发电机励磁调节器原理解读.doc

发电机励磁调节原理水轮发电机励磁的自动调节1 水轮发电机的励磁方式同步发电机将旋转的机械能转换成为电能,在转换中需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式:从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机;从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机 2由交流励磁机供电的励磁方式这种励磁方式的发电机(GS采用交流励磁机(G1提供励磁电流G1与GS同轴,它输出的交流电流经整流后供GS励磁,因此属于他励方式若G1的励磁电流由自身提供,则G1为自励方式;若G1的励磁电流由另外一台励磁机(称为交流副励磁机G2提供,则G1为他励方式而G2可以是具有自动恒压装置的交流发电机,并且G2输出的交流电流经整流后供G1励磁交流副励磁机交流励磁机励磁同步发电机他励他励永磁机励磁他励励磁 优点:设备少、结构简单、维护方便;缺点:在发电机或系统发生短路时,由于电压的大幅下降或消失,导致励磁电流的下降或消失,而此时本应大大增加励磁(即强行励磁来维持电压的考虑到现代大型电网多采用封闭母线,且高压电网一般都装有快速保护,认为有足够的可靠性,故采用自并励的机组较多自复励方式为了克服自并励方式在发生短路时不能提供较大的励磁缺点,发电机还可采用自复励方式。

与自并励方式相比,自复励方式除设有整流变压器外,还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器(亦称串联变压器其原理是,当短路故障发生时电压降低,但电流却巨增,则串联变压器的作用是将该电流转换成为励磁电流因此,这种励磁方式具有两种励磁电流,即整流变和励磁变的励磁电流 2 水轮发电机的有关特性和调节励磁电流的方法由于电力系统电能质量和无功功率的要求,水轮发电机的励磁电流在运行中需要经常进行调节为了说明调节励磁电流的必要性和实现调节励磁电流的自动调节装置的任务,先作如下讨论:1水轮发电机的有关特性调节励磁电流是为了实现电压和无功功率的调节: 发电机失去稳定后,若不及时减小导叶开度τ,则转速将升至很高,可使发电机遭到破坏同时,由于f G与f sys不同,发电机的定子中将出现很大电流,同样会导致发电机破坏此外,并列运行的发电机失去稳定,还会给电力系统带来严重事故反之,若在b点运行时,扰动使δ角减小Δδ,则发电机输出功率增大,出现负的剩余功率此时,机组将减速,δ继续减小,一直到a点经过一系列振荡后达到新的平衡状态而稳定下来由于发电机时刻在小的扰动下运行,因此发电机不可能在b点稳定运行若发电机工作在a点(功角为δ1,则微小扰动使δ增加Δδ时,发电机的输出功率将增大,而出现负的剩余功率。

这样,机组将减速,使δ角减小,最后仍回到a点运行;若扰动使δ1减少Δδ,则情况相反,但最后也仍回复到a点运行由上述分析可知,在发电机励磁电流和导叶开度不变的条件下,虽然功角特性上有两个对应于输入功率Pn的运行点,但只有其中的a点dP/dδ>0是可以稳定运行的 B暂态稳定问题和动态稳定问题除静态稳定性之外,电力系统和水电站在运行过程中还可能受到较大而又突然发生的冲击或扰动(如发电机、变压器和输电线的投入或切除,以及发生短路或断线故障等此时,系统的功率、电流和电压将突然发生大幅度的变化,由于水轮机调速系统存在惯性,不能立即改变输入水轮机的功率,故在机组大轴上将出现不平衡力矩,从而使机组转速发生变化,结果功角δ也发生变化,δ变化后,又要相应地引起功率、电流和电压的变化在这种情况下,一个保持静态稳定的系统可能遭到破坏综合考虑这些变化过程,属于暂态稳定和动态稳定的范围暂态稳定是指系统遭受短时间大扰动后,在第一个摇摆周期内,各同步发电机保持同步而不失步,并过渡到新的稳定状态的能力在暂态稳定分析时,认为发电机转速和大轴上的输入力矩为定值通常对于短路、故障切除、重合闸等,由于机组的转速变化不大,只考虑功角δ的变化,属于暂态稳定问题。

动态稳定是指系统受到某些大扰动后,在较长期过程中保持和恢复发电机同步运行,由衰减的同步振荡,过渡到稳定状态的能力动态稳定分析必须考虑发电机转速和发电机电势Ed的变化,有时还应考虑负荷的动态特性和发电机的异步转矩的影响通常对于大型机组的启动与制动、同步发电机的异步运行、再同步及非同期合闸等较大而突然发生的冲击和扰动的分析采用动态稳定当系统发生扰动时,快速增大发电机的励磁电流,将对暂态和动态稳定产生有利的影响 3 自动调节励磁装置的任务及其要求1自动调节励磁装置(AVR的任务维持发电机端电压水平并且合理分配各机组的无功负荷;提高电力系统运行的稳定性和输电线路的传输能力;提高带时限动作继电保护的灵敏度;加速短路后的电压恢复过程和改善异步电动机的启动条件;改善自同期或发电机失磁运行时电力系统的工作条件;防止水轮发电机突然甩负荷时电压过度升高2对自动调节励磁装置(AVR的要求工作可靠AVR装置本身发生故障,可能迫使机组停机,甚至可能对电力系统造成严重影响有足够的输出容量AVR的容量既要满足正常运行时调节的要求,又要满足发生短路故障时强励的要求动作迅速采用快速动作的AVR对改善系统的稳定性和提高输送能力具有重要意义。

无失灵区没有失灵区的AVR有助于提高系统的静态稳定性4 强行励磁、强行减磁和自动灭磁1强行励磁发生短路时,电力系统和水电站的电压可能大幅度降低此时,为保证系统稳定运行和加快切除故障后的电压恢复,应使发电机的励磁电流迅速加大到顶值,既实行强行励磁一般而言,具有直流励磁机的发电机,若调节装置本身的强励作用不够,即需加装专门的强行励磁装置;采用可控硅整流的他励和自励发电机,通常可不再设专门的强行励磁装置 强励倍数是指强励时实际可达的最高励磁电压Uex.max与额定电压Uex.n的比值:Kq=Uex.max/Uex.nKq值越大越好,采用直流励磁机的强励倍数一般约为1.8—2.0强励倍数与励磁机的饱和程度和励磁机励磁回路的电阻等因数有关采用可控硅励磁的发电机,其强励磁倍数与他励方式的直流或交流励磁相比,可提高4倍 3自动灭磁发电机内部或其出口短路时,除了断开发电机出口断路器外,还必须迅速切断发电机的励磁电流,以使转子磁场消失,短路电流不复存在发电机的转子具有很大电感,在切断电流时,如何在很短的时间内使转子磁场中储存的大量能量迅速消释,而不至产生危及转子绝缘的过电压是一个重要问题采用直流励磁机的自动灭磁装置的原理如图所示。

为了切断转子电流,在发电机的励磁回路设置了灭磁开关KmKm具有动合接点Km1和动断接点Km2正常工作时,Km1闭合,Km2断开,发电机处于正常励磁状态故障时,发电机断路器和灭磁开关将同时断开其动作顺序是:Km2先闭合,灭磁电阻并入转子回路;然后Km1断开,切断发电机转子电流由于Rm2先投入并消耗了转子储存的能量,因此避免了在转子绕组中产生过高的电压。