作为秋天的最后一个节气，霜降的来临意味着天气渐冷，初霜出现，冬天即将开始。时逢秋暮露成霜，几份凝结几份阳。霜降时节，气温变冷，空气干燥，养生这件小事更万万不可忽略。
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发电机励磁系统典型事故分析
1. 保护装置误报&转子回路一点接地&故障处理本文引用地址：(1)故障现象：励磁调节器起励，机端电压逐步建立，经过一个过渡过程后趋于稳定值，然而此时保护装置报&转子回路一点接地&故障，运行正常。利用转子电压表通过测量转子正、负极对地电压，两极对地电压均不为零，说明发电机转子没有发生一点接地故障。按保护装置的复归按钮，&转子回路一点接地&故障信号消失。(2)故障：保护装置中&转子回路一点接地&动作原理知道，保护装置根据转子电压判断转子接地故障。当励磁调节装置刚起励时，发出初励电源投入命令，转子电压升高，发电机电压上升，经过一段时间延迟后，励磁调节装置自动退出初励电源，由于励磁调节器机端电压初始参考值低于初励电源产生的机端电压，所以当初励电源退出后，转子电压会突然下降很多，进而转子电压反馈给保护，则保护装置认为是转子回路发生了短路致使转子电压突然下降了，所以保护报信号。将励磁调节器逆变灭磁后重新做试验，在励磁调节器起励前，手工增加励磁调节器电压参考值，保证大于初励电源产生的发电机端电压，重新起励升压后，发电机运行正常，保护装置没有发&转子回路一点接地&故障报警。(3)故障处理：本次事故说明保护装置的&转子回路一点接地&功能不够完善，其动作机理不够科学，容易误动，建议完善&转子回路一点接地&功能，或者更换为更为可靠的&转子回路一点接地&保护装置。在&转子回路一点接地&保护功能未完善前，调整励磁调节装置起励初始参考值，要求电压初始参考值大于初励电源产生的发电机端电压。2. 正常调节有功功率引起机组解列的事故处理(1) 事故现象：某电厂发电机组正常运行中，根据中调要求进行升负荷操作，在增加有功功率过程中，发电机输出无功功率由50MVar突然降低至-80Mvar，励磁调节装置发出低励限制信号，发变组保护装置报失磁保护动作，发电机解列，灭磁开关跳闸。(2)事故：事故发生后，检查所有的保护及异常信号，发变组保护装置除了失磁保护动作外没有其它任何事故报警，故障录波显示事故障发生时，发电机机端电压下降，无功功率进相至80Mvar，失磁保护正确动作;励磁调节装置除了发出低励限制信号没有其它事故报警信号，从励磁调节装置录波分析显示，励磁调节装置中电力系统稳定器输出突降至下限幅值(5%额定机端电压)，发电机无功急剧下降，进相运行后，励磁调节装置低励限制启动，但未来得及调节，发电机进相深度已满足失磁保护动作条件。根据当时只有有功功率增加操作，发电机励磁调节器采用PSS-1A型电力系统稳定器，因此分析认为事故的发生是因为PSS反调引起的。对于PSS-1A型电力系统稳定器来说，PSS本身无法判断发电机有功功率的增加是系统低频振荡引起的还是由原动机调节引起的，当原动机增大有功功率输出，PSS输出会降低发电机励磁电流，进而降低发电机无功功率，这就是PSS-1A型的&反调&现象。PSS-1A根据有功功率的变化调节发电机励磁电流，当发电机有功功率向上变化时，其&反调&幅度与有功功率变化幅度成正比，由于本次增加发电机有功功率幅度较大，速度较快，PSS的&反调&直接导致励磁电流的突然降低造成深度进相，导致发电机失磁保护动作解列。(3)事故处理：PSS-1A的&反调&现象对电厂和系统都是不利的，对于PSS-1A型电力系统稳定器可以在调节有功功率时增加闭锁PSS输出的功能，但目前电力系统不推荐这种方法;要消除这种&反调&现象最有效的方法就是采用PSS-2A或PSS-2B模型，目前国内外多家励磁调节器已具有该类模型电力系统稳定器，并在工程中得到大量使用。对励磁调节器的低励限制功能进行完善，事故过程励磁调节器最先发出低励磁限制信号，但由于低励限制功能作用太慢，没有限制发电机无功功率降低才导致发电机失磁保护动作，目前业界中低励限制调节方法有两种：一种采用在低励限制时增加电压参考值的方法限制无功功率下降，这种方法调节过程较平稳，但调节速度较慢;另一种在低励限制动作时直接切换为无功功率闭环调节，根据无功功率下降的幅度及速度进行调节，这种方法调节速度快，有助于发电机无功功率快速恢复至正常运行范围。3. 无功调差参数设置不一致切换导致发电机误强励事故分析(1) 事故现象：某电厂200MW机组处于发电状态，有功200MW，无功+100Mvar。励磁调节器正常工作中，A通道为主通道，B通道为从通道，处于备用状态，励磁调试人员观察励磁电流，进行通道切换试验，通道切换命令(A通道至B通道)发出后，励磁电流突然增大，励磁变压器保护动作，作用于发电机解列跳闸。(2) 事故分析：事故发生后，检查B通道和励磁变压器保护装置，结果表明B通道和励磁变压器保护装置均工作正常，重新开机，B通道也能正常带负荷运行。但发现当发电机空载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压无扰动;当发电机负载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压有明显的偏移，遂将事故原因分析重点放在A通道和B通道参数差异上，比较发现：A通道无功调差系数为0，B通道无功调差系数误设置为-15%。无功调差系数的定义为发电机无功功率为额定容量时，叠加在电压测量值的发电机定子电压的百分数。无功功率调差系数为-15%的含义为当发电机无功功率为额定容量时，发电机定子电压测量等效降低-15%，即相当于增加励磁电流直至发电机定子电压增加15%，事故发生时，无功功率(100MVar)近似为额定容量(235MVA)的42.5%，由于A通道无功功率调差系数为0，B通道无功功率调差系数为-15%，当励磁从A通道运行切换至B通道运行时，相当于发电机电压要增加6.37%，励磁电流急剧增加，超过励磁变压器保护启动值，延时后动作跳闸，发电机解列灭磁。(3) 事故处理：重新设置无功功率调差系数，A通道和B通道定值相同，发电机并网后重新做A通道和B通道切换试验，试验顺利完成，发电机定子电压、无功功率和励磁电流无明显变化。检查励磁调节器励磁电流过励限制定值和励磁变压器保护装置定值配合情况，保证出现误强励时，励磁调节器励磁电流过励限制先动作降低励磁电流，不能出现励磁变压器保护先动作于发电机解列。4. 近端负荷设置负调差引起发电机无功波动故障分析(1) 故障现象：某大型国企自备电厂60MW机组，原为老式模拟式励磁调节器，利用检修期间更换为微机型励磁调节器，励磁调节器调试完成后，发电机进行并网试验，试验期间发电机无功功率运行稳定，数天后，发电机重新开机后，发电机机端电压和无功功率出现长期不平息的波动现象。(2)故障分析：故障发生后，电厂和厂家技术人员对故障进行技术分析，对试验期间的录波数据和故障时的录波数据进行对比分析，结果显示前后的不同：试验期间发电机的负荷主要输出至高压母线(35KV)，再经由高压母线(35KV)供给企业使用;而故障时发电机的负荷主要供给低压母线(6.3KV)使用。重新对定值进行核算，无功调差系数设置为-4%，由于发电机主接线采用单元接线，因此调试人员根据励磁标准中无功功率调差设定的建议，选择无功调差系数为-4%，但是忽略低压母线负荷的作用，对于母线负荷而言，发电机定子与负荷之间阻抗为零，根据无功功率调差系数的物理意义，对于机端负荷较重的发电机组，其无功功率调差系数必须为正。(3)故障处理：将无功功率调差系数更改为4%后，发电机无功功率波动很快平息后，运行稳定。
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第一部分：
自动励磁调节装置概述
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。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。同步发电机励磁系统的自动控制在保证电能质量、无功功率的合理分配和电力系统运行的可靠性方面起着十分重要的作用。
①在正常运行工况下维持母线电压为给定水平，即起调压作用。
②稳定地分配机组间的无功功率。
③提高电力系统运行的动态性能及输电线路的传输能力。装有快速无失灵区励磁调节器的发电机可运行在人工稳定区，在系统事故下高顶值倍数的快速励磁系统能提高系统的暂态稳定度。
④励磁控制中引入镇定器后，可提供合适的阻尼力矩，有力地抑制低频振荡和改善电力系统动态品质。
励磁系统的组成
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。励磁系统是向同步发电机转子绕组提供励磁电流的系统，一般包括产生发电机励磁电流的励磁功率单元、自动励磁调节器、手动调节部分以及灭磁、保护、监视装置和仪表等。自动励磁调节器则是根据发电机电压和电流的变化以及其他输入信号，按事先给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁控制系统，构成如下图所示。它是由同步发电机及其电压互感器（TV）、电流互感器（TA）和励磁系统组成的一个反馈自动控制系统。
励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。
励磁控制系统主要作用原理
电力系统在正常运行时，负荷总是经常波动的，随着负荷的波动，电压就会发生变化，为了使电压在某一允许值范围，则需要对励磁电流进行调节以维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平。因此励磁自动控制系统担负了维持电压水平的任务。
发电机单机带负荷运行时，励磁控制系统的电压调节作用说明可用图7-2说明。FLQ是发电机励磁线圈，?G和?G分别为发电机定子电压和电流。在正常情况下，流经FLQ的励磁电流IL在同步发电机内建立磁场，使定子绕组产生空载感应电动势?q；改变IL的大小，就可使?q发生相应变化。发电机稳态运行的等效电路表达为
?q=?G+j?G Xd
式中Xd为发电机的直轴同步电抗
δ为?q和?G之间的夹角，即发电机的功率角；?Q和?p分别为发电机的无功和有功电流分量；φ为发电机的功率因数角。根据相量关系可以得出
Eqcosδ=UG+IQXd
一般δ的值很小，可近似地认为cosδ≈1，于是可简化为
Eq≈UG+IQXd
UG≈Eq-IQ Xd
式中Eq和发电机励磁电流IL成正比。当IL不变时，IQ变化将引起UG变化，即发电机单机带负荷运行时，电压变化主要是由定子电流的无功分量IQ的变化引起的。如果发电机无功电流IQ不变，改变IL，可以改变Eq，进而可以改变UG或使UG保持恒定，即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。
发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平由系统中无功电源发出的无功功率总和与系统中负荷所消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。由于单机容量相对电力系统中发电机总容量来说是有限的，因此改变一台发电机的励磁电流对电力系统电压水平的影响不会很大，而且电力系统的容量越大，这种特征越明显。当电力系统容量无穷大时，系统电压为恒定值，改变一台发电机的励磁电流对系统电压水平的影响为零。但是，由于电力系统中各节点电压是不相同的，因此，对并入电力系统的发电机电压UG随励磁电流变化的情况要做具体分析。
电力系统中有许多台发电机并联运行。为了保证系统的电压质量和无功潮流合理分布，要求合理控制电力系统中并联运行发电机输出的无功功率。合理控制包含两层意思：（1）每台发电机发出的无功功率数量要合理；（2）当系统电压变化时，每台发电机输出的无功功率要随之自动调节，调节量要满足运行要求。
为了使分析简化且突出主要矛盾，设同步发电机与无穷大电力系统并联运行，如图7-4，即发电机端电压不随负荷的变化而变化，是一个恒定值。同时假定发电机定子电阻为零，并忽略发电机凸极效应。由于发电机发出的有功功率受调速器控制，调速器是根据发电机频率变化动作的，而调节无功功率又不会引起发电机频率变化，因此机组发出的无功功率变化时，发出的有功功率PG为常数。根据电机学原理可得出下列表达式
PG=UG IGcosφ=常数
PG=Eq UGsinφ/Xd=常数
式中：φ为功率因数角；δ为发电机的功率角。
Eq sinδ=Xd PG/UG=常数=K2
IGcosφ=PG/UG=常数=K1
上式说明，当改变发电机的励磁电流时，感应电动势?q的端点只能沿虚线AA?变化；而发电机的电流?G的端点只能沿着虚线BB?变化。
当励磁电流IL由IL1增加到IL2时，发电机的各运行参数将由角标为“1”的量变为角标为“2”的量，如?q1→?q2,?G1→?G2, ?q1→?q2,
δ1→δ2等。可得出，?L2&?L1时，?q2& ?q1。由于发电机电压为定值，所以当励磁电流增加时，发电机发出的无功功率就增加了。同样的理由，当发电机励磁电流减少时，发电机发出的无功功率会减少。上述即无功功率调节得原理。
在实际运行中，与发电机并联运行的母线并不是无限大母线，系统等效阻抗也不等于零，因此母线的电压将随着负荷波动而改变。一台发电机的励磁电流的改变不但影响它自身的电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率，因此，同步发电机的励磁自动控制系统还担负着并列运行各发电机间无功功率合理分配的任务。
电力系统在运行中随时都可能遭受各种干扰，在各种扰动发生后，发电机组能够恢复到原来的运行状态或者过渡到另一个新的运行状态，则称系统是稳定的。其主要标志是在扰动结束后，同步发电机能够维持或恢复同步运行。电力系统分析可知，电力系统的稳定可分为静态稳定和暂态稳定。
静态稳定是指电力系统在正常运行状态下，经受小扰动后恢复到原来运行状态的能力。所谓小扰动是指在正常运行状态下的开关操作、负荷正常变化等。
暂态稳定是指电力系统在某一正常运行状态下突然遭受大扰动后，能否过渡到一个新的稳定运行状态、或者恢复到原来运行状态的能力。这里所谓大扰动是指电力系统发生某种事故，如高压电网发生短路或发电机被切除等。
1.励磁系统对静态稳定的影响
为简单的电力系统中，发电机经升压变压器、输电线和降压变压器接到受端系统。设受端母线电压U恒定不变。发电机的输出功率可写成
PG=Eq U sinδ/XΣ
式中：XΣ为系统总电抗，一般为发电机、变压器、输电线电抗之和；δ为发电机空载电动势?q和受端电压?之间的相角。
对应于某一固定空载电动势Eq值时，发电机传输功率PG是功率角的正弦函数，称为同步发电机的功角特性，如图7-6中曲线1。由电力系统分析知，当δ&90°时，发电机能稳定运行，当δ&90°时不能稳定运行，当δ=90°时，最大输出功率极限为Pm=Eq U/XΣ。
实际系统中，随着负荷的变化机端电压就会发生变化，为了维持机端电压，励磁控制系统就会不断调节励磁电流，这样就形成一簇不同的功角特性，将其不同的运行点连接起来，就得到励磁电流调节后新的功角特性，如图中曲线2，这条功角特性与原来曲线相比，有三点不同之处：（1）极限输送功率增加；（2）系统的静稳态储备增加；（3）稳定运行区域扩大，其扩大的部分称为人工稳定运行区。可见增加励磁调节器后系统的静态稳定性大大提高了，所以运行的发电机组都要装设自动励磁调节器。
2.励磁对暂态稳定的影响
电力系统在正常运行状态下突然遭受大扰动后，发电机组能否继续保持同步运行，是暂态稳定所研究的课题。以单机到无限大系统为例，设在正常运行情况下，发电机输送功率为PGo,在功角特性的a点运行，如图7-7所示。当突然受到某种扰动后，系统运行点由曲线I上的a点突然变到曲线Ⅱ上的b点。由于动力输入部分存在惯性，输入功率仍为PG0，但是输出所需功率减少，于是发电机轴上将出现过剩转矩使转子加速，系统运行点由b点沿曲线Ⅱ向F点移动。过了F点后，发电机输出功率大于PG0，转子轴上将出现制动转矩，使转子减速。在此加速、减速的变化摇摆过程中，发电机最终能否稳定运行取决于曲线Ⅱ与PG0直线间所现成的上下两块面积能否相等，即所谓等面积法。
在暂态过程中，发电机如能强行增加励磁，使受到扰动后的发电机组的运行点移到功角曲线Ⅲ上运行，这样不但减小了加速面积，而且还增大了减速面积。因而使发电机第一次摇摆时功率角δ的幅值减小。之后逐渐进一步减小。这样就有效地改善了同步发电机的暂态稳定性。当然，这要求发电机励磁系统具备快速响应特性，即一是要减小励磁系统时间常数，二是要尽可能提高强行励磁倍数。
当电力系统由于种种原因，出现短时低电压时，励磁自动控制系统可以发挥其调节功能，即大幅度地增加励磁以提高系统电压。这在下列情况下可以改善系统的运行条件。
1．改善异步电动机的自启动条件
电网发生短路等故障时，电网电压降低，必然使大多数用户的电动机处于制动状态。故障切除后，由于电动机自启动时需要吸收大量无功功率，以致延缓了电网电压的恢复过程。此时如系统中所有发电机都强行励磁，那么就可以加速电网电压的恢复，有效地改善电动机的运行条件。
2.为发电机异步运行创造条件
同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量的无功功率，造成系统电压大幅度下降，严重时甚至危及系统的安全运行。在此情况下，如果系统中其他发电机组能提供足够的无功功率，以维持系统电压水平，则失磁的发电机还可以在一定时间内以异步运行方式维持运行，这不但可以确保系统安全运行而且有利于机组热力设备的正常连续运行。
3.提高继电保护装置工作的正确性
当系统处于低负荷运行状态时，发电机的励磁电流不大，若系统此时发生短路故障，其短路电流较小，且随时间衰减，以致使带时限的继电保护不能正确工作。励磁自动控制系统就可以通过调节发电机励磁以增大短路电流，使继电保护正确工作。发电机励磁自动控制系统在改善电力系统运行方面可以起十分重要的作用。
第二部分：
同步发电机励磁自动控制系统是由发电机及其励磁系统组成的反馈自动控制系统。发电机励磁系统由自动励磁调节器和励磁功率单元组成。 自动励磁调节器分机电式励磁调节器、半导体励磁调节器和微机励磁调节器。励磁功率单元分为直流电源励磁和交流电源励磁。直流电源励磁的电源为专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机。交流电源励磁的电源分为交流发电机（称为交流励磁机）、串联变压器和并联变压器。不论是直流励磁机还是交流励磁机，一般都与发电机同轴旋转。整流器分为可控整流器和不可控整流器。
直流励磁机励磁系统
直流励磁机励磁系统是过去常用的一种励磁方式。由于它是靠机械整流子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难，这种方式只能在100MW以下中小容量机组中采用。直流励磁机是靠剩磁来建立电压的，按励磁机励磁绕组供电方式的不同，又可分为自励式和他励式两种。
下图为自励直流励磁机励磁系统原理图，发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电，调整励磁机磁场电阻改变励磁机励磁电流，从而达到人工调整发电机转子电流的目的，实现对发电机励磁的手动调节。这种励磁系统的特点是调节速度较慢。
他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，其原理接线图如下所示。副励磁机与主励磁机都与发电机同轴。他励比自励多了一台副励磁机。由于他励方式取消了励磁机的自并励，与自励方式相比，时间常数减小了，从而提高了励磁系统的调节速度。
在整流技术尚不成熟的过去，直流励磁机系统为同步发电机励磁的首选。这种励磁存在不少缺点：
（1）直流励磁机靠机械整流子换向，有碳刷和整流子等转动接触部件，维护困难，易发生故障；
（2）当发电机容量大于100MW时，用直流励磁机供给发电机励磁电流，换向问题难以解决；
（3）直流励磁机与同容量的交流励磁机或变压器相比，体积大、造价高；
（4）调节速度较慢。基于上述原因，直流励磁机励磁系统只用于100MW及以下的发电机，现在同步发电机已很少采用直流励磁机励磁系统。
交流励磁机励磁系统
随着整流技术的发展和大容量硅整流元件的出现，产生了交流励磁机励磁系统。这种励磁系统的励磁功率单元由与发电机同轴的交流励磁机和硅整流器组成，其中交流励磁机分为自励和他励两种方式；整流器又分为可控整流和不可控整流两种，每一种又有静止和旋转两种形式。这种励磁系统的自动励磁调节器有模拟式的，也有数字式的。这样，功率单元和调节器的各种不同形式的组合配用，使交流励磁机励磁系统的类型多种多样。
他励交流励磁机静止整流励磁系统
这种励磁系统也称为他励静止半导体励磁系统。交流励磁机和交流副励磁机与发电机同轴旋转。
交流副励磁机配有一个自励恒压调节器维持其端电压为恒定值。交流副励磁机输出的交流电经过可控硅整流器整流后给交流励磁机励磁。由于交流励磁机的励磁电流不是由它自己供给的，所以称这种励磁机为他励交流励磁机。
交流励磁机输出的交流电经过不可控硅整流器整流后变成直流，供给发电机作励磁电流。在这种励磁系统中，自动励磁调节器通过控制可控硅整流元件的控制角改变交流励磁机的励磁电流，来控制发电机励磁电流。
由于交流副励磁机的启励电压比较高，不能像直流励磁机那样依靠剩磁启励，所以，在机组启励时必须外加启励电源，直到交流副励磁机输出的电压足以使自励恒压调节器正常工作时，启励电源方可退出工作。
这种励磁系统的特点：
（1） 由于取消了直流励磁机，不存在换向问题，而交流励磁机的容量可以做的很大，所以这种励磁系统的励磁容量不受限制。
（2） 因为交流励磁机和副励磁机与发电机同轴，且自成体系，励磁不受电网干扰，所以可靠性高。
（3） 由于晶闸管的控制角变化很快，发电机的励磁电流可以很快变化，也被称为快速励磁系统。它的性能励磁较好，满足大型发电机励磁的要求。
（4） 交流励磁机的时间常数较大，而且由于控制环节多，使得这种励磁系统的时间常数较大。为了减少系统的时间常数，励磁机转子采用叠片式结构，并提高了交流励磁机的频率，以减小励磁机时间常数，同时高频率还会使整流器输出的直流纹波减小，使整流电路中变压器体积减小，滤波器容量减小。因此这种励磁系统中励磁机的频率常采用100～150HZ，而副励磁机的频率则采用400～500HZ。
（5） 有转子滑环和碳刷。滑环和碳刷是转动接触装置，需要一定的维护工作量，且易发生火花，不利于防火。同时对于大容量发电机励磁电流很大，难以通过滑环和碳刷将巨大的转子电流引入转子绕组。
（6） 加长了机组主轴长度。由于机组主轴上串上了励磁机和副励磁机，加长了机组主轴的长度。这对于火电厂会增加厂房的宽度（机组横向布置时）或长度（机组纵向布置时）；对于水电厂会增加厂房高度。这些会使发电机主厂房的土建造价增加。
自励交流励磁机静止整流励磁系统
这种励磁系统与他励静止半导体励磁系统属于同一类型的系统，有许多相同之处。区别在于这种励磁系统取消了副励磁机，自动励磁调节器通过控制晶闸管整流器中可控硅元件的控制角直接控制发电机的励磁电流。这种励磁系统与他励静止半导体励磁系统相比有以下特点：
（1）由于取消了副励磁机，由可控硅整流器直接控制发电机励磁电流，所以时间常数小，快速性好；
（2）缩短了机组主轴长度，可以减少电厂的占地和土建投资；
（3）本励磁方式中，励磁机的容量要大些，因为它的额定工作电压就要满足强励顶值电压的要求。
（4）可控硅整流器控制的电流大，需要的可控整流设备容量大。
交流励磁机旋转整流励磁系统
这种励磁系统的原理接线如下图，就结构而言它属于他励交流励磁机励磁系统的一种。两种励磁系统有许多相同之处，但也有区别。区别在于：
（1）交流副励磁机为永磁发电机。
（2）交流励磁机的励磁绕组和电枢绕组的位置与一般发电机相反：励磁绕组在定子上静止不动，电枢绕组放在转子上和发电机同转旋转
（3）发电机和励磁机都没有碳刷。
因为交流励磁机的励磁绕组在定子上而电枢绕组在转子上，且永磁发电机磁极也在转子上。这样，在发电机转子、交流励磁机的电枢绕组、硅整流器和副励磁机的永磁极都在同轴旋转。所以不需要由滑环和碳刷将励磁整流器的输出和转子绕组连接起来，可以直接连接在一起。因此实现了无刷励磁。
这种励磁系统的特点：
（1）解决了巨型机组励磁电流引入转子绕组的技术困难，为制造巨型机组提供了技术保证。
（2）取消了滑环和碳刷，维护量小，电机的绝缘寿命也更长。
（3）由励磁机独立供电励磁，励磁不受电网干扰，且无刷环磨损之忧，所以可靠性高。
（4）整流器的元器件是随转子一起转动的，由此引起了一系列技术问题：无法实现转子回路直接灭磁；无法对励磁回路进行直接测量（如转子电流、电压，转子绝缘等）；无法对整流元件的工作情况进行直接监测；要求整流器和快速熔断器等有良好的力学性能，能适应高速旋转的离心力。
目前，无刷励磁技术已经在现代大型机组上广泛应用。
静止励磁系统
静止励磁系统是指这种系统中励磁电源直接取自同步发电机端励磁变压器或励磁变流器，所有设备与地面都是相对静止的。这种励磁系统分为自并励和自复励两种形式。
自并励励磁系统
下图是这种励磁系统的原理接线图。自并励励磁系统方式，发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变降压、可控硅整流器整流后给发电机励磁。发电机励磁电流通过自动励磁调节器控制晶闸管的控制角进行控制。由于励磁变压器是并联在发电机端的，且发电机向自己提供励磁功率，这种励磁系统有如下优点：
（1）结构简单、可靠性高、造价低、维护量小。
（2）没有励磁机，缩短了机组主轴长度，可减少电厂土建造价。
（3）直接用可控硅控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度，可以近似地认为具有阶跃函数那样的响应速度。
对于自并励励磁系统人们曾有过两点疑虑：
（1）在发电机端三相短路而切除时间又较长的情况下，由于励磁变压器原边的电压为零，励磁系统能否及时提供足够的强励电压。
（2）由于短路电流的迅速衰减，带时限制的继电保护能否正确动作。
针对上诉疑虑，有关方面曾做过认真分析和试验研究。例如，对300MW水轮发电机组分别配用自并励系统和他励系统进行动模实验和理论计算。动模实验结果表明，在发电机端突然三相短路时，两种励磁系统的发电机短路电流上升速度和最大值基本一致，最大值均为额定电流的2.80倍；短路后0.5S自并励系统发电机短路电流衰减到2.65倍，只衰减了5.36%，并不比他励系统衰减得快多少，只是在短路0.5S以后两者的差别才明显起来。这是因为大中容量的发电机转子时间常数较大，转子电流要在短路0.5S以后才显著衰减。而且动模实验和理论计算的结果基本相符。这说明，自并励系统并没有人们所想像的那么严重的缺点。考虑到高压电网中重要设备的主保护动作时间都在0.1S之内，且都设有双重保护，因此没必要担心继电保护问题。
这种励磁系统适合在大中容量的发电机上应用。对于中小型机组，由于转子短路电流衰减较快，继电保护配合较复杂，要采用一定的技术措施以保证保护正确工作。
自复励励磁系统
这种励磁系统的原理接线如下图所示。图中GLH是串联变压器，也称作功率电流互感器，作用是把发电机电流取出一部分经过整流后作为发电机的励磁电流。这种方式称为复式励磁，简称为复励。经过励磁变压器降压、整流后作为发电机励磁电流的方式称为自励。自励和复励两部分输出的直流并在一起，共同供给发电机励磁系统的方式称为自复励励磁方式。
自复励励磁方式的特点是：当电力系统短路时，自励部分会因为发电机电压下降而降低励磁能力，复励部分会因发电机电流增加而增加励磁能力，两者相辅相成，弥补了自并励方式单独由发电机电压供给发电机励磁电流的不足，它可以保证在机端短路时有足够的强励能力。这种自复励励磁方式出现在自并励方式之前，现在已经较少采用了。
励磁系统名词介绍
励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节屏、控制屏、灭磁屏和整流屏几部分组合而成。
自动调节励磁的组成部件一般都有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器等。励磁装置需要提供以下电源：厂用AC、厂用DC控制电源，厂用DC合闸电源；需要提供以下空接点：自动开机、自动停机、并网；需要提供以下模拟信号：发电机机端电压、发电机机端电流、母线电压、励磁装置输出等；以及继电器接点信号：励磁变过流、失磁、励磁装置异常等。
励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关、助磁电路、风机、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过压的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于一给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。对于采用励磁变压器作为励磁电源的还具有整流功能。
（1）自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。
同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。
调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。
励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。
限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。
必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
励磁回路中的灭磁开关，就是用于快速降低励磁回路中的电流的开关。因为励磁回路感抗很大，切断电流是很困难的，所以要安装专用的灭磁开关。开机建压前，就要投入灭磁开关，在发电机停机或事故情况下，跳开灭磁开关切断励磁回路电流，达到快速降低发电机电压的目的。
灭磁开关：简称FEB,(FIELD CB)，作用：
（1）是迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路
（2）迅速熄灭发电机内部的磁场。
灭磁开关灭磁，是在灭磁开关主接点断开前先通过一个灭磁接点接入灭磁电阻，也就是使转子回路并联灭磁电阻，然后断开主接点，在灭磁开关主接点断开后由于灭磁接点把灭磁电阻并联在转子一起，励磁绕组能量转移到灭磁电阻发热消耗完成灭磁目的
逆变灭磁是在灭磁命令发出后，励磁调节器控制可控硅--通常是三相全控桥-的控制角大于90度，此时可控硅处于逆变状态，它把励磁绕组能量吸入到励磁变压器及定子消耗掉通常。 正常停机采用逆变灭磁--无机械动作，无火花，无污染，但如果调节器及可控硅等有故障将不成功。
发电机事故情况下利用跳灭磁开关迅速灭磁;迅速消耗发电机磁场的能量（转化为热能）。保护动作灭磁应采用灭磁开关灭磁--强制灭磁--可靠，及时调节器及可控硅等有故障，也能成功灭磁移能型灭磁开关，它在灭磁时将励磁电流及磁场能量迅速转移到灭磁电阻中衰耗，本身基本不吸能量。
励磁系统中的整流电路
整流电路是励磁系统中必备的部件，整流电路的作用是将交流电压转换成直流电压，对发电机运行有重要影响。现代整流电路大多是由整流二极管和可控硅整流管（又称晶闸管或可控硅）构成的。由整流二极管和晶闸管构成的整流电路型式多样，在同步发电机励磁系统中大都采用三相桥式整流电路。三相桥式整流电路又分为三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路三类。
励磁系统中整流电路的任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机励磁绕组。大型发电机的转子励磁回路通常采用三相桥式不可控整流电路；发电机自并励系统中采用三相桥式全控整流电路；励磁机励磁回路通常采用三相桥式半控整流电路或三相桥式全控整流电路。
（来源工程客）
编辑:兰陵王
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