自动装置-第五章-同步发电机自动调节.doc

第五章 同步发电机自动调节励磁第一节 概述一、励磁系统1、概念：供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备2、组成：励磁机（或其它励磁供电设备）L（ZB、 GLH）手调励磁装置 RC自动电压调节器 ZTL 自动灭磁装置 MK 自动调节励磁装置 强行励磁装置 QLC 强行减磁装置 QJC 二、自动调节励磁装置的作用（略讲）1、保持端电压于定值（f 独立运行）⊿P↑→ U↓→ iL↑→ U↑ U 恒定 负反馈2、维持系统电压，实现无功分配（f 联网运行）Ux↓ → i L↑→ Q↑→ U x↑ Ux 恒定⊿U Q 合理分配（K dc）3、利于系统静态稳定（小扰动）功角特性：P e= sinδdxE 2sin12dqxU其中：P e——发电机传送有功功率δ—— 与 （系统母线电压）相位差dE或各发电机转子空间位置 = +jdEUdxI有励磁调节： =Ed 不 变， s2 失步s1=s3 稳定运行在新的平衡点 i5、机组甩负荷，强行减磁，限制 过压机组内部故障，迅速灭磁三、组成自动电压调节器（ZTL）、强励、强减、 灭磁四、对 ZTL 的基本要求第二节 小型水轮发电机的励磁方式一、励磁方式1、分类：↗相复励（移相电抗分流） （1）自励→自并励、自复励（可控硅）↘谐波励磁（三次谐波） 特点：由发电机本身提供励磁电流优点：运行维护简单缺点：受系统影响大↗直流励磁机（2）它励 ↘交流励磁机特点：由发电机本身以外的电源供电优点：可靠性高，受系统影响小缺点：造价高，运行维护复杂2、常用励磁方式：（1）直流励磁机励磁系统（它励）iL=iZTL+iZL励磁电源：L调节方法：手调 RC；自动调节 iZTL（⊿U）优点：励磁电源可靠缺点：碳刷、换向器维护麻烦， 调节速度慢，容量受限制（100MW 以下机组），机组长度增加（2）交流励磁机励磁系统（它励）a、静止整流器励磁系统励磁电源：L调节方法：ZTL优点：维护简单，无换向器 缺点：仍有滑环、碳刷b、旋转整流器励磁系统（无刷励磁）如上图，红色虚框为旋转部分优点：无碳刷、换向器，维护简单缺点：励磁回路无法监测；整流装置需承受较大离心力；灭磁慢3、自并励可控硅静止励磁系统励磁电源：ZB调节方法：ZTL优点：无碳刷、换向器磨损及环火缺点：强励性能取决于机端电压4、直流侧并联的自复励可控硅静止励磁系统励磁电源：ZB（电压源）；GLH（电流源）复励电流取决于：定子电流 i；iZTL空载：i=0（GLH 无输出），由 ZB 提供 iL负载：ZB ↘→i LGLH ↗短路：I d↑ GLH 提供 强励 iL开机：ZB、GLH 无输出， 设起励装置优点：强励电流大； 两个励磁电源互为备用，避免失励5、交流侧串联自复励可控硅静止励磁系统励磁电源：ZB；GLH——铁芯带气隙的电抗变压器合成电势 →可控硅整流→i LaE（反映 Uf、If、cosφ 大小，相复励特性）优点：相复励特性（相位补偿）——cosφ↓→U f↓ 补偿（I L↑）缺点：GLH 激磁电抗大，效率低6、三次谐波（自励恒压）励磁系统励磁电源：发电机定子槽中一组独立谐波绕组优点：自动调节性能（P↑→谐波电压 U↑→i L↑→U↑）；强励性能（短路→谐波电压 U↑→i L↑→U↑ ）复习提问：1、励磁系统概念、作用对象及组成2、自励、它励区别3、自并励、自复励区别4、相复励箱位补偿含义第三节 继电强行励磁和强行减磁一、强励的作用概念：系统电压急剧下降时迅速将发电机励磁电流增至最大值的自动装置 作用：P79二、强励性能的衡量指标1、励磁电压上升速度定义：强励时第一个 0.5s 时间内测得的强励电压 上升平均速度，用额定励磁电压倍数表示υ= sUsodace/12/（一般 υ=0.8~1.2 1/s）2、强励顶值电压倍数定义：强励时最高励磁电压与额定励磁电压之比KQ=ULm/ULe（一般 KQ =1.8~2 倍）3、强励允许时间1min 左右三、继电强行励磁装置1、原理接线图a、组成：1YJ、2YJ、1YZJ、2YZJ、XJ、QLC（QLC 接点为常开，图中有误）b、原理：UF↓80~85%Ue 强励动作 RC 短接；发信号UF 恢复 强励复 归c、接线特点：1YJ、2YJ 串接：防 1YH（2YH）熔断器熔断，强励误动作DL1辅助触点：F 起动、事故跳闸时闭锁 QLC（退出）BK 切换开关：投切 QLC d、保证最大动作机率并列运行各机组，其低压元件接于不同的相间电压上（而每台机中的两个低压元件应接于同一相间电压上）e、与复励调节器配合考虑 ZTL 对某些故障 丧失强励能力，依靠继电强励f、采用正序 滤过器提高强励装置灵敏度——可反映各种不对称短路g、确保低电压继电器动作两 YH 箱位不同时，应确保两 YJ 反映同一故障四、继电强行减磁装置（仅用于水轮发电机）1、减磁的作用a、机组甩负荷b、机组内部故障，灭磁引起的励磁机甩负荷2、强减的取得方式a、ZTL 负反馈b、继电器、直流接触器等（同强励）c、灭磁开关辅助触点（MK 跳开，自动接入强减电阻）3、继电强行减磁装置的原理接线图与强励的区别：（1）接线 强减 强励1YJ、2YJ YJ（低电压继电器） （过电压继电器）（2）强励：↓R ↑IL 强减：↑R ↓IL相同之处：改变励磁回路阻值 改变励磁大小原理：U>1.15U e 强减动作 Rjc 接入；发信号U Ue 返回第四节 复式励磁和相位复式励磁复习：发电机外特性曲线：i L 恒定， Uf=f（If）（比较 cosφ=0.9，0.8，0.7 曲线特点)发电机调节特性曲线：U f 恒定，i L=f（If）（比较 cosφ=0.9，0.8，0.7 曲线特点)一、复式励磁1、特点：根据发电机定子电流 If 的变化而自动调节励磁2、接线：P85 图 4-16组成元件：电流互感器 LH复励变压器 FZB（变压、隔离交、直流）复励整流桥 FZL复励调节电阻 Rft复励开关 FK3、原理：i L=iZL+ifL（1）ifL=0ifL=0iL=iZL（调节 Rc 的大小来满足空载额定电压的需要）（2）ifL≤10~20%Ie（ifL较小） ifL=0iL=iZL（整流桥的输出 电压被“封锁”）（3）ifL>10~20%IeiL=iZL+ifL（If↑→i fL↑）复励特性及装有复励的发电机外特性如图 4-17 所示只有 A、B 两点能保持 Uf=Ue4、功率因数 cosφ 的影响iL 只反映 If 大小，不反映 cosφ 大小cosφ↓ Uf↓（复励特性与调节特性偏移较大）5、手动调节 RftRft 作用：I f、cosφ变化时，维持 Uf 恒定；平滑退出复励Rft对发电机外特性的影响 见图 4-19（b）另：调节 Rc 也可维持 Uf 恒定，但 Rc 位置在使用复励时一般不变Rc对发电机外特性的影响见图 4-19（a）6、短路时的工作情况Id↑→i fL↑ 具有一定强励特性（但受铁芯饱和限制）二、相位复式励磁1、接线P87 图 4-20XFB：相复励变压器2、原理：VIWI22= 01222 jDKACyACLI eXUn= ALII2 （其中： 012jDKACeXUI）yILVnW取| |、| |为定值，以 为 cosφ 的函数作出矢量 图ACU2IP88 图 4-213、特点：（1）相复励的输出电流 与 、 和 cosφ 三者有关2IACUI（2）cosφ↓→| |↑ 相位补偿2I（cosφ=1→| |最小cosφ=0→| |最大）2I（3）电压互感器 YH 断开 复式励磁（4）空载或负荷电流较小 “电压源” 保证一定的 电流输出（5）DK 作用：正常运行或靠近机端短路时，限制“ 电流源”在 WV 回路中的汲出电流，增加在 W2 回路中的输出电流三、小结1、复励与相复励均能反映定子电流的变化自动调节励磁，并有一定的强励性能；但前者仅反映定子电流绝对值，而后者则反映定子电流绝对值及端电压和cosφ，具有较好的补偿特性。

2、单独使用复励与相复励均不能维持端电压恒定，须与电压校正器配合3、相复励必须采用 DK，若无 DK，则正常运行时 复励环节作用甚微；且机端短路将失去强励能力复习提问：1、复励装置中下列元件的作用：FZB、FK2、Rft、RC 作用3、复励特点，与相复励相同与不同之处介绍复励与相复励的工作特点：复励：I f↑→U f↓——If↑→I L↑→U f↑ 补偿相复励：I f↑→U f↓——If↑→I L↑→U f↑cosφ↓→U f↓ 补偿——cosφ↓→I L↑→U f↑结论：单独使用均不能保证 Uf 恒定与可控硅静止励磁装置的比较：可控硅励磁：U f-Ue=⊿U→调节 IL调节效果好，考虑了引起⊿U 变化的各种因素影响，包括If、cosφ 等复习提问：1、强励性能的两个衡量指标、意 义2、继电强励、强减相同与不同之处3、继电强励接线特点（同一机组、不同机 组）4、继电强励接线 DL 辅助接点作用第五节 可控硅静止励磁装置的基本电路一、可控硅静止励磁装置的组成（结合框图讲解）（一）基本工作单元： 测量变压器 Ue测量比较 If、Uf、cosφ→⊿U电流调差综合放大 ⊿U→U K移相触发 UK→U g（α）励磁电源功率输出 可控硅桥式整流 Ug（α）→U L（iL）保护附加回路（二）辅助工作单元：起励手动、自动切换低励（最小励磁限制）过励（电流限制）二、种类TKL 型：适用 1000~10000KW 水轮发电机TKL-11：自并列 ZTL（ZB） 小型机组TKL-21：自复励 复励+ZTL 大型机 组（GLH）（ZB）三、可控硅静止励磁装置功率输出电路励磁电源可控硅整流电路保护附加回路（一）励磁电源1、自并列 TKL-11：ZBUL=1.35U 2cos1其中：U——半控桥三相对称线电压（ZB 副边）α——控制角2、自复励TKL-21：ZB 30~40%ILeGLH 60~70%ILe空载：I L0=IZTL负载：I L1=IZTL1+IFL1如图：复励太强 ——调节器失去作用2复励太弱 ——调节器负担过重复习提问：1、可控硅静止励磁装置的组成及作用2、TKL-11、TKL-21 励磁电源的差别（二）可控硅整流电路1、三相半控桥式整流电路三只可控硅——共阴极组；三只二极管——共阳极组可控硅导通条件：阳极电位高于阴极（正向阳极电压）控制极加入正触发脉冲可控硅截止条件：阳极与阴极间加反向电压（或通过电流小于维持电流）整流二极管导通条件：阴极电位最低 控制角：可控硅在正向电压下不导通的角度范围 α（未加触发脉冲的角度）α=0——可控硅在刚进入正向电压瞬间加触发脉冲导通角：可控硅在正向电压下导通的角度范围 β自然换向点：三相瞬时电压的交点移相：改变加入触发脉冲的时刻以改变控制角 α，称触 发脉冲的移相α 的变化范围称移相范围（α=0~1800，且 α=0对应本相相电压 300）（课堂练习：画出三相交流电压波形，并画出 α=300、900时的各相触发脉冲位置）（1）。