发电机的励磁系统与励磁保护

电力系统自动装置

期末论文

学 院 : 电气信息学院

专 业 : 电气工程及其自动化

任课老师 : 肖先勇

班 级 : 2011级

学 号 :

姓 名 :

发电机的励磁系统与励磁保护

【摘要】文章通过对我国电力系统主要励磁系统的分别介绍，阐述了不同励磁系统的工作原理。同时还介绍了对同步发电机的过励磁保护与失磁保护及其实现方式。

【关键字】发电机、励磁系统、失磁保护、过励磁保护

引言

励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机的稳定运行有着重要影响。因此了解电力系统中励磁系统的具体类型及其工作原理，同时加强对过励磁保护与失磁保护的研究，在电力系统中有着极其重要的意义。

励磁系统:励磁系统通过在发电机转子绕组中通以直流电流建立起主磁场，当汽轮机拖动转子旋转时，在定子电枢绕组中产生感应电动势。励磁系统的主要任务就是根据发电机的运行状态，向发电机电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的需要。性能良好，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的。

励磁系统的主要作用:1、维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。

2、合理分配并列运行机组之间的无功分配。

3、提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。

在我国电力系统中，同步发电机的励磁系统主要有直流励磁机励磁系统和半导体励磁系统两种。

1、直流励磁机励磁系统

直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源, 供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴, 励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流, 形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的, 他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机, 因此所用设备增多, 占用空间大, 投资大, 但是提高了励磁机的电压增长速度, 因而减小了励磁机的时间常数, 他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组。

自励直流励磁机励磁系统原理接线图

LH--电流互感器 YH--电压互感器 F--同步发电机 FLQ--同步发电机的励磁线圈

L--直流励磁机 LLQ--直流励磁机的励磁线圈 Rc--可调电阻

采用直流励磁机供电的励磁系统, 在过去的十几年间, 是同步发电机的主要励磁系统。目前大多数中小型同步发电机仍采用这种励磁系统。长期的运行经验证明, 这种励磁系统的优点是: 具有独立的不受外系统干扰的励磁电源, 调节方便, 设备投资及运行费用也比较少。缺点是: 运行时整流子与电刷之间火花严重, 事故多, 性能差, 运行维护困难, 换向器和电刷的维护工作量大且检修励磁机时必须停主机, 很不方便。近年来, 随着电力生产的发展, 同步发电机的容量愈来愈大, 要求励磁功率也相应增大,而大容量的直流励磁机无论在换向问题或电机的结构上都受到限制。因此, 直流励磁机励磁系统愈来愈不能满足要求。目前, 在100 MW 及以上发电机上很少采用。

2、半导体励磁系统

半导体励磁系统是把交流电经过硅元件或可控硅整流后, 作为供给同步发电机励磁电流的直流电源。半导体励磁系统分为静止式和旋转式两种。

2.1、静止式半导体励磁系统

静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。

2.1.1、自励式半导体励磁系统

自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得，经过控制整流后,送至发电机转子回路,作为发电机的励磁电流，以维持发电机端电压恒定的励磁系统，是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源，由自动励磁调节器控制励磁电流的大小, 称为自并励可控硅励磁系统，简称自并励系统。自并励系统中，除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外，没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件，所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图，其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供，经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流，可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要另加一个起励电源。

无励磁机发电机自并励系统原理接线图

无励磁机发电机自并励系统的优点是：不需要同轴励磁机，系统简单，运行可靠性高；缩短了机组的长度,减少了基建投资及有利于主机的检修维护；由可控硅元件直接控制转子电压,可以获得较快的励磁电压响应速度；由发电机机端获取励磁能量，与同轴励磁机励磁系统相比，发电机组甩负荷时，机组的过电压也低一些。其缺点是：发电机出口近端短路而故障切除时间较长时，缺乏足够的强行励磁能力对电力系统稳定的影响不如其它励磁方式有利。由于以上特点，使得无励磁机发电机自并励系统在国内外电力系统大型发电机组的励磁系统中受到相当重视。

2.1.2、它励式半导体励磁系统

它励式半导体励磁系统包括一台交流主励磁机JL和一台交流副励磁机FL，三套整流装置。两台交流励磁机都和同步发电机同轴，主励磁机为100HZ中频三相交流发电机，它的输出电压经过硅整流装置向同步发电机供给励磁电流。副励磁机为500HZ中频三相交流发电机，它的输出一方面经可控硅整流后作为主励磁机的励磁电流，另一方面又经过硅整流装置供给它自己所需要的励磁电流。自动调励的装置也是根据发电机的电压和电流来改变可控硅的控制角，以改变励磁机的励磁电流进行自动调压。

励式半导体励磁系统原理接线图

它励式半导体励磁系统的优点是：系统容量可以做得很大，励磁机是交流发电机没有换向问题而且不受电网运行状态的影响。缺点是：接线复杂，有旋转的主励磁机和副励磁机，启动时还需要另外的直流电源向副励磁机供给励磁电流。这种励磁系统多用于10万KW左右的大容量同步发电机。

2.2、旋转式半导体励磁系统

在它励和自励半导体励磁系统中，发电机的励磁电流全部由可控硅(或二极管) 供给, 而可控硅(或二极管)是静止的故称为静止励磁。在静止励磁系统中要经过滑环才能向旋转的发电机转子提供励磁电流。滑环是一种转动接触元件。随着发电机容量的快速增大,巨型机组

的出现,转子电流大大增加,转子滑环中通过如此大的电流, 滑环的数量就要增加很多。为了防止机组运行当中个别滑环过热, 每

个滑环必须分担同样大小的电流。为了提高励磁系统的可靠性取消滑环这一薄弱环节,使整个励磁系统都无转动接触的元件, 就产生了无刷励磁系统, 如图4所示。

无刷励磁系统原理接线图

副励磁机FL是一个永磁式中频发电机，其永磁部分画在旋转部分的虚线框内。为实现无刷励磁，主励磁机与一般的同步发电机的工作原理基本相同，只是电枢是旋转的。其发出的三相交流电经过二极管整流后，直接送到发电机的转子回路作励磁电源，因为励磁机的电枢与发电机的转子同轴旋转，所以它们之间不需要任何滑环与电刷等转动接触元件,这就实现了无刷励磁。主励磁机的励磁绕组JLLQ是静止的,即主励磁机是一个磁极静止,电枢旋转的同步发电机。静止的励磁机励磁绕 …… 此处隐藏：4546字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……