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勵磁培訓書第4版最終版-文庫吧在線文庫

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【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
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