励磁培训讲义(四川德阳东方电机控制设备有限公司编)

同步发电机励磁系统培训讲义四川德阳东方电机控制设备有限公司编前言•东方电机控制设备有限公司前身早在1964年诞生于东方电机厂内，当时分成设计、工艺、检查、采购和生产车间的形式分别隶属于各个职能部门。国家的每个五年计划中，东电控制人都承担了发电控制设备的研发攻关任务，先后研制生产了磁放大器式励磁调节装置、晶体管式励磁调节装置、晶闸管整流型励磁装置、集成电路励磁调节装置和微机型励磁调节器，是国内主要制造生产企业之一。研发、生产出的近五百套产品，有效地保证了国内如乌江、龚嘴、葛洲坝、铜街子、映秀湾、龙羊峡、安康、万安、漫湾、李家峡、宝珠寺、大朝山等大、中型水电站以及出口美国、加拿大、伊朗、叙利亚、土耳其、菲律宾、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿尔巴尼亚、缅甸、危地马拉等国家众多电站机组的正常运行，为国家的电力制造业和电力工业的发展做出了贡献。•但由于控制设备生产基地建设的初衷是解决国内水力发电设备成套供货问题，并且受计划经济体制的影响，当时国内采用的是发电设备成套供货模式。由于水电开发工程建设周期普遍很长，加之控制设备技术更新发展很快，随发电设备主机配套供货的当时认为成熟、可靠、有运行经验的产品，往往在机组投运时，控制设备在技术上便已显落后。此外，由于长期受计划经济体制的影响，励磁产品基本上都采用的是成套供货模式，整个东方电机没有单独的辅机销售人员，这无形之中使产品的研发和产品对市场的适应都相对滞后，不能很好地满足用户需求。•为了扭转这种局面以适应市场需求，2000年东方电机股份有限公司出资注册成立了全资子公司－东方电机控制设备有限公司。•东方电机控制设备有限公司是东方电机股份有限公司集销售、设计、工艺、采购、制造、质量检验到用户服务等各环节于一体成立的发电控制设备专业公司。公司成立的这五年多时间以来，始终以“始于用户所需，终于用户满意”为经营理念，改革、完善劳动用工制度，建立严明高效的内部管理机制，全面实施目标成本控制；努力开拓市场，以元器件全球采购、装置免维护设计以及产品实现“智能式”操作和维护为理念，升级完善现有产品，强化产品标准化、系列化工作，广泛与国际一流公司合作，提升技术水平，通过建立完善的质量保证体系，加强质量过程控制，提高服务意识和服务质量，公司技术开发、经营、生产取得了长足发展。公司的快速成长和发展，从另一个角度充分说明了东方电机控制设备•多年的技术储备和经验底蕴正逐步被市场认同；同时，大型国有企业作风严谨，功底扎实的优良传统和“重合同、守信誉”的良好信誉保障，也重新赢得用户的信任和青睐。•公司概貌•公司生产作业面积近8000m2，电气产品科研、试验基地2600m2。设计手段先进，配有多台HP工作站，引进了美国EDS公司UGII及ANSYS等大型工程软件包。生产、试验设备精良，拥有加工设备116台，各型动态试验机组四套，进口的发电机电力系统仿真装置，可进行励磁系统闭环试验、并网试验、PSS试验。2004年公司为了满足三峡项目励磁系统、燃气轮机项目励磁系统、SFC系统厂内生产、试验的要求，投资600多万元进行厂房改造和试验设备的升级更新，使生产能力大幅提高，改造后将拥有2600m2全新的、设备齐全和全封闭净化的科研、装配和试验厂房，用于电气设备生产与试验，拥有的七个专用励磁试验工位，能保证每月同时产出三峡同类型机组励磁系统两套。•公司以人为本，一支高素质的职工队伍，是企业走向成功的基础。东方电机控制设备有限公司拥有一支朝气蓬勃高素质的科技人才队伍，300多名职工中，大专以上学历占总人数的三分之二，其中博士研究生2名，硕士研究生33人（含工程硕士15人）。教授级高级工程师5人，享受政府特殊津贴的专家2人、高级工程师47人，工程师65人。•公司从事与励磁产品相关的专业技术人员共45人，全部拥有大学本科以上学历，具有10年以上工作经验并承担过大型工程项目的高级工程师占62%，工程师占31%，其中包括中国电机工程学会大电机专委会励磁分专业委员会副主任委员和委员（兼任秘书）各1名、顾问委员（原主任委员、副主任委员）2名。中国电机工程学会大电机专委会励磁分委会长期挂靠在我公司，为励磁技术的发展作出了应有的贡献。•为了公司长期发展的需要，公司成立了技术委员会，成员构成除公司内部各专业专家外，还聘请了国内各专业的多名知名专家为非执行委员。公司技术委员负责对公司执行的重大工程项目和科研开发项目进行项目评审、审批和技术监督。•公司设有技术开发部，负责公司新产品的开发，技术工程部负责公司工程项目组织实施和全过程管理。励磁专业设有专业总设计师，在总工程师的领导下，负责励磁产品的开发和设计的全部技术问题，并且针对三峡项目、燃机项目等国家重点项目，设立专门的项目小组，负责全部工作。•公司在产品设计上贯彻“始于用户所需，终于用户满意”的设计理念，始终把高可靠性和免维护性做为用户的最基本需要，严格按照有关的国家标准和国际标准以及技术协议和用户要求，以国际惯例和当前行业中成熟可靠的技术和控制理论为基础，来进行系统的设计和配置。以全球采购的原则来采购所需的元器件和部件，并且只选用标准的、成熟的、经过运行证明是可靠的元器件和部件，以保证系统可靠性及免维护性，并为用户备品备件提供帮助和支持。•“九五”、“十五”期间公司受国家有关部门的委托，负责三峡机组励磁系统国产化研究，以期达到国内能自主生产类似于三峡等级巨型机组励磁系统的水平。在新产品的科研开发上投入了大量经费，长期与国内著名高等院校（如清华、华中科技大学、浙江大•学、四川大学、重庆大学等）以及国外著名公司（如ABB、GE、Siemens、R-R等）进行技术交流、科研合作、技术引进与人员培训等全方位合作，使公司的技术水平和产品制造能力大幅度提高。•为了让我们与用户之间有很好的交流，我们特编写这本“励磁培训讲义”。目的是让用户了解和掌握我们产品的性能和使用方法，同时也介绍励磁系统的一些基本概念，加深对我们产品功能、特性的全面了解，使我们的产品更好的为用户服务。目录•第一章概述•1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用•1.2同步发电机励磁系统的发展简介•1.3同步发电机励磁系统的分类、组成和特点•第二章自并激励磁系统•2.1自并激励磁系统主电路的接线方式•2.2自并激励磁发电机的起励•2.2.1他励起励•2.2.2残压起励•2.3自并激励磁发电机短路过程的分析及短路电流计算•2.3.1自并激励磁发电机短路电流的特点•2.3.2自并激励磁发电机短路电流的计算•2.4自并激励磁发电机对继电保护的影响•2.5自并激励磁系统与电力系统稳定•2.5.1自并激励磁系统对静态稳定的影响•2.5.2自并激励磁系统对动态稳定的影响•第三章同步发电机励磁系统主回路的分析•3.1励磁变压器的分析•3.1.1两大类型干式变压器的比较•3.1.2关于“环保特性”•3.1.3市场前景展望•3.2三相晶闸管整流柜•3.2.1晶闸管的结构形式•3.2.2整流柜冷却方式•3.3同步发电机的灭磁•3.3.1常值电阻灭磁•3.3.2非线性电阻灭磁•3.3.3逆变灭磁•3.3.4灭磁方式的探讨•第四章励磁装置的保护•4.1过电压的来源及保护方式•4.1.1过电压的来源•4.1.2抑制过电压的措施•4.2过电流保护•4.3自并激励磁系统轴电压的保护•4.3.1轴电压的来源•4.3.2轴电压的防护•第五章微机励磁调节器•5.1励磁调节器的分类•5.2东方GES系列励磁调节器•5.3PCC励磁装置产品介绍•5.3.1概述•5.3.2PCC型的主要特点•5.3.3PCC型微机励磁调节器有以下主要功能•5.3.4PCC型微机励磁调节器的主要技术指标•5.3.5工作原理•5.3.6软件介绍•5.3.7励磁变压器•5.3.8晶闸管整流装置•5.3.9灭磁及过压保护装置•5.3.10起励方式•附东方GES型发电机励磁装置电站（厂）调试大纲第一章概述•1.1同步发电机励磁的含义及其调节作用•1.1.1发电机励磁的含义•发电机是将机械能转变为电能的机器，但它必须具备有三个条件：•a有磁场（转子）•b有导线（定子）•c有使导线切割磁力线的动力（水、汽轮机）。•因此，所谓发电机励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势的磁场。•E=BVl•E—发电机内电势•B—转子产生的磁通密度•V—发电机导线切割磁力线的速度•l—发电机定子导线的长度•从上式中可见，当V、l不变时，E是随Ｂ的改变（亦即随转子电流的大小）而改变。故而研究发电机励磁就是要控制转子电流使发电机满足电力系统各种工况的要求。•1.1.2发电机励磁的调节作用•a提高电力系统稳定运行的能力•电力系统无论受到任何扰动，通过调节同步发电机的励磁，使系统稳定运行的能力有所提高。•当电力系统受到小干扰或大干扰，导致同步发电机转速出现小的或者大的变速状态，使静稳定性或动稳定性亦或暂态稳定性将受到不利的影响。这时，励磁控制将使这种影响得到抑制或消除，保持同步发电机的同步稳定。•b维持电力系统的电压水平•发电机的内电势E与发电机端电压U、发电机的负载电流I及发电机电抗x的关系可由如下公式表示：XIjUE•当电网的负载增大时，亦即发电机电流I增大。从上式中可看出，如E不变，则发电机端电压U下降。如装有励磁调节器，则励磁电流（即转子电流）可随负载的增加而增加，亦即E增加而使发电机端电压U维持在一定的水平上。相反，在发电机甩负荷后，自动励磁调节器可以及时减少励磁电流以限制机端电压不致过份升高。自动调节发电机的励磁，可以维持供电系统的无功功率或功率因数保持恒定。电压恒定是供电质量的一个重要标志。•c提高发电机功率极限和电力系统传输功率的能力•d改善电力系统及同步发电机的运行状态：•提高继电保护装置的可靠性；•当系统发生短路故障时，通过调节励磁（强励），使短路电流衰减得很慢，甚至不衰减。这就保证了短路电流使继电保护装置在整定值及时间内准确可靠地动作。•平衡并网运行时各台发电机之间无功功率，使之合理分担系统所需无功；•当系统短路故障消除，自动调节励磁使其加快系统电压恢复；•通过控制励磁，除保持同步发电机的恒压运行外，还可以使系统作恒无功或恒功率因数运行，以提高电力系统运行的经济性。•1.2同步发电机励磁系统的发展简介•同步发电机传统的励磁方式是采用同轴的直流发电机作为励磁机，提供发电机的励磁电流。通过励磁调节器改变直流发电机的励磁，从而改变供给转子的励磁电压，以调节同步发电机的励磁电流。众所周知，这种励磁方式存在很多问题，如直流励磁机受制造容量限制；整流子和炭刷维护较麻烦；励磁调节响应较慢。这些问题使得这种励磁方式无法适应电力系统发展的需要。•半导体励磁就是为适应电力系统发展需要而出现的一种新的励磁方式，半导体励磁是采用大功率的硅整流器或晶闸管组成整流电路，用电子整流方式将交流变换成直流，取代直流励磁机用机械整流方式获得直流励磁电源。•从五、六十年代以来电力电子技术、计算机及现代控制理论等新兴科学相继在电力系统中得到应用并发展，这就为充分发挥励磁控制的作用，解决同步发电机和电力系统的稳定运行创造了条件。国内外的科技工作者相继研制成功强力式励磁调节器、电力系统稳定器、最佳励磁控制器和自适应控制器等，特别是微机被应用于同步发电机励•磁系统中，使半导体励磁技术有了一个质的飞跃。由于微机的应用使励磁调节功能得到了更大的扩展，为发展更大的同步发电机单机容量、电网的发展和提高电力系统稳定性、可靠性成为可能。•我公司在八十年代初就投入到微机励磁调节器的研制工作中去，相继研制成功单微机励磁调节器、双微机励磁调节器和三微机励磁调节器，并应用于同步发电机的励磁系统中去，取得了很好的效果。•1.3同步发电机励磁系统的分类、组成和特点•1.3.1同步发电机励磁系统的分类•同步发电机励磁系统可分成两大类，如下表所列带旋转部件的励磁他励方式直流励磁机加晶闸管电路控制直流电机的励磁电流交流励磁机1.加静止硅整流器2.加静止晶闸管整流器3.加旋转硅整流器（无刷励磁）4.加旋转晶闸管整流器（无刷励磁）全静态励磁自励方式励磁变压器加静止晶闸管整流器励