静态励磁系统与无刷励磁系统的比较及经济分析(东方).doc

静止励磁系统与无刷励磁系统的比较及经济分析一．概述大型常规火电和核电用发电机的励磁方式主要有静止励磁和无刷励磁两大类其中静止励磁占有大部份份额（在常规火电中更是绝大部分份额）不但原 GE家族（含日立、东芝）完全采用静止励磁系统，具有西屋传统的三菱电机也首推静止励磁系统，西门子和 ALSTOM 也是根据用户要求可提供两种中的任何一种我公司从方便机组运行维护、方便将来全面国产化的角度考虑，在后续核电项目中将静止励磁推荐为选择方案之一二． 静止励磁的主要优缺点静止励磁的主要优点有： 静止励磁用静止的励磁变压器取代了旋转的励磁机，用静止可控硅取代了旋转二极管，由于励磁系统没有旋转部分，设备接线比较简单，大大提高了整个励磁系统的可靠性 采用静止励磁的发电机转子可以直接进行转子电压、电流和电阻（温度）的测量，可以直接设置转子过电压、过电流、转子接地和断路器灭磁保护等 由于取消了励磁机的惯性滞后环节，静止励磁系统装置（变压器和可控硅）可以有较大的容量裕度和很高的响应速度，可大大提高励磁系统的响应比 静止励磁系统的可控硅整流器有很大的冗余度（采用 N-2 冗余），可以进行维护，提高了运行的安全性和可维护性。

静止励磁的主要缺点有： 整流输出的直流顶值电压受发电机机端或电力系统短路故障形式和故障点远近等因素的影响，但由于现在采用封闭母线后，发电机机端短路的故障概率几乎不考虑由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作但国内外的分析研究和试验表明，该技术问题已得到解决由于有碳刷和滑环，存在碳粉污染滑环而导致短路的可能但是该技术问题目前已经解决二．无刷励磁系统的主要优缺点无刷励磁的主要优点有： 与静止励磁相比，无刷励磁的控制功率大大减小，有利于简化控制、保护线路，少占用厂房场地（省去励磁变压器和大功率整流灭磁屏） 目前无刷励磁系统也采用小机端变压器的接线方式，当发电机机端或系统短路故障时可以用直流蓄电池辅助强励 因为没有整流器、无滑环和碳刷，不需要进行这方面的维护工作 因为没有碳粉和铜沫引起电机线圈污染，故电枢绕组绝缘的寿命较长电机运行在易燃、易爆炸的环境条件下，也不会因换相火花而造成恶性事故由于取消了整流器和滑环，在带有腐蚀气体场所，只要对绝缘采取防护措施，亦可运行无刷励磁的主要缺点有： 同步电机转子不能直接灭磁，目前只能在励磁机回路灭磁，故灭磁时间较长。

 发电机转子电压、电流不能直接测量 对旋转元器件（整流元件的熔断器）要求能承受较大的离心力 对旋转元器件的故障监测与报警技术有待进一步完善三．采用静止励磁系统的经济分析由于无刷励磁对旋转二极管的要求很高，目前能够提供用于大型发电机无刷励磁的旋转二极管厂家世界上屈指可数，所以无刷励磁系统的成本远高于静止励磁，加之旋转二极管国产化进程极其缓慢，使得国内采用无刷励磁的大型发电机用户长期依耐进口旋转二极管组件，导致建设初期投入和备件采购成本很高，基于以上原因近几年国内大型发电机用户采用静止励磁的比例越来越高无刷励磁（每台机） 静止励磁（每台机）电站建设期励磁系统设备采购投入（RMB）励磁机、旋转整流轮、AVR柜及励磁变压器等为 3000万元励磁变压器、AVR 及整流灭磁屏柜、共箱母线等为 1300万元电站运行期整流器元件运行成本投入(RMB)暂不考虑其他备件，以旋转二极管组件为例，每个20 万元，40 年更换 10 个，共 200 万元暂不考虑其他备件，以可控硅组件为例，40 年更换 10个，每个为 4 万元，共 40 万元总计 3200 万元 1340 万元从以上表格可以看出，每台机无刷励磁比静态励磁高出近 2000 万元。

四．邹县与方家山东方百万发电机静止励磁系统主要技术数据比较邹县励磁技术数据 方家山励磁技术数据发电机额定功率 1000MW 1150MW额定电压 27kV 24kV额定电流 23949A 30739A额定功率因数 0.9 0.9额定励磁电压 501V 454V额定励磁电流 5272A 5861A强励倍数 2 2.5励磁变压器容量 3X2700KVA 3X3300KVA可控硅整流器额定电流 3200A 3200A可控硅整流器并联数 4 4可控硅整流器冗余度 N-2 N-2可控硅整流器型号 UNL 14300 UNL 14300每柜整流器冷却风机数量 2（1+1） 2（1+1）灭磁开关型号 HPB60M-82S GERAPID 8007灭磁开关额定电流 6000A 8000A灭磁开关额定电压 2000V 2000V灭磁电阻 SiC SiCAVR 型号 UNITROL 5000 UNITROL 5000AVR 冗余 100% 100%邹县电厂首台百万机组到目前为止已经安全稳定运行一年时间，而且从以上数据可以看出，方家山的静止励磁方案数据与邹县的很接近，邹县电厂可以作为方家山的参考电站，方家山采用静止励磁具有可行性。