励磁培训

第一章 发电机励磁系统的发展及现状 第一章 发电机励磁系统的发展及现状 由于微机励磁调节器比起模拟式励磁调节器来有许多优点，从上世纪90年代开始，国内也有许多单位竞相研制，但经过十多年的竞争淘汰，有实力的研制单位已不多，现列述如下： 1）南瑞集团电气控制公司 其前身为电力部南京自动化研究所，系微机励磁调节器首创者，1985年4月在池潭水电厂#2号50MW发电机可控硅励磁上投运成功后，经电力部鉴定，被评为1986年部科技进步一等奖，1987年被国家科委评为国家科技进步三等奖。但新生事物，难以得到业界承认，直到1988年池潭电厂要求将其#1号机50MW也改用微机励磁调节器，才有第二台的投入，为提高运行可靠性，该调节器由原有单自动及单手动通道，改制为双自动控制通道。后来葛洲坝水电厂对微机励磁调节器也有兴趣，提出要借用一台试运行，考虑到该厂的重要性，同意借一台给二江分厂。据了解在随后的一次事故中，厂内许多机组因低励限制失效而跳闸，而微机励磁调节器所在发电机事故后，仍继续运行，此后，葛洲坝二江电厂又订购了两台微机励磁调节器。1991年龙羊峡水电厂320MW发电机励磁装置，故障频繁，厂内职工奖金罚没，为此该厂派员外出调查，了解到微机励磁运行较好，到南瑞电气控制公司订购了一台，于1992年投运，结果良好，过了大半年后，决定将该厂另外三台320MW发电机也改用微机励磁。1992年科研体制改制，电气控制公司成立，随着龙羊峡电厂微机励磁成功运行，得到了业界的承认，电控公司业务量大增。1994年新建的铁岺火电厂因励磁装置运行不稳定，拟采用微机励磁，厂内虽有不同意见,最后决定采用微机励磁，消息传出，徐州发电厂因励磁运行不好，要求先给该厂的2台200MW发电机供货。至此电控公司在水电和火电方面应用局面被打开。该所微机励磁调节器型号最初为WLT-1后改为SJ-800，进入新世纪升级换代后，采用DSP和FPGA等后改为SAVR-2000，截止2004年3月底已投运的发电机约650台，水电机组最大为320MW，火电机组为600MW及800MW. 2）广州电器科学研究所 该所1970年代中生产励磁装置，开始主要面对中小用户，质量较好，1992年开始研制数字式励磁调节器，当年12月在新丰江水电厂85MW机组投运。还搞过模拟-微机混合励磁系统。现在在水电厂励磁中，己挤身于大机组励磁投标者的行列，成为南瑞集团竞争对手。其微机励磁调节器型号为LTW-6200，30年来已为数百座电站提供了上千台励磁装置，多数是用于中小型发电机。此外该所还与ABB结为合作伙伴。 3）河北工学院电工厂 该厂生产励磁装置有很长的历史，原来主要生产磁性元件为主的调节器和模拟式励磁装置，1987年南京自动化研究所向该厂转让了微机励磁调节器技术，该厂为辽宁清河发电厂200MW发电机研制了第一台微机励磁装置。近年来独立开发了适用于中小型同步电机的DWLZ型，和中大型同步发电机的WLZ型的双通道微机励磁调节器。 4）武汉洪山电工研究所 早先专业生产模拟式励磁调节器，性能基本稳定，有不少用户，近年来开发了新的一代TDWLT-01的微机励磁系统，目前它向市场提供的模拟式励磁调节器型号为HJT-071S，数字式励磁调节器型号为5C800。 5）能达公司 葛洲坝水电厂在微机励磁运行成功的基础上，成立了能达公司，也研制了微机励磁装置，首先用于更新本厂的老励磁设备，进而参加了市场竞争，其励磁装置型号为MEC-31B。 6）清华同方 清华大学励磁装置先是和”国电南自”合作生产，后因后者退出市场，改由清华同方生产，其微机励磁装置型号为GEC-1，特点是在控制策略方面采用了非线性最优。但实际上仍是用PID作为基本的控制规律，其它三种，PSS，线性最优LOEC，非线性最优NOEC,可以选作为附加分量，加入调节环节中。由于依靠了清华大学品牌效应，发展态势比较强劲，已成为有力的市场竞争者。 7）主机厂励磁车间 东方电机厂和哈尔滨电机厂励磁车间，原来励磁产品质量不过硬，虽具有成套供应的优势，但它们的励磁产品，仍逃不过被改造的命运，后来东方电机厂引进了ABB公司的微机励磁系统及元件组装，在此基础上进行了自主开发，研制了型号为DWLS-2C的微机励磁调节器，推入了市场。哈尔滨电机厂近日也推出HWLT-4微机励磁调节器，使用不多，正在进一步打入市场。 8）一些老牌励磁研发单位，如机电部自动化研究所，天津电气传动研究所等，过去曾有过辉煌业绩，但受制于老体制，已基本被逐出市场。 国外励磁发展动态 国外在进行计算机控制励磁研究，早在1960年代末期就已开始，用的是小型计算机，大都是在一些大学和研究单位进行，在理论上对控制方法规律进行了研究，有的还在试验室的小的模型发电机上进行了试验，70年代加拿大和苏联对计算机（当时称数字式自动电压调节器DAVR）励磁进行了联合研究，但是真正用于现场是在微型计算机出现后才有可能。应该指出，南瑞电气控制公司第一台WLT-1微机励磁调节器在1985年投运时，通过国际专利联网查询，以及1986年葛洲坝电站励磁招标会议，向国外公司询价时，没有哪个能提供微机型励磁调节器。实际上国外微机励磁的应用，也只是在80年代中叶后兴起的，如日本东芝公司于1989年7月在日本的东北电力（株），八户火力发电所3号机上开始投运双微机系统的数字式励磁调节器，加拿大通用电气公司CGE于90年5月已开发出微机励磁调节器。又如瑞士ABB公司利用厂用微机系统开发了UNITROL-D型微机励磁调节器，很快就停止生产模拟式励磁调节器。95年又推出了新的一代微机励磁调节器UNITROL-F，及UNITROL-P。 1、瑞士ABB公司， 2、美国通用(GE)公司 3、日本三菱电气公司。 灭磁开关主要的作用是：在发电机发生故障时迅速切除发电机励磁电流，与一般开关不同之处，发电机磁场绕组电感很大，因而发电机磁场绕组中贮存着大量能量，需要利用开关迅速释放，才能达到灭磁效果。图1- 16 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示了现在常用的灭磁方式： (a) (b) (c) (d) 图1-16 常用的几种灭磁方式 （a） 灭磁开关MZK由2个常开1常闭触头组成，正常运行时常开触点接通，常闭断开，要灭磁，常闭触点先接通，励磁电流增加一条能通过灭磁电阻R的通路，然后常开触头断开，常开触头断开时，靠拉弧也消耗部分能量，但磁场主要能量消耗在灭磁电阻R上。 （b）利用DM2灭磁开关拉弧。当DM2开关拉开时，励磁电流因有磁场电感，有保持不变趋势，当开关拉开时，在开关2端感应出很高电势，使开关2端产生电弧，在磁场作用下，电弧被吹进灭弧栅中，在灭磁过程中能量消耗在电弧的燃烧上，但这时励磁电源仍在供应能量。另外开关电弧灭磁能量大小无法调整。会发生烧毁开关的情况。 （c）利用DM4双断口空气开关加非线性电阻FR，二极管D灭磁。发电机正常运行，由于D及非线性电阻饱和电压较高而不通。当故障发生后，双断口开关DM4跳开时，由于转子电感作用下，励磁组2端感应出反向高电压，使励磁电流通过非线性电阻及二极管D，把主要磁场能量消耗在非线性电阻FR上。非线性电阻可按其所吸收的能量，任意组合比较灵活。 （d）三相交流开关灭磁，近来国外的一些汽轮发电机上，采用交流开关灭磁，省去庞大而昂贵的直流灭磁开关，如图1-16 D所示，交流开关分闸前，切除可控硅脉冲，这时整流桥阳极组和阴极组各有一元件流过电流，分闸后，触头间产生交流电弧电压Us，要能克服交流线压UL后，仍大于非线性电阻FR的动作电压时，才能导致成功灭磁。 励磁主接线方式 不论是汽轮发电机还是水轮发电机，国外许多公司励磁，均采用自并励方式。因无旋转部分，维护方便，对水电厂取消同轴励磁机，可降低厂房高度，节省投资，另外自并励磁系统，动态性能优良，有利于长距离输电稳定。对汽轮发电机而言，用自并激，可减小发电机长度，有利于减小振动，缩短厂房长度，节省投资。 另一方式是无刷励磁系统，也是国外采用较多。无刷系统取消了炭刷，有利于发电机端部绕组绝缘，不受污染，简化了维护，特别对大型发电机，对石化等防爆地点，以及无人控制电站，无刷励磁方式也比较理想。 第二章 励磁控制系统 励磁控制系统的主要任务 1、 维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平 维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因: 第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110％。 第二，保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的。如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90％；当发电机电压低于95％时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。 第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、经济而有效的措施。 2、 控制并联运行机组无功功率合理分配 并联运行机组无功功率合理分配与发电机端电压的调差率有关。发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。 两台或多台有差调节的发电机并联运行时,按调差率大小分配无功功率。调差率小的分配的无功多,调差率大的分配到的无功少。 如果发电机变压器单元在高压侧并联,因为变压器有较大的电抗,如果采用无差特性,经变压器到高压侧后,该单元就成了有差调节了。若变压器电抗较大,为使高压母线电压稳定,就要使高压母线上的调差率不至太大,这时发电机可采用负调差特性,其作用是部分补偿无功电流在主变压器上形成的电压降落,这也称为负荷补偿。调差特性由自动电压调节器中附加的调差环节整定。与大系统联网的机组,调差率Ku在土(3%~10%)之间调整。 3、 提高电力系统的稳定性 1）励磁控制系统对静态稳定的影响 2）励磁控制系统对暂态稳定的影响 3）励磁控制系统对动态稳定的影响 4、 PSS(电力系统稳定器) 抑制系统低频振荡和提高电力系统动态稳定性而设置的。当前，PID+PSS的控制方式，在励磁系统中获得了广泛的应用。PSS是在自动电压调节的基础上以转速偏差、功率偏差、频率偏差中的一种或两种信号作为附加控制，其作用是增加对电力系统机电振荡的阻尼，以增强电力系统动态稳定性。 第3章​ 励磁系统分类与配置 发电机励磁系统的分类 同步发电机的励磁系统种类很多，目前在电力系统中广泛使用的有以下几种类型。 自并励方式 这是自励系统中接线最简单的励磁方式。其典型原理图如图3-6所示。只用一台接在机端的励磁变压器ZB作为励磁电源，通过可控硅整流装置KZ直接控制发电机的励磁。这种励磁方式又称为简单自励系统，目前国内比较普遍地称为自并励（自并激）方式。 图3-6自并激励磁系统接线原理 自并激方式的优点是：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，缩短了机组长度；励磁调节速度快。但对采用这种励磁方式，人们普遍有两点顾虑；第一，发电机近端短路时能否满足强励要求，机组是否失磁；第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。国内外的分析和试验表明，这些问题在技术上是可以解决的。自并励方式愈来愈普遍地得到采用。国外某些公司甚至把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。我国近年来在大型发电机上广泛采用自并励方式。 励磁系统配置 自并激励磁系统的基本配置 自并激静止励磁系统主要由励磁变压器、可控硅整流桥、自动励磁调节器及起励装置、转子过电压保护与灭磁装置等组成。图3-12为FWL/B型静止励磁系统的接线原理框图。 图3-12 FWL/B型静止励磁系统接线原理图 1) 励磁变压器 励磁变压器为励磁系统提供励磁能源。对于自并激励磁系统的励磁变压器，通常不设自动开关。高压侧可加装高压熔断器，也可不加。 励磁变压器可设置过电流保护、温度保护。容量较大的油浸励磁变压器还设置瓦斯保护。大多小容量励磁变压器一般自己不设保护。变压器高压侧接线必须包括在发电机的差动保护范围之内。 早期的励磁变压器一般都采用油浸式变压器。近年来，随着干式变压器制造技术的进步及考虑防火、维护等因素的影响，一般采用干式变压器。对于大容量的励磁变压器，往往采用三个单相干式变压器组合而成。励磁变压器的联接组别，通常采用Y/△组别，Y/Y—12组别通常不用。与普通配电变压器一样，励磁变压器的短路压降为4%～8%。 2) 可控硅整流桥 自并激励磁系统中的大功率整流装置均采用三相桥式接法。这种接法的优点是半导体元件承受的电压低，励磁变压器的利用率高。三相桥式电路可采用半控或全控桥方式。这两者增强励磁的能力相同，但在减磁时，半控桥只能把励磁电压控制到零，而全控桥在逆变运行时可产生负的励磁电压，把励磁电流急速下降到零，把能量反馈到电网。在自并激励磁系统中多采用全控桥。 可控硅整流桥采用相控方式。对三相全控桥，对于电感负载，当控制角在0o～90o之间时，为整流状态（产生正向电压与正向电流）。当控制角在90o～165o之间时，为逆流状态（产生负向电压与正向电流）。因此当发电机负载发生变化时，通过改变可控硅的控制角来调整励磁电流的大小，以保证发电机的机端电压恒定。 对于大型励磁系统，为保证足够的励磁电流，多采用数个整流桥并联。整流桥并联支路数的选取原则为：（N+1）个桥。N为保证发电机正常励磁的整流桥个数。即当一个整流桥因故障退出时，不影响励磁系统的正常励磁能力。 3) 励磁控制装置 控制装置包括自动电压调节器和起励控制回路。对于大型机组的自并激励磁系统中的自动电压调节器，多采用基于微处理器的微机型数字电压调节器。励磁调节器测量发电机机端电压，并与给定值进行比较，当机端电压高于给定值时，增大可控硅的控制角，减小励磁电流，使发电机机端电压回到设定值。当机端电压低于给定值时，减小可控硅的控制角，增大励磁电流，维持发电机机端电压为设定值。 4) 灭磁及转子过电压保护 对于采用线性电阻或采用灭弧栅方式灭磁时，须设单独的转子过电压保护装置。而采用非线性电阻灭磁时，可以同时兼顾转子的过电压保护。因此，非线性电阻灭磁方式在大型发电机组，特别是水轮发电机组中得到了大量应用。国内使用较多的为高能氧化锌阀片；而国外使用较多的为碳化硅电阻。 第四章 微机励磁调节器 励磁调节器的性能 要使励磁调节器在系统中能起到作用，对调节器的性能有以下几点要求： 1）​ 有符合系统要求的强励能力和一定的励磁电压上升速度（电压响应比）。 需要对同步电机进行强励时，要求调节器能以最快的速度提供最大的励磁电流（或顶值电压）。衡量调节器强励性能有两个因素：一是，强行励磁倍数；二是，励磁电压上升速度或电压响应比。 2）​ 具有较高的调节稳定性 在调节励磁的过程中，调节器本身不应产生自激磁作用和不衰减的振荡。调节器本身的不稳定，便会破坏电力系统的稳定运行。 3）​ 应具有较快的反应速度，以利于提高电力系统的静态稳定。 当系统遭受小干扰时电压波动时，调节器应以最快速度恢复系统电压至原有水平，以提高电力系统静态稳定能力。现代半导体励磁调节器的响应速度比老式励磁系统调节器要快很多倍。 4）​ 应能根据运行要求对主机实行最大励磁限制及最小励磁限制。 5）​ 用于同步调相机（或同步电动机）的励磁，尚要求其输出无功有较大的调节范围，并能满足起动时的相应要求。 此外，励磁调节器还应当具有：失灵区最小、灵敏度较高的性能。当然，设计励磁调节器时还应考虑：结构简单可靠、运行操作、维修方便以及通用性强、价格低等。在可能条件下、尽量采用微机励磁调节器。 励磁调节器的工作原理 目前，国内外普遍采用的是PID+PSS控制方式的微处理机励磁调节器。下面以南京南瑞电控公司的SAVR2000型微机励磁调节器为例说明其工作原理。 图4-4为SAVR2000在自并激励磁系统中的典型应用。发电机励磁调节器的主要任务是控制发电机机端电压稳定，同时根据发电机定子及转子侧各电气量进行限制和保护处理，励磁调节器还要对自身进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。为此，SAVR-2000发电机励磁调节器需完成的工作如下： 1、模拟量采集： 采集发电机机端交流电压Ua、Ub、Uc,定子交流电流Ia、Ib、Ic，转子电流等模拟量，计算出发电机定子电压、发电机定子电流、发电机有功功率、无功功率、发电机转子电流。具体如下：调节装置通过模拟信号板(ANA)将高电压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并调制为±5V等级电压信号，然后传输到主机板(CPU)上的A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号(DIG)。一个周波内（20ms）采样36个点，进行实时直角坐标转换，计算出机端电压基波的幅值及频率、有功、无功、转子电流。 2、闭环调节： 励磁控制的目标是：被控制量=对应的给定量，软件的计算模块根据控制调节方式，从而选择被调节器测量值与给定值的偏差进行PID计算，最终获得整流桥的触发角度。 3、脉冲输出： 将PID计算得到的控制角度数据，送至脉冲形成环节，以同步电压UT为参考，产生对应触发角度的触发脉冲(SW)，经脉冲输出回路输出至可控硅整流装置。 4、限制和保护： 调节装置将采样及计算得到的机组参数值，与调节装置预先整定的限制保护值相比较，分析发电机组的工况，限制发电机组运行在正常安全的范围内，保证发电机组安全可靠运行。 5、逻辑判断： 在正常运行时，逻辑控制软件模块不断地根据现场输入的操作信号进行逻辑判断，判别：是否进入励磁运行；是否进行逆变灭磁；是空载工况运行还是负载工况运行 6、给定值设定： 正常运行时，软件不断地 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 增磁、减磁控制信号，并根据增磁、减磁的控制命令修改给定值。 7、双机通讯： 备用通道自动跟踪主通道的电压给定值和触发角。正常运行中，一个自动通道为主通道，另一自动通道为从通道，只有主通道触发脉冲输出去控制可控硅整流装置。为保证两通道切换时发电机电气量无扰动，从通道需要自动跟踪主通道的控制信息，即主通道通过双机通讯(COM)将本通道控制信息输送出，从通道通过双机通讯读入主通道来的控制信息，从而保证两通道在任何情况下控制输出一致。 8、自检和自诊断： 调节装置在运行中，对电源、硬件、软件进行自动不间断检测，并能自动对异常或故障进行判断和处理，以防止励磁系统的异常和事故的发生。 9、人机界面： 发电机励磁调节器设置了中文人机界面实现人机对话，该人机对话界面提供数据读取、故障判断、维护指导、整定参数修改、试验操作、自动或手动录波等功能。