发电机无刷励磁系统基础原理(修改版)

  目前，国内、外汽轮发电机机组的励磁系统主要有以下两 种方式：无刷励磁系统和自并励静态励磁系统。

  国际上运行中的汽轮发电机主要是采用无刷励磁的公司有： 西屋、三菱、ALSTOM、西门子等；主要是采用自并励静态 励磁的公司有：ABB、东芝、日立等。 国内135MW及以下容量汽轮发电机组采用无刷励磁系统 及自并励静态励磁系统，300MW及以上的大部分采用自 并励静态励磁系统。

  • 1、PT断线保护 程序将测量到的仪表PT值和量测PT的值作比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发 PT断线信号，如果是量测PT断线，除发信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行 方式。

  • 2、触发脉冲丢失保护 触发脉冲重新被CPU重新回读，并做综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示 器上。失脉冲发生时，发报警信号。

  稳 定 性 差 ， 从 空 载 到 满 载 控 制 角 仅 稳定性高，从空载到满载控制角变化约20度。

  无法安装灭磁开关，只能是自然续流 可安装灭磁开关和非线性灭磁电阻，以实现逆

  • 开关电源组件1 （5V，±12V） (电源Ⅰ) • 开关电源组件2 （24V1，24V2） (电源Ⅱ) • 主机板 • 开关量输入输出板 (开入开出) • 脉冲放大板 • 模拟量信号处理板 (信号处理) • PT/CT及同步变压器板 (PT/CT) • 功率单元 • 总线后底板 • 键盘及液晶显示面板

  4 整 流 盘 故 障 检 间接，误动和拒动率高，检出率低不 直接，可靠，有效，容易检测替换产品多。

  • 1、永磁机 • 2、交流励磁机 • 3、旋转硅整流装置（旋转二极管快速熔断器） • 4、自动电压调节装置

  微机励磁控制柜的基本任务是维持发电机的机端电压恒定、通过 合理的调差设置保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快 速的励磁响应提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。

  自并激静止励磁系统 长度小，节能电站投资； 支点少，振动小，动平衡简便；

  • 1、表计层 表计层装设发电机机端电压表，永磁机电压表，励磁电流表，便于就地试验监视。

  • 2、操作层 QK3 自动/手动开关：用来选择DVR-2100B微机励磁调节器在自动运行、手动运行方式。 QK1 通道选择开关：能够最终靠此开关进行通道间的切换，共有四个位置可供选择，即切除、通道 A（运行）、通道B（运行）、切除。 QK2 就地/主控开关：该开关打到主控位置，本柜操作开关失效，DVR-2100B微机励磁调节器受 主控开关的控制；该开关打到就地位置，DVR-2100B微机励磁调节器接受本柜开关的命令，主控 室的对应开关失去作用。运行中如果进行主控/就地切换时，应先将主控和就地的开关位置先对 应成一致状态。 QK4 减/增磁开关：为自复归开关，用来调整发电机电压或无功功率的大小。 QK5 方式选择开关：用来选择DVR-2100B微机励磁调节器在恒电压运行、恒功率因数运行、恒 无功运行工作方式。

  • 3、系统自检故障检测 系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障，通讯故障等、当有故障发生时， 发通道故障信号，同时本通道退出运行。对于主备用系统，备用通道自投。

  • 4、旋转二极管故障报警 通过检验测试励磁机励磁绕组电流的１、２、３、４、５、６次谐波的有效值和２２次谐 波的有效值比值来判断旋转二极管是否出现故障：当１、２、３、４、５和６次谐波 的有效值之和与２２次谐波的有效值的比值小于０．１时判为正常运作时的状态，比值大 于０．１时，判断为故障；当１、３、５次谐波有效值之和与２２次谐波有效值的比 值大于５０时判为一臂短路故障；当２、４次谐波有效值分别与２２次谐波有效值相 除，所得两个比值相乘，结果小于１时判为一臂断路，小于１０而大于１时判为一相 开路，大于１０时判为多相开路。

  • 4、开关层 有交流电源开关QS1、直流电源开关QS2、通道A电源输入开关KKA、通道B电源输入开 关KKB。 QS1：DVR-2100B微机励磁控制柜的工作电源开关。机组达到额定转速，永磁发电机输 出电压达到额定值时，合上该开关，永磁发电机向DVR-2100B微机励磁控制柜提供工作 电源。 QS2：DVR-2100B微机励磁控制柜辅助工作电源开关。机组未运行时合上该开关，220V 直流母线B微机励磁控制柜提供工作电源，也可用于DVR-2100B微机励磁控 制柜静态时的参数调整或其他试验。机组运行时，合上该开关，220V直流为DVR-2100B 微机励磁控制柜提供备用工作电源。 KKA：通道A励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。 KKB：通道B励磁电源输入开关。机组达到额定转速，DVR-2100B微机励磁调节器参数 设定完成，机组具备投励时合上该开关。

  • 晶闸管的导通条件：以下两条件须同时具备 a.正向阳极状态（阳极电位高于阴极电位）； b.控制极加上触发电压（或触发脉冲）；

  • 晶闸管的关断条件：以下任一条件即可关断 a.主回路断开； b.晶闸管两端处于反向电压时（阳极电压低于阴极电压） c.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流

  • 为了更好的提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余，来自永磁机发电机输 出的交流电源经过隔离变压器隔离后，经过整流变为直流，并经过二极管和 来自厂用蓄电池的直流电并联运行，共同为机箱内的开关电源供电，为了提 高系统的抗干扰的能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分。

  • CPU电源：5V，±12V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,低压 系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。

  • 5、功率单元 有可控硅模块、二极管整流模块、熔断器。 功率单元由可控硅模块和二极管整流模块组成单相可控桥式整流电路。功率 单元A和功率单元B经过逆止二极管并联后向外供电。

  • 6、其它器件 包括电源变压器T、LEM、瓷管电阻、分流器FL1、FL2、FL3，继电器K1、 K2、K3、K4等。 电源变压器T将给DVR-2100B微机励磁控制柜供电的中频交流电隔离、降压 ，整流后与厂用直流电经过逆止二极管并联给DVR-2100B微机励磁调节器供 电。 LEM是用于DVR-2100B微机励磁控制柜励磁输出电流的测量。 FL1、FL2用于发电机中控盘或DCS的显示，FL3用于本柜的励磁输出电流表 的显示。

  发电机正常运行中，励磁电压比较小，控制单元不能触发可控硅开通，灭 磁电阻回路中没有电流通过 。

  当灭磁开关分断后进行灭磁时，转子电感两端出现较大的反向电压，同时 控制单元快速接通反向可控硅触发回路，把灭磁电阻接入、灭磁电阻回路 开通，转子电流就能够迅速转移到灭磁电阻回路，通过灭磁电阻把电流转 换为热量释放。

  灭磁，即是快速把转子电感中储存的大电流释放掉，以保证发电机安全运 行，保护机组和其它设备安全 。

  1、自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节； 2、手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节； 3、发电机恒功率因数运行； 4、发电机恒无功运行； 5、自动、手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换； 6、通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换； 7、无功调差调节，可任意设置正、负调差方向； 8、完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节； 9、电力系统稳定器（PSS）附加控制。

  • 导通角θ：晶闸管在一个周期内导通的角度。 • 移相：改变α的大小即改变脉冲在每个周期内出现的时刻

  ；对单相半波电路α的移相范围是0~π。 a越大即脉冲向后 移晶闸管导通时间越小，电阻上的输出电压越小。 • 单相半波可控桥输出电压和电流为：

  6、过励限制和保护 过励限制是为避免发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施 ，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁 电流Ifd2的大小成反比关系。过励限制和保护按照下列原则：

  • 励磁电流 Ifd＞Ifd_max时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行。 Ifd_max为菜单整定的瞬时过励值；

  5、欠励限制和保护 欠励限制按两段整定，如图所示，第一条线为限制线，第二条线为保护线。当发电 机无功功率进入低励限制区时，DVR-2100B微机励磁调节器将封闭减磁按钮，不会再 继续减磁，并且发报警信号，同时自动进行增磁，直到退出低励状态。如果DVR2100B微机励磁调节器在某种工况下进入低励限制区，而没有被控制住，无功功率继 续减少，当无功功率低于保护线B微机励磁调节器发报警信号并且切手 动方式运行。 欠励限制线和欠励环参数可以在菜单上进行整定。保护线为对应的限制线倍。其中，Qa点为零有功时，允许进相的无功功率值。Pb为点允许发电机无 功为零进相运行时的最大有功功率。

  • 操作电源：24V2，用于开关量的输入输出，对于双通道的励磁系统，其两个 通道的24V2经过二极管并联，提供操作信号。两个通道的0V2直接并联。这 样就保证了24V2电源的冗余。

  DVR-2100B微机励磁调节器的功率输出部件为单相半控晶闸管整流桥。为了保 证其输出直流电压连续可调，要求控制角α在0~170度之间变化。DVR-2100B微 机励磁调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用大规模逻辑器 件直接将数字控制量转换成相应控制角α的触发脉冲信号。 脉冲放大板 本板将主CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动5组 以上并联的可控硅桥。同时本板上有脉冲指示灯，用于显示脉冲是不是正常，本 板上能够最终靠跨接器选择脉冲变压器是内置式，还是外置式。