【正文】 南京南瑞電氣控制公司 1 目 錄 第一章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用及分類 ............................... 1 167。2 6 PSS 原理 ...................................................................................................... 44 2 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 1 第一章 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的作用及分類 167。 規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機運行電壓不得低于額定值的 90％；當發(fā)電機電壓低于 95％時，發(fā)電機應限負荷運行。 如果發(fā)電機變壓器單元在高壓側(cè)并聯(lián) ,因為變壓器有較大的電抗 ,如果采用無差特性 ,經(jīng)變壓器到高壓側(cè)后 ,該單元就成了有差調(diào)節(jié)了。此曲線亦稱內(nèi)功率特性曲線。為區(qū)別 Eq 等于恒定值時的內(nèi)功率特性曲線 ,當 Eq 隨負載而變化的功率特性曲線稱之為外功率特性曲線。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限理論值 PM=?XUUs ，具體數(shù)值也取決于微動態(tài)穩(wěn)定的條件。 4 在圖 13(b)中曲線 1表示雙回路供電時的功率特性曲線 ,其幅值等于 : ?? XEqUsPm 其中 XΣ =Xd+XT+Xe/2。其后 ,因輸出電磁功率減小 ,轉(zhuǎn)子開始加速 ,功率角開始增加。減小加速面積的有效措施之一是加快故障切除時間 ,而增加減速面積的有效措施是在提高勵磁系統(tǒng)勵磁電壓響應比的同時 ,提高強行勵磁電壓倍數(shù) ,使故障切除后的發(fā)電機內(nèi)電勢 Eq 迅速上升 ,增加功率輸出 ,以達到增加減速面積的目的。段 ,由此在故障切除前減少了加速面積 (由 abcd減少到 abc’ d)。在 — 定的運行方式及勵磁系統(tǒng)參數(shù)下，電壓調(diào)節(jié)作用在維持發(fā)電機電壓恒定的同時，特產(chǎn)生負的阻尼作用。 、 它勵交流勵磁機系統(tǒng)（三機它勵勵磁系統(tǒng)） 它勵交流勵磁機系統(tǒng)原理如圖 15所示。其典型原理圖如圖 18所示。我國近年來在大型發(fā)電機上廣泛采用自并勵方式 。 PMGF 調(diào)節(jié) 器kz自動勵磁PTFLQCTACL 圖 19無刷勵磁系統(tǒng)接線原理 無刷勵磁系統(tǒng)中，主勵磁機（ ACL）電樞是旋轉(zhuǎn)的，它發(fā)出的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)的二極管整流橋整流后直接送發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路。 在主發(fā)電機定子槽中嵌有單獨的附加諧波繞組。有些問題，例如不同的發(fā)電機三次諧波繞組及發(fā)電機參數(shù)應如何合理選擇等，還待進一 步研究。高壓側(cè)可加裝高壓熔斷器，也可不加。勵磁變壓器的聯(lián)接 組別，通常采用 Y/△組別， Y/Y— 12組別通常不用。對三相全 控橋，當負載為感性負載時，控制角在 0o～ 90o之間為整流狀態(tài)（產(chǎn)生正向電壓與正向電流）；控制角在 90o～ 150o（理論上控制角可以達到180o考慮到實際存在換流重疊角，以及觸發(fā)脈沖有一定的寬度，所以一般最大控制角取 150o）之間為逆流狀態(tài)（產(chǎn)生負向電壓與正向電流）。勵磁調(diào)節(jié)器測量發(fā)電機機端電壓，并與給定值進行比較，當機端電壓高于給定值時，增大可控硅的控制角，減小勵磁電流，使發(fā)電機機端電壓回到設定值。 隨著計算機的快速發(fā)展，發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器在不斷發(fā)展和完善，當今的勵磁調(diào)節(jié)器大多已經(jīng)采用微機作為硬件的載體，它已經(jīng)不再單純地提供自動調(diào)節(jié)功能，在勵磁調(diào)節(jié)器的內(nèi)部同時提供了手動調(diào)節(jié)功能、開環(huán)控制功能或稱純手動功能。其控制簡圖如圖 23所示。 、微機調(diào)節(jié)器的主要組成部分 隨著微機技術(shù)的發(fā)展，除去因為接口等方面增加帶來硬件復雜程度上升外，勵磁調(diào)節(jié)器的硬件逐漸被簡化，這主要因為，原先需要通過硬件來實現(xiàn)的許多功能已經(jīng)完全可以由軟件來實現(xiàn)，而只需要提供足夠充分的模擬量信息接口，并把這些信息轉(zhuǎn)換成計算機可以接受的模擬量信號并進行采樣，然后把采樣的信息存放在一些變量中，供計算機使用即可。有關(guān)標準規(guī)定此時間常數(shù)不得大于 50ms。某些可控硅裝置即可工作于整流狀態(tài)，也可工作于逆變狀態(tài)，可稱作變流或換流裝置。因為可控硅管在承受正向電壓的同時還須在觸發(fā)脈沖 ug的觸發(fā)下才能導通。這樣在負載上得到的直流輸出電壓 ud的波形如圖 217（ d）所示。 時，表達式為 ????????c o i n232126562 UttdU　U　d ??? ??? 當 30176。直到ω t3時刻， b相的SCR2接受觸發(fā)脈沖而導通， SCR1才被迫關(guān)斷。 、三 相全波半控整流電路 三相全波半控整流電路如圖 220（ a）所示。到ω t2時刻的 e點， c相電位開始低于 b相電位，共陽極組元件間發(fā)生自然換流，電流從 b 相的 D6轉(zhuǎn)移到 c 相的 D2，導 通元件為 SCR1和 D2，輸出電壓 ud為線電壓 uac。在ω t1ω t3期間， a相電位高， b 相的 SCR3未加觸發(fā)， c相電位最低，輸出電壓 ud的波形就是 uac。一直持續(xù)到ω t4時刻， b相才觸發(fā)導通。ω t2ωt3期間 c 相電位最低。當α＞ 600 時，波形是不連續(xù)的，每周期內(nèi)有三個波頭，每個整流元件的導通角＜ 1200。 比值 Ud/U2隨α變化的關(guān)系曲線，如圖 225所示。另外也可以采用“雙脈沖觸發(fā)”的方式，即本元件被觸發(fā)的同時，還送一觸發(fā)脈沖給前一元件，以便整流橋剛投入時構(gòu)成電流的最初的通路，其后整流電路便進入正常工作狀態(tài)。參看圖 226，在ω t0ω t1 期間， a 相的電位最高， b相的電位最低，有可能構(gòu)成通路。 圖 227是α =300時三相全控橋的電壓波形。即由 SCR1與 SCR6構(gòu)成通路，輸出電壓為 t2時刻 uab=0，輸出負載電流 id有減小的趨勢。 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 25 這樣，輸出電壓 Ud將按圖 229（ C）中線電壓的波形（畫有陰影線的部分）交替出現(xiàn)正負部分。 2) 逆變工作狀態(tài) 在ɑ＞ 90176。 時逆變輸出電壓的波形。 圖 231（ɑ）和（ b）分別為ɑ =150176。 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 27 圖 230 逆變工作狀態(tài)（α =120176。 (b) α =150176?？捎孟率奖硎救嗳貥蛟谀孀児ぷ鳡顟B(tài)時的反向直流平均電壓，即 Uβ =(180176。 和 (β =0176。 如果逆變角小于上述二角之和（δ +γ），則可能造成逆變換流失敗，前一應關(guān)斷的元 28 件關(guān)斷不了，后一應開通的元件不能開通，還有可能使某一回路的可控硅元件連續(xù)通流而過熱。但是在ω t2時刻雖然 Ubc=0，但 SCR6需要一個換流時間與關(guān)斷時間，不可能在ω t2瞬刻關(guān)斷，而要遲延一個時間。 的整流運行狀態(tài)，突然后退到ɑ大于 90176。當 b相電位高， a相電位低時，在電感電勢 eL的作用下電感 L向交流側(cè)放電 ；而當 a相電位高， b相電位低時，交流電源又向電感 L充電。 滅磁系統(tǒng)的一般要求： （ 1） 在發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生短路時，滅磁時間應盡可能短； （ 2） 在滅磁過程中，轉(zhuǎn)子繞組兩端產(chǎn)生的過電壓應在繞組絕緣允許的范圍內(nèi)，即滑環(huán)間容許的過電壓值。 這類滅磁方式在國內(nèi)是主要的滅磁方式。 與機械開關(guān)比較它沒有觸頭磨損，易于維護，成本也低。也可以采用超導材料串入回路，在需要滅磁時使超導材料失超。如下圖： 32 圖 235 交流滅磁接線圖 圖 236 交流滅磁時，勵磁電壓錄波圖 交流滅磁是利用可控硅陽極電源負半周輔助實現(xiàn)的一種滅磁方式，交流滅磁勵磁電壓波形如圖 236所示。 值得注意的是，交流滅磁需要考慮以下兩種情況： 第一，需要考慮機端三相短路。所以在配備了跨接器的情況下，可以單獨采用交流滅磁。采用碳化硅滅磁時與氧化鋅非線性電阻滅磁設計的原則類似。具體參見附錄 [4]。 ZnO非線性電阻的能容量不是設計中最重要的因素，因為 ZnO容量基本能夠滿足滅磁支路最大允許電流時的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 35 能容，而非線性滅磁電阻的損壞主要是由短時過電流以及長期老化引起。第二，理論上同樣配比的材料燒制出的閥片的能容與閥片的體積成正比，所以同樣截面的 ZnO閥片，殘壓較高的閥片應該具有較大 的能容。而閥片的實際能容都在 30KJ以上，大多數(shù)閥片的最大能容在 5060KJ以上。 、滅磁設計需要考慮的幾個問題 ZnO（這里以及文中其他地方所提到 的 ZnO 均是指低場強高能量的非線性 ZnO 電阻）與SiC相比有較強的非線性特性，在滅磁過程中磁場電壓幾乎不變，滅磁速度快，可以使發(fā)電機的滅磁更接近于理想滅磁，因此在我國得到了廣泛的應用。二是認為在空載發(fā)電機勵磁失控誤強勵的工況來考核。如三峽滅磁設計甚至可以在兩重以上故障情況下可靠滅磁。 當然，采用封閉母線的發(fā)電機組發(fā)電機機端短路可以認為基本不存在，一般勵磁變到整流橋之間短路幾率也比較小。當然這樣滅磁時間會比較長，按轉(zhuǎn)子時間常數(shù) Td0進行衰減，而且滅磁過程中最多只能利用滅磁開關(guān)兩個斷口的弧壓。 4)交流滅磁 滅磁對于汽輪發(fā)電機來講，要相對容易一些。電力電子器件將在滅磁中發(fā)揮更大的作用。 3） 電子開關(guān)并聯(lián)移能滅磁 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 31 在前些年，國內(nèi)一些廠家將滅磁開關(guān)建壓任務，轉(zhuǎn)移到了電力電子器件上來。 2） 機械開關(guān)并聯(lián)移能滅磁 機械開關(guān)串聯(lián)于勵磁主回路，滅磁耗能電阻并聯(lián)與轉(zhuǎn)子兩端，這是這類滅磁方式的接線方式。 25 滅磁及過壓原理 、滅磁 滅磁系統(tǒng)的任務是以盡快的速度消滅磁場能量，使得發(fā)電機電壓消失，使得事故降低到最小。 ??idSCR 1+LRSCR 6a+beL??idSCR 1+LRSCR 6ab+eL ( a ) ( b ) 圖 232逆變換流失敗后電感放電與激磁的交替過程 (a)放電； (b)激磁 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 29 在逆變時若交流電源的電壓消失，則轉(zhuǎn)子勵磁繞組能量不能反饋到交流電網(wǎng)去，可控硅元件之間無交流電壓的作用而不能實現(xiàn)換流，最后已導通的一組可控硅元件在勵磁繞組感應電勢 eL 的作用下持續(xù)導通，處于續(xù)流狀態(tài)，直到電感中能量放完。 如果不是在ω t2 時刻，而是提前一段時間，即相應提前β min角（約取 30176。加有觸發(fā)脈沖，由 SCR1與 SCR6構(gòu)成逆變的通路。最小逆變角可由下式?jīng)Q定 ： β min＞γ +δ （ 28） 其中δ代表可控硅關(guān)斷時間 t0ff相應的電角度。隨著控制角ɑ的變化，逆變角β在 0176。 ɑ叫作逆變角。 (b)相電壓波形 。從這些波形可以看到，六個橋臂上的可控硅元件，每個元件都是連續(xù)導電 120176。 時， SCR1接受觸發(fā)脈沖而導通，這時 Uab雖然過零開始變負，但電感 L上阻止電流 id減小的感應電勢 е較大，使 eLUab仍為正，故 SCR1與 SCR6仍在正向陽極電壓下工作。 ，則加到發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電壓變負，能訊速進行減磁。ɑ =90176。到ω t’ 2時刻， SCR2接受觸發(fā)脈沖，此時 c相電位最低，故 SCR2導通并將 SCR6關(guān)斷，電流從 SCR6換流到 SCR2。 然而當α＞ 600后，輸出電壓 ud的瞬時值將出現(xiàn)負的部分，如圖 229中的（ c）和（ d） 。電流的通路換成： a→ SCR1→ R→ SCR2→ c。由于工作于整流狀態(tài)時通常共陰極組是在相電壓的正半周時觸發(fā)，共陽極組是在負半周時觸發(fā)，故接在同一相上的兩可控硅的觸發(fā)脈沖，例如 a相的 ug1與 ug4,b相的 ug3與 ug6， c相的 ug5與 ug2，相位應該差 1800。) 0 30 60 90 120 150 180I 2 / I dU d / U 2I D / I dI SCR / I d 圖 225 三相半控橋有關(guān)電量與α的關(guān)系 、三相全波全控整流電路 在三相全波整流接線中，六個橋臂元件全都采用可控硅管，就成為圖 226（ a）所示的三相全波全控整流電路。 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)培訓教材 南京南瑞電氣控制公司 21 圖 223控制角α改變時輸出電壓波形的變化圖 圖 224計算 Ud的積分面積