GB T 7409.3-1997 同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求

中华人民共和国国家标准 同步电机励磁系统 GB/T 7409.3—1997 大、中型同步发电机励磁系统技术要求 Excitation system for synchronous electrical machines Technical requirements of excitation system for large and medium synchronous generators   国家技术监督局1997-04-10批准 1998-04-01实施   前 言 本标准是对GB 7409—87的修订。 GB 7409—87执行七年来，技术已有新的发展，其中有些内容IEC已制定了国际标准。为适应技术发展的要求和贯彻积极采用国际标准的精神，原标准需作修订。 为便于采用IEC标准和今后增补、修订标准的方便，经技术委员会研究，将GB 7409改编为系列标准：修订后的GB 7409.1等同采用IEC 34-16-1：1991；GB 7409.2等同采用IEC 34-16-2：1991，至于GB 7409.3，由于IEC目前还没有相应的标准，此部分是根据GB 7409执行七年的情况并参考了美国IEEE std 421.1—1986、421.A—1978、421.B—1979和原苏联ГОСТ21558—88等标准编写的。 本标准在编制中，在原标准的基础上，主要作了如下修改： ——名词术语与IEC标准尽量取得一致。 ——本标准对静止和无刷励磁系统内容略有增加，对直流旋转励磁机系统相对略有减少。 ——鉴于国家经济的发展，某些应在技术协议或在经济合同中体现的内容，在本标准内予以略去。 ——励磁系统试验及方法的标准，在国内外观点尚不能统一，IEC未出版此项标准的情况下，有关试验方面的标准编入了附录内。 使用本标准涉及到的定义或有关问题请参照GB/T 7409.1—1997和GB/T 7409.2—1997两项标准。 本标准的附录A是标准的附录； 本标准的附录B是提示的附录。 本标准由全国旋转电机标委会汽轮发电机分技术委员会提出并归口。 本标准负责起草单位：哈尔滨大电机研究所。 主要起草人：忽树岳、孙辅晨、黎道成、刘增煌、焦毓炳。 本标准1987年3月16日首次发布，1997年第一次修订。 本标准由哈尔滨大电机研究所负责解释。   1 范围 1.1 本标准规定了同步发电机及调相机励磁装置的技术要求、试验项目、标志与包装等，本标准适用于与电力系统联结的10MW及以上的水轮发电机、50MW及以上汽轮发电机和调相机的励磁系统。 1.2 本标准仅适用于使用下列几种型式励磁机的励磁系统。 1.2.1 直流励磁机 直流励磁机的拖动方式可采用与主发电机同轴或非同轴方式。 1.2.2 交流励磁机 a.交流励磁机带静止整流器； 注：整流器可以是可控或不可控的。 b.交流励磁机带旋转整流器(无刷励磁机)。 1.2.3 静止励磁机 a.电势源静止励磁机； b.复合源静止励磁机。   2 引用标准 下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 755—87 旋转电机基本技术要求 GB 1497—85 低压电器基本标准 GB 3797—89 电控设备 第二部分：装有电子器件的电控设备 GB/T 7409.1—1997 同步电机励磁系统 定义 GB/T 7409.2—1997 同步电机励磁系统 电力系统稳定性研究用模型 GB 6450—86 干式变压器 GB 1094—85 电力变压器   3 定义 本标准所使用的术语定义及模型符合GB/T 7409.1和GB/T 7409.2，补充定义见附录A。   4 使用条件 4.1 环境温度 最高环境温度不超过+40℃，并且24h内的平均温度不超过+35℃，最低温度+5℃(适用于水冷装置)，-5℃(适用于其他冷却方式)。工作环境的温度变化率，应不大于5℃/h。 4.2 环境空气相对湿度 运行地点的最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25℃。 4.3 气体污染 运行地点应无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽。 4.4 振动 装置安装地点所允许的振动条件：振动频率严酷度等级为(10Hz～150Hz)时，振动加速度不大于5m/s2。 注：当安装地基的振动频率与装置的共振频率相同而产生明显的共振时，应对装置采取减振措施。 4.5 海拔 安装使用地点的海拔高度不超过1000m。 当使用地点海拔超过1000m或使用地点的冷却介质温度随海拔升高而下降时，应按GB 755—87规定。 4.6 厂用电条件 发电厂厂用直流与交流电源电压偏差不超过+10%～-15%，频率偏差不超过+4%～-6%。 4.7 安装倾斜度 对于垂直安装的装置，安装倾斜度不得超过5%。   5 基本性能 5.1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时，励磁系统应保证能连续运行。 5.2 励磁顶值电压应根据电网情况与发电机在电网中的地位确定，但必须： 5.2.1 励磁系统顶值电压的倍数： a.100MW及以上汽轮发电机不低于1.8倍； b.50MW及以上水轮发电机不低于2倍； c.其他不低于1.6倍。 5.2.2 对于用电势源静止励磁机的系统，其励磁顶值电压倍数应按发电机端正序电压为额定值80%时计算。 5.3 励磁系统允许强励时间应不小于10s。 5.4 励磁系统标称响应 5.4.1 50MW及以上水轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机励磁系统的标称响应不低于2单位/秒。 5.4.2 其他不低于1单位/秒。 5.5 自动电压调节器应保证能在发电机空载额定电压的70%～110%范围内进行稳定、平滑地调节。 5.6 励磁系统的手动控制单元，应保证同步发电机磁场电压能在空载磁场电压的20%到额定磁场电压110%范围内稳定地平滑调节。 5.7 同步发电机在空载运行状态下，自动电压调节器和手动控制单元的给定电压变化速度每秒不大于发电机额定电压的1%，不小于0.3%。 5.8 励磁系统应保证同步发电机端电压调差率(无功电流补偿率)： 半导体型 ±10% 电磁型 ±5% 5.9 励磁系统应保证同步发电机端电压静差率： 半导体型 ±1% 电磁型 ±3% 5.10 励磁系统应保证在发电机空载运行状态下，频率变化1%时，端电压变化率： 半导体型 ±0.25% 电磁型 ±2% 5.11 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s。 5.12 当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15%，电压摆动次数不超过3次，调节时间应不超过10s。 5.13 自动电压调节器按用户要求可以全部或部分装设以下附加功能： a.远方或就地给定装置； b.电压互感器断线保护； c.负载电流(无功或有功)补偿； d.过励限制； e.欠励限制； f.伏赫比(V/Hz)限制； g.电力系统稳定器(PSS)； h.过励磁保护； i.其他附加功能。 5.14 当磁场电流小于1.1倍额定值时，磁场绕组两端所加的整流电压最大瞬时值不应大于规定的磁场绕组出厂试验电压幅值的30%。 5.15 同步发电机磁场回路使用功率整流器的励磁系统应装设转子过电压保护，并在运行中可能发生有害过电压情况下可靠地动作。无刷励磁系统可以不加装转子过电压保护装置。 5.16 励磁系统应有自动灭磁功能。能在下述工况可靠的灭磁： a.发电机运行在系统中，其磁场电流不超过额定值，定子回路外部短路或内部短路； b.发电机空载； c.发电机空载强励。 5.17 使用功率整流器的励磁系统中的功率整流器，其并支路数等于或大于4，而有1/4支路退出运行时，应保证包括强励在内的所有运行工况所需的励磁电流，其1/2支路退出运行及并联支路数小于4，而有一条支路退出运行时，应保证同步发电机额定工况连续运行所需励磁电流。 5.18 静止励磁系统应能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。 5.19 励磁系统中设有必要的信号及保护装置，以防止和监视励磁系统各种故障扩大。 5.20 励磁系统及其部件介电强度要求。 5.20.1 与磁场绕组直接联结或经整流相联结的电气组件(旋转励磁机除外)，当额定磁场电压等于或小于500V时，其出厂试验电压值为10倍额定磁场电压，最低不小于15000V。而当额定磁场电压大于500V时，其出厂试验电压为2倍额定磁场电压加4000V。 5.20.2 现场交接试验电压为出厂试验电压的80%。 5.20.3 试验电压以波形畸变系数不大于5%的工频交流正弦电压有效值计。耐压时间为1min。 5.20.4 其余不与磁场绕组直接连接的电气与电子组件分别按照GB 1497与GB 3797的规定。 5.21 同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各部位的温升不得超过表1所列数据。其余按照GB6450、GB 3797、GB 1094三项标准规定。 表 1 励磁系统各部位温升限值 K 各 部 位 名 称 极 限 温 升 测试方法 A级绝缘 B级绝缘 干 式 油 浸 变 压 器 线 圈 60 65 80 电阻法 铁 芯 80 70 85 温度计法 母 线 35 铜母线及 连接处 连接处 无保护层 45 有锡和铜保护层 55 有银保护层 70 铝母线及连接处 母 线 25 连 接 处 30 电阻元件 距外表面30mm处的空气 25 电路板上的电阻表面 30 塑料、胶皮、漆布绝缘导线 20 硅整流元件(与散热器接合处) 晶闸管(与散热器接合处) 45 40 熔断器连接处 45   5.22 励磁系统控制柜的噪声应不大于80 dB(A)。 5.23 励磁系统平均强迫切除率应不大于0.2%。   6 试验 6.1 试验分为型式试验、出厂试验与交接试验。 6.2 试验项目见表2，在制造厂与用户协商后可增加或略去某些试验项目。参考试验导则见附表B。 表 2 试 验 项 目 序 号 试 验 项 目 型式试验 出厂试验 交接试验 1 励磁系统各部件的介电强度试验 √ √ √ 2 自动电压调节器各单元及附加单元静态 特性试验以及总体静态特性试验 √ √ √ 3 操作控制回路动作试验 √ √ √ 4 励磁系统各部件温升试验 √     5 功率整流器均压试验 √ √ √ 6 功率整流器均流试验 √ √ √ 7 噪声的测定 √     8 整流器故障模拟试验 √     9 用模拟方法检验保护及监视装置 √ √ √ 10 励磁系统的相频特性试验 √*     11 自动电压调节器电压整定范围的测定 √ √ √ 12 励磁手动单元调节范围的测定 √ √ √ 13 励磁控制系统静差率的测定 √*   √* 14 带自动电压调节器的同步电机调差率的测定 √*   √* 15 自动/手动切换试验 √* √ √* 16 转子过电压保护装置试验 √   √ 17 同步电机在空载及额定工况下进行灭磁试验 √*   √* 18 甩负荷试验 √*   √* 19 发电机空载状态下，10%阶跃响应试验 √*   √* 20 励磁变压器和/或串联变压器试验 √ √ √ 21 交流励磁机在额定工况下，带整流负载测定换弧角 √*   √* 22 永磁副励磁机带可控整流负载的外特性测定 √     23 带自动电压调节器的同步发电机频率变化1%时，端电压变化率的测定 √*   √* 24 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 各附加单元整定与动作正确性 √* √* √* 25 励磁系统顶值电压、标称响应与电压响应时间的测定 √*     26 在空载强励工况下的灭磁试验 √*     27 起励试验 √*   √* 注：有*号标志者，可在现场进行试验，也可与交接试验合并进行。     7 标志、包装、运输及贮存 7.1 标志 7.1.1 产品标志 产品铭牌内容应包括： a.产品名称； b.产品型号； c.技术条件编号； d.出厂编号； e.制造年月； f.制造厂名。 7.1.2 包装标志 包装箱外部应注明下列标志： a.收货单位名称； b.收货单位地址； c.产品名称； d.出厂编号； e.制造厂名称； f.制造厂地址； g.标注防雨、防振、防撞击位置等标记； h.产品净重、毛重(kg)； i.吊索位置。 7.2 包装 7.2.1 产品包装必须保证产品在贮存、运输过程中不受机械损伤，并有防雨、防尘、防潮能力。产品包装期从出厂发运之日起为一年。 7.2.2 随机技术文件 a.随机文件清单； b.产品合格证； c.产品说明书(包括使用、原理、维护等项)； d.产品装配图(包括安装图)； e.产品接线图； f.电气原理图； g.交货明细表； h.产品出厂试验记录。 7.3 运输与贮存 7.3.1 产品运输过程中，不应有激烈振动、撞击和倒置。某些部件对运输温度有特殊要求时应注明，以便运输时采取措施。 7.3.2 产品运到工地后，应按制造厂规定贮存。无制造厂规定的，应贮存在有掩蔽的干燥库房内，库房条件应符合4.1、4.2、4.3、4.4的规定。长期存放时应按产品技术条件进行维修。   8 产品质量保证期 在用户按照本技术要求和制造厂有关技术文件规定正确保管、安装和使用条件下，装置投运之后一年内或从制造厂起运日算起不超过二年内，因制造或元器件质量不良而发生损坏或不能正常工作时，制造厂应无偿地为用户修理、更换零部件或更换装置。   9 用户的特殊要求 若用户对励磁系统有特殊要求时，应由制造厂与用户协商确定。   附 录 A (标准的附录) 补 充 定 义 GB/T 7409.1《同步电机励磁系统 定义》中未包含的定义在此附录中加以补充。 A1 励磁控制系统 excitation control system 包括同步电机及其励磁系统的反馈控制系统。 A2 励磁控制系统精度 accuracy of excitation control system 在规定条件下(如负荷变化、环境温度、湿度、频率及电源电压变动等)，被控量与给定值之间的不相符程度，数值上用给定值和被控变量之差值与给定值的比值的百分数来表示。 A3 励磁控制系统的静差率(即：同步电机负载变化时的励磁控制系统精度) static error ratio of excitation control system 无功补偿单元切除、原动机转速及功率因数在规定范围内变化，发电机负载从额定变化到零时端电压变化率，即： 式中：UN——额定工况下的发电机端电压； U0——空载额定时发电机端电压。 Δ=偏差；ts—调节时间；tp—峰值 时间；Um—峰值电压；U0—稳态电压 图 A1 励磁控制系统阶跃响应曲线 A4 电压调差率(无功电流补偿率)reactive current compensative ratio 同步电机在功率因数等于零的情况下，无功负荷从零变化到额定值时，发电机端电压的变化率，即： 式中：U0——空载额定工况下的发电机端电压； U——发电机无功电流等于额定值时发电机端电压。 A5 励磁控制系统的超调量和调节时间 overshoot and settling time of excitation control system 发电机在空载额定工况下，突然改变电压给定值，使同步发电机端电压初始值由U01变为U02，初始阶跃量｜U02-U01｜=10%初始值，发电机端电压的最大值与稳态值之差与阶跃量之比的百分数为超调量，从阶跃信号开始到发电机端电压与新的稳态值的差值对阶跃量之比不超过2%时，所需时间为调节时间(见图A1)。 A6 励磁控制系统零起升压时的超调量和调节时间 overshoot and settling time of excitation control system when terminal voltage rises from zero 发电机在额定转速下，突然投入励磁系统，使同步发电机端电压从零变为额定值时，发电机端电压的最大值与稳态值之差对稳态值之比的百分数为零起升压的超调量，从给定信号到发电机端电压与稳态值之差不超过稳态值的2%所需时间为调节时间(见图A2) 注：静止励磁系统的调节时间(ts)的起点，从发电机端电压稳态值的30%算起。 A7 励磁系统电压响应时间 voltage response time of excitation system 在规定条件下，励磁系统达到顶值电压与额定负载时磁场电压之差的95%所需时间的秒数。 A8 高起始响应系统，电压响应时间等于或小于0.1s的励磁系统。 A9 励磁系统强行切除 exctation system forced cut-off是指由于励磁系统故障导致同步发电机跳闸。 A10 励磁系统强行切除率 excitation system forced cut-off ratio 是在计算的间隔时间内，用百分数来表示的励磁系统强行切除小时数与投运小时数之比。   附 录 B (提示的附录) 可参照的试验导则 B1 励磁系统各部件介电强度试验 可按5.20规定进行。 B2 自动电压调节器电压整定范围的测定 同步发电机在空载额定工况下运行，改变自动电压调节器给定值，测定同步发电机端电压变化范围。 B3 励磁电流调节器调节范围的测定 同步发电机在空载额定工况下运行，改变励磁电流调节器给定值，测定同步发电机端电压变化范围。 B4 静差率的测定 励磁控制系统在额定负载状态下运行，自动电压调节器的无功补偿单元退出，电压给定值不变，将同步发电机负载从额定减到零，测定发电机端电压的变化(计算方法见附录A中的A3) 。 B5 频率变化时同步发电机端电压变化率的测定 同步发电机在空载工况下运行，自动电压调节器投入，改变同步发电机转速，使频率变化为±3Hz，测定同步发电机端电压对频率的变化最大值，并以此变化值与空载额定电压之比的百分数来表示。 B6 电压调差率的测定(无功电流补偿率) 同步发电机带负载并网运行，自动电压调节器的电压给定值不变，投入无功补偿单元。调整系统或并联机组无功，测定被试发电机端电压与无功电流变化关系曲线(计算方法见附录A中的A4)。 B7 阶跃响应时的超调量与调节时间的测定 同步发电机在空载额定工况下运行， 自动电压调节器投入，电压给定量阶跃变化±10%，录取发电机端电压变化曲线(计算方法见附录A中的A5)。 B8 零起升压时的超调量与调节时间的测定 同步发电机在空转额定转速下运行，突然投入励磁系统，使同步发电机端电压从零升至额定值，录取发电机端电压变化曲线，确定超调量和调节时间(计算方法见附录A中的A6) B9 励磁系统顶值电压、标称响应和电压响应时间的现场试验 励磁系统负载顶值电压、标称响应和电压响应时间可在下述情况下确定：同步发电机在额定工况下运行，励磁系统起始电压为同步发电机额定磁场电压，待磁场绕组温度稳定后，突然将电压调节器的测量单元从100%降到80%(如在不影响试验结果的条件下，可将测量单元电压给定值从100%降到0 )，录取励磁系统输出电压时间响应曲线，在实际可能的情况下，励磁控制系统中的所有反馈、限制、补偿、稳定(但不包括电力系统稳定器)回路均应按实际运行条件整定。对高起始响应励磁系统只测量顶值电压与电压响应时间。