（陕西安康水力发电厂& 陕西安康& 725000）
　　摘要：本文介绍自并励励磁系统的重要作用，以及自并励励磁系统组成，重点介绍了自并励励磁系统常见过电压类型和各种过电压原因分析及抑制措施，并分享了在实际工作中如何正确分析和处理励磁系统过电压的一些经验。
　　关键词：励磁过电压；换向过电压；非线性伏安特性；自感
　　一、励磁系统的作用：
　　励磁系统对发电机以及电力系统都有着非常重要的作用，是发电机重要的组成部分，因此励磁系统的安全稳定运行直接影响到发电机和电力系统的安全运行。励磁系统的作用主要表现在以下几个方面：
　　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；
　　5）当发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；
　　6）当发电机外部出现故障时，能可靠进行强励，以提高带延时过电 流保护动作的可靠性。
　　7）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。
　　二、自并励励磁系统的组成
　　励磁系统可分为他励交流励磁机系统和自并励励磁系统，他励交流励磁机系统又可分为：1）三机他励励磁系统：2）两机他励励磁系统；3）两机一变励磁系统；4）无刷励磁系统。
　　自并励磁系统主要由励磁变、同步变压器、整流功率柜、PID控制器、灭磁柜、PT（电压互感器)、CT（电流互感器)等部分组成，由于近年来计算机技术的发展和应用，PID控制器正逐渐被微机控制单元取代，微机控制器相比传统的PID控制器有着更好的人机交互性；调试和实验简单方便；内部参数设置更加便捷；再加上强大的联网功能，使得远方监视和控制成为可能，这些都是传统的PID控制器无法比拟的，自并励磁系统结构原理图如图1所示：
　　三、自并励磁系统过电压的危害
　　自并励磁系统由于自身的优越性，越来越多的被采用，陕西安康水力发电厂联营电站也同样使用了自并励磁系统，通过原理图（图1)可以看到，自并励磁系统相比与其它励磁方式结构相对简单，励磁系统故障类型多，主要类型有电源故障、微机故障、脉冲故障、PT故障、CT故障等等，这里对这些故障类型就不再赘述了，下面我重点分享下自并励磁系统过电压这一故障的危害。
　　励磁系统过电压故障的危害在整个励磁系统中属于危害比较严重的一种。当励磁系统过电压出现后，轻则造成一些元器件损坏（现在励磁系统中都有比较完善的过压保护措施，元器件损坏在实际运行中发生的几率还是很小的，这个会在后面介绍），重则可能引起机组事故停机造成电网损失。
　　四、自并励励磁系统过电压的分类
　　 自并励励磁系统过电压，我们按过电压位置可分成：(1)交流侧励磁系统过电压；(2)直流侧励磁系统过电压种类型；按形成原因可分为:（1）操作过电压；（2）运行过电压。
　　（1）交流侧励磁系统过电压，主要由以下几方面原因引起：
　　1)经由主变压器或发电机端传输到励磁系统的大气过电压。
　　2)励磁变压器分断引起的过电压。&
　　3)换相过电压。
　　（2）直流侧励磁系统过电压，直流侧励磁系统过电压主要有以下几方面原因：
　　1)发电机在失步和失步后拉入同步的过程中引起的转子绕组过电压。
　　2)发电机外部短路切除后的电压恢复过程引起的转子过电压。
　　3)发电机快速灭磁过程中断开转子回路时产生的的过电压。
　　4)从定子线圈耦合过来的大气过电压和操作过电压。
　　5)发电机非同期并列引起的转子绕组过电压。
　　（3）运行过电压，运行过电压主要有以下几方面原因：
　　1)晶闸管整流桥换相过电压。
　　2)发电机异步运行时产生滑差过电压。
　　3)定子三相负载不对称（或非全相）运行时产生不对称过电压。
　　4)发电机运行中如发生突然短路、失步、非全相或非同期合闸等故障，则在转子绕组中会产生很高的感应过电压，危及晶闸管励磁系统整流电路的安全运行。
　　五、自并励励磁系统中各类过电压原因：
　　1、交流侧励磁系统过电压：
　　1）经由主变压器或发电机端传输到励磁系统的大气过电压。
　　经由主变压器或发电机端传输到励磁系统的大气过电压，大气过电压也叫雷电过电压，它分为直击雷过电压、感应雷过电压和雷电侵入波三种。直接雷击过电压 是指雷云直接对电器设备或电力线路放电，雷电流流过这些设备时，在雷电流流通路径的阻抗（包括接地电阻）上产生冲击电压，引起过电压；感应雷过电压 是指在电气设备（例如架空电力线路）的附近不远处发生闪电，虽然雷电没有直接击中线路，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，形成雷电过电压；雷电侵入波过电压 因直接雷击或感应雷击在输电线路导线中形成迅速流动的电荷称它为雷电进行波。雷电进行波对其前进道路上的电气设备构成威胁，因此也称为雷电侵入波。通过这几种过电压的特点我们不难看出，直击雷过电压和雷电侵入波过电压对电气设备危害最为严重，具有过压幅值高、电流大、破坏性强的特点，感应雷过电压相对危害较轻。大气过电压通常是直接击穿变压器绝缘或通过感应在变压器二次侧过电压，当线路或主变压器遭遇这种过电压时，就会在励磁变的高低压侧形成过电压，发电机的定转子回路中也会出现过电压。这种过电压的特点是过压幅值高、系统冲击大、破坏性强。运行人员可根据天气情况、系统冲击、保护动作情况以及设备损坏情况来做出判断，这种原因引起的励磁回路过电压是比较容易判断的。
　　2）励磁变分断引起的过电压：
　　励磁变分断引起的过电压，励磁变分断通常是因为励磁变低压侧断路器误跳闸或误操作引起，也可能是励磁变保护跳闸引起。这种由励磁变分断引起的过电压原因主要是：励磁变分断后电流会迅速变小，再加上分断回路中有电感存在，电感中存有剩余能量，这样就促成了电感产生自感，其大小为U=-L（di/dt），通过公式我们可以知道产生过电压大小与电流的变化率成正比，与电感的大小也成正比。
　　3）换相过电压&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
　　三相全控桥式整流电路是一种可将三相交流整流成直流的可控电路，它能根据负载的需要调节触发角来改变输出的电压值。工作过程分为六个阶段，顺序为VT1 、VT6 导通，输出电压Uab；VT1、VT2导通，输出电压Uac；VT2、VT3导通，输出电压Ubc；VT3、VT4导通，输出电压Uba；VT4、VT5导通，输出电压Uca；VT5、VT6导通，输出电压Ucb，这样就完成了一个同期导通触发，输出的电压波形如图3所示。
　　 通过上面导通过程及波形我们可以看出，当输出电压是Uab时刻，VT2、VT3、VT4、VT5均承受反向电压是截止的，同理当VT1、VT2导通，VT3、VT4、VT5、VT6是截止的。所以通俗的讲我们把这种整流回路中由导通变截止或由截止变导通的过程叫换相。
　　&&& 换相过电压通常发生在由导通变截止这一过程中，通过一些试验和相关资料表明这种过电压最大能达到几千伏甚至上万伏电压，对整流晶闸管的危害是非常大的，这种过电压产生的原因又是什么呢？一是：励磁变压器存在漏抗，换相过程中产生过电压，二是： 由于可控硅元件在换相结束前可控硅关断瞬间，由于可控硅元件体内载流子的积蓄效应，被关断可控硅元件的反向阻断能力不能立刻恢复，因而有很大的反向电流流过，当可控硅元件恢复阻断能力时，反向电流迅速减小， di/dt绝对值很大，可达1000A/us，这样大的电流突变，会在被关断回路电感上产生很高的感应电压，这样就产生了换相过电压。
　　（图3）
　　六、& 励磁系统过电压的保护措施
　　1）经由主变压器或发电机端传输到励磁系统的大气过电压。
　　前面我们分析了这种过电压形成的原因及危害，这部分内容将要介绍怎样抑制这种过电压。大气过电压通常发生在线路、母线、或主变压器这些室外设备上，电压也是由这些设备直接传递或通过感应传入到励磁系统的，因此要防止这种过电压最重要的是从源头预防。
　　随着现在电力设备安全性和可靠性的提高，防雷电的技术也有了很大发展，线路上使有的避雷线、室外开关站安装的避雷针都随处可见，在母线上安装的避雷器都起着重要作用，近些年普遍应用的稳控装置也为系统保驾护航。
　　2）励磁变分断引起的过电压
　　励磁变分断引起的过电压，这种过电压形式在现实中是很少出现的一种情况，从自并励励磁系统图（1）中，我们可以看出励磁变通常是与发电机出口母线直接相连的，励磁变低压侧也很少安装开关（断路器）的，这样的系统结构大大提高的励磁系统工作的可靠性，也防止了由励磁变分断引起的过电压。但对于安装有开关（断路器）励磁变压器，防止由于分断引起的过电压措施有这几点：（1）提高励磁变保护的可靠性，防止保护误动作。（2）提高工作人员的安全意识，防止工作人员误操作。（3）发电机出口开关处（励磁变高压侧)安装的阻容式吸收器也对过电压有抑制作用。
　　3）换相过电压
　　换相过电压形成的原因及过程前面已经介绍过了，它也属于自感过电压类型，通常解决这类问题的思想方法有两种：第一就是延长电流突变时间使di/dt尽可能小。第二就是给它从新建立一个辅助电路，使自感电流形成回路，通过这个辅助回路消耗掉剩余能量。
　　三相全控桥式整流电路中，晶闸管导通和截止时间都是非常短的，如果延长晶闸管截止关断时间，有可能造成别的晶闸管导通失败，所以用方法一来解决换相过电压是行不通的。目前广泛采用的是第二种方法，我们把它称为整流式阻容吸收回路。
　　4）直流侧过电压的保护措施
　　这部分内容着重介绍一下直流侧过电压的保护方法，引起直流测过电压因素多，前面也分析过了。直流侧过电压的抑制方法主要的采用非线性电阻来限制。为了更好的理解这种限压方法，下面我们先了解一下非线性电阻及非线性电阻的伏安特性。
　　非线性电阻是指电阻在某些条件下，阻值会发生急剧的变化，导电时不遵从欧姆定律。流过非线性电阻的电流不与加在其两端电压成正比。
　　当加在非线性电阻两端的电压低于一定值时，非线性电阻表现出很大的电阻，流过它的电流是非常小的，可以认为是开路；但当电压升高到一定值时，流过非线性电阻的电流会急剧增大，这时表现出短路。正是利用了它这种特性，正常工作时，电路没有过电压，将非线性电阻并联于回路中，这时它呈现出很大的电阻（相当于开路)不会影响电路的正常工作，但当回路中出现过电压后，非线性电阻在过电压的作用下就会很快导通，呈现出短路特性，限制了电压继续升高，保护了回路的安全。
　　从目前国内励磁系统直流侧限制过电压措施可以看出，有以下两个特点：
　　a)采用线性电阻与非线性电阻配合灭磁方式。
　　b)由被动灭磁向主动灭磁方向发展。
　　例如我站采用的NES6100励磁系统就具有这种特点，当励磁电流较小时，它采用线性电阻灭磁，而当励磁电流较大时，则采用非线性电阻灭磁。以往的灭磁方式中，直流侧电压升高后，利用非线性电阻伏安特性，来限制电压进一步增高，现在则采用灭磁开关跳闸与灭磁回路开关合闸联动的方式，这种方式的优点是：它可以将过电压限制在一个更低水平上，灭磁的速度也更快一些。
　　目前励磁系统直流侧在限制过压措施方面还存在一些问题，如发电机事故后，这时灭磁速度越快，就会减少设备的损坏程度，但另一个问题也伴随产生，这就是自感过电压。前面也提到过自感过电压，它的大小为U=-L（di/dt），如果灭磁速度快，就意味着（di/dt）会较大，这样会产生一个很高的自感过电压，进而影响灭磁，因此要在灭磁速度和限制过压上要找一个平衡点，才可以更好的起到限制过电压作用。
　　自并励励磁系统过电压是一个综合复杂的问题，引起的原因也很多，表现的形式也可能不一样。在遇到这类问题时，要根据发电机的运行工况以及电网系统的运行情况，充分考虑到其他一些外部因素，只有经过细致全面的分析和排除，才能找出真正的原因，方便问题的解决。
　　参考文献：
　　[1].何希才等编《现代电力电子技术》 北京 国防工业出版社
　　[2].黄俊等编《电力电子变流技术》北京 机械工业出版社
　　[3].王志良主编《电力电子新器件及其应用技术》北京 国防出版社
　　[4].林涓励主编《电力电子技术基础》北京 机械工业出版社
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自并励励磁系统的原理与分析
　　摘 要： 本课题论述的是在自动励磁调节器的作用下，采用自并励励磁方式，基于PID控制算法，结合MATLAB和Simulink工具箱对AVR励磁系统进行仿真建模。通过调节参数，得到380MW汽轮发电机发生故障后尽快恢复稳定运行的参数。 中国论文网 http://www.xzbu.com/2/view-5521350.htm　　关键词： 调节器； PID控制； 自并励励磁； 仿真 　　中图分类号： TM311 文献标识码： A 文章编号： （2012）（11-12）-0080-01 　　1 自并励励磁系统方式的简介 　　自并励励磁系统也称为整流器励磁系统或称静态励磁系统。励磁电源为并联在机端的励磁变压器，由可控硅整流后向励磁绕组供电，励磁调节器通过调节可控硅的触发角来维持发电机端电压稳定。因其电源取自发电机出口，电源电压受电力系统故障的影响，又称为电源不独立系统。自并励励磁系统优点在于：结构简单，发生故障的概率较低，提高了系统运行的可靠性而且维护起来方便；励磁响应迅速，这使得励磁调节器的调节速度大大增加；同时，也避免了由机组轴系长带来的轴系扭振问题。 　　自并励励磁系统缺点在于：由于励磁系统响应的快速性，导致了系统阻尼的减弱，因而易引发电网的低频振荡，这会影响电力系统的稳定运行；由于励磁系统的电源来自发电机的机端电压，因此容易受到电网运行状况的影响。 　　2 自并励励磁系统的基本构成 　　自并励静止励磁系统由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、发电机灭磁装置以及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。 　　2.1 励磁功率单元。励磁功率单元用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，从而建立直流磁场，这部分又称为励磁功率输出部分。自并励励磁系统的功率单元是由励磁变压器和晶闸管整流装置构成，一般由一个比例环节和延时环节组成。 　　2.2 常规PID励磁控制器研究。常规PID励磁控制器是指采用经典控制理论中的PID控制算法，即AVR。励磁控制器是实现励磁系统控制的智能部件，它根据发电机机端电压或电流的变化情况，实现机组励磁的校正，从而实现对励磁系统的调节[2]。在励磁控制器中，励磁控制器是核心，与硬件部分相结合，完成励磁系统的调节任务。 　　自动励磁调节器在基本上可划分为三个环节。测量环节：检测各处偏差量，将实际电压与给定的基准电压相比较，得出电压的偏差信号。综合放大环节――放大及综合各类信息。执行环节――实现移相和可控触发。 　　PID是一种线性控制器，它根据给定值r（t）与参数实际输出值c（t）构成控制偏差。控制量是由偏差的比列（P）、积分（I）、微分（D）通过线性组合构成的。如果Kp为比例系数，Kd为微分系数，Ki为积分系数，则其传递函数的形式为： 　　G（s）=■=Kp+■+Kds （1） 　　模拟PID控制系统原理图如图1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。 　　微分环节能反映偏差信号的变化速率，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。但过大的微分时间常数会使响应过程过分提前制动，从而拖长调节时间，而且系统的抗干扰性能差[3]。 　　3 励磁系统的建模与仿真 　　本课题中建立了基于双机系统中380MW汽轮发电机励磁系统的模型。当在系统运行10s后，将发生0.1s的三相短路故障，在自动励磁调节器的作用下，系统将会在短暂的时间内恢复稳定运行。 　　同步发电机参数：汽轮发电机的转子的类型是隐极式。视在功率等于发电机容量380MW；发电机电压20KV；d轴次暂态电抗Xd″=0.189pu；d轴暂态电抗Xd′=0.250pu；d轴电抗Xd=1.980pu；q轴次暂态电抗为Xq″=0.186pu；q轴暂态电抗Xq′=0.405pu；q轴电抗Xq=1.928pu；Td′=0.860s；Td″=0.044s；Tqo′=0.956s；Tqo″=0.073s。 　　自动励磁调节器参数：增益Ka和时间常数Ta是系统中的主调节参数，Ka=100；Ta=0.4。Tb和Tc是系统中的辅助调节参数，Tb=4.78；Tc=2.65。 　　三相变压器标称功率为 kVA，频率为50Hz。一次侧电压为20kV，二次侧电压为110kV。三相变压器的连接方式采用的是星角接法。 　　发电机转子转速的仿真图形如图2所示。 　　励磁电压的仿真图形如图3所示。 　　在上述的建模仿真图形中，可以得出以下结论：在有自动励磁调节器的作用下，系统将在4秒后则会保持稳定运行，当系统在第10秒发生0.1秒的三相故障时，系统会在第14秒后恢复稳定运行。因此，当发生发电机出力变化和系统故障等工况时，在自动励磁调节系统的作用下可以使发电机端电压恒定或在给定水平；保证机组间无功功率的合理分配；提高电力系统运行的稳定性以及提高继电保护动作的灵敏性。 　　结论 　　本课题应用MATLAB/Simulink软件建立了双机无穷大系统仿真模型。通过对仿真结果的分析，得出以下结论：自动励磁调节器检测到故障后，经过PID控制方式，调节励磁器的参数，从而使故障在短暂的时间内使系统稳定运行。但由于现场的实际调试过程中，有许多诸如天气等客观因素，因此，难免会有一定的出入，还需具体情况具体分析。自并励励磁方式是直接使用发电机的端电压作为励磁电流的电源，其特点是发生故障概率低，结构简单，可以提高系统运行稳定性；PID是一种经典的控制理论，方法简单，可靠性高，已成为最成熟、应用最广泛的控制系统。 　　参考文献： 　　[1]刘健.大型汽轮发电机自并励励磁系统分析设计与仿真[D].硕士学位论文.哈尔滨：哈尔滨理工大学，. 　　[2]黄耀群.同步电机现代励磁系统及其控制[M].成都：成都科技大学出版社，. 　　[3]刘镇，姜学智，李东海.PID控制器参数整定方法综述[J].电力系统自动化，）：79-83.
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3秒自动关闭窗口自并励励磁系统在广安电厂的应用；【摘要】本文叙述了“三机”他励励磁方式和自并励励；1、概述；励磁系统是同步发电机的重要组成部分，励磁系统的性；自并励励磁系统以其响应速度快，汽轮发电机轴系短，；自并励励磁系统从发电机机端经励磁变压器取电源，并；而广安电厂一期2×300MW机组汽轮发电机组采用；2、自并励励磁方式在广安电厂二期的应用；2.1“三机”他励励磁系统在
自并励励磁系统在广安电厂的应用
【摘要】本文叙述了“三机”他励励磁方式和自并励励磁方式在广安电厂的应用情况，结合生产实际，对两种励磁方式进行了比较，分析了自并励励磁方式的优缺点，得出自并励励磁方式比“三机”他励励磁方式更适合在电厂中应用。
1、概述 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，励磁系统的性能好坏直接影响发电机的运行特性。励磁系统性能的优劣，其各部件质量的好坏，是影响整个发电机组安全、经济、满发的重要因素之一。同时，励磁系统性能也对电力系统电网有一定的影响。 自并励励磁系统以其响应速度快，汽轮发电机轴系短，经济等优点，在国外大型发电机组中早已得到了广泛的应用。而在我国，过去由于电网相对较弱，大功率可控硅制造技术不过硬，大容量发电机组采用自并励励磁系统，如在发电机出口三相短路可能对电力系统稳定性造成威胁，因此很少采用。但是近年来，电力工业发展迅速，电网容量不断扩大，制造工艺水平大大提高，国内大型发电机组已经广泛采用自并励励磁系统方式，其优越性得到了进一步的证实。 自并励励磁系统从发电机机端经励磁变压器取电源，并采用静态大功率可控硅整流元件为发电机提供励磁电流。从国内情况来看，进口大机组多采用自并励励磁方式，如石洞口2×600MW机组、邹县电厂三期2×600MW机组等，广安电厂二期2×300MW汽轮发电机机组采用东方电机厂生产的自并励励磁系统，发动机经主变升压后，经3/2接线的500KV开关站接入500KV南充变电站，向川渝电网、华中电网送电。 而广安电厂一期2×300MW机组汽轮发电机组采用东方电机厂生产的“三机”他励励磁系统，发动机经主变升压后，经220KV开关站向川渝电网送电。
2、自并励励磁方式在广安电厂二期的应用 2.1 “三机”他励励磁系统在广安电厂一期的应用简介 广安电厂一期2×300MW机组汽轮发电机组的励磁系统采用东方电机厂生产的“三机”他励励磁系统，永磁机的输出作为可控硅整流桥的交流输入，可控硅整流桥的直流输出为交流励磁机提供励磁电流，交流励磁机的输出作为二极管整流桥的输入，二极管整流桥的直流输出为发电机提供励磁电流。励磁调节器根据发电机机端电压互感器、电流互感器取得的调节讯号来控制可控硅的导通角，实现机组励磁的自动调节。 另外，励磁系统设置了一套交流380V厂用电供电，用感应调压器手动调压的手动备用励磁装置。这套装置只有当自动励磁电压调节器完全故障或作发电机零起升压、空载或短路实验时用，代替永磁机及其可控硅整流桥。 正常情况下，两台静止整流柜和两台可控硅整流柜应并列运行，也可单柜运行；单柜运行能满足发电机额定运行、最大出力和强励等工况要求。 广安电厂一期每台机组均配有完全相同的两套调节器，即工作调节器和备用调节器，其机端电压、电流信号取自不同的互感器，每套调节器有两个不同的通道，即用于自动调节发电机及端电压的自动通道和用于手动调节发电机励磁电流的手动通道。自动通道和手动通道之间的切换只能手动进行。 此外，调节器的自动通道还具有低励限制、伏赫限制及PSS功能。 2.2 自并励励磁系统方式在广安电厂二期的应用简介 广安电厂二期2×300MW机组汽轮发电机组采用东方电厂生产的GES-3320系列同步发电机机端自并励静止励磁系统，该系统从功能上分为五个部分：励磁电源部分（励磁变压器――TE）、控制部分（自动励磁调节器――AVR）、功率部分（可控硅――SCR）、起励和灭磁开关柜（灭磁开关――FQB）、磁场过电压保护部分（转子过电压保护――PRO）。该励磁系统通过控制励磁电流来调整发电机机端电压和无功功率；励磁电流是由可控硅整流桥提供的；自动励磁调节器控制可控硅桥的输出。 GES-3320的自动励磁调节器位于调节柜内，分为信号控制、控制计算、信号输出几个部分。通过采集发电机组和各种模拟量和开关量信息，经工控机计算，控制大功率可控硅整流桥的输入，达到励磁系统的控制目标。自动励磁调节器为双通道冗余容错结构。从信号采集、调整输入、计算、信号输出都是独立的两套硬件回路。两通道间既有联系，又有独立工作。双通道采用主、从方式并联工作，互为热备用。通道之间完全靠软件实现相互诊断和实时在线自诊断、相互跟踪、相互切换。 励磁调节模式设置了四种可供选择：恒机端电压（自动）、恒励磁电流（手动）、恒无功功率、恒功率因数。恒机端电压、恒无功功率和恒功率因数属于自动运行状态，恒励磁电流属于手动运行状态。默认方式为恒机端电压方式，四种运行方式可在运行中进行切换，切换时，不会产生机端电压或无功波动。但恒压运行故障时自动切为恒流运行，故障清除前禁止切回恒压，发电机运行发生故障，不许切为恒无功及恒功率因数运行，仅当发电机断路器闭合，这两种方式的切换才有效。 该励磁系统还设置了一些保护限制功能：起励失败、逆变失败、过压保护、转子过流限制、低励限制、伏/赫限制、功率柜输出功率限制、定子电流限制、PT断线限制、失脉冲保护。 在GES-3320励磁系统中，励磁变压器-TE是励磁功率的来源，并是励磁设备与发电机端电气隔离。其高压侧接在同步发电机的机端，低压侧接在大功率可控硅整流桥的交流输入侧。励磁变压器的容量和变比根据发电机励磁特性特殊定做，以满足发电机在各种运行工况的需要。 可控硅整流桥+SCR将励磁变压器提供的交流电源整流为直流，输出到发电机励磁回路。通常3组整流桥并列运行，共同分担负载；在部分可控硅支路故障的情况下，整流装置仍可为发电机提供稳定的励磁电流。具体的并联数和每桥可负担的电流，由发电机参数和可控硅元件的规格决定。通常情况下，退出一组桥，设备满足发电机额定工况的励磁要求，设备也可以满足发电机强励工况的励磁要求。可控硅桥受自动励磁调节器的控制，调节其输出功率，改变发电机的励磁电流，从而调整发电机机端电压和无功功率。可控硅整流桥的直流输出通过磁场断路器输送到发电机磁场绕组。 起励电源采用厂用AC380V电源，从灭磁柜引入，附带起励变和整流器电源，在灭磁投入时，提供起励能量。根据情况也可以采用直流起励电源，可从厂用DC220V电源引入。 2.3 两种励磁系统在广安电厂应用情况比较 2.3.1 可控硅整流桥的比较 广安电厂一期2x300MW发电机的“三机”励磁系统中的可控硅整流桥是将永磁机的交流输出整流为直流，输出到交流励磁机的磁场回路，是低电压、低电流、小容量的两路整流桥，是九十年代技术的国产设备。而二期2x300MW发电机的自病励励磁系统中的可控硅整流桥是将励磁变压器提供的交流电整流为直流，输出到发电机磁场回路，是高电压、大电流、大容量的三路整流桥，是我国生产制造技术进步的产物。自动励磁电压调压器均直接控制可控硅。
2.3.0 结构特点 由于“三机”他励励磁系统只能在主励磁机磁场回路中设置灭磁装置，发电机只能靠自然衰减灭磁，因此发电机的灭磁时间较长。同时，由于旋转部件较多，主、副励磁机均与大轴同时旋转，相对于静止的励磁变压器,故障几率高，主励磁碳刷和集电环系统故障时，停机时间长，因此要求励磁装置各部分必须十分可靠；轴系长，轴承较多，机组容易发生振动；且有两套碳刷和集电环分别供给主励磁机和发电机励磁电流，其成本较高，碳刷碳粉污染大，噪音大，维护工作量大。自并励励磁系统的静止可控硅整流通过碳刷和集电环供给发电机励磁电流，故碳刷和集电环的维护工作量相对较大。但是自并励励磁系统由于没有主励磁机、副励磁机等旋转部件，因而接线简单，工作可靠；同时由于没有励磁机和副励磁机，因而使发电机组的轴系缩短，减少了两个连接环节，因而减少了轴系固有扭振模式，大大降低了轴系扭振的振动幅值，提高了轴系稳定性。因此，缩短了汽轮发电机组基座也使投资减少。因此，发电机采用自并励励磁系统可以提高发电机运行的可靠性。 2.3.3 运行维护特点 “三机”他励励磁系统全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动干扰，强励能力不受发电机短路和电网电压大幅度下降的影响，可靠性高。自并励励磁系统正常运行时由于自动电压调节器调节可控硅导通角，从而直接调节供给发电机装置绕组的励磁电流，所以调节快速；而采用“三机”他励励磁时，则自动电压调节器是调节旋转交流主励磁机的励磁电流，其时间常数长。当然要受电力系统电压波动干扰，但随着电网的增大，这种影响将很小。 自并励励磁系统励磁响应速度快，其强行励磁时起始电压响应速度比较高，对于远距离输电满足电力系统动态稳定要求是非常有利的。虽然在发电机变压器组高压母线近处发生三相短路时，机端电压大幅下降，强励倍数受到影响，对系统稳定性有影响，但因电网都配有快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短路故障快速切除，一旦故障切除，发电机端电压即迅速恢复，由于其调节速度快，转子励磁电压在几个周波内就达到顶值。因此自并励励磁系统对改善暂态稳定效果比“三机”他励励磁系统效果好。 对于静态稳定，于“三机”他励励磁系统相比，自并励励磁可以有较大的电压放大倍数，能使发电机达到更大的极限功率角，从而可以提高电力系统的静态稳定。 2.3.4 安装维护特点 对“三机”他励励磁系统，其碳刷和集电环安装要求高，正常运行时维护量很大，必须经常性的对集电环-碳刷系统进行检查和精心维护，如维护不当会引起局部过热，产生火花和烧坏，清理碳粉，否则会降低励磁回路绝缘。故障检修工作量多。 对自并励励磁系统，其安装较为简单，因其少一套碳刷和集电环，其维护工作量较小，当然也要定期对集电环-碳刷系统进行检查维护，如维护不当也会引起局部过热，产生火花和烧坏，碳粉清理不当也将降低励磁回路绝缘。 “三机”他励和自并励励磁系统可以用常规方法测量转子电压和电流，监视发电机励磁回路的绝缘和故障。 2.3.5 经济性 由于“三机”他励励磁系统有主、副励磁机在发电机的大轴上；而自并励励磁系统无主、副励磁机及旋转整流装置在发电机的大轴上，从而缩短了发电机组的轴系，降低了发电机的造价；同时，缩短了汽轮发电机组基座长度也使投资减少。
3.自并励励磁系统的优缺点分析 通过大机组并网运行的实践以及对大型汽轮发电机采用自并励励磁系统的可行性分析，目前已普遍得出一个共性的结论，即随着电力网规模的不断扩大，大型汽轮发电机采用自并励励磁系统是可行的。大型汽轮发电机组采用自并励励磁系统对电力系统的稳定性、继电保护、汽轮发电机轴系的振动和安全性等提供了保障。 3.1 对系统暂态功角稳定的影响 大型汽轮发电机采用自并励励磁系统可以提高电力系统暂态电压的稳定性。大量运行实践表明：它不会降低系统的暂态电压稳定水平，而且可以提高系统的暂态电压稳定水平，甚至可以使某些条件下暂态电压不稳定的系统变为稳定。在对自并励考验最严峻的故障方式下（电厂高压线路出口三相短路），在较低强励倍数（在80％额定机端电压时，强励倍数为1.6倍）时，该机组配备自并励励磁系统时的电压水平与常规励磁系统相比基本相同，而全网均采用自并励励磁系统时，可以提高相同的暂态电压稳定水平。强励倍数提高后，改善电压稳定的效果明显。在大干扰故障切除后，采用自并励励磁系统，比采用常规励磁系统的电压恢复要快。 因此，广安电厂二期2x300MW汽轮发电机采用自并励励磁方式，发电机具有较高强励电压倍数只会对系统的暂态电压稳定水平有所改善，而不会对系统电压的暂态稳定带来不良影响。 3.3 对继电保护的影响 自并励励磁方式对继电保护是有影响的，特别是对发电机的后备保护。但是实际上，对于300MW机组经分相封闭母线接到主变压器后直接接入电网的接线方式，虽然由于采用了自并励流励磁方式在发电机机端多了一个可能的故障元件（励磁变压器），但由于发电机出口三相短路的几率很少，一般是不考虑真正的发电机机端故障（若真是机端故障，那么差动保护会在几十毫秒内切除发电机），考虑到最严重的故障形式应是主变压器高压侧三相短路。对于这样的短路形式，出现的几率也使很少，而且一旦出现，机组的快速差动保护能正确动作，短路电流不会影响继电保护动作。对后备保护，当发电机外部发生对称或不对称电路时，机端电压下降，励磁电流也随之增加，会对后备保护带来影响，但此问题可由发电机保护装置本身来解决，如过电流记忆的低电压保护、自保持的过电流保护、电压控制的过电流保护等，这些保护装置延时元件不再受电流值变化的影响，作为后备保护能可靠地动作并切除短路故障。还可以采用阻抗继电器作后备保护，或采用带电流记忆的低电压过电流保护等。在发电机机端三相短路时，励磁变输出电压为0，因此增加自并励强励倍数时，机端永久三相短路故障的发电机电流衰减，基本没有影响。 因此，广安电厂二期2x300MW汽轮发电机采用自并励励磁系统，不会影响主保护的可靠动作，也可以保证后备保护正确动作，切除故障。 3.4 对汽轮发电机轴系安全的影响 随着汽轮发电机组单机容量的增大和电网容量不断扩大，运行中不断出现新的问题，其中之一是机组轴系振动问题。在交流励磁机两端与副励磁机两端的轴系和轴振动大。如广安电厂一期#31机组的交流励磁机的#7轴振大达150um，经多次停机处理才消除。由于自并励励磁方式没有同轴旋转的励磁机和副励磁机，比他励励磁方式缩短了汽轮发电机组大轴，减少了轴系固有扭振模式，大大降低了轴系振动和扭振损坏的可能性，提高了整个机组的安全稳定性。到目前为止，尚未发生过自并励励磁的汽轮发电机轴系扭振破坏事故。 因此，广安电厂二期2x300MW汽轮发电机选用自并励励磁系统对改善发电机轴系的安全运行是十分有利的。 4. 自并励励磁系统曾经存在的问题 4.1 由于同步变压器设计容量偏小，在#33机组168小时试运行过程中，同步变压器发热冒烟，被迫中断168试运行，有东方电机厂增加一台同步变压器并联运行，才解决问题。 4.2 作为灭磁过电压保护回路的引导电阻R1、R2、R3的发热比较严重，#33机的R3温度可高达150℃（但小于东方电机厂的设计温度180℃），运行中我们采取空调降温可使该温度不超过110℃。后来在#33、#34机在灭磁过电压回路中并联了一个与R3阻值相同的电阻起分流作用，使R3的运行温度只高达80℃。 总之，采用自并励励磁系统发电机组比采用“三机”他励励磁系统发电机组造价低，性能价格比较高。据悉，已开工建设的广安电厂三期2x600MW汽轮发电机也将采用自并励励磁方式。
参考文献 〔1〕大型汽轮发电机励磁方式选型。168论文网。 〔2〕大型汽轮发电机采用自并励系统的可行性分析。《中国电力》1994（2） 〔3〕沁北电厂2x600MW发电机采用自并励时对系统稳定性的运行。1994（1） 〔4〕大型汽轮发电机自并励系统的应用条件。1994（12） 三亿文库3y.uu456.com包含各类专业文献、专业论文、各类资格考试、中学教育、生活休闲娱乐、54自并励励磁系统在广安电厂的应用等内容。　
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