励磁系统大功率硅元件的简易检测

调相机励磁系统工作原理介绍及检修与维护分析[摘要]:调相机励磁系统是为调相机提供磁场电流的装置，励磁调节器根据输入信号和给定的调节规律控制可控硅整流装置的输出，控制调相机的输出电压和无功功率。

本文首先介绍励磁系统的主要部件，其次分析励磁系统的工作原理，在此基础上讨论励磁系统的检修与维护。

最后研究励磁系统关键指标对调相机无功性能的影响，为后期励磁系统设备选型提供理论依据。

[关键词] :调相机励磁系统；励磁调节器；工作原理；检修与维护；无功性能1引言随着藏中和昌都电网联网工程、阿里电网与藏中电网联网工程的相继投运，西藏电网形成长链式电网结构，西藏电网主网电气距离长、网架结构薄弱，系统发生故障时拉萨换流站交流母线电压跌幅较大、电压恢复缓慢，系统动态无功补偿不足及电压稳定问题突出。

枯水期，拉萨换流站为柴拉直流输电系统的受端，电能大量馈入使得西藏电网承受无功冲击的能力变弱，电压稳定的问题愈发突出，进而容易引发拉萨换流站发生连续换相失败，可能诱发整个系统的崩溃，因此在拉萨换流站配置大容量动态无功补偿装置对西藏电网的安全稳定运行极为重要。

新一代调相机具有无功容量大、动态响应能力强、高低压穿越能力强、有功损耗小等特点，拉萨换流站调相机工程增加了拉萨换流站交流系统短路容量，改善了拉萨换流站运行条件，为藏中电网提供了大量动态无功支撑，提高了藏中电网受电能力，保障了西藏电网安全稳定运行。

调相机励磁系统作为调相机动态无功调节的“大脑”，对励磁系统的深入研究就显得极为重要。

2调相机励磁系统主要部件2.1静止励磁系统概述拉萨换流站调相机励磁系统采用高起始响应的静态自并励励磁方式，自并励励磁系统中励磁电源不用励磁机，而由接至调相机主机与主变之间封闭母线的励磁变压器供给整流装置，整流装置采用大功率可控硅元件，没有转动部分，故称静止励磁系统。

由于励磁电源是电网本身提供，故称自并励励磁系统。

调相机励磁系统一般由励磁功率单元（可控硅整流装置、励磁变压器等组成）、励磁调节器、灭磁装置（灭磁及过压保护装置）三个主要部分组成。

大型水电站励磁系统可控硅击穿故障分析作者：范龙来源：《大众科学（周刊）》2020年第32期摘要：大型水电站中常常用到励磁系统，在水电站的整体系统出现故障时励磁系统能够采用强励功能来提高机端电压，起到保护设备减少事故发生的作用。

本文将通过分析励磁系统发生击穿故障时的前后，来具体了解励磁系统发生故障的原因，针对发生故障后该如何应对的问题，提出几点解决建议和看法。

关键词：可控硅;励磁系统;击穿故障0引言励磁简单来说就是在转子绕组上通入直流电流向发电机的定子绕组提供旋转磁场，从而切割磁力线在定子线圈上感应出交变电压的一种装置，这种装置由于在直流电机励磁方式上的不同，通常被分为并励，他励，串励，复励四种方式。

其系统有着自身的优势，同时也可能存在一些故障，例如失磁等问题。

1大型水电站励磁系统的工作原理自并励励磁系统采用晶闸管控制角度的大小改变来控制转子电压，让励磁电压响应速度变得更快更高效;自并励励磁系统是由发电机机端取得能量的，机组甩负荷时相对同轴励磁机系统机组过电压低，配置PSS，可以很大程度提高系统的稳定性。

正因为以上特点，在国内外机组中，常采用自并励方式。

大型水电站通常使用励磁维持机端电压，在正常情况下水电站的运行模式多采用机端电压为反馈信号，以调节励磁电流的大小为输出。

当水电站开始运作时，励磁系统必须要完成“转子起励-定子建压-跟踪调节”的三个步骤，以此来达到机组的额定电压，一般情况下设备中都会采用额定空载励磁电流值进行限制。

2大型水电站励磁系统故障原因2.1失磁故障常见的励磁系统问题就是失磁故障，导致出现这一问题的原因主要是由于水电站系统突然出现转子电压下降的突变量起动定子线圈电压摆动剧烈，最终导致了励磁系统的失磁现象。

或者可能出现集电环在运行中碳刷与集电环接触不好出现零星火花，未发现及时出现环火，从而引起集电环的正负极短路。

或者在运行中灭磁开关人为误碰跳闸等原因，为避免这样的事故出现，必须对发电机组的励磁回路是否出现异常和调节器以及灭磁过电压保护控制柜是否有各种报警信息进行检查，重点检查脉冲控制回路以及开关回路。

发电机励磁系统建模及参数测试现场试验方案一、引言发电机励磁系统是发电机的重要组成部分，负责提供稳定的励磁电流，以产生磁场来激发旋转母线产生电能。

励磁系统的建模及参数测试是确保发电机正常运行和电能输出的重要环节。

本试验方案旨在介绍发电机励磁系统建模及参数测试的具体步骤和方法，以保证测试过程准确、可靠。

二、试验目的1.建立发电机励磁系统的电路模型，以研究和优化发电机励磁控制策略；2.获取发电机励磁系统的相关参数，包括励磁电感、励磁电阻、励磁时间常数等，以指导实际运行和维护。

三、试验步骤1.参数检查与准备工作（1）检查发电机励磁系统的相关设备，包括励磁电源、励磁控制器等，确保其正常工作；（2）准备励磁电源的额定电压及额定电流；（3）进一步了解发电机的额定容量、充电时间等相关参数。

2.励磁系统建模试验（1）根据发电机励磁系统的具体结构和控制方式，建立励磁系统的电路模型；（2）根据建模结果，优化励磁系统的控制策略，如PID控制、模糊控制等。

3.励磁系统参数测试（1）将励磁电源的电压调整至额定电压，并将电流调整至0；（2）开始记录励磁电流、时间，并持续一段时间，以计算励磁系统的励磁时间常数；（3）在给定一定励磁电流的情况下，记录励磁电源的输出电压，以计算励磁系统的励磁电阻；（4）通过改变励磁电源的输出电流，记录励磁电流和励磁电压的关系，从而计算励磁系统的电感值。

四、试验数据处理与结果分析根据试验记录的数据，进行如下数据处理与结果分析：1.使用最小二乘法拟合得到励磁时间常数；2.根据励磁时间常数计算发电机启动所需的总时间；3.根据励磁电流和励磁电压的关系确定励磁系统的电感值；4.根据励磁电流和励磁电阻的关系确定励磁系统的励磁电阻。

五、试验安全措施1.在试验过程中，严格遵守相关电气安全操作规程，确保人员安全；2.在试验现场设置明显的安全警示标志，并保证试验区域的安全通道畅通；3.使用严密可靠的电气隔离装置，以防止电击事故的发生。

励磁系统大功率硅元件的简易检测李自淳夏维珞符仲恩彭辉张俏春中科院等离子体物理所科聚公司胡先洪陈小明三峡水力发电厂［摘要］本文介绍了励磁系统中所用大功率硅二极管和可控硅管的主要参数——大电流通态压降（V T）及重复峰值电压（V DRM/V RRM）的简易检测方法。

［关键词］励磁系统大功率硅元件检测1 前言随着交流励磁机和静止整流励磁系统的普遍应用，大功率硅整流元件（二极管和可控硅）的使用越来越频繁。

为了提高励磁系统的可靠性和增加励磁电源的容量，一般均采用多桥或多柜并联运行，这里就有一个各管子间的均流问题。

电力部行业标准DL/T 650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》和DL/T 583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》均规定：“功率整流装置的均流系数一般不小于0.85”，而用户在招标时往往提出均流系数不小于0.9～0.95的更高要求。

为了满足如此高的均流要求，除了在电路上采取措施（如我公司用可调均流磁环改变各并联支路的电感）外，最基本的方法是调配各管子的大电流伏—安特性，这里就有一个测大电流通态压降（VT）的问题。

同样由于自并励静止励磁的广泛应用，励磁回路的过电压保护问题愈显突出。

因为可控硅管换相形成的高频尖峰毛刺电压峰值远高于励磁电压的平均值，使过压保护吸能元件（常用氧化锌压敏电阻ZnO）的荷电率超过了允许值（DL/T 583-1995规定不大于0.6）。

这样ZnO就不能直接跨接在转子两端，碳化硅压敏电阻SiC或线性电阻因泄漏电流大更不能直接跨接。

目前国内外普遍在吸能元件上串联可控硅开关及二极管，组成“跨接器”（国外叫Crowbar）。

对这种可控硅和二极管要求其正反向重复峰值电压（VDRM /VRRM）高而稳定，漏电流小，才能可靠工作。

这样又提出测量重复峰值电压和漏电流的问题。

硅元件制造厂肯定有一套专门检测设备，但价格昂贵，用户因测试量小不可能置备专门设备。

前言本规程是根据本厂EXC9000励磁系统对维护人员的要求进行修订的。

制订本标准的目的：规定万安水电厂175F EXC9000励磁系统的检验项目、检修周期和技术要求。

本标准如有与新颁的国家标准、行业标准或上级文件相抵触的，则以新颁的国家标准行业标准或上级文件精神为准。

本标准由万安电厂标准委员会提出并归口。

本标准起草单位：维护车间。

本标准主要起草人：温小军本标准首次发布时间：2005年12月。

本标准委托万安电厂标准化委员会负责解释。

校核：顾海东、洪琚水审核：陈垣熙、付小龙批准：梁明云目次1、主要内容和适用范围 22、术语、符号、代号 23、励磁系统主要技术参数 24、励磁系统的组成 25．检验周期 26．检验项目 21、主要内容和适用范围本规程规定了万安水电厂5号机励磁系统的试验方法和试验项目。

2、术语、符号、代号本规程中所使用的术语、符号、代号延用厂家说明书2.1 励磁系统：为同步发电机提供可调励磁电流装置的组合。

2.2 额定励磁电压:发电机在额定工况下磁场绕组两端所加的直流电压。

2.3 额定励磁电流:发电机在额定工况下的励磁电流。

2.4 空载励磁电压:同步发电机在空载和额定转速和额定电压下，磁场绕组两端所加的直流电压。

2.5 空载励磁电流:同步发电机在空载和额定转速时产生额定电压所需的励磁电流。

2.6 励磁系统零起升压时的超调量和超调时间:发电机在额定转速下忽然投入励磁，使同步发电机端电压从零变为额定值时，发电机端电压的最大值与稳态值之差对稳态值之比的百分数为零起升压的超调量，从给定信号到发电机端电压与稳态值之差值不超过稳态值的2%所需时间为调节时间。

2.7 励磁系统顶值电压:在规定条件下励磁系统能够提供的直流电压最大值。

2.8 励磁系统负载顶值电压:当励磁系统提供顶值电流时，励磁系统能够输出直流电压最大值。

3、励磁系统主要技术参数3.1 励磁系统（1）空载励磁电压150 V（2）空载励磁电流758 A（3）额定励磁电压1460 V（4）额定励磁电流420 A（5）励磁顶值电压840 V（6）励磁顶值电流2920 A（7）允许强励时间（励磁顶值电流下）60 S（8）励磁系统退出一个整流桥时，在励磁顶值电流下，允许工作时间不小于60 S（9）定子开路时励磁回路时间常数主机厂提供S（10）励磁系统电压响应时间上升部大于0.08 S下降部大于0.15 S（11）励磁绕组两端过电压值机组在任何运行状态下，励磁绕组过电压的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70 %（12）励磁系统平均故障间隔时间（MTBF）不小于3000 h3.2 励磁变压器（1）制造厂及形式顺德特种变压器厂/环氧干式（2）额定容量2000 KVA（3）一次侧电压15.75 KV（4）二次侧电压0.84 KV（5）绝缘等级H（6）耐压水平一次侧1min工频耐受电压55 KV冲击耐受电压（峰值）125 KV（7）温升80 K（8）短路阻抗 6 %（9）发电机最大负荷时损耗19000 W（10）联结方式Ydll（11）冷却方式自然空冷（12）外形尺寸（长×宽×高）2125mm×1370mm×2205mm （13）重量5800 kg3.3 晶闸管整流装置（1）晶闸管元件制造厂及型号英国MITLE（2）晶闸管整流桥并联支路数 3（3）每条支路串联元件路数 1（4）并联支路均流系数>0.98（5）晶闸管元件反向峰值电压4000 V（6）晶闸管元件额定正向平均电流1770 A（7）单个整流桥的负荷能力2000 A（8）退出一个整流桥的负荷能力4000 A（9）整流柜冷却方式强迫风冷冷却风机数量及额定值2/550 W风机噪声70 db（10）发电机最大负荷时整流装置总损耗<2000 W（11）脉冲变压器使用寿命>100，000 h3.4 灭磁及过电压保护设备（1）磁场断路器制造厂及型号ABB E2N/E MS（2）磁场断路器额定电流1600 A（3）磁场断路器额定电压1000 V（4）磁场断路器最大分断电流5000 A（5）磁场断路器最大分断电压/ V（6）非线性电阻制造厂及型号合肥凯立（7）非线性电阻材料ZnO（8）非线性电阻串并联数4串4并（9）非线性电阻元件负荷率<60 ％（10）非线性电阻装置整组非线性系数<0.1（11）非线性电阻装置整组工作能容量 1.76 mJ(12) 非线性电阻泄漏电流0.0006 A（13）非线性电阻温升若局部烧毁温升达100℃（14）非线性电阻寿命>90000 h（15）最大灭磁能量计算值 1.61 MJ（16）最严重工况下灭磁时间（磁场电流减至初始放电电流的10％）1 s（17）灭磁限压值1800 V（18）过电压限压值3600 V（19）跨接器动作电压值3600 V3.5 启励（1）启励电压220 V（2）启励电流约为20 mA（3）启励时间<5 s3.6 励磁调节器（1）AVR调节范围5％～130％（2）FCR调节范围10％～130％（3）励磁调节器调节精度0.2 ％（4）调节时间0.01 s（5）超调量0 %（6）AVR电压调差率范围-15%~+15%（7）励磁调节器硬件配置CPU字长32 位主频133 HzRAM 3,200 KB通信接口形式串行通讯RS485或RS2323.7 需要的外部交直流电源3.8 励磁柜（1）数量 6（2）单柜外形尺寸（长×宽×高）800×1000×2260 mm（3）总尺寸（长×宽×高）4800×1000×2260 mm（4）单柜重量4000 kg（5）总重量24000 kg4、励磁系统的组成4．1组成EXC9000静止可控硅微机励磁装置由励磁调节器、功率整流柜、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器组成。

NES5100发电机励磁装置检验技术指导1范围a.本规程规定了煤电一期NES5100型发电机励磁装置的校验内容、检验要求及校验方法。

b.本规程适用于继电保护工作人员在NES51OO型发电机励磁装置进行的现场检修工作。

2引用标准下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。

凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规程，然而，也鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规程。

a.《发电企业设备检修导则》(DL/T838-2003)b.《继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》(87电生供字第254号)c.《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》(电安生【1994】191号)d.《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB/T14285-2006)e.《继电保护和电网安全自动装置检验规程》(DL/T995-2006)f.《继电器及装置基本试验方法》(GB/T7261-2000)g.《同步电机励磁系统-大、中型同步发电机励磁系统技术要求》(GB/T7409.3-2007)h.《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》(DL/T650-1998)i∙《发电机励磁系统技术监督规程》(DL/T1049-2007)j.NES5100发电机励磁装置厂家说明书k.NES5100发电机励磁装置厂家调试大纲3术语和定义下列术语和定义适用于本规程。

a.励磁调节装置实现规定的同步电机励磁调节方式的装置，它一般由自动电压调节器和手动励磁控制单元组成。

b.超调■阶跃扰动中，被控量的最大值与最终稳态值之差对于阶跃量之比的百分数。

c.均流系数并联运行各支路电流的平均值与最大支路电流值之比。

4主要技术规范a.机组的基本参数煤电一期2X300MW单机容量300MW,采用自并激可控硅静止励磁方式，机组及励磁系统的参数如下：——额定容量：353MVA——额定定子电压：20kV——额定频率：50HZ——额定励磁电流：2575A——额定励磁电压：335V——强励倍数： 2——励磁变压器参数：——额定容量：3150kVA——额定电压：20/0.69kVb.系统描述本套系统有9面柜组成，各柜的型号及数量如下：——NES5100励磁调节器柜：1面——FLK灭磁开关柜：1面—FLZ-2500可控硅整流柜：3面—FLM灭磁电阻柜：1面——FLJ交流进线柜：1面——FLJ直流出线柜：1面c.设备参数1)FLZ可控硅整流柜2)设备的配置每个整流柜配置以下元器件：——带散热器的大功率组件六只，进口ABB大容量元件3170A/4200V ——配有过电压保护器一套——配有快熔及快熔指示器各六只——配有进口风机2台——配有整流桥输出电流表3)重要元件的参数各元件参数如下：(1)元件参数如下：——型号：5STP-28L/4200——生产厂：ABB——通态平均电流：3170A∕70°C——断态正反向重复峰值电压：4200V——结壳热阻：Rth=O.0085o C∕W(2)风机参数：——额定电压：380V——频率：50HZ(3)快熔参数：——额定电流：2000A——额定电压：125OV---- 开断能力：100kAd.灭磁过电压部分各部分如下：a)灭磁及过电压保护主回路，灭磁系统由三部分组成：1)灭磁开关1个；2)非线性灭磁电阻1套；3)过电压保护系统由三部分组成：过电压保护触发器2套b)技术参数1)非线性电阻灭磁部分各元件参数如下：(1)非线性电阻：ZnO阀片共容量1.44MJ(2)灭磁控制电压：160OV2)过电压保护部分各元件参数如下：BOD触发器动作电压：2000V5检修工器具检修工器具见表1：表1检修工器具表6检验项目及校验周期装置新投入运行后的第一年内需进行一次全部检验，以后每6年进行一次全部检验，每1-2年进行一次部分检验。

励磁系统检验规程1.主题内容与适用范围1.1规范检修行为，确保励磁系统检修质量符合规定要求。

1.2本规程为所有参加本项目的工作人员所必须遵守的质量体系程序。

1.3本规程适用于发电机励磁系统的调试工作。

2.引用标准2.1国标GB755-87《旋转电机基本技术标准》2.2国标GB/T7409.3-1997《大中型同步电机励磁系统技术要求》2.3 DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》2.4《继电保护检验条例》。

2.5《继电保护现场检验保安规定》。

2.6《继电保护反事故技术措施要点》。

2.7《厂家说明书及调试大纲》3 工具使用标准3.1 检验工具4 检验项目5 检验工艺及质量标准6 验收标准6.1静态验收标准：6.1.1检验作业文件验收6.1.1.1检验报告单填写正确。

6.1.1.2装置的各种检验项目完整。

6.1.1.3检验内容符合装置的检验期限。

6.1.1.4装置的各种检验数据符合标准的要求。

6.1.1.5改进项目的技改方案、安全技术措施、修改的图样资料及检验记录。

6.1.1.6设备台帐记录正确。

6.1.1.7质量验收报告齐全完整、规范、数据准确。

6.1.2检验验收6.1.2.1装置外部检查无异常现象。

6.1.2.2装置的绝缘测试值大于1.0MΩ；或装置1000V耐压试验1min无异常现象。

6.1.2.3装置电源检查正常。

6.1.2.4装置液晶显示、面板操作等正常。

6.1.2.5装置模拟量零漂在2%以内。

6.1.2.6装置定值清单与定值通知单一致。

6.1.3验收级别分类6.2 动态验收标准：6.2.1检验验收6.2.1.1各套电压、电流回路的相别及极性一致。

6.2.1.2所有的动作元件应与其工作原理及回路接线相符。

6.2.1.3所有调节装置的调节功能正常，而且信号指示正确。

6.2.1.4所有相互间存在闭锁关系的回路性能与设计相符。

6.2.1.5所有在运行中由运行人员操作的把手、压板、信号标识、位置名称正确。