同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)講義

1、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培 訓(xùn) 講 義,四 川 德 陽(yáng) 東 方 電 機(jī) 控 制 設(shè) 備 有 限 公 司 編,前 言東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司前身早在1964年誕生于東方電機(jī)廠內(nèi)，當(dāng)時(shí)分成設(shè)計(jì)、工藝、檢查、采購(gòu)和生產(chǎn)車間的形式分別隸屬于各個(gè)職能部門。國(guó)家的每個(gè)五年計(jì)劃中，東電控制人都承擔(dān)了發(fā)電控制設(shè)備的研發(fā)攻關(guān)任務(wù)，先后研制生產(chǎn)了磁放大器式勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、晶體管式勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、晶閘管整流型勵(lì)磁裝置、集成電路勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置和微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

2、，是國(guó)內(nèi)主要制造生產(chǎn)企業(yè)之一。研發(fā)、生產(chǎn)出的近五百套產(chǎn)品，有效地保證了國(guó)內(nèi)如烏江、龔嘴、葛洲壩、銅街子、映秀灣、龍羊峽、安康、萬(wàn)安、漫灣、李家峽、寶珠寺、大朝山等大、中型水電站以及出口美國(guó)、加拿大、伊朗、敘利亞、土耳其、菲律賓、印尼、巴基斯坦、孟加拉、阿爾巴尼亞、緬甸、危地馬拉等國(guó)家眾多電站機(jī)組的正常運(yùn)行，為國(guó)家的電力制造業(yè)和電力工業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。但由于控制設(shè)備生產(chǎn)基地建設(shè)的初衷是解決國(guó)內(nèi)水力發(fā)電設(shè)備成套供貨問(wèn)題，并且受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體

3、制的影響，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)采用的是發(fā)電設(shè)備成套供貨模式。由于水電開(kāi)發(fā)工程建設(shè)周期普遍很長(zhǎng)，加之控制設(shè)備技術(shù)更新發(fā)展很快，隨發(fā)電設(shè)備主機(jī)配套供貨的當(dāng)時(shí)認(rèn)為成熟、可靠、有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，往往在機(jī)組投運(yùn)時(shí)，控制設(shè)備在技術(shù)上便已顯落后。此外，由于長(zhǎng)期受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制的影響，勵(lì)磁產(chǎn)品基本上都采用的是成套供貨模式，整個(gè)東方電機(jī)沒(méi)有單獨(dú)的輔機(jī)銷售人員， 這無(wú)形之中使產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)都相對(duì)滯后，不能很好地滿足用戶需求。為了扭轉(zhuǎn)這種局面以適應(yīng)市場(chǎng)需求

4、，2000年?yáng)|方電機(jī)股份有限公司出資注冊(cè)成立了全資子公司－東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司。東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司是東方電機(jī)股份有限公司集銷售、設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、制造、質(zhì)量檢驗(yàn)到用戶服務(wù)等各環(huán)節(jié)于一體成立的發(fā)電控制設(shè)備專業(yè)公司。公司成立的這五年多時(shí)間以來(lái)，始終以“始于用戶所需，終于用戶滿意”為經(jīng)營(yíng)理念，改革、完善勞動(dòng)用工制度，建立嚴(yán)明高效的內(nèi)部管理機(jī)制，全面實(shí)施目標(biāo)成本控制；努力開(kāi)拓市場(chǎng)，以元器件全球采購(gòu)、裝置免維護(hù)設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“智能式

5、”操作和維護(hù)為理念，升級(jí)完善現(xiàn)有產(chǎn)品，強(qiáng)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化工作，廣泛與國(guó)際一流公司合作，提升技術(shù)水平，通過(guò)建立完善的質(zhì)量保證體系，加強(qiáng)質(zhì)量過(guò)程控制，提高服務(wù)意識(shí)和服務(wù)質(zhì)量，公司技術(shù)開(kāi)發(fā)、經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。公司的快速成長(zhǎng)和發(fā)展，從另一個(gè)角度充分說(shuō)明了東方電機(jī)控制設(shè)備,多年的技術(shù)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)底蘊(yùn)正逐步被市場(chǎng)認(rèn)同；同時(shí)，大型國(guó)有企業(yè)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，功底扎實(shí)的優(yōu)良傳統(tǒng)和“重合同、守信譽(yù)”的良好信譽(yù)保障，也重新贏得用戶的信任和青睞。 公司概貌

6、,,公司生產(chǎn)作業(yè)面積近8000m2，電氣產(chǎn)品科研、試驗(yàn)基地2600m2。設(shè)計(jì)手段先進(jìn)，配有多臺(tái)HP工作站，引進(jìn)了美國(guó)EDS公司UGII 及ANSYS等大型工程軟件包。生產(chǎn)、試驗(yàn)設(shè)備精良，擁有加工設(shè)備116臺(tái)，各型動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)組四套，進(jìn)口的發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)仿真裝置，可進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)、并網(wǎng)試驗(yàn)、PSS試驗(yàn)。2004年公司為了滿足三峽項(xiàng)目勵(lì)磁系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)項(xiàng)目勵(lì)磁系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)廠內(nèi)生產(chǎn)、試驗(yàn)的要求，投資600多萬(wàn)元進(jìn)行廠房改造和試驗(yàn)設(shè)備的

7、升級(jí)更新，使生產(chǎn)能力大幅提高，改造后將擁有2600 m2全新的、設(shè)備齊全和全封閉凈化的科研、裝配和試驗(yàn)廠房，用于電氣設(shè)備生產(chǎn)與試驗(yàn)，擁有的七個(gè)專用勵(lì)磁試驗(yàn)工位，能保證每月同時(shí)產(chǎn)出三峽同類型機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)兩套。公司以人為本，一支高素質(zhì)的職工隊(duì)伍，是企業(yè)走向成功的基礎(chǔ)。東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司擁有一支朝氣蓬勃高素質(zhì)的科技人才隊(duì)伍，300多名職工中，大專以上學(xué)歷占總?cè)藬?shù)的三分之二，其中博士研究生2名，碩士研究生33人（含工程碩士15人）。教授

8、級(jí)高級(jí)工程師5人，享受政府特殊津貼的專家2人、高級(jí)工程師47人，工程師65人。,公司從事與勵(lì)磁產(chǎn)品相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員共45人，全部擁有大學(xué)本科以上學(xué)歷，具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)并承擔(dān)過(guò)大型工程項(xiàng)目的高級(jí)工程師占62%，工程師占31%，其中包括中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專委會(huì)勵(lì)磁分專業(yè)委員會(huì)副主任委員和委員（兼任秘書(shū)）各1名、顧問(wèn)委員（原主任委員、副主任委員）2名。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專委會(huì)勵(lì)磁分委會(huì)長(zhǎng)期掛靠在我公司，為勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展作出了應(yīng)

9、有的貢獻(xiàn)。為了公司長(zhǎng)期發(fā)展的需要，公司成立了技術(shù)委員會(huì)，成員構(gòu)成除公司內(nèi)部各專業(yè)專家外，還聘請(qǐng)了國(guó)內(nèi)各專業(yè)的多名知名專家為非執(zhí)行委員。公司技術(shù)委員負(fù)責(zé)對(duì)公司執(zhí)行的重大工程項(xiàng)目和科研開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)審、審批和技術(shù)監(jiān)督。公司設(shè)有技術(shù)開(kāi)發(fā)部，負(fù)責(zé)公司新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，技術(shù)工程部負(fù)責(zé)公司工程項(xiàng)目組織實(shí)施和全過(guò)程管理。勵(lì)磁專業(yè)設(shè)有專業(yè)總設(shè)計(jì)師，在總工程師的領(lǐng)導(dǎo)下，負(fù)責(zé)勵(lì)磁產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的全部技術(shù)問(wèn)題，并且針對(duì)三峽項(xiàng)目、燃機(jī)項(xiàng)目等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目，

10、設(shè)立專門的項(xiàng)目小組，負(fù)責(zé)全部工作。公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上貫徹“始于用戶所需，終于用戶滿意”的設(shè)計(jì)理念，始終把高可靠性和免維護(hù)性做為用戶的最基本需要，嚴(yán)格按照有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)協(xié)議和用戶要求，以國(guó)際慣例和當(dāng)前行業(yè)中成熟可靠的技術(shù)和控制理論為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置。以全球采購(gòu)的原則來(lái)采購(gòu)所需的元器件和部件，并且只選用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的、經(jīng)過(guò)運(yùn)行證明是可靠的元器件和部件，以保證系統(tǒng)可靠性及免維護(hù)性，并為用戶備品備件提供幫助和支持。

11、,“九五”、“十五”期間公司受國(guó)家有關(guān)部門的委托，負(fù)責(zé)三峽機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化研究，以期達(dá)到國(guó)內(nèi)能自主生產(chǎn)類似于三峽等級(jí)巨型機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的水平。在新產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)上投入了大量經(jīng)費(fèi)，長(zhǎng)期與國(guó)內(nèi)著名高等院校（如清華、華中科技大學(xué)、浙江大 學(xué)、四川大學(xué)、重慶大學(xué)等）以及國(guó)外著名公司（如ABB、GE、Siemens、R-R等）進(jìn)行技術(shù)交流、科研合作、技術(shù)引進(jìn)與人員培訓(xùn)等全方位合作，使公司的技術(shù)水平和產(chǎn)品制造能力大幅度提高。為了讓我們與用戶之間

12、有很好的交流，我們特編寫這本“勵(lì)磁培訓(xùn)講義”。目的是讓用戶了解和掌握我們產(chǎn)品的性能和使用方法，同時(shí)也介紹勵(lì)磁系統(tǒng)的一些基本概念，加深對(duì)我們產(chǎn)品功能、特性的全面了解，使我們的產(chǎn)品更好的為用戶服務(wù)。,目 錄,第一章概述1.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的含義及其調(diào)節(jié)作用1.2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介1.3 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類、組成和特點(diǎn)第二章 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)2.1 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)主電路的接線方式2.2 自并激勵(lì)

13、磁發(fā)電機(jī)的起勵(lì)2.2.1 他勵(lì)起勵(lì)2.2.2 殘壓起勵(lì)2.3 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路過(guò)程的分析及短路電流計(jì)算2.3.1 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路電流的特點(diǎn)2.3.2 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路電流的計(jì)算2.4 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響2.5 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定2.5.1 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響2.5.2 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響第三章 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路的分析3.1

14、勵(lì)磁變壓器的分析3.1.1 兩大類型干式變壓器的比較3.1.2 關(guān)于“環(huán)保特性”3.1.3 市場(chǎng)前景展望3.2 三相晶閘管整流柜3.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)形式,3.2.2 整流柜冷卻方式 3.3 同步發(fā)電機(jī)的滅磁3.3.1 常值電阻滅磁3.3.2 非線性電阻滅磁3.3.3 逆變滅磁3.3.4 滅磁方式的探討第四章 勵(lì)磁裝置的保護(hù)4.1 過(guò)電壓的來(lái)源及保護(hù)方式4.1.1 過(guò)電壓的來(lái)源4

15、.1.2 抑制過(guò)電壓的措施4.2 過(guò)電流保護(hù)4.3 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)軸電壓的保護(hù)4.3.1 軸電壓的來(lái)源4.3.2 軸電壓的防護(hù)第五章 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器5.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的分類5.2 東方GES系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器5.3 PCC勵(lì)磁裝置產(chǎn)品介紹5.3.1 概述5.3.2 PCC型的主要特點(diǎn)5.3.3 PCC型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器有以下主要功能5.3.4 PCC型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要技術(shù)指標(biāo)5.3.5

16、 工作原理5.3.6 軟件介紹,5.3.7 勵(lì)磁變壓器5.3.8 晶閘管整流裝置5.3.9 滅磁及過(guò)壓保護(hù)裝置5.3.10 起勵(lì)方式附 東方GES型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置電站（廠）調(diào)試大綱,第一章 概述1.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的含義及其調(diào)節(jié)作用1.1.1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的含義發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)器，但它必須具備有三個(gè)條件：a 有磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子）b 有導(dǎo)線（定子）c 有使導(dǎo)線切割磁力線的動(dòng)力（水、汽輪機(jī)

17、）。因此，所謂發(fā)電機(jī)勵(lì)磁就是用直流電源供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子使定子產(chǎn)生電勢(shì)的磁場(chǎng)。E=BVl E—發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)B —轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通密度V —發(fā)電機(jī)導(dǎo)線切割磁力線的速度l —發(fā)電機(jī)定子導(dǎo)線的長(zhǎng)度從上式中可見(jiàn)，當(dāng)V、l不變時(shí)，E是隨Ｂ的改變（亦即隨轉(zhuǎn)子電流的大?。┒淖儭９识芯堪l(fā)電機(jī)勵(lì)磁就是要控制轉(zhuǎn)子電流使發(fā)電機(jī)滿足電力系統(tǒng)各種工況的要求。1.1.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)作用a 提高電力

18、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力電力系統(tǒng)無(wú)論受到任何擾動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力有所提高。當(dāng)電力系統(tǒng)受到小干擾或大干擾，導(dǎo)致同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)小的或者大的變速狀態(tài)，使靜穩(wěn)定性或動(dòng)穩(wěn)定性亦或暫態(tài)穩(wěn)定性將受到不利的影響。這時(shí)，勵(lì)磁控制將使這種影響得到抑制或消除，保持同步發(fā)電機(jī)的同步穩(wěn)定。b 維持電力系統(tǒng)的電壓水平發(fā)電機(jī)的內(nèi)電勢(shì)E與發(fā)電機(jī)端電壓U、發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流I及發(fā)電機(jī)電抗x的關(guān)系可由如下公式表示：,,當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)載增大

19、時(shí)，亦即發(fā)電機(jī)電流I增大。從上式中可看出，如E不變，則發(fā)電機(jī)端電壓U下降。如裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，則勵(lì)磁電流（即轉(zhuǎn)子電流）可隨負(fù)載的增加而增加，亦即E增加而使發(fā)電機(jī)端電壓U維持在一定的水平上。相反，在發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷后，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以及時(shí)減少勵(lì)磁電流以限制機(jī)端電壓不致過(guò)份升高。自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可以維持供電系統(tǒng)的無(wú)功功率或功率因數(shù)保持恒定。電壓恒定是供電質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)志。c 提高發(fā)電機(jī)功率極限和電力系統(tǒng)傳輸功率的能力d 改善電力

20、系統(tǒng)及同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)：提高繼電保護(hù)裝置的可靠性；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁（強(qiáng)勵(lì)），使短路電流衰減得很慢，甚至不衰減。這就保證了短路電流使繼電保護(hù)裝置在整定值及時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確可靠地動(dòng)作。平衡并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各臺(tái)發(fā)電機(jī)之間無(wú)功功率，使之合理分擔(dān)系統(tǒng)所需無(wú)功；當(dāng)系統(tǒng)短路故障消除，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁使其加快系統(tǒng)電壓恢復(fù)；通過(guò)控制勵(lì)磁，除保持同步發(fā)電機(jī)的恒壓運(yùn)行外，還可以使系統(tǒng)作恒無(wú)功或恒功率因數(shù)運(yùn)行，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。1.

21、2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展簡(jiǎn)介同步發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)的勵(lì)磁方式是采用同軸的直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁機(jī)，提供發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改變直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，從而改變供給轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電壓，以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。眾所周知，這種勵(lì)磁方式存在很多問(wèn)題，如直流勵(lì)磁機(jī)受制造容量限制；整流子和炭刷維護(hù)較麻煩；勵(lì)磁調(diào)節(jié)響應(yīng)較慢。這些問(wèn)題使得這種勵(lì)磁方式無(wú)法適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。半導(dǎo)體勵(lì)磁就是為適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展需要而出現(xiàn)的一種新的勵(lì)磁方式，半導(dǎo)體勵(lì)磁

22、是采用大功率的硅整流器或晶閘管組成整流電路，用電子整流方式將交流變換成直流，取代直流勵(lì)磁機(jī)用機(jī)械整流方式獲得直流勵(lì)磁電源。從五、六十年代以來(lái)電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代控制理論等新興科學(xué)相繼在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用并發(fā)展，這就為充分發(fā)揮勵(lì)磁控制的作用，解決同步發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。國(guó)內(nèi)外的科技工作者相繼研制成功強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、最佳勵(lì)磁控制器和自適應(yīng)控制器等，特別是微機(jī)被應(yīng)用于同步發(fā)電機(jī)勵(lì),,磁系統(tǒng)中，使半導(dǎo)

23、體勵(lì)磁技術(shù)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。由于微機(jī)的應(yīng)用使勵(lì)磁調(diào)節(jié)功能得到了更大的擴(kuò)展，為發(fā)展更大的同步發(fā)電機(jī)單機(jī)容量、電網(wǎng)的發(fā)展和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性成為可能。我公司在八十年代初就投入到微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的研制工作中去，相繼研制成功單微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和三微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，并應(yīng)用于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中去，取得了很好的效果。1.3 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類、組成和特點(diǎn)1.3.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的分類同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可

24、分成兩大類，如下表所列,1.3.2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成和特點(diǎn) 1.3.2.1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成a 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路：由勵(lì)磁電源、晶閘管整流器、滅磁回路、起勵(lì)回路以及過(guò)流、過(guò)電壓保護(hù)回路組成。b 自動(dòng)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器：由測(cè)量、給定比較、綜合放大、移相觸發(fā)、脈沖放大、加上各種限制器、補(bǔ)償器、功率穩(wěn)定器等各種功能模塊組成。1.3.2.2 同步發(fā)電機(jī)各勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3.2.2.1 他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)他勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的

25、特點(diǎn)是用同軸的交流勵(lì)磁機(jī)作為主整流器的電源。勵(lì)磁電源獨(dú)立，不受電力系統(tǒng)運(yùn)行情況變化的影響。根據(jù)所用整流器情況的不同，他勵(lì)系統(tǒng)可分成下列幾種形式a 交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止硅整流器勵(lì)磁方式這種勵(lì)磁方式中，由于勵(lì)磁機(jī)電樞及整流器均靜止不動(dòng)，其輸出與同步電機(jī)勵(lì)磁繞組滑環(huán)上的電刷相連接，所以又稱為靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)中，有與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的100HZ交流主勵(lì)磁機(jī)，400HZ的中頻永磁式副勵(lì)磁機(jī)，習(xí)慣上將這種勵(lì)磁簡(jiǎn)稱為“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)。我公司20

26、世紀(jì)90年代生產(chǎn)的200MW，300MW火電機(jī)組上，主要應(yīng)用的就是這種勵(lì)磁系統(tǒng)。如下圖所示：,主勵(lì)磁機(jī)的輸出經(jīng)硅二極管整流后供給發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，而主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁則取自于同軸的永磁勵(lì)磁機(jī)。它是由傳統(tǒng)的直流機(jī)勵(lì)磁方式演變而來(lái)的，相當(dāng)于用靜止的半導(dǎo)體整流器代替了轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械整流器，這不但解決了整流子和碳刷運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題，而且由于交流勵(lì)磁機(jī)的制造容量可以不受限制，故能適應(yīng)大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁要求。這種勵(lì)磁方式具有下列特點(diǎn)：· 勵(lì)磁系統(tǒng)完全獨(dú)

27、立，不受電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響；· 用交流勵(lì)磁機(jī)供電，勵(lì)磁電源可靠，維護(hù)工作量較??；· 勵(lì)磁調(diào)節(jié)反應(yīng)速度較快，強(qiáng)勵(lì)頂值電壓易于滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求；· 副勵(lì)磁機(jī)帶晶閘管整流橋負(fù)載后，受每個(gè)周波內(nèi)晶閘管換流的影響，輸出電壓的波形要產(chǎn)生畸變，給勵(lì)磁裝置的運(yùn)行帶來(lái)不利的一面，須在裝置中采取措施進(jìn)行避免；· 存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件維護(hù)麻煩。b 交流勵(lì)磁機(jī)加旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁方式（無(wú)刷勵(lì)磁）這

28、種勵(lì)磁方式的原理與上述他勵(lì)靜止整流勵(lì)磁方式相同，但結(jié)構(gòu)不同。交流勵(lì)磁機(jī)的直流勵(lì)磁繞組固定不動(dòng)，勵(lì)磁機(jī)的交流電樞繞組、硅整流器與主機(jī)勵(lì)磁繞組一起，在一根轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)，因而發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與硅整流器處于相對(duì)靜止的位置，直接電連接在一起，沒(méi)有了將靜止部件中的電流引入旋轉(zhuǎn)部件的滑環(huán)電刷結(jié)構(gòu)，故稱無(wú)刷勵(lì)磁。,無(wú)刷勵(lì)磁的主要優(yōu)點(diǎn)是：· 沒(méi)有整流器（子）、滑環(huán)、碳刷，不需要進(jìn)行這方面的維護(hù)工作，也無(wú)機(jī)械換向事故，運(yùn)行的可靠性提高了；&#

29、183; 沒(méi)有碳粉和銅沫引起電機(jī)線圈污染，故電樞繞組絕緣的壽命較長(zhǎng)；· 沒(méi)有滑環(huán)容量的限制，勵(lì)磁機(jī)的容量可以作的很大，與“三機(jī)”勵(lì)磁系統(tǒng)相比，相近的勵(lì)磁調(diào)節(jié)性能，隨著單機(jī)容量的進(jìn)一步增大，無(wú)刷勵(lì)磁更優(yōu)越些；· 在易燃、易爆的環(huán)境條件下，無(wú)刷勵(lì)磁不會(huì)因滑環(huán)的滑動(dòng)電氣接觸而產(chǎn)生火花造成惡性事故。由于取消了整流器（子）和滑環(huán)，在帶有腐蝕氣體場(chǎng)所，只要對(duì)絕緣采取措施，亦可運(yùn)行。無(wú)刷勵(lì)磁在運(yùn)用過(guò)程中也存在著下列幾個(gè)

30、方面的問(wèn)題：· 無(wú)刷勵(lì)磁主要是從發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的整體性出發(fā)形成的，其投入、切除及運(yùn)行，均以整機(jī)為單元，因而對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)的各組件要求很高，而旋轉(zhuǎn)整流器及其輔助設(shè)備（熔斷器，電阻，電容等），在運(yùn)行中要承受強(qiáng)大的離心力，對(duì)這些部件間的機(jī)械連接和電連接是一個(gè)極大的考驗(yàn)，要求有很高的維護(hù)檢修水平；· 發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是通過(guò)調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁來(lái)間接調(diào)節(jié)的，而交流勵(lì)磁機(jī)作為一個(gè)機(jī)電組件，其時(shí)間常數(shù)較大，使勵(lì)磁系統(tǒng)的反應(yīng)速度

31、降低；· 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流、電壓不能直接測(cè)量；· 由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與硅整流器在一根軸上旋轉(zhuǎn)，目前尚無(wú)法在發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路中裝入滅磁開(kāi)關(guān)及滅磁電阻，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部及外部故障，需要立即進(jìn)行停機(jī)滅磁時(shí)，無(wú)刷勵(lì)磁不能馬上直接對(duì)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路進(jìn)行滅磁，而是通過(guò)對(duì)主勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)回路進(jìn)行滅磁來(lái)間接對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁，滅磁時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)事故的迅速處理不利，這是這種勵(lì)磁方式的最大缺陷；· 對(duì)旋轉(zhuǎn)元器件的故障檢測(cè)與報(bào)警技術(shù)有待

32、進(jìn)一步完善；· 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上增加了旋轉(zhuǎn)硅整流器盤及其輔助部件，轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度勢(shì)必增加，這樣又增加了整個(gè)汽—電機(jī)軸系的長(zhǎng)度和重量，這對(duì)整個(gè)軸系的穩(wěn)定是不利的。1.3.2.2.2 自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),這類勵(lì)磁系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)自身，用勵(lì)磁變壓器或與勵(lì)磁變流器共同供給整流裝置變換成直流后，再供給發(fā)電機(jī)本身，這種勵(lì)磁系統(tǒng)稱為自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。按勵(lì)磁功率引出方式的不同，自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)可分為自并激勵(lì)磁系統(tǒng)、自復(fù)激勵(lì)磁系統(tǒng)二種，常用

33、的、且應(yīng)用也最廣的是自并激勵(lì)磁系統(tǒng)。a 自并激勵(lì)磁方式（電勢(shì)源靜止勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)）這是自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中接線最簡(jiǎn)單的一種勵(lì)磁方式。其典型原理圖如下所示：,,自并激勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖勵(lì)磁電源由一臺(tái)接于機(jī)端的勵(lì)磁變壓器取得，經(jīng)變壓器ET降壓后，接入晶閘管整流器SCR，通過(guò)晶閘管整流成直流后，供給發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)機(jī)端取得信號(hào)，控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而按需要控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。自并激勵(lì)磁方式的主要特點(diǎn)是：設(shè)備和接線比較簡(jiǎn)單

34、；由于無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，具有較高的可靠性；造價(jià)低；勵(lì)磁變壓器放置自由，縮短了機(jī)組軸系長(zhǎng)度；勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度快。因?yàn)閯?lì)磁電源相對(duì)不獨(dú)立，故而需要起勵(lì)電源；由于整流輸出的直流頂值電壓受發(fā)電機(jī)端或電力系統(tǒng)短路故障形式（三相、二相或單相短路）和故障點(diǎn)遠(yuǎn)近等因素的影響，因而被懷疑是否能滿足強(qiáng)勵(lì)的要求等等。目前這些技術(shù)問(wèn)題都已相繼得到解決。,b 自復(fù)激勵(lì)磁方式（復(fù)合源靜止勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)）勵(lì)磁電源除來(lái)自機(jī)端的勵(lì)磁變壓器外，還取自于與發(fā)電機(jī)定子回路串聯(lián)的勵(lì)磁變流

35、器，這就是自復(fù)激勵(lì)磁，其原理圖如下所示：,,按照勵(lì)磁電源在交流側(cè)或是直流側(cè)復(fù)合，自復(fù)激又可細(xì)化為四種勵(lì)磁方式：· 直流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式； · 直流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式；· 交流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式； · 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式。其中交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式最常用，故而介紹此種勵(lì)磁方式。這種勵(lì)磁系統(tǒng)中晶閘管的陽(yáng)極電壓是與定子電流成比例的勵(lì)磁變流器（串聯(lián)變壓器）的二次電

36、壓與機(jī)端供電的勵(lì)磁變壓器二次電壓相量和，經(jīng)過(guò)晶閘管橋整流輸出的勵(lì)磁電流能反應(yīng)定子電壓、定子電流和功率因數(shù)的變化。用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制晶閘管的觸發(fā)角來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小。其主要特點(diǎn)為：時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)靈敏；當(dāng)發(fā)電機(jī)近端短路時(shí)，能迅速?gòu)?qiáng)勵(lì)，機(jī)組不易失磁；勵(lì)磁系統(tǒng)受電網(wǎng)干擾??；與自并勵(lì)相比較，接線較復(fù)雜，設(shè)備較多；勵(lì)磁變流器副方尖峰過(guò)電壓?jiǎn)栴}較嚴(yán)重；同樣需要起勵(lì)電源。,第二章自并激勵(lì)磁系統(tǒng)目前由于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)自身的優(yōu)點(diǎn)，已在

37、國(guó)內(nèi)、外水、火電的大、中、小型同步發(fā)電機(jī)組上得到廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)該勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行著重的介紹。2.1 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)主電路的接線方式這是自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中接線最簡(jiǎn)單的一種勵(lì)磁方式。其典型原理圖如下所示：,,,自并激勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖勵(lì)磁電源由一臺(tái)接于同步發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵(lì)磁變壓器取得，經(jīng)變壓器ET降壓后，接入晶閘管整流器SCR，通過(guò)晶閘管整流成直流后，供給發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)機(jī)端取得信號(hào)，控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而按需要控制發(fā)

38、電機(jī)勵(lì)磁電流。勵(lì)磁變壓器通常采用環(huán)氧澆注、干式、自冷型式，有溫控報(bào)警，其高壓側(cè)不設(shè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，副邊根據(jù)需要可設(shè)、可不設(shè)開(kāi)關(guān)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)。高壓側(cè)接線必須包括在發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)。副邊出線口裝有電流互感器TA，作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的測(cè)量轉(zhuǎn)子電流信號(hào)。勵(lì)磁變壓器繞組的聯(lián)接組別一般為Y/d－11，也有采用D/y－11，目的為了消除由于晶閘管整流換向引起波形畸變所產(chǎn)生高次諧波中的三次諧波及其三倍的高次諧波之影響。,2.2 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的起勵(lì)

39、當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)后，在轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，機(jī)端電壓為殘壓，其值一般較低（約為額定電壓的1%~2%）。這時(shí)由于同步電壓太低，調(diào)節(jié)器可能還不能正常工作，晶閘管不能開(kāi)放，故而沒(méi)有勵(lì)磁電流送出使發(fā)電機(jī)建立電壓。因此，必須采取措施，先供給發(fā)電機(jī)初始勵(lì)磁，以便發(fā)電機(jī)能夠建立起一定的電壓，完成起勵(lì)過(guò)程。起勵(lì)措施有兩類。第一類是他勵(lì)起勵(lì)，第二類是殘壓起勵(lì)。a 他勵(lì)起勵(lì)其基本作法是另設(shè)起勵(lì)回路，由另外的電源供給初始勵(lì)磁電流。起勵(lì)電源可以是廠用蓄電池（直

40、流），也可以是廠用交流電。廠用交流電一般通過(guò)起勵(lì)變壓器降壓后，由二極管整流變成直流。然后通過(guò)限流電阻和直流接觸器，將起勵(lì)回路接入發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路。對(duì)采用廠用蓄電池電源的，起勵(lì)回路中須接入一正向二極管，防止發(fā)電機(jī)建壓過(guò)程中的反充電。起勵(lì)時(shí)，起勵(lì)接觸器閉合，勵(lì)磁電流送入發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組，發(fā)電機(jī)電壓逐漸升高。當(dāng)電壓升至額定電壓的10%~30%時(shí)，起勵(lì)回路斷開(kāi)，進(jìn)行自勵(lì)。起勵(lì)電源容量和電流的選擇，一般遵循這種原則：起勵(lì)電流選擇為發(fā)電機(jī)空載額定勵(lì)磁

41、電流的10%左右，持續(xù)時(shí)間5~6秒。b 殘壓起勵(lì)當(dāng)發(fā)電機(jī)殘壓較高（約5%以上）時(shí)，可利用殘壓起勵(lì)。這要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在同步信號(hào)為5%以上時(shí)，能輸出觸發(fā)脈沖，使在起勵(lì)初始階段，整流橋中的晶閘管完全導(dǎo)通。然后在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制下，將發(fā)電機(jī)的電壓升至所整定的電壓。目前采用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后，對(duì)于同步信號(hào)可降低至2%～5%左右時(shí)即可殘壓起勵(lì)。當(dāng)殘壓不能滿足起勵(lì)要求，經(jīng)過(guò)幾秒鐘的延時(shí)，自動(dòng)投入他勵(lì)起勵(lì)方式。2.3 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路電流

42、的特點(diǎn)及計(jì)算2.3.1 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路電流的特點(diǎn)由于自并激勵(lì)磁的勵(lì)磁電源取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端，因此當(dāng)自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)生短路時(shí)其短路電流與常規(guī)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)生短路時(shí)的短路電流有一些共同點(diǎn)，也有其特殊性。共同點(diǎn)為：一是兩種勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)短路電流的超瞬變分量是相同的，因?yàn)槌沧兎至坑砂l(fā)電機(jī)阻尼繞組的參數(shù)決定，與勵(lì)磁方式無(wú)關(guān)；二是兩種勵(lì)磁方式的短路電流,的瞬變分量的起始值相等，因?yàn)樗怯蓜?lì)磁繞組磁鏈?zhǔn)睾阍頉Q定的，也與勵(lì)磁方式無(wú)關(guān)。其

43、特殊性為：瞬變分量衰減的時(shí)間常數(shù)二者不同，而且當(dāng)近端三相短路時(shí)，自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的短路電流會(huì)一直衰減到零，沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定值。注：常規(guī)勵(lì)磁是指采用半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流勵(lì)磁機(jī)方式和交流勵(lì)磁機(jī)帶硅整流器的勵(lì)磁方式。這兩種勵(lì)磁方式都存在著勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)，因此整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大。2.3.2 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路電流的計(jì)算目前采用自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)在機(jī)端至主變的引線均采用封閉母線，使機(jī)端發(fā)生短路的概率很小。故以主變高壓側(cè)

44、發(fā)生三相短路時(shí)這一最為嚴(yán)重故障工況來(lái)計(jì)算其短路電流。幾個(gè)假設(shè)：· 根據(jù)發(fā)電機(jī)組的額定容量SGN，取主變?nèi)萘縎T為1.1×SGN，主變壓器的阻抗為 UK%=14%· 短路前機(jī)端電壓為UGN· 短路前發(fā)電機(jī)為空載即Ed=Ed′=Ed″=1· 短路切除時(shí)間速動(dòng)為0.5s，后備保護(hù)動(dòng)作切除時(shí)間為3s。a 發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算,,b 三相突然短路瞬間陽(yáng)極電壓的計(jì)算,式中：

45、Kf T ——?jiǎng)?lì)磁變壓器變比——發(fā)電機(jī)額定相電壓c 三相突然短路瞬間勵(lì)磁系統(tǒng)提供的轉(zhuǎn)子電壓的計(jì)算,,——自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)短路時(shí)，勵(lì)磁回路等效時(shí)間常數(shù)。,d 計(jì)算短路臨界切除時(shí)間（Id衰減到10%Idk時(shí)）,實(shí)際應(yīng)用證明，按照我公司對(duì)勵(lì)磁變壓器選擇的參數(shù)能滿足在主變高壓側(cè)三相短路時(shí)0.15～0.5s速動(dòng)切除短路點(diǎn)和后備保護(hù)3s內(nèi)動(dòng)作切除短路點(diǎn)后，發(fā)電機(jī)能自動(dòng)建壓恢復(fù)運(yùn)行。 2.4 自并激勵(lì)磁發(fā)電機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響自并激勵(lì)磁

46、發(fā)電機(jī)發(fā)生近端短路（特別是三相對(duì)稱短路）時(shí)，短路電流迅速衰減，這對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作來(lái)說(shuō)，在強(qiáng)勵(lì)能力不足的情況下會(huì)使其后備保護(hù)無(wú)法動(dòng)作。因此對(duì)自并激勵(lì)磁系統(tǒng)必須采取相應(yīng)的措施。目前在大、中型水、火電機(jī)組上機(jī)端到主變壓器的引線（包括到勵(lì)磁變壓器的高壓側(cè)的引線）均采用封閉母線，這就使具有自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)發(fā)生近端短路（包括三相短路）的概率達(dá)到非常非常小，幾乎為零。如果短路發(fā)生在主變高壓側(cè)（以三相短路為例）根據(jù)實(shí)例計(jì)算能保證繼電保護(hù)在0.15～

47、0.5s速動(dòng)，后備保護(hù)在3s內(nèi)動(dòng)作時(shí)短路電流衰減在1.5～1.7倍以上。另外也可采用過(guò)電流起動(dòng)“記憶”帶時(shí)延的低電壓保護(hù)。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)電流突增，電壓突降，電流繼電器起動(dòng)后仍然保持著它的作用（記憶），如果在整定的時(shí)間內(nèi)電壓還不恢復(fù)，電壓繼電器一直在起動(dòng)狀態(tài)，則動(dòng)作于跳閘。2.5 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定 先介紹電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本術(shù)語(yǔ)：· 靜態(tài)穩(wěn)定：指電力系統(tǒng)的負(fù)載（或電壓）受到微小擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)本身保持穩(wěn)定傳輸?shù)哪芰?/p>

48、。這主要涉及到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功角過(guò)大而使發(fā)電機(jī)同步能力減少的情況。· 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定：主要指系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)之后，同步發(fā)電機(jī)保持和恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。失去動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的主要表現(xiàn)形式為發(fā)電機(jī)之間的功角及其它量產(chǎn)生隨時(shí)間而增長(zhǎng)的振蕩，或者由于系統(tǒng)非線性的影響而保持等幅振蕩。這一振蕩也可能是自發(fā)性的，其過(guò)程較長(zhǎng)。如果在大擾動(dòng)事故后，采用快速和高增益的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)所引起的振蕩頻率在0.2～3Hz之間的自發(fā)振蕩，屬于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定范疇。2.5.1

49、 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響由于自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏、調(diào)節(jié)速度快，對(duì)于同步發(fā)電機(jī)遭受微小擾動(dòng)時(shí)，根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，自并激勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)可穩(wěn)定運(yùn)行在極限功率角δmax為110°～130°的范圍內(nèi)（常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)極限功率角δmax為90°）。,2.5.2 自并激勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響當(dāng)電力系統(tǒng)遭受大擾動(dòng)（如突然短路并切除）之后，機(jī)端電壓下降，勵(lì)磁系統(tǒng)給出頂值電壓進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，并平息振蕩。過(guò)去

50、人們認(rèn)為，自并激勵(lì)磁系統(tǒng)在短路時(shí)強(qiáng)勵(lì)能力不足，動(dòng)穩(wěn)定極限低。但是應(yīng)該從短路地點(diǎn)、短路種類作具體分析。對(duì)于遠(yuǎn)方短路，電壓下降不多不影響強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。對(duì)于近端不對(duì)稱短路，特別是單相短路，也不影響強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)。對(duì)于主變高壓側(cè)（目前在大、中型發(fā)電機(jī)組的出口端到主變副邊都采用封閉母線，故而近端不太可能發(fā)生三相短路）三相短路，由于主變有一個(gè)短路阻抗，因而機(jī)端電壓不可能降到零，故而還有一定的強(qiáng)勵(lì)作用，另外在大、中型發(fā)電機(jī)組中，本身有一定的固有強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)，因而只

51、要在0.15～0.7s內(nèi)切除短路點(diǎn)，自并激勵(lì)磁系統(tǒng)隨著電壓的恢復(fù)，強(qiáng)勵(lì)能力也就恢復(fù)。,第三章同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路的分析同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路包括有：勵(lì)磁變壓器、晶閘管功率裝置、滅磁裝置及過(guò)電壓保護(hù)裝置（保護(hù)裝置在第四章單獨(dú)闡述）。3.1 勵(lì)磁變壓器的分析在自并激勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁變壓器是一個(gè)很重要的設(shè)備，一般采用干式、環(huán)氧澆注型的變壓器，也有提出采用紙絕緣，那末它與環(huán)氧澆注型有何不同，下面作一些簡(jiǎn)單的介紹。變壓器分成干式和油

52、浸式兩種絕緣冷卻方式。而干式變壓器又可分為環(huán)氧澆注型（包括帶填料與不帶填料的，注型式與繞包式等），其絕緣耐溫等級(jí)為B、F、H級(jí)，以F級(jí)應(yīng)用最多；另一類型則是浸漬式（包括繞組絕緣材料用NOMEX紙的以及不用NOMEX紙的等類型），其絕緣耐溫等級(jí)一般為H級(jí)。3.1.1 兩大類型干式變壓器的比較a 機(jī)械強(qiáng)度和耐受短路的能力：環(huán)氧澆注式線圈的整體機(jī)械強(qiáng)度好，耐受短路的能力最強(qiáng)，因?yàn)槠涓?、低壓繞組是在模具內(nèi)進(jìn)行整體澆注，經(jīng)加熱固化成型，

53、從而形成一個(gè)機(jī)械強(qiáng)度很高的圓柱體，由于沒(méi)有墊塊這類支撐點(diǎn)，所以導(dǎo)線不會(huì)承受彎曲應(yīng)力。無(wú)論對(duì)突發(fā)短路時(shí)的軸向電動(dòng)力或幅向電動(dòng)力均有很強(qiáng)的耐受能力，因而機(jī)械強(qiáng)度高可以認(rèn)為是環(huán)氧澆注干變的最大優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論從運(yùn)行實(shí)踐或突發(fā)短路試驗(yàn)結(jié)果都證實(shí)了這點(diǎn)。浸漬式干變主要采用餅式線圈，低壓導(dǎo)線與鐵心之間靠撐條支撐。而作為餅間絕緣介質(zhì)的空氣其絕緣強(qiáng)度又大大低于環(huán)氧樹(shù)脂，所以軸向絕緣尺寸較大，相應(yīng)餅間電容較小，因而在沖擊過(guò)電壓作用下的過(guò)電壓分布特性較差，其機(jī)

54、械強(qiáng)度與耐受短路電動(dòng)力的能力就大大不如環(huán)氧澆注式干變。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，采用NOMEX紙、VPI（真空壓力浸漬）工藝的開(kāi)敞通風(fēng)式H級(jí)干變，其BIL（基準(zhǔn)沖擊水平）值最高僅能達(dá)150千伏，相應(yīng)只能制造33千伏級(jí)的干變。相反，國(guó)際公認(rèn)的環(huán)氧澆注干變的BIL值可達(dá)250千伏，即可以制造到66千伏級(jí)的干變。由于環(huán)氧澆注式干變采用層式線圈，沿其軸向可設(shè)置多個(gè)散熱風(fēng)道，故可以制造大容量的干變。目前國(guó)際公認(rèn)：環(huán)氧澆注式干變的最大容量可達(dá)2萬(wàn)千伏安

55、，而浸,漬式干變僅能達(dá)到0.8-1萬(wàn)千伏安。因此，要生產(chǎn)高電壓、大容量的干變，非環(huán)氧澆注式莫屬。b 損耗及過(guò)載能力：從理論上來(lái)說(shuō)，干變的過(guò)載能力是與其熱容量成正比，而與其負(fù)載損耗成反比的，采用餅式線圈的浸漬式，其自身的散熱性能并不優(yōu)于環(huán)氧澆注式，所以，絕不能簡(jiǎn)單地說(shuō)浸漬式干變的過(guò)載能力就一定優(yōu)于環(huán)氧澆注式。環(huán)氧澆注式干變的環(huán)氧樹(shù)脂耐電壓強(qiáng)度較之空氣要高出許多（約3.5～4倍），其線圈包封為2mm樹(shù)脂層，在同等絕緣水平條件下，浸漬式

56、干變線圈的段絕緣距離、主風(fēng)道距離和餅間絕緣距離較環(huán)氧澆注式干變大15％。因而在同等耐電壓絕緣水平和尺寸條件下，根據(jù)對(duì)比計(jì)算分析和制造試驗(yàn)驗(yàn)證，浸漬式干變的損耗較環(huán)氧澆注式干變大15～20％。另一方面，在同等絕緣水平和尺寸條件下，相同的絕緣等級(jí)(H級(jí))，由于環(huán)氧澆注干變的額定損耗和額定溫升低，具有節(jié)約能源環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于額定溫升低，其過(guò)載能力強(qiáng)。只有當(dāng)不僅線匝的絕緣采用NOMEX紙，而且所有繞組的絕緣件（如撐條，墊塊等）也都采用NO

57、MEX紙件來(lái)制造時(shí)，這樣的浸漬式干變才具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。這是由于NOMEX紙是C級(jí)絕緣材料，其耐熱溫度可達(dá)220℃，故用它來(lái)制造H級(jí)（耐熱溫度為180℃）的干變，一開(kāi)始就存在有20%左右的過(guò)載熱裕度之故。但是NOMEX紙的價(jià)格昂貴，我國(guó)目前生產(chǎn)H級(jí)浸漬式干變的廠家，往往只是在匝絕緣中使用它，而繞組的其他絕緣件都采用一般的H級(jí)材料。因而對(duì)這樣的H級(jí)干變，就不能一概認(rèn)為它具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。目前國(guó)產(chǎn)的浸漬類干變都是H級(jí)的，由于其損耗標(biāo)準(zhǔn)

58、較高，這對(duì)節(jié)能降耗不利。從理論上來(lái)說(shuō)，H級(jí)產(chǎn)品較之F級(jí)可以尺寸更小，重量更輕，但實(shí)際上從各廠的產(chǎn)品樣本看，這兩種類型產(chǎn)品并無(wú)多大差異。c 防潮及耐腐蝕性能：環(huán)氧澆注式干變的防潮及耐腐蝕性能比較好，尤其適用于在極端惡劣的環(huán)境下工作；相反，傳統(tǒng)浸漬式干變的主要缺點(diǎn)就是防潮性能差，且容易吸塵，在投入運(yùn)行前需要預(yù)熱等。即使在采用NOMEX紙以及真空壓力浸漆等新工藝后，雖然這些缺點(diǎn)可以一定程度得到克服，但一些本質(zhì)上的問(wèn)題卻依然存在。d

59、局部放電與運(yùn)行壽命：由于環(huán)氧澆注式的線圈經(jīng)過(guò)真空處理和澆注成型，匝間和層間無(wú)氣泡，在同類產(chǎn)品中，其局部放電最低；此外環(huán)氧澆注式干變的機(jī)械強(qiáng)度高，在短路電動(dòng)力的作用下不,會(huì)變形，且防塵、防污性能好。故運(yùn)行壽命長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)外的報(bào)導(dǎo)，其運(yùn)行壽命較之OVDT類干變要長(zhǎng)。以往影響環(huán)氧澆注變壓器運(yùn)行可靠性與壽命的主要問(wèn)題是澆注線圈的開(kāi)裂。但是隨著薄絕緣玻璃纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的采用以及原材料的進(jìn)步和澆注工藝的改進(jìn)，目前這一問(wèn)題已很好解決。當(dāng)然一旦樹(shù)脂混料

60、不均勻或澆注工藝有缺陷時(shí)，仍有開(kāi)裂或內(nèi)部出現(xiàn)氣泡而使局部放電增大等事故產(chǎn)生。相反，浸漬式干變卻無(wú)需擔(dān)心開(kāi)裂，在采用NOMEX紙后，由于匝絕緣較薄，繞組內(nèi)部的溫度分布也比較均勻。浸漬式干變的最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需澆注設(shè)備與模具，初期投資可大大節(jié)省，另外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性也較大，特別是生產(chǎn)油浸式變壓器廠轉(zhuǎn)產(chǎn)這類產(chǎn)品較容易。e 運(yùn)行維護(hù)：環(huán)氧澆注式的運(yùn)行維護(hù)工作量可認(rèn)為是很小的，特別是可以立即從備用狀態(tài)下投入運(yùn)行而無(wú)需預(yù)熱去潮。這是因?yàn)樗姆?/p>

61、潮、防塵性能好，無(wú)需預(yù)熱。因而可立即投運(yùn)并帶負(fù)荷運(yùn)行。浸漬式線圈的表面是靠真空壓力浸漆（VPI）后的薄的復(fù)蓋絕緣層來(lái)絕緣的，所以這種變壓器在停運(yùn)狀態(tài)下，就容易因吸潮而降低其絕緣水平，在投運(yùn)后可能引起局部放電增大，甚至發(fā)生絕緣擊穿等嚴(yán)重事故。因此，為可靠起見(jiàn)，當(dāng)停運(yùn)一段時(shí)間后再重新投運(yùn)時(shí)必須先行預(yù)熱去潮后，才能投運(yùn)帶負(fù)荷，這樣勢(shì)必造成停電后投運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)可靠性造成一定影響，且維護(hù)工作量也較大。3.1.2 關(guān)于“環(huán)保特性”a 從

62、材料的環(huán)保特性到產(chǎn)品制造與運(yùn)行的環(huán)保特性NOMEX紙作為已有多年使用業(yè)績(jī)并經(jīng)認(rèn)證的一種材料，其環(huán)保特性是獲得認(rèn)可的。至于其他一些H級(jí)材料及浸漆生產(chǎn)過(guò)程，在環(huán)保特性方面的優(yōu)越性如何，現(xiàn)仍缺乏足夠的依據(jù)。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂材料而言，本身既是無(wú)毒的且在制造過(guò)程中也不污染環(huán)境，在環(huán)氧樹(shù)脂澆注干變制造中，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料主要應(yīng)用在線圈澆注絕緣、鐵心綁扎涂覆、以及各種絕緣成型件。環(huán)氧樹(shù)脂澆注干變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選用環(huán)氧樹(shù)脂作為固體絕緣，這種絕緣技術(shù)本身賦予

63、了變壓器運(yùn)行時(shí)無(wú)油化、難燃防火的環(huán)保特性；環(huán)氧樹(shù)脂固體絕緣干式變壓器，在運(yùn)行中沒(méi)有溫室氣體泄漏，無(wú)油污，難燃防火，環(huán)氧樹(shù)脂配方中沒(méi)有鹵素和硫元素，即使著火燃燒也不會(huì)有鹵素化合物以及硫化物的產(chǎn)生，燃燒時(shí)主要分解,產(chǎn)物為H2O、CO2等，沒(méi)有毒害氣體產(chǎn)生，故不會(huì)對(duì)人員和環(huán)境有任何危害，即使燃燒也不會(huì)放出有害氣體。應(yīng)當(dāng)指出的是，薄絕緣環(huán)氧樹(shù)脂澆注式干變，在燃燒時(shí)所釋放的能量與NOMEX紙及用其它H級(jí)絕緣材料制造的浸漬類干變相比，也是較小的。

64、2000年曾將一臺(tái)薄絕緣環(huán)氧樹(shù)脂澆注式630kVA的干變?cè)诜▏?guó)順利通過(guò)F1級(jí)的燃燒試驗(yàn)，這證明它滿足最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)干變?nèi)紵匦缘囊蟮?。另外，我?guó)的一些大型工程中還直接從歐洲一些著名廠家進(jìn)口了一批大容量環(huán)氧澆注式干變，而這些干變都是通過(guò)了燃燒特性、環(huán)境特性以及氣候試驗(yàn)這三項(xiàng)特殊試驗(yàn)的。這說(shuō)明環(huán)氧樹(shù)脂干變的使用是符合環(huán)保要求的。b 產(chǎn)品壽命終結(jié)后回收降解處理的環(huán)保問(wèn)題根據(jù)近年來(lái)對(duì)歐洲和美國(guó)所做的調(diào)查，國(guó)外廠家都明確表示：兩種產(chǎn)品的

65、回收處理是相似的。產(chǎn)品壽命終結(jié)后的最終處置原則是回收利用可再生資源，環(huán)保處理廢棄物料。對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器而言，就是拆解變壓器，回收鋼結(jié)構(gòu)件及硅鋼片；分解線圈，回收銅(鋁)導(dǎo)體；剩余的少量環(huán)氧樹(shù)脂絕緣材料進(jìn)行環(huán)保處理，這包括有三種途徑：焚燒（發(fā)電）、地下填埋、粉碎后用作建筑材料。它的廢棄物處理不會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染，已用于道路填埋、公路建造中。3.1.3 市場(chǎng)前景展望目前就世界范圍來(lái)看，環(huán)氧澆注干變主要應(yīng)用于歐洲以及亞州的中國(guó)

66、、日本、韓國(guó)以及東南亞等廣大地區(qū)，而浸漬式干變則主要是美國(guó)應(yīng)用較多，這與NOMEX紙的產(chǎn)地是美國(guó)等特殊國(guó)情有關(guān)。總的來(lái)說(shuō)，就全世界而言，環(huán)氧樹(shù)脂式的市場(chǎng)占有率要顯著高于浸漬式干變。迄今，我國(guó)的環(huán)氧澆注式干變無(wú)論是工廠規(guī)模、產(chǎn)量或是技術(shù)水平都已達(dá)到世界先進(jìn)水平，2002年其總產(chǎn)量約為20000MVA，約占我國(guó)干變市場(chǎng)份額的95%。從全世界來(lái)看，預(yù)期今后在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，這兩大類型的干變都將共存，也正如前所述，它們也各有其優(yōu)缺點(diǎn)。但由于我國(guó)

67、這10多年來(lái)在環(huán)氧樹(shù)脂干變制造技術(shù)上所取得的成就，以及它本身所固有的許多優(yōu)點(diǎn)，并考慮到使用部門早已熟習(xí)了這類干變的運(yùn)行維護(hù)，因而，從保證運(yùn)行可靠性，減少備品、備件的品種以及提高運(yùn)行、檢修效率等方面來(lái)看，今后還是會(huì)大量使用環(huán)氧澆注式干變，這也與歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的先例是完全一致的。,3.2 三相晶閘管整流柜3.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)形式在晶閘管的結(jié)構(gòu)選擇上，目前國(guó)際上主要有兩種結(jié)構(gòu)，SIEMENS、英國(guó)R-R、和GE均為抽屜式結(jié)構(gòu)，即

68、每個(gè)晶閘管、脈沖放大、檢測(cè)、阻容保護(hù)等元件均通過(guò)獨(dú)立框架組合成一個(gè)獨(dú)立的晶閘管模塊組件，選取六只模塊組件可以組成一個(gè)全控整流橋，冷卻風(fēng)道由然結(jié)合而成，這種方式造成了各廠家的晶閘管模塊組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全不同，不具有互換性。我公司采用的是平板式結(jié)構(gòu)晶閘管，晶閘管橋安裝在一塊整體絕緣板上，分為上、下兩層布置，+U、+V、+W相晶閘管在上部，-U、-V、-W相晶閘管在下部，在晶閘管U、V、W相元件間安裝耐高壓絕緣隔板（有些小型的機(jī)組或陽(yáng)極電壓不太

69、高的可不安裝），用以防止晶閘管相間短路，冷卻風(fēng)道采用高絕緣的阻燃透明PC板經(jīng)熱壓后成形，由面板和側(cè)板緊貼晶閘管拼裝組成，外觀質(zhì)量好，加工方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，該結(jié)構(gòu)的風(fēng)道由于較好的密閉，不存在漏風(fēng)，最有效地達(dá)到散熱效果，對(duì)發(fā)熱元件如熔斷器，風(fēng)道開(kāi)有導(dǎo)風(fēng)泄漏孔，以便冷卻熔斷器。風(fēng)道中除去晶閘管散熱器及管芯占據(jù)的位置后，有效的風(fēng)道通風(fēng)面積為0.2m2，風(fēng)阻限制在一定范圍內(nèi)，確保上、下兩層晶閘管的可靠散熱。風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口溫差小于1