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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励磁控制系统的分类
在电力系统发展初期，同步的容量不大，励磁电流通常是由发电机组同轴的直流发电机供给的。随着发电机的容量的提高，所需励磁电流也相应增大，于是直流励磁机逐渐不能满足需要，其原因有：1.直流励磁机受到制造容量的限制；2.整流子炭刷维护困难，且易发生故障；3.调节速度较慢。这些问题均使得直流励磁机无法适应电力系统发展需要，取而代之的是由大功率元件和交流发电机构成的交流励磁机磁系统。
下面对几种常见的励磁系统作简要介绍。
（一）直流励磁机励磁系统
直流励磁机励磁是过去常用的一种励磁方式。由于它是靠机械整六子换向整流的，当励磁电流过大时，换向就很困难，所以只能在100MW以下中小容量机组中采用。直流励磁机大多与发电机同轴，它是靠剩磁来建立电压的。
（二）交流励磁机励磁系统
其励磁功率可靠，不受电力系统或发电机机端短路故障的影响，即励磁功率电源取自发电机意外的独立的并与其同轴旋转的交流励磁机，故称之为他励。根据交流励磁机的数量以及是旋转还是静止的，可以分为四种：1.他励静止硅整流励磁系统；2.他励旋转硅整流励磁系统；3.他励旋转硅整流励磁系统；4.他励旋转晶闸管整流励磁系统。
（三）发电机自并励静止励磁系统
这种励磁系统中没有转动部分，所有设备与地面都是相对静止的；发电机励磁功率取自发电机机端，经过励磁TR降压，晶闸管整流桥U整流后供给发电机励磁。发电机励磁电流通过自动励磁调节装置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，且发电机想自己提供励磁功率，所以这种系统叫做自并励励磁系统。这种自并励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，缩短额机组主轴长度，可减少电厂土地造价。（3）直接用晶闸管控制转子电压，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，由于励磁变压器一次侧的电压为零，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，带时限的继电保护能否正常工作。
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