汽轮发电机及励磁系统.

发电机励磁系统及设备描述1.1.总的介绍我厂的励磁系统采用机端自并励静止励磁系统（全套进口瑞士ABB公司原装产品）。

主要由励磁功率放大单元和励磁调节器（AVR）两大部分组成。

1.2.系统及设备描述1.2.1励磁系统指标当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统保证连续运行。

励磁系统具有短时过载能力，励磁系统的短时过负荷能力大于发电机转子绕组的短时过负荷能力。

励磁系统强励倍数不小于2（静止励磁系统即使定子电压降到80%额定值时），允许强励时间为20秒。

励磁系统具备高起始响应特性，在 0.05秒内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。

励磁系统响应比即电压上升速度，不低于3.58倍/秒。

励磁系统稳态增益保证发电机电压静差率达到±1%。

励磁系统动态增益保证发电机电压突降15％－20％时可控桥开放至允许最大值。

自动励磁调节器的调压范围，发电机空载时能在20-110%额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2%。

发电机空载时手动调压范围为10%-130%UN。

如果励磁电源采用6300V的厂用电时，属他励方式，手动调节的范围可以从0%－130%，可满足发电机零起升压试验的要求。

电压频率特性，当发电机空载频率变化±1%，采用可控硅调节器时，其端电压变化不大于0.25%额定值。

在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器调压速度，可整定,出厂设置不大于1%额定电压/每秒；不小于0.3%额定电压/每秒。

发电机转子回路装设有过电压保护，其动作电压的分散性不大于±10%，励磁装置的硅元件或可控硅元件以及其他设备能承受直流侧短路故障、发电机滑极、异步运行等工况而不损坏。

因励磁系统故障引起的发电机强迫停运率不大于0.25次/年。

励磁系统强行切除率不大于0.1％。

自动电压调节器（包括PSS）应保证投入率不低于99.9％。

励磁系统能满足汽轮发电机短路、空载试验时125%额定机端电压的要求。

车辆工程技术51维修驾驶随着社会经济的不断发展，人们用电需求得到了大幅度提升。

在此背景下，电力系统运行的安全性、稳定性得到人们越来越多的关注。

发电机作为电力系统重要组成部分，如何保证其励磁系统运行的稳定性与安全性，成为维护电站电力系统安全运行关注的主要内容之一。

因此，明确发电机励磁系统常见故障并采用行之有效的方法进行解决与改善，具有重要现实意义。

1　发电机电压升不起在发电机励磁系统中，励磁电压的建立是以剩磁为主导元素得以具体实现的。

因此，一旦发电机励磁系统中缺乏或没有剩磁后，励磁系统将无法实现励磁典雅的建立，故出现发电机升不起电压问题。

通常情况下，在多数新安装的发电机中，很容易发生该故障，其主要原则在于新安装的发电机励磁系统的剩磁相对较少，很容易发生励磁消失问题，从而引发故障。

与此同时，在对发电机励磁系统中各设备运行情况进行检修时，如果操作不当，出现“接线错误”时，将导致发电机励磁系统中励磁机励磁绕组的电流磁通与原有铁芯剩磁通形成逆向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，甚至致使剩磁消失，进而出现发电机升不起电压故障[1]。

此外，在对发电机励磁系统进行“直流电通电试验”时，如果没有将励磁回路进行断开处理，就进行直流电阻测定试验或励磁系统自动调整装置调整试验，则将导致系统中形成的电流磁通与剩磁通出现反向流动，从而削弱发电机励磁系统中的剩磁，出现发电机升不起电压现象。

对此，针对上述问题可通过以下方法进行处理，避免发电机升不起电压故障的发生。

其一，在更新发电机时，需对其进行剩磁检查。

例如，启动发电机至额定转速，进行升压、励磁电阻减小等操作，并对其运行情况进行观察，如果发电机出现升不起电压问题，则需进一步对励磁回路接线情况、电刷位置等进行检查[2]。

在此过程中，如果各项检测结果皆不存在问题，同时励磁电压表上存在细微变化，那么表明发电机励磁系统中的励磁组存在“接线方向接错”问题。

其二，在进行发电机检修养护时，应保证检修工作的严禁性，避免励磁回路接线方向错误的产生，对此可采用标识管理法进行管理。

辽宁工业大学电力系统自动化课程设计（论文）题目：励磁机励磁控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：电气工程及其自动化学号： 080303109学生姓名：常佳宁指导教师：（签字）起止时间：2014.12.15—2014.12.26课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程学院Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要在电力系统运行中，同步发电机的励磁系统对于维持发电机端电压、分配并列运行机组之间的无功分配、提高电力系统稳定性等方面起着重要的作用。

并且，励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。

同步发电机励磁控制器是同步发电机控制系统的核心，本文采用了PID控制系统设计了100MW汽轮机组励磁机励磁控制系统，该系统是一个典型的反馈控制系统，PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

本设计进行了模糊自调整PID 控制设计，克服了传统PID 控制非线性差、对模型要求高的缺点,并深入进行了基于免疫算法的模糊PID 控制设计,把生物学中的细胞免疫原理用于模糊PID 控制器中，加强了控制器的自我校正能力，自适应能力，提高了控制精度和速度。

关键词：最优控制理论；励磁系统；仿真目录第1章绪论 (1)1.1励磁自动控制系统概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章发电机励磁系统设计 (3)2.1励磁控制系统功能 (3)2.2励磁控制系统总体设计方案 (3)2.3励磁控制系统测量比较单元电路设计 (4)2.3.1电压的测量 (5)2.3.2比较整定 (5)2.3.3比较整定电路的整定 (6)第3章系统传递函数的建立 (7)3.1他励直流励磁机的传递函数建立 (7)3.2励磁器各单元的传递函数 (8)3.2.1 电压测量比较单元 (8)3.2.2 综合放大单元 (8)3.2.3 功率放大单元 (9)3.3励磁控制系统的传递函数 (9)3.4同步发电机的传递函数 (10)第4章PID控制与系统的仿真分析 (11)4.1系统仿真模型的设计.......................... 错误！未定义书签。

总则1、本检修规程包含汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件和厂内励磁系统各设备的检修细则；2、Ⅰ、汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件1 总则1.1 本技术条件适用于汽轮发电机交流励磁机励磁系统。

1.2 本技术条件未包括供货范围。

供货范围、备品备件数量以及专用工具、仪器、仪表等，由供需双方共同商定。

1.3 凡本技术条件中未规定的事项，以及对具体产品的特殊要求，由供需双方共同商定。

1.4 本技术条件的解释权属水利电力部汽轮发电机标准化技术委员会。

2 技术规范及技术条件2.1 使用环境。

2.1.1 海拔高度不超过1000m。

2.1.2 周围最高空气温度为40℃。

2.1.3 当海拔高度超过1000m 时，周围最高空气温度的相应规定如表1。

表1 不同海拔高度时周围最高空气温度2.1.4 周围最低空气温度：对于直接水冷的整流器为5℃。

对于采用其它冷却方式的装置-10℃。

2.1.5 冷却水温为20～30℃。

2.1.6 月平均最大相对湿度为90%。

2.1.7 装置安装地点，周围空气应比较干净，无爆炸危险及足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体。

调节器安装地点应有防尘及通风措施。

2.1.8 当周围温度、湿度、环境条件超出以上规定时，需方应与制造厂协商。

2.2 主要性能2.2.1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1 倍时，励磁系统应保证连续运行。

2.2.2 励磁系统稳态顶值电压倍数(强励倍数)取2 倍。

需方有特殊要求时，可与制造厂协商取较高数值。

2.2.3 当稳态顶值电压倍数不超过2 倍时，励磁系统稳态顶值电流倍数与稳态顶值电压倍数相同。

当稳态顶值电压倍数大于2 倍时，稳态顶值电流倍数为2 倍。

2.2.4 励磁系统允许强励时间。

空气冷却励磁绕组的汽轮发电机：2 倍额定励磁电压，50s；水内冷和氢内冷励磁绕组的汽轮发电机，2 倍额定励磁电压，10s。

2.2.5 励磁系统允许的短时过励磁时间，根据发电机转子绕组允许过负荷能力确。

第一节发电机及励磁系统介绍一、发电机技术规范1、汽轮发电机型号及规格型号：QF2-3-2Z 额定功率：3000kW额定电压: 10500V 额定电流: 206A功率因素：0.8 (滞后) 额定转速：3000r/min额度频率：50Hz 相数：3极数：1 接法: Y效率：95.6% 定子绕组直流电阻：75℃Ω转子绕组直流电阻：75℃Ω励磁方式：静止可控硅励磁绝缘等级：F/F 冷却方式：密闭自循环通风冷却旋转方向：从汽轮机端看为顺时针方向制造厂：东方电气四川东风电机厂有限公司2、励磁方式及装置技术参数励磁方式：自并励方式，即发电机未并列之前，励磁电源取自10KV母线，发电机升压并列过程中自动转为发电机出口母线上的励磁变供给励磁电源。

满载励磁电流：240A满载励磁电压：78V3、励磁系统主要技术参数指标⑴模拟量输入a．发电机励磁ＰＴ：ＡＣ3φ105Ｖb．发电机仪表ＰＴ：ＡＣ3φ105Ｖc．发电机定子电流ＣＴ：ＡＣ3φ5Ａd．发电机转子电流：ＡＣ5Ａ或电流变送器ＤＣ5Ｖe．三相交流同步电压信号：ＡＣ100Ｖ⑵．控制脉冲a．分辨率：0.05度／位码b．移相范围：（10～150）度⑶．调压精度：≤0.5％⑷．频率特性：≯±0.25％／0.5Hz⑸．10％阶跃：超调量＜15％振荡次数＜3次调节时间＜5秒⑹. 零起升压：超调量＜10％振荡次数＜3次调节时间＜5秒⑺．调压范围：Uf(e)＝（10～130）％⑻．过载能力： 1.1If(e)长期运行⑼．顶值倍数： 1.8，强励时间为50s，电压响应时间＜0.1S。

⑽. 调差系数：（－15～＋15）％⑾. A/D转换量分辨率：2-14⑿．供电电源a．交流电源：（165～250）V／50Hz（+4% ～-6% Hz）b．直流电源：（200～250）V⒀．抗电磁干扰性能：a．静电放电装置能承受GB/T14598.14-1998《量度继电器和保护装置的电气干扰试验》之第2部分--静电放电试验规定的试验严酷等级为4级的干扰试验，（空气放电±15kv，接触放电±8kv）。

励磁系统常见故障及应对措施分析励磁系统（excitation system）是向汽轮发电机转子绕组提供磁场电流的装置，其主要作用是维持发电机电压在给定水平上、合理分配无功以及提高电力系统运行稳定性。

可见，维护和调试好励磁系统对于保障火电生产的安全运行意义重大。

但是我们也知道任何设备在运行中都可能出现故障，如何针对故障快速诊断和排除是维护人员重要职责和任务，励磁系统自然也不例外，因此本文对汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施进行了探讨。

标签：故障;措施;励磁系统;汽轮发电机1 汽轮发电机励磁系统工作原理1.1 关于励磁方式汽轮发电机的励磁方式分他励和自励两大类。

他励主要是以励磁机作为励磁电源的一种励磁方式，自励的励磁电源取自发电机自身。

虽然他励方式不受发电机运行状态影响，励磁可靠性较高，但是结构较为复杂，多出现在旧式励磁系统中，目前基本上采用自励方式。

在自励方式中，应用较多的是可控硅静态励磁方式，它没有旋转部分，维护相对简单。

可控硅静态励磁方式又分为自并励和自复励两种形式，两者比较起来自并励方式从技术、维护、可靠性和造价等方面都更为成熟和适用，因而应用更广泛，故此本文将自并励方式作为讨论的基础。

1.2 自并励系统的原理与构成自并励系统利用接在发电机端的励磁变压器励磁交流电源，通过晶闸管整流装置变换为直流励磁电源。

汽轮发电机励磁系统由励磁调节器、励磁整流装置、起励装置、灭磁装置、励磁变压器以及保护、测量等装置组成。

其中励磁系统由励磁调节器与功率灭磁单元构成，励磁调节器根据所检测到的发电机电压、电流等信号，按照一定的控制准则自动调节功率灭磁单元的输出;而励磁控制系统则涵盖了励磁系统和同步发电机，通过励磁控制系统可以实现对发电机电压、电力系统无功分配的控制。

可见，励磁系统由众多相互关联的环节所组成，任一环节出现故障都可能影响发电机的运行。

2 汽轮发电机励磁系统常见故障与应对措施2.1 起励失败起励失败是指励磁系统下达投励指令后，发电机无法建立初始电压的故障现象。

汽轮机励磁系统原理一、引言汽轮机励磁系统是指通过电力方式为汽轮机提供所需的励磁电流，以保证发电机正常运行。

本文将详细介绍汽轮机励磁系统的原理及其各个组成部分。

二、概述1. 励磁系统作用：解释了汽轮机励磁系统在整个发电过程中起到稳定输出功率和调节负荷等重要作用。

2. 功能要求：了对于一个高效可靠的励磁系统应具备哪些功能特点。

三、主体内容3.1 发生器（Generator）1) 结构与工作原理：描述了发生器内部结构，并阐明其中关键元件如转子和定子之间产生感应交变电动势并实现能量转换。

2) 输出参数控制方法：说明如何通过改变输入端或输出端参数来控制出来的交流信号波形。

3.2 整流装置（Rectifier Unit）1）单相全桥式整流装置：a) 原理简介: 解释使用四只晶闸管进行单相全桥式整流时需要满足什么条件才能使得直接获得有源适配网络；b）性能评估标准: 阐述了评估单相全桥式整流装置性能的几个关键指标。

2）三相半波可控整流器：a) 工作原理: 描述使用六只晶闸管进行三相半波可控整流时，如何实现对输出电压和功率因数的调节；b) 控制策略：介绍常用的脉宽调制技术以及其在三相半波可控整流中应用。

3.3 励磁变压器（Excitation Transformer）1）结构与工作原理：详细描述励磁变压器内部线圈之间通过互感耦合产生高低电位差，并将输入端交换参数转化为输出端所需参数。

2）设计要点：阐明选择适当材料、匹配正确比例等方面需要注意事项。

四、附件本文涉及到以下附件，请参考查看：1. 汽轮机励磁系统示意图2. 发生器内部结构示意图五、法律名词及注释1. 动力设备安全监察条例 - 国家相关法规文件，旨在确保动力设备运行过程中人员和财产安全。

2. 变频马达–使用特定算法来改变发出的电流频率，以控制马达转速和输出功率。

1.“三机”励磁系统发电机交流励磁机-静止整流器励磁系统（“三机”励磁系统）简介交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。

副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。

也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。

2.“三机”励磁系统慨述主励磁机的交流输出，经硅二极管整流器整流后，供给汽轮发电机励磁。

主励磁机的励磁，由永磁副励磁机之中频输出经可控硅整流器整流后供给。

自动电压调节器根据汽轮发电机之端电压互感器、电流互感器取得的调节信号，控制可控硅整流器输出的大小，实现机组励磁的自动调节。

3.“三机”励磁系统的优点——发电机的励磁电源取自同轴的交流主励磁机，不受电力系统运行的情况影响，工作可靠。

——高速大容量交流主励磁机的设计制造、运行维护比直流励磁机容易。

直流励磁机电枢产生的是交流电势，经过整流子（换向器）的机械整流作用，变成直流电输出，供给发电机励磁。

“三机”励磁系统用静止硅整流器代替旋转的机械整流子。

——永磁式副励磁机PMG工作可靠，只要机组转动，即可为主励磁机提供励磁电流。

4.“三机”励磁系统的缺点——交流主励磁机是一“时滞”环节1. 交流主励磁机（发电机生产厂家制造） 1台2. 永磁副励磁机（发电机生产厂家制造） 1台3. 硅二极管整流装置 1套4. 微机励磁调节装置 1套5. 灭磁及转子绕组过电压保护装置 1套6. 主励磁机手动备用励磁装置（可不设置） 1套7. 交流主励磁机额定容量根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电压根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电流根据发电机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数三相频率 100 Hz（用以减小发电机转子绕组的电感及时间常数）额定转速与同轴发电机相同8. 永励副励磁机额定容量根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电压根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定额定电流根据发电机、交流主励磁机参数和强励磁电压顶值倍数确定相数三相频率 400 或500 Hz（中频）额定转速与同轴发电机相同励磁方式永磁式9. 硅整流装置整流方式三相全波桥式不可控整流整流元件大功率硅二极管整流桥数量 1 ~ 2（并联）个单个整流桥输出电压≮ 2 倍发电机额定励磁电压单个整流桥输出电流≮ 2 倍发电机额定励磁电流只需单个整流桥即可满足发电机强励需要硅二极管参数：额定电流额定电压反向电压10. 微机励磁调节装置内有单通道或双通道容错型数字式（微机型）自动励磁调节器（AER）。

大型汽轮发电机励磁系统灭磁异常原因分析及解决措施摘要：灭磁是励磁控制的重要组成部分，是保障机组设备安全的最后一道防线，其可靠性动作是机组面临故障后实现自我保护的决定性环节。

当发电机内外部发生短路及接地等故障时，保护动作向励磁系统发出快速灭磁指令，要求灭磁系统能迅速断开发电机励磁，并将储存在转子绕组中的能量快速消耗在灭磁回路的耗能元件中。

根据耗能元件的不同，灭磁形式可分为耗能型灭磁和移能型灭磁。

耗能型灭磁的原理是将磁场能量消耗在灭磁开关装置中，该方式对开关的拉弧灭磁能力要求极高，具备大能量灭弧能力的开关较少，因此目前主流使用移能型灭磁。

移能型灭磁的原理是通过灭磁开关断开励磁回路，并将磁场能量转移到灭磁电阻中。

常用的灭磁电阻主要有线性电阻、氧化锌（ZnO）非线性电阻和碳化硅（SiC）非线性电阻3种。

非线性电阻在灭磁过程中能持续提供更高的转子电压，因而灭磁速度快于线性电阻灭磁。

但线性电阻灭磁后无残压，对灭磁开关的移能弧压要求低，性能稳定，更易于维护。

灭磁系统故障时有发生，常常导致灭磁失败而引发故障扩大。

关键词：大型汽轮发电机；励磁系统；灭磁异常原因；反措建议1励磁系统介绍火力发电厂发电机的励磁系统具有很多的功能，如，保持电力设备稳定、安全运行，电压控制等，通过分析励磁系统可以知道，发电机的机端位置是励磁的电源。

而励磁变压器获取的输入电压利用整流单元得到的，这种整流单元是由发电机端的电压降至而来的。

灭磁回路是由磁场断路器、灭磁电阻以及晶闸管跨界器一同组合而成的。

和励磁调节器功能相同的是接口电路。

普遍使用到电流信号以及控制信号的电隔离。

此外，励磁系统在应用中完成了对硅整流器的合理的使用，凭借科学合理的控制励磁电流，实现有效控制同步发电机端的电压，系统主要由励磁调节器、灭磁单元、励磁变压器、整流柜单元、电源进线柜组成。

2大型汽轮发电机励磁系统灭磁异常原因分析及解决措施2.1设备改造前情况分析汽轮机组类型发电机在正常运转过程中，会出现断流灭磁的现象，而转子保护系统则在这种情况发生时，能够对转子提供保护作用。

第四节汽轮发电机汽轮发电机是同步发电机的一种,它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的设备。

汽轮发电机包括发电机本体、励磁系统及其冷却系统等。

一、汽轮发电机的工作原理按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。

汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时,发电机转子随着转动。

发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立一个磁场，这个磁场称主磁极,它随着汽轮发电机转子旋转。

其磁通自转子的一个极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路.根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线北装在定子铁芯内的U、V、W三相绕组（导线)依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即感应电动势每秒钟变化的次数,恰好等于磁极每秒钟的旋转次数.汽轮发电机转子具有一对磁极(即1个N极、一个S极），转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次(假如发电机转子为P对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。

当汽轮机以每分钟3000转旋转时,发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。

这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中性点）连在一起。

绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程.二、汽轮发电机的结构火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构.发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组.发电机最基本的组成部件是定子和转子。

为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度，在这些部位埋置了多只测温元件,通过导线连接到温度巡检装置，在运行中进行监控，并通过微机进行显示和打印。