【正文】 小型水電站勵磁設備 全國農(nóng)村水電自動化培訓教材 （長江委陸水自動化研究所） 一 .農(nóng)村水電的概念 ? ㈠國內(nèi)小水電裝機及機組容量的發(fā)展 ? 小水電系指裝機容量 25MW及一下的水力發(fā)電站和以小水電為主的地方小電網(wǎng)。 ? 五十年代，一般稱 500kW一下的水電站為農(nóng)村小水電站；到六十年代，小水電的容量界限到 3MW 。 ? 六十年代末期小水電站的容量界限上升到 12MW。 ? 八十年代以后小水電站的定義也擴大到 25MW。 ? 九十年代后，國家計委、水利部進一步明確裝機容量50MW以下的水電站均可享受小水電的優(yōu)惠政策，并出現(xiàn)了一些容量為幾萬至二十幾萬 KVA的地方電網(wǎng)。 一 .農(nóng)村水電的概念 ? ㈡ 各國小水電的容量定義 (kW) 國家或國際組織 微型 (Micro) 小小型 (Mini) 小型 (Small) 國際小水電 100 101500 50110000 拉美能源組織 50 51500 5015000 中國 100 101500 50025000 水力發(fā)電與筑壩雜志 50100 3005000 1000050000 秘魯 550 51500 菲律賓 15000 美國 500 5012023 15000 越南 50 51500 5015000 一 .農(nóng)村水電的概念 ?㈢ 相關(guān)標準界定（含同步電機和水輪發(fā)電機） ? GB 1058589， GB/T74091997， ? SD29988， DL/T5832023。 ?中小型： 10WM以下機組 ?大中型： 10WM以上機組 二 .勵磁的形式 ?㈠旋轉(zhuǎn)勵磁機 rotating exciter 勵磁機（設備）與發(fā)電機同軸旋轉(zhuǎn)的整流方式 ?㈡靜止式勵磁 static exciter 從一個或多個靜止電源取得功率，使用靜止整流器提供直流電流的勵磁機 勵磁機（設備）是靜止的整流方式 ㈠旋轉(zhuǎn)式 ?⒈直流勵磁機方式 . exciter 一臺使用換向器與電刷提供直流電流的旋轉(zhuǎn)勵磁機，通過與發(fā)電機同軸的直流勵磁機所發(fā)出的直流電給主發(fā)電機勵磁的方式，見圖 —1。 圖 —1 直流勵磁機勵磁 ?采用一個它勵繞組的直流勵磁機 采用一個它勵繞組的直流勵磁機 用于穩(wěn)定控制的反饋 （ 要用時 ） 直流勵磁機勵磁繞組 勵磁控制輸入 同步電機 ㈠旋轉(zhuǎn)式 ? ⒉交流勵磁機 . exciter 使用整流器流器提供直流電流的旋轉(zhuǎn)勵磁機 ? ⑴帶有靜止整流器的交流勵磁機 . exciter with stationary rectifiers 帶有整流器的交流勵磁機，其輸出與同步電機勵磁繞組滑環(huán)上的電刷相聯(lián)結(jié)。見圖 —2 ? ⑵帶有旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵磁機（無刷勵磁機） . exciter with rotating rectifiers ( brushless exciter) 帶有勵磁機及與同步電機同軸的旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵磁機，其輸出不經(jīng)過滑環(huán)或電刷，而直接與同步電機的勵磁繞組相聯(lián)結(jié)。見圖 —3 圖 —2 ? 帶不可控靜止整流器的交流勵磁機 帶不可控靜止整流器的交流勵磁機 用于穩(wěn)定控制的反饋 交流勵磁機 勵磁控制輸入 同步電機 圖 —3 帶有旋轉(zhuǎn)整流器的交流勵磁機 ㈡靜止式勵磁 static exciter 從一個或多個靜止電源取得功率，使用靜止整流器提供直流電流的勵磁機。 ? ⒈電勢源靜止勵磁機 potential source static exciter 僅從電勢源（可以從同步電機出線端）取得功率并使用可控硅整流器的靜止勵磁機。見圖 —1。 ? ⒉從復合電源靜止勵磁機 pound sourcestatic exciter 從電流與電壓兩個電源（獨立取自同步電機機端）取得功率的靜止勵磁機。從兩個電源來的輸入可以在整流器的交流側(cè)或直流側(cè)取得，并且可以并聯(lián)或串聯(lián)，整流器可以設計可控的或不可控的。圖 —圖 —和圖 —3 。 圖 —1 ?電勢源靜止 圖 電勢源靜止勵磁系統(tǒng) 整流變壓器 同步電機 可替換 圖 —1 ?直流側(cè)串聯(lián) 圖 直流側(cè)串聯(lián) 、 電壓相加的復合源靜止勵磁機 電勢源變壓器 同步電機 電流源變壓器 電抗器 整流器及 可控硅整流器 圖 —2 ?交流側(cè)并聯(lián) 交流側(cè)電源并聯(lián)電流相加的復合源靜止勵磁機 電勢源變壓器 同步電機 電流源變壓器 整流器及 可控硅整流器 電抗器 圖 —3 ?交流側(cè)相加 交流側(cè)兩個電源電流相加的復合源靜止勵磁機 電勢源變壓器 同步電機 飽和繞組控制輸入 整流器 電抗器 電流源變壓器 三 .勵磁設備的技術(shù)要求（條件） ? GB/T1058589 中小型同步電機勵磁系統(tǒng)基本技術(shù)要求 ? GB/T 、中型同步電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求 ? DL/T 5832023 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件 ? DL/T 48992 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置試驗規(guī)程 ㈠使用條件 ? ⒈環(huán)境要求 (1) 使用地點的海拔高度不大于 3000m。 (2) 環(huán)境最高溫度 +40℃ 。 (3) 環(huán)境最低溫度 :采用水冷者為 +5℃ ,采用其它冷卻方式者為 10℃ 。 (4) 最濕月的平均最大相對濕度為 90%,同時該月的月平均最低溫度為 +25℃ 。 (5) 應能適應無爆炸危險的介質(zhì) ,無足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體 ,以及周圍較清潔和無劇烈振動的環(huán)境條件。 ㈠使用條件 ?⒉ 供電電源要求 (1) 交流 380/220V系統(tǒng) ,電壓偏差范圍為額定值的177。 15%,頻率偏差范圍為 3～ +2HZ； (2) 直流系統(tǒng) 220/110V系統(tǒng)，電壓偏差范圍為額定值的 20%～ +10%。 ㈡ 系統(tǒng)性能要求 ? 1. 勵磁系統(tǒng)應保證當發(fā)電機勵磁電流和電壓不超過發(fā)電機額定負荷下勵磁電流和電壓的 ，能長期連續(xù)運行。 ? 2. 勵磁系統(tǒng)強勵頂值電壓倍數(shù)的考慮，中小型機組的勵磁系統(tǒng)一般不小于 ，大中型機組的勵磁系統(tǒng)一般不小于 ，頂值電流倍數(shù)與頂值電壓倍數(shù)相同。當系統(tǒng)穩(wěn)定要求更高頂值電壓倍數(shù)時 ,按計算要求確定。頂值電壓倍數(shù)超過 2時，頂值電流倍數(shù)仍取 2。 ? 3. 勵磁系統(tǒng)在頂值電流情況下的允許持續(xù)時間：中小型機組的勵磁系統(tǒng)不小于 10s；大中型機組的勵磁系統(tǒng)不小于20s。但不得大于 50s ㈡ 系統(tǒng)性能要求 ? 4. 勵磁系統(tǒng)電壓響應時間不大于 。 ? 5. 勵磁系統(tǒng)應保證發(fā)電機機端調(diào)壓精度：小型機組不大于177。 %；中大型機組不大于177。 %。 ? 6. 勵磁系統(tǒng)應保證發(fā)電機機端電壓調(diào)差率在以下范圍內(nèi)可以調(diào)整： (1) 小型機組 :采用半導體型調(diào)節(jié)器時為177。 10%。采用電磁型調(diào)節(jié)器時為177。 5% (2) 中大型機組為177。 15%,級差不大于 1%。調(diào)差特性應有較好的線性度。 ㈡ 系統(tǒng)性能要求 ? 7. 勵磁系統(tǒng)應保證在發(fā)電機空載運行情況下，頻率值每變化 1％時，發(fā)電機端電壓的變化率： (1)小型機組：采用半導體型調(diào)節(jié)器時為不大于177。 %；采用電磁型調(diào)節(jié)器時為不大于177。 3% (2)中大型機組不大于177。 ％。 ? 8. 勵磁系統(tǒng)應滿足下列要求： (1) 空載177。 10%階躍響應：發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于 10％額定值；調(diào)節(jié)時間不大于 5s；振蕩次數(shù)不超過 3次。 (2) 發(fā)電機空載，轉(zhuǎn)速為 ～ ，突然投入勵磁系統(tǒng)，使發(fā)電機機端電壓從零上升到額定值時，小型機組超調(diào)量不大于額定電壓的 15%,中大型機組不大于 10%，調(diào)節(jié)時間不大于 5秒，振蕩次數(shù)不超過 3次。 (3) 當發(fā)電機突然甩掉額定有功負荷和額定無功負荷后，發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于 15％額定值；調(diào)節(jié)時間不大于 5s；振蕩次數(shù)不超過3次。 ㈡ 系統(tǒng)性能要求 ? 9. 電壓調(diào)節(jié)范圍： ⑴ 自動勵磁調(diào)節(jié)器電壓調(diào)整范圍： 10～ 110%額定電壓； ⑵ 手動勵磁調(diào)節(jié)器電壓調(diào)整范圍： 10～ 110%額定電壓。 ? 10. 在發(fā)電機空載運行狀態(tài)下，自動控制單元和手動控制單元的整定電壓變化速度，每秒應不大于額定電壓的 1%，不小于額定電壓的 %。