【正文】 性和穩(wěn)定性，而且可以提高發(fā)電 機及其電力系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標。 WX21Z— 085LLT 150MW 發(fā)電機采用的是靜態(tài)勵磁方式，也稱為機端自并勵勵磁系統(tǒng)，指的是發(fā)電機出口處裝設有一臺降壓的勵磁變壓器通過晶閘管向發(fā)電機提供受控的勵磁電流，其顯著特點是整個勵磁裝置中沒有旋轉的勵磁機部分，電源來自靜止的變壓器所以又稱為靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。這種系統(tǒng)沒有轉動部分，勵磁系統(tǒng)接線相對簡單，維護簡單，造價低，而且是一種高起始響應系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)也有缺點，當發(fā)生發(fā)電機機端短路時，勵磁電壓會嚴重下降，以至完全消失。實XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 10 際證明，在短路開始的 內(nèi)，靜態(tài)勵磁與它勵方 式的勵磁能力是很接近的，只是在短路 以后才明顯下降。因此，只要發(fā)變組裝設了動作時間小于 的快速保護，就能滿足靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的要求。 自動勵磁調節(jié)器概述 自動勵磁調節(jié)器是發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)中的控制設備，其基本任務是檢測和綜合勵磁控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息，即發(fā)電機的端電壓、靜子電流、轉子電流、有功功率、無功功率、發(fā)電機頻率等，并產(chǎn)生相應的控制信號，控制勵磁功率單元的輸出，以達到自動調節(jié)勵磁、滿足發(fā)電機及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的需要。 自動勵磁系統(tǒng)主要作用分析 控制發(fā)電機機端電壓 在系統(tǒng)正常運行條件下，勵磁 調節(jié)系統(tǒng)供給同步發(fā)電機所需要的勵磁功率，根據(jù)不同的負荷情況，自動調節(jié)勵磁電流，以維持機端或系統(tǒng)某點電壓在給定水平上。根據(jù)發(fā)電機的外特性曲線可知，造成發(fā)電機空載電勢與端電壓差值的主要原因是負荷電流中無功電流的大小，如果發(fā)電機的勵磁電流保持不變時，當負荷的無功電流越大時，端電壓降低也越嚴重，發(fā)電機的外特性曲線就是保持發(fā)電機轉速不變，發(fā)電機的負載和負載功率因數(shù)為常數(shù)的情況下，發(fā)電機端電壓隨負載變化的曲線。我們所說的負載一共可以分為三類，即電感性負載、電容性負載、電阻性負載，發(fā)電機在接帶這三種不同的負載時所對應的外特性曲線是不一樣的，容性負載的增大使發(fā)電機端電壓上升，而阻性和感性負載的增大使發(fā)電機端電壓下降。從電力系統(tǒng)實際情況來看，XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 11 負載都是阻性與感性的一種綜合，當發(fā)電機接帶這種綜合負載時，發(fā)電機電樞反應的結果是將發(fā)電機氣隙磁場削弱并扭曲，這就必然會使發(fā)電機的感應電勢減小，因而使發(fā)電機的端電壓降低，就必須增加轉子勵磁電流以增強主磁場，從而補償由于電樞反應引起氣隙磁場被削弱的程度。 控制無功功率分配 發(fā)電機輸出的無功功率和勵磁電流有關，調節(jié)勵磁可改變發(fā)電機輸出的無功功率。在實際運行中，改變勵磁會使端電壓和輸出無功功率 都 發(fā)生變化，但端電壓變化較小，而輸出的無功功率會有較大的變化?？刂撇⒙?lián)運行的發(fā)電機之間的無功功率分配是勵磁系統(tǒng)的重要功能，通過控制勵磁調節(jié)器的調差單元，可保證并聯(lián)運行發(fā)電機組的無功功率得到合理分配。調差率的定義是自動勵磁調節(jié)器的調差單元投入，電壓給定固定不變，發(fā)電機的功率因數(shù)為零的情況下 ，當發(fā)電機的無功負荷從零變化到額定值時，用發(fā)電機額定電壓百分數(shù)表示的機端電壓變化率。發(fā)電機端電壓的調差率反映了在自動勵磁調節(jié)器的作用下發(fā)電機端電壓隨發(fā)電機無功輸出的變化，有三種調差特性，一是無調差特性、二是正調壓特性、三 是負調壓特性。兩臺或兩臺以上發(fā)電機并聯(lián)運行，若都為無差特性，則無功功率分配不穩(wěn)定，是隨機的，或者一臺發(fā)電機電壓高，另外一臺發(fā)電機電壓低，而無功功率由電壓低的發(fā)電機承擔。一臺有差和一臺無差的發(fā)電機并聯(lián)運行，則或者兩臺承擔的無功功率相同，無功功率變化由有差特性的發(fā)電機承擔，或人工調節(jié)無差發(fā)電機勵磁電流，改變其工作點。兩臺或兩臺以上發(fā)電機XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 12 并聯(lián)運行時，按調差系數(shù)大小分配無功功率，調差系數(shù)小的分配到的無功功率多，調差系數(shù)大的分配到的無功功率少。 在正常和事故情況下能提高系統(tǒng)的靜穩(wěn)和動穩(wěn) 根據(jù)發(fā)電機的功角特性可知， 發(fā)電機在功角特性曲線上升段運行時，發(fā)電機是穩(wěn)定的，在功角特性曲線下降段運行發(fā)電機是不穩(wěn)定的，所以說發(fā)電機的靜穩(wěn)極限是功角為 90 度，如果勵磁系統(tǒng)具有按電壓偏差調節(jié)的勵磁調節(jié)器，發(fā)電機運行在功角特性曲線上升段的某一點上，若勵磁電流不變，當發(fā)電機的負荷電流增加時，即發(fā)電機的功角增大，而發(fā)電機的端電壓要減小一些，這時發(fā)電機的自動勵磁調節(jié)器將增加勵磁電流，使發(fā)電機的靜穩(wěn)工作點將過渡到波幅較高的一條功角特性曲線上，同理，當功角再增大時，勵磁調節(jié)器又增加發(fā)電機的勵磁電流，發(fā)電機的靜穩(wěn)工作點又將過渡到波幅更高的一條功角曲線 上，自動勵磁調節(jié)器按電壓偏差調節(jié)的放大倍數(shù)越大，發(fā)電機維持機端電壓的能力越強，發(fā)電機電勢增加越大，功角特性曲線波幅越高，發(fā)電機的穩(wěn)定極限功角就越大。由上可知，性能優(yōu)良的勵磁系統(tǒng)改善了實際的運行功率特性，提高了功率輸送極限，而且擴大了穩(wěn)定區(qū)，使發(fā)電機能在功角大于 90 度的區(qū)段運行，我們通常把這一區(qū)段稱為人工穩(wěn)定區(qū)。 勵磁調節(jié)系統(tǒng)對動穩(wěn)的影響。 為了提高靜態(tài)穩(wěn)定特性，希望自動勵磁電壓調節(jié)器具有較大的放大倍數(shù)，然而高放大倍數(shù)，高起始響應的勵磁調節(jié)器在某些情況下容易產(chǎn)生負阻尼，使系統(tǒng)的動態(tài)特性變壞，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩 的可能性增加，XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 13 所謂負阻尼，就是說當發(fā)電機功角增大時，即功角增大，則相應的制動轉距也應增大以減小振幅，可是由于勵磁系統(tǒng)的相位滯后，勵磁調節(jié)器反而產(chǎn)生了（減小制動轉距）的相反作用，這樣就使得振幅增大，也就是說由于發(fā)電機功角的變化引起發(fā)電機反饋電壓的變化，而發(fā)電機電磁轉距的變化滯后于反饋電壓的變化，所以產(chǎn)生了負阻尼轉距分量，如果負阻尼轉距大于機組的自然阻尼和電樞反應去磁效應產(chǎn)生的正阻尼作用，則機組就會產(chǎn)生振蕩。用 Pss 裝置來解決這一問題。（見后） 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中關于強行勵磁的問題 強勵：當電力系統(tǒng)由于發(fā)生短路事故 ，造成系統(tǒng)電壓下降，這時發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)能在極短的時間內(nèi)，將發(fā)電機的勵磁電流增大到一定數(shù)值，以保證發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性，同時也是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定最經(jīng)濟、最有效的手段這之一。 勵磁系統(tǒng)強勵性能的主要指標有： 勵磁頂值電壓倍數(shù)（即勵磁電壓強勵倍數(shù)）它是指強勵期間勵磁功率單元可能提供的最高輸出電壓與發(fā)電機額定勵磁電壓之比。強勵倍數(shù)高，可使發(fā)電機電勢升高，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。 勵磁系統(tǒng)電壓響應時間或勵磁電壓響應比。電壓響應時間是指在發(fā)電機勵磁電壓為額定勵磁電壓時，從施加階躍信號起至勵磁電壓達到最大勵磁電壓與額 定電壓之差的 95％所花費的時間。勵磁系統(tǒng)電壓響應時間等于或小于 的勵磁系統(tǒng)稱為高起始響應的勵磁系統(tǒng)，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)就屬于高起始響應的勵磁系統(tǒng)。 XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 14 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)概述 1．靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的組成： 由機端勵磁變、大功率晶閘管構成勵磁功率單元部分，它的作用是向發(fā)電機轉子繞組提供直流勵磁電源。由機端TV、 TA、勵磁變副邊 TA、轉子電壓、轉子電流、等電氣反饋量與微機裝置共同構成勵磁調節(jié)部分，它的作用是根據(jù)發(fā)電機的不同運行工況，自動的調節(jié)勵磁功率單元輸出勵磁電流的大小，以保證發(fā)電機安全穩(wěn)定運行。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的工作原理 ： 大型發(fā)電機在啟動時，由于轉子剩磁小，發(fā)電機自建壓困難，所以需要借助外部啟勵電源對發(fā)電機轉子線圈提供初始勵磁電流，使發(fā)電機靜子電壓升至一定水平后，機端勵磁變低壓側輸出的交流電，通過晶閘管整流后向發(fā)電機提供正常的直流勵磁電流，而啟勵電源自動退出工作，這時 AVR 根據(jù)設置好的運行方式控制晶閘管導通角的大小，而自動的調節(jié)發(fā)電機勵磁電流的大小，保證發(fā)電機的端電壓的給定運行水平。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中的名詞及術語解釋 晶閘管：晶閘管是一種大功率的整流元件，它的整流電壓可以控制，當供給整流電路的交流電壓一定時，輸出電壓能夠 均勻調節(jié)，它是一個具有三個極的半導體器件。分別是陽極、陰極、和控制極，在整流電路中，晶閘管陽極、陰極在承受正向電壓的時間內(nèi)，在控制極加上觸發(fā)脈沖，這時晶閘管將交流電整流為直流電輸出，如果改變控制極觸發(fā)脈沖的輸入時刻，即改變晶閘管控制角的大小，在負載上可以得到不同數(shù)值的直流電壓。在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中我們把晶閘管也稱之為功XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 15 率柜，一般一臺發(fā)電機設有兩臺輸出電流完全相同的功率柜，而滿足不同的運行工況即單柜滿足額定，雙柜滿足強勵。功率柜是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中的核心元件之一，它能否穩(wěn)定運行決定發(fā)電機能否穩(wěn)定運行， 150MW 發(fā)電 機額定勵磁電流是 1344A，在正常情況下兩臺功率柜并聯(lián)運行，平均分配勵磁電流，晶閘管的結溫不應超過 115 度，這種大功率的晶閘管都設有冷卻系統(tǒng)，每個功率柜設有兩組風機對其進行吹風冷卻。 整流：交流變直流。即 AC— DC 逆變：直流變交流。即 DC— AC AVR：自動勵磁（恒電壓）調節(jié)裝置的英文縮寫。 FCR：手動勵磁（恒電流）調節(jié)裝置的英文縮寫。 滅磁：將發(fā)電機轉子繞組中的殘余磁場能量轉換為其它形式的能量消耗掉。 XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 16 發(fā)電機靜態(tài)勵磁系統(tǒng)圖 靜 態(tài)勱磁系統(tǒng)中各 TV、 TA 及各功能裝置的作用： 1TV、 3TV— 給 AVR（兩套）提供電壓反饋量，是有功功率、無功功率計算的依據(jù)。 AVR 勵磁變 同步變 1TV 3TV 1TA 晶閘管 + 轉子線圈 可控硅跨接器 MK 啟勵接觸器 啟勵電源 TA 分流器 XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 17 機端 TA 的作用：給 AVR 提供電流反饋量，是有功功率、功功率計算的依據(jù)，同時也是防誤逆變的依據(jù) 勵磁變副邊 CT 的作用：給 AVR 提供一個電流反饋量，是過勵、欠勵、強勵判據(jù)之一。 BOD 板：檢測出發(fā)電機轉子繞組正向過電壓時，給可控硅跨接器中晶閘管的控制極一個觸發(fā)脈沖，讓其導通。 過電壓檢測器：它能反應出發(fā)電機轉子繞組正向及反向過電壓，并將這一信號上傳裝置及 DCS 系統(tǒng)報警。 可控硅跨接器： 在轉子繞組發(fā)生正、反向過電壓時，導通晶閘管或二極管，將轉子繞組磁場能量消耗在滅磁電阻上，主要作用是 滅磁。防護轉子繞組過電壓。它由 BOD 檢測板、正向晶閘管、反向二極管、耗能電阻、過電壓動作檢測器共同構成，請參照靜態(tài)勵磁系統(tǒng)圖。 起勵裝置：給發(fā)電機提供一個初始的勵磁電源，使發(fā)電機定子繞組建壓。由發(fā)電廠的直流系統(tǒng)或交流系統(tǒng)整流后供電。 5S 內(nèi)建壓至額定電壓的 10%（靜子），起勵裝置自動退出。 勵磁電流：給 AVR 提供一個勵磁電流的反饋量，作為恒電流調節(jié)的依據(jù)，同時也是過勵、欠勵、強勵的輔助判據(jù)。 同步變的作用 ： 給 AVR 裝置提供 24V 裝置電源， 當晶閘管具備導通條件時，提供移相觸發(fā)信號，即提供控制脈沖與晶閘管整流橋電源同步。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ PSS）的作用：并列運行的發(fā)電機在小干攏下發(fā)生的頻率 — 范圍內(nèi)的持續(xù)振蕩現(xiàn)象叫低頻振蕩。低頻振蕩產(chǎn)生的XXXX 發(fā)電有限責任公司電氣專業(yè) 培訓教材 18 原因是由于電力系統(tǒng)的負阻尼效應，常出現(xiàn)在弱聯(lián)系、遠距離，重負荷輸電線路上，在采用快速、高放大倍數(shù)勵磁系統(tǒng)的條件下更容易發(fā)生。而 PSS 就是為了解決快速、高放大倍數(shù)勵磁系統(tǒng)的上述危害，由勵磁系統(tǒng)提供的一種軟件控制功能，它使用轉速、頻率、有功功率做為輸入信號， 經(jīng)計算機處理，產(chǎn)生一附加控制信號，從而抑制低頻振蕩。而 PSS 裝置在發(fā)電機并網(wǎng)后才能發(fā)揮作用，電氣值班員根據(jù)調度員的命令從 AVR 控制菜單中投入或退出這一功能。它的投入能提高系統(tǒng)靜穩(wěn)、動穩(wěn)特性，阻尼發(fā)電機低頻振蕩所帶來的危害。但是發(fā)電廠一般不使用此項功能。 勵磁調節(jié)方式： 勵磁調節(jié)方式從控制上講分為自動與手動兩種、從使用方式上分為發(fā)電機并網(wǎng)前及發(fā)電機并網(wǎng)后兩種、按調節(jié)依據(jù)的不同可分為恒電壓、恒電流、恒無功、恒功率因數(shù)調節(jié)，恒電壓、恒無功、恒功率因數(shù)調節(jié)為自動調節(jié)功能，恒電流調節(jié)為手動調節(jié)功能，