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第四阶段第一周培训指导书一、1#-4#发电机励磁系统的组成励磁系统由励磁变高压侧开关（+AK4）、励磁变压器、励磁调节器柜（+JD01）、可控硅整流器及保护元件柜（+JD02）、灭磁柜（+JD03）、直流起励、集电滑环及碳刷、发电机转子线圈、交直流电缆等组成。
励磁系统主回路由励磁变高压侧电动负荷开关、励磁变压器、可控硅整流桥及保护元件、磁场断路器、灭磁电阻、直流起励、发电机转子线圈等组成。
励磁变压器为干式变压器，布置在下游副厂房。
二、1#-4#机励磁系统技术参数1、励磁系统：额定电压：DC300V；额定电流：DC1100A；额定峰值电压（10sec）：500 VDC；额定峰值电流（10sec）：1800 ADC；绝缘试验电压：2500V，50Hz，1min。
2、励磁变压器：三相双绕组转换变压器，干式，户内安装；自然冷却，高压绕组和低压绕组之间有接地屏蔽；温度监视：6个热敏电阻（每相两个）用于报警和跳闸。
型式环氧树脂绝缘 F级额定容量600kVA 连续工作额定电压高压侧：10.5kV 低压侧：380V试验电压高压侧：35kV，50Hz 1min 低压侧：3 kV，50Hz 1min 阻抗电压6%接线方式Yd5冷却方式自然冷却3、可控硅整流器（可控硅整流器为三相全控整流桥，布置于+JD02柜内正面）整流桥数量一组可控硅数量每组6个可控硅型号SKT1200/16散热器P18/180F反向峰值电压1600V45℃环境温度下，允许持续电流1700A空气冷却风量要求每秒125升4、通风装置：一台风扇安装在可控硅整流器的顶部。
风扇型号RE250-2b风量在150Pa压力下1100m3/h风速2600rpm电源电压230V 50Hz额定容量220W5、灭磁装置:由磁场断路器和灭磁电阻组成。
型号CEX1250额定电流1250A额定电压550V最大断开电流18000A最大断开电压1000V合闸线圈DC220V跳闸线圈DC双线圈220V灭磁开关触点容量5000A，15 S灭磁开关合闸时间1ms6、灭磁电阻：型号PA1/05/12/20最大电流3000A最大电压1000V吸收能量270kJ7、起励起励电流一般为80ADC起励时间一般为4秒直流接触器型号CAV1—150额定电流150A工作电压220VDC闭锁二级管SKKD 162/16-P3/120限流电阻 JWII 50/8P 2.6Ω，80A，40秒三、1#-4#机励磁调节器1、简介该调节器和门控制装置GMR3用于大中型同期装置的电压调节器。
发电机励磁系统培训教材同步发电机是电力系统的主要设备，它是将旋转形式的机械功率转换成电磁功率的设备，为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流。
专门为同步发电机提供励磁电流的有关设备，即励磁电压的建立、调整和使其电压消失的有关设备统称为励磁系统。
同步发电机的励磁系统是由励磁调节器AVR 和励磁功率系统组成,励磁功率系统向同步发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流,调节器根据发电机端电压变化控制励磁功率系统的输出，从而达到调节励磁电流的目的。
第一节自并励励磁方式一、自并励磁方式励磁电源取自发电机端，经静止的整流变压器及静止的可控整流装置供给发电机转子绕组励磁。
由于励磁系统没有旋转部件，结构简单，因而可靠性提高。
又由于缩短了轴系长度，减少了轴承座，而提高了轴系稳定性。
这种励磁方式的励磁响应快速，调压性能好。
近年来由于继电保护的完善和发展，动作速度加快(0.1s内切除短路故障)，因此自并励励磁方式与继电保护的配合方面除发电机后备保护需改进外，已不影响继电保护的正确动作。
由于短路时间短，短路后发电机端电压恢复较快，因此自并励励磁系统已与同样强励倍数(Ku＝2)的交流励磁机励磁系统的暂态稳定水平相当。
更由于电力系统稳定器(PSS)的广泛应用，自并励励磁系统配置PSS以后，其静稳定、动稳定水平均高于交流励磁机励磁系统。
图4-1二、自并励静态励磁系统的特点自并励励磁系统为静态励磁，与交流励磁机励磁系统相比，它没有旋转部件，运行可靠性高。
随着大功率可控硅整流装置可靠性的提高，据国内外统计资料表明，自并励静态励磁系统造成发电机强迫停机率低于交流励磁机系统。
自并励静态励磁系统不需要同轴的励磁机，仅带端部滑环，这样可有效的缩短整个汽轮机组轴系的长度，这样可有效的提高轴系的稳定性，改善轴系振动水平，提高了机组安全运行水平，同时也降低了噪音水平。
因采用了可控硅整流器，无须考虑同轴的励磁机时间常数的影响，这样可获得很高的电压响应速度。
发电机励磁系统培训教材[正文]
1.励磁系统的基础知识
1.1 励磁系统的定义和作用
1.2 励磁系统的组成部分
①发电机励磁电源
②励磁电机
③励磁控制器
④励磁变压器
1.3 励磁系统的工作原理
①励磁电源的工作原理
②励磁电机的工作原理
③励磁控制器的工作原理
④励磁变压器的工作原理
2.励磁系统的调试与维护
2.1 励磁系统的调试流程
①励磁电源的调试
②励磁电机的调试
③励磁控制器的调试
④励磁变压器的调试
2.2 励磁系统的维护与保养
①励磁电源的维护
②励磁电机的维护
③励磁控制器的维护
④励磁变压器的维护
3.励磁系统的故障排除与应急处理
3.1 励磁系统常见故障
①励磁电源故障
②励磁电机故障
③励磁控制器故障
④励磁变压器故障
3.2 励磁系统故障排除步骤
①故障现象的观察与记录
②故障原因的分析与判断
③故障修复与测试
3.3 励磁系统的应急处理措施
①励磁电源的应急处理
②励磁电机的应急处理
③励磁控制器的应急处理
④励磁变压器的应急处理
4.励磁系统的安全管理
4.1 励磁系统的安全风险
①电气安全风险
②机械安全风险
③火灾安全风险
④人员伤害安全风险
4.2 励磁系统的安全管理措施
①安全管理制度的建立
②安全操作规程的制定
③安全培训与教育
④安全设备和防护措施
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励磁系统培训讲义（第3页）励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。
励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。
励磁系统的功能是维持电力系统及发电机端电压的稳定，提高同步发电机并列运行的稳定性。
励磁系统的主要作有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。
发电机励磁系统的要求：在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。
在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求：1、正常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。
2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。
强励的作用：在负荷极大或外部短路，造成电压剧降时，强励动作，一是力图抬高电压维持电网稳定防止失步或瓦解；二是向短路点提供足够大的短路电流，使继电保护能可靠动作，以防止半死不活的状态。
当系统电压大大降低，发电机的励磁电源会自动迅速增加励磁电流，这种作用叫做强行励磁，强行励磁主要有以下几个方面的作用：1.增加电力系统的稳定性2.在短路切除后，能使电压迅速恢复3.提高带时限的过流保护动作的可靠性4.改善系统故障时电动机的自起动条件强励倍数，即强行励磁电压与励磁机额定电压Ue之比，对于空气冷却励磁绕组的汽轮发电机，强励电压为2倍额定励磁电压，强励允许时间为50S；对于水冷和氢冷励磁绕组的汽轮发电机，强励电压为2倍额定励磁电压，强励允许时间为10～20S。
发电机励磁系统培训教材一、引言在现代电力系统中，发电机励磁系统起着至关重要的作用。
它不仅影响着发电机的运行稳定性和可靠性，还对整个电力系统的电能质量和运行经济性有着重要影响。
因此，深入了解和掌握发电机励磁系统的工作原理、组成结构和运行维护知识，对于电力系统的运行和管理具有重要意义。
二、发电机励磁系统的基本原理发电机励磁系统的主要作用是为发电机的磁场提供直流电流，从而建立发电机的电压。
其基本原理是基于电磁感应定律，即通过在发电机的转子绕组中通入直流电流，产生一个恒定的磁场，当发电机的转子旋转时，定子绕组中就会感应出交流电压。
为了维持发电机端电压的稳定，励磁系统需要根据发电机输出电压、电流和功率因数等参数的变化，自动调节励磁电流的大小，以保证发电机在不同的运行工况下都能输出稳定的电压。
三、发电机励磁系统的组成结构发电机励磁系统通常由励磁电源、励磁调节器、励磁功率单元和灭磁装置等部分组成。
1、励磁电源直流励磁机：早期的励磁电源，结构简单，但维护工作量大，性能逐渐被淘汰。
交流励磁机：通过整流装置将交流电源转换为直流电源，性能相对稳定。
静止励磁系统：直接从发电机端获取交流电源，经过励磁变压器降压和整流装置整流后供给励磁绕组，具有响应速度快、结构简单等优点。
2、励磁调节器测量比较单元：负责测量发电机的端电压、电流等参数，并与给定值进行比较，得出偏差信号。
综合放大单元：对偏差信号进行放大和综合处理，以提高调节的精度和稳定性。
移相触发单元：根据综合放大单元的输出信号，控制整流装置的触发角，从而调节励磁电流的大小。
3、励磁功率单元可控硅整流装置：将交流电源转换为直流电源，其性能直接影响励磁系统的输出特性。
灭磁开关：在发电机故障或停机时，迅速切断励磁电流，保护发电机和励磁系统。
4、灭磁装置灭磁电阻：用于消耗发电机磁场中的能量，实现快速灭磁。
灭磁开关：与灭磁电阻配合使用，完成灭磁过程。
四、发电机励磁系统的运行方式1、恒励磁电流运行方式在这种方式下，励磁电流保持恒定，不随发电机端电压和负载的变化而改变。
第一章发电机励磁系统的发展及现状§1-1 励磁主回路的发展动态在上世纪60年代以前，同步发电机基本上都是采用同轴直流励磁机的励磁方式，由于当时发电机单机容量不大，输电线路不长，因此基本上能满足当时的要求，但直流励磁机维护困难，炭刷易产生火花，换向器易于磨损，随着发电机单机容量的增大，励磁容量也相应增大，当汽轮发电机单机容量达10万千瓦，励磁机容量已近500千瓦，而同轴的转速为每分钟3000转的直流电机，受限于换向的极限容量仅为500千瓦。
当时大容量发电机或是用齿轮减速后驱动直流励磁机，或是用带大飞轮的独立驱动的电动发电机供励磁。
后来，随着硅整流元件出现，直流励磁机逐步被同轴交流励磁机和整流器代替，交流励磁机的容量基本上不受限制。
在1960年代,当时的第一机械工业部委托电器科学研究院，组织了汽轮发电机三机交流整流励磁系统的全国统一设计。
这种方式在大型汽轮发电机上一直延用至今。
为减小时间常数，交流励磁机通常采用频率100-250周，中频付励磁机用350-500周，早期中频付励磁机采用感应子式，转子上无绕组，近年来已逐步被永磁发电机所代替。
1960年代初，可控硅元件刚出现，电流、电压定额较低，所以他励式可控硅静止励磁用得较少。
可控硅主要用在三机交流整流励磁系统主励磁机的励磁控制上。
应该指出1960年代末期天津电气传动设计研究所，在发展我国各种主回路励磁方式上，起了很大作用，例如在1969年率先研制，并在天津第一发电厂4＃机25MW汽轮发电机上，投运了直流侧电流相加的自复励可控硅励磁系统，并励部分用的是三相半控整流桥。
串联部分用的是三相二极管整流桥。
1971年投运了由天传所设计，上海华通开关厂、上海整流器厂、上海电机厂参与生产的富春江2＃机60MW发电机的自复励可控硅励磁系统，容量为当时国内最大。
并励的功率部分用的是三相半控整流桥，限于当时国内生产元件的水平，富春江水电厂的可控桥臂是由（700V,200A）可控硅元件4串6并组成。
此外天传所还为长办试验电站陆水电站8800KW发电机设计了他励可控硅励磁系统，可控硅整流桥用三相全控桥，整流桥每臂SCR 2串5并，于72年投运。
后来这种方案天传所还用在南桠河、渔子溪水电厂二台4万KW发电机上。
与此同时，在参照河北省岗南水电站从日本进口的10MW抽水蓄能发电机励磁的基础上，还设计出了可控相复励的励磁系统，在湖北省一台10MW调相机上运行。
整流器是不可控的，是靠改变相复励变压器电压绕组上的电压来调节，后者由饱和电抗器L控制，本方案可靠性高，缺点是相复励变压器，饱和电抗器体积大。
动态响应差。
图1-1 可控相复励1970年代中期，天传所还为河南安阳发电厂一台10万KW汽轮发电机研制了无刷励磁装置，同时还参加了从英国Brush公司引进的一台23MW燃汽轮发电机的无刷励磁系统的仿制。
同一时期，为给葛洲坝电站励磁方案进行中间试验，天传所（东方电机厂参加）在湖南省花木桥电站进了交流侧电压相加的自复励磁系统的研制。
在中小型发电机上，天传所还推出了双绕组电抗分流励磁调节系统，国内还开发过谐波励磁系统，最大的一台是用在河北邯郸马头电厂＃25MW汽轮发电机上。
图1-2 谐波励磁系统大型发电机定子电压高，谐波绕组和主绕组绝缘困难，制造工艺复杂。
谐波励磁只适用中小电机。
现在美国GE公司生产的P棒励磁系统也是在发电机定子槽内安放附加绕组(不是谐波绕组)，作为励磁供电电源。
1970年代中期，南京热电厂进口了一台125MW意大利制造的汽轮发电机，采用他励可控硅励磁，励磁机本身用不可控相复励，意专家来调试，曾遇困难，不稳定，最后由我国的技术人员调试成功，在此期间，富春江水电厂从法国进口了5＃、6＃机，励磁为自复励励磁系统，其自励部分和复励部分的直流侧电压串联相加，这种方式比较特殊。
应指出，1960年代在大容量发电机励磁研究方面我国受到苏联影响，在新安江九号机10万KW水冷发电机上，也是采用了交流侧相加的自复励系统。
这时串联变压器原边的电流要在付边转换为电压，变压器铁心中要嵌入空气隙，导致串联变压器体积庞大，鉴于当时可控硅容量无法满足要求，整流器采用了汞弧整流器，后者有玻壳的和铁壳的。
（当时苏联斯大林格勒到古比雪夫的长距离输电也是用汞弧整流器）。
国内电车供电电源当时也是用汞弧整流器（缺点是对环境有污染）整流得到的。
此方案由哈尔滨电机厂和东北的中试所和设计院等研制成。
图1-3 直流侧电压串联相加的自复励(法国方案)发电机自并励方案，在国内电力部门受旧观念束缚，长期认为自并励不可靠，无强励能力，故障时无足够短路电流，不能保障继电保护正确动作，在这方面清华大学等曾进行了卓有成效的研究，并且指出自并励的优点，动态响应快，适当提高强励倍数等，它的缺点是可克服的。
国内例如河北工学院电工厂，在福建省池潭水电厂50MW机组上成功地进行了自并励试验，从国外进口的天津大港发电厂320MW意大利火电机组，从日本进口的唐山陡河火电厂发电机用自并激。
由于自并激励磁的一系列优点，已逐步为国人所接受。
因此后来国内许多水电厂如白山、龙羊峡、岩滩、隔河岩等单机300MW以上电站也普遍采用自并激，三峡励磁也不用葛洲坝的自复励方案。
由于国外许多厂家将自并励作为汽轮发电机主要励磁方案，我国电力部门也逐步将自并励采用到汽轮发电机上去，如1991年辽宁清河发电厂一台210MW汽轮发电机励磁系统改造，就采用了自并励。
当然一般火电厂均建于城市市区或近郊，靠近负荷中心，没有输电稳定问题，使用三机交流整流励磁系统是没什么问题，但机组往往存在振动、厂房长投资大的问题。
通常建设在煤矿的坑口发电厂，往往要远距离输电，这时是应该选用快速响应的自并励系统。
除了自并励外，无刷励磁系统因不用电刷，无火花，可用于防爆环境。
没有炭刷粉未污染发电机端部绝缘，有利于延长使用寿命，没有电刷也有可能做到免维护，适用于无人电站。
§1-2 励磁调节器发展动态最初的同步发电机大都用同轴直流励磁机励磁，后者有用自并励的，用于中小容量发电机，大容量发电机大多带直流付励磁机，早期的励磁调节器（常称为自动电压调节器AVR）实际上只有2个功能，即通过自动调节励磁机磁场电阻来达到发电机电压恒定，和调差（使发电机并联运行下合理分配无功）。
对较大型的发电机还备有继电强励和继电强减功能。
亦即当机端电压下降较大时，利用低电压继电器短路磁场绕组内串接的某个电阻，从而达到强励的目的，反之当机端电压突然上升时，用电压继电器把一定电阻串入励磁机磁场中达到强行减磁的作用。
国内在1950年代进口西方国家的AVR主要有3类：A）炭阻式；B)银针式；C)磁盘式；(亦称摆励接触式）。
这些都属于机电式直接动作的调压器，它们的电压敏感元件直接通过机械机构操作励磁机的磁场电阻。
1、银针式调压器：西屋公司银针式调压器的原理线路图示于图1-4。
它的电磁铁线圈由发电机电压经PT 及整流器供电，当发电机电压变化时，衔铁运动，推动杠杆，使电阻的银钮接通或开断，从而改变励磁机磁场回路的电阻，并通过由电流互感器CT供电的补偿电阻，来自动分配并联运行发电机间的无功负荷。
励磁机输出经稳定变压器，输出稳定信号到调节电路。
图1-4 银针式调压器原理图及银针触点2、炭阻式调压器炭阻式调压器的原理图示于图1-5。
发电机电压经PT接入磁电式敏感元件的动线圈，当发电机电压变化时，动线圈受到电磁力的作用而上下运动，通过动臂的动作调节炭刷片的松紧程度，从而改变串联于励磁机励磁回路中变阻器的电阻值，藉此调节发电机电压。
此外，亦通过电流互感器CT供电的电阻，来自动分配并联发电机间的无功负荷。
励磁机输出经稳定变压器，输出稳定信号到调节电路。
图1-5 炭阻式调压器原理图及实物图3、盘式(摆动接触式)调压器磁盘式调压器亦用于控制串联于直流励磁机励磁回路上的电阻，来调节发电机电压。
图1-6是它的原理图。
发电机电压通过电压互感器PT向分相电动机定子或螺管线圈供电，电动机转子或螺管线圈的衔铁，通过转轴或动臂操作变阻器的嵌有弧形炭刷的扇形片，使它在固定的弧形接触轨道上摆动，把接触轨道铜块间所接电阻抽出或接入，这样便改变了励磁机的磁场电阻。
调压器也装有CT供电的补偿电阻，起调差作用。
图1-6 磁盘式调压器原理图及磁盘接触摆在国内上海华通开关厂生产过炭阻调节器，供用户选用。
此外1950年代学习苏联，引进了苏式的以磁性元件为主的励磁调节器，主要2大类型，电流复励加电磁式校正器方式和相复励磁调节器方式。
前者国产型号QF-D、SF-D，Q为汽轮发电机，S为水轮发电机，F指复励，D指电磁式电压校正器，这类调节器在发电机空载时，利用直流励磁机自并励作用，调节其磁场电阻使其达到空载额定电压，发电机带负荷后，利用机端电流互感器反馈的复励电流，整流后补偿发电机的电枢反应，由于电流复励没有相位补偿的作用，要保证发电机的电压调节精度需要用电压校正器，这种情况下励磁机励磁绕组往往还设计有1到2个附加绕组（单支或双支校正器），电压校正器输出加到附加绕组中来调节励磁，以达到所需调压精度。
相复励调节器采用了相复励变压器，使得励磁电流，不仅与定子电压，电流有关，并且还和两者之间相位，即负载功率因数有关。
这样在发电机定子电压，电流一定而负载功率因数改变时，调节器也能满足发电机所需励磁。
为保证有较高的调节精度，往往也可装电压校正器，国内型号有称为KFD（主要厂家：等。
这类上海华通开关厂、河北工学院电工厂、哈尔滨宏伟开关厂）它相当于苏联YBK- m3励磁系统直流励磁机维护困难，调节器时间响应长达1-5秒，动态性能差，空载起励发电机电压超调量大，频率特性差，但励磁调节器运行基本稳定，整流器件由硒片改为硅元件后，维护工作量较小。
图1-7 带电压校正的相复励在同一时期，西方国家采用电机扩大机励磁调节，由于电机扩大机放大倍数可达百倍甚至千倍，对励磁控制信号功率要求十分小。
图1-8，图1-9 为美国通用电气公司生产的带直流励磁机和交流励磁机的励磁系统，调节器功率元图 1-8 美国GE公司生产的直流机励磁系统件为电机扩大机。
图1-9 美国GE公司生产的交流励磁机励磁系统1950年代，苏联为解决斯大林格勒和古比雪夫上千公里的远距离输电，用直流励磁机无法解决，提出了用汞弧整流器整流电流，直接向发电机磁场供电的离子励磁系统，调节器方面在KFD基础增加了端电压、频率的一阶、二阶微分U’,U”,f’,f”等所谓强力调节器，国产新安江9号机离子励磁也是这种背景下的产品。
随着晶体管元件出现，60年代可控硅出现，我国可控硅元件是61-62年由一机部电器科学研究院率先研制出，后转给北京椿树整流器厂（当时为弄堂工厂）生产。
励磁调节器开始向固态型转变，出现了以晶体管为主，用电阻、电容等分立元件组成的半导体励磁调节器，功率元件开始采用可控硅，比起磁性励磁调节器和电机扩大机等来，固态调节器动作速度快，如果设计正常，理论上讲也可以是半永久性的。
