设备。发电机供给的无 功功率起主要作用，补偿设备供给的无功功 率起次要作用。
故障期间和故障切除后，励磁系统施加的作用是 力图促使发电机的内电动势 Eq 上升而增加电磁功率 输出，使 Pm增加（即曲线幅值增加），功角特性曲线 Ⅱ和Ⅲ幅值增加，既减小了加速面积，又同时增加了 减速面积。
要求励磁系统首先必须具备快速响应的能力。 为此，一方面要求缩小励磁系统的时间常数，另一 方面应尽可能提高强行励磁的倍数。
发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述
发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述摘要：为了保障发电机的正常运行，就必须进行发电机的励磁限制。
本文简要介绍了发电机励磁限制，并对发电机励磁限制与发电机保护配合的要求和思路进行了简要的分析，希望能够提高电力系统和发电机运行的可靠性，减少由于误强励或者误失磁而造成的发电机故障，提高我国电力系统运行的整体稳定性。
关键词：发电机；励磁限制；保护配合1.发电机的励磁限制和发电机的保护配合在电力系统发展的过程中，发电机的单机容量不断提高，电网也会受到发电机计划外解列的冲击，发电机过负荷裕度也在不断缩小，这也说明大型发电机承受过负荷的能力越来越小，这就对发电机保护设备提出更高要求，避免电网故障而造成发电机的连锁解列，使电网故障进一步加剧，甚至引起大规模停电而造成巨大的经济损失。
微机保护方式是现代大型发电机组常用的保护设备，其不仅能够应对发电机的绕组接地、匝间短路、端部短路等常规故障，而且还具有过电压保护、过激磁保护、定子过过电流保护、转子过电流保护、失磁失步保护等功能。
其中除失磁失步与发电机低励磁相关，其余则与发电机过励磁相关。
有两种原因会造成发电机过励磁：第一，由于区外故障而造成励磁系统输出了强励电流，导致励磁电流不能在保护动作之前降低。
第二，励磁系统输出了误强励磁电流。
在发电机的运行过程中，有两种原因会造成励磁系统，发出强力电流或者错误的中断电流：第一，励磁调节器的程序功能不完善，或者具有设计缺陷在发生程序中没有设计的工况下，励磁调节器发生误调节，致使发电机误失磁或误强励事故发生。
第二，励磁主设备出现故障。
其中第一个原因是主要原因，因此要避免发电机由于或误强励或者误失磁而出现的误解列故障，就必须励磁调节软件进行科学的设计。
要保障发电机能够在保护功能动作解列之前回复到正常的运行工况，就必须设计一定的励磁限制功能。
发电机组的励磁调节器具备的限制功能包括发电机空载误强励保护、发电机过激磁限制、发电机定子过电流限制、发电机转子过电流限制、发电机低励失磁限制等等，必须具备以下几个方面的要求才能达到发电机励磁限制发电机保护之间的密切配合。
发电机励磁系统课件
灭磁装置
• 励磁系统装设自动灭磁装置及开关。在任何需要灭磁的工 况下（包括发电机空载和强励情况下），自动灭磁装置及 开关能快速可靠灭磁。机组正常停机时励磁调节器自动进 行逆变灭磁，机组事故停机采用跳灭磁开关灭磁。 • 灭磁开关采用快速灭弧的断路器，在发电机内部或系统发 生事故时灭磁。灭磁开关的分断能力满足发电机强励在内 的一切工况要求，有一定裕度，灭磁开关应能保证在80% 额定电压时可靠合闸，在30-65%额定电压之间应能可靠 分闸。灭磁电阻采用碳化硅非线性电阻，其容量确保能快 速吸收从强励顶值电流直到10％额定励磁电流范围内磁场 能量。 • 转子回路过电压保护采用碳化硅非线性电阻，以限制机组 异常工况下转子过电压不超过磁场绕组出厂对地耐压试验 电压幅值的40％。 • 灭磁装置的防护等级为IP31
可控硅整流器
• 采用三相桥式全控整流电路，具有逆变能力。 • 采用一套双通道调节器带三台可控硅整流柜运行方式，当 一台整流柜故障退出运行时，能保证发电机在包括强励在 内的所有运行方式下连续运行。 • 每个可控硅元件设快速熔断器保护，以便及时切除短路故 障电流。并能检测熔断器熔断信号，故障桥臂有自动退出 功能。 • 每个可控硅功率柜采用单桥设计，可控硅元件无串无并， 交流侧设置过电压保护措施以抑制尖峰过电压和换向过电 压。 • 可控硅整流装置采用强迫风冷，并设置备用冷却风机，工 作风机故障时备用风机能自动投运。每个整流柜均设置低 噪声风机，在柜旁一米处感受到的噪音水平不大于 80db(A)。
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
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