600MW汽轮发电机励磁系统

大型汽轮发电机制造中的励磁方式选型摘要：励磁系统是近年来应用于大型发电机组的新型技术，并且励磁技术在方式上存在很多种类，其种类不同对于电力系统整个运行的稳定状况以及继电保护和发电机的轴系安全的影响也就不同，从而在经济上也会产生差别。

文章通过对不同的励磁系统进行比较，提出自并励式的励磁系统。

关键词：发电机；励磁系统；制造；选型同步发电机中的核心部位便是励磁系统，其性能对于发电机整体的运行特性会产生直接性的影响。

机械最重要的就是质量，尤其是大型机械，而机械整体质量的好坏就取决于各个零部件的质量好坏，其影响的是整个机组的经济性。

并且励磁系统通过对于发电机的影响从而影响整个电力系统。

自并励式的励磁系统在国外已经早在上世纪就开始普遍的被应用于大型的发电机组，其自身所具有的高速的影响速度以及较短的发电机轴和较为经济适用的特点，是成为其被广泛推广的重要原因。

但是我国由于整个电网的建设都相对落后，因此使用自并励式的励磁系统容易造成设备故障，比如有可能引发发电机的出口处的三相短路等，从而威胁系统，故而很少对其进行应用。

随着我国在电力方面的投入加大，城乡建设进程不断的推进。

电网在容量上也随之不断的发展扩大，励磁系统开始广泛的在国内的一些大型的发电机设备中采用，并展现出应有的优越性。

本文就是通过对多种历次方式进行相互的比较以及分析，希望可以通过比较对自并励式的励磁系统进行推广。

1 励磁系统种类以下就目前所使用的600mw以及600mw以上的大型机组中所使用到的励磁系统做出简要的分析。

目前应用比较多的几种有：无刷式的励磁系统、自并励式的励磁系统以及p棒式的励磁系统。

1.1 无刷式的励磁系统。

无刷式的励磁系统主要的组成部件包括了交流励磁机，并且带有旋转整流，包括了用磁副励磁机还有自动的电压调节装置等。

国际上很多大型的品牌汽轮发电机都采用了这种无刷式的励磁系统。

诸如：西门子、三菱、阿尔斯通和西屋等知名品牌，并且这些公司往往不是只是用一种励磁方式而是多种同时采用。

1 锅炉说明（参考哈尔滨锅炉有限责任公司资料）1.1 主要参数对比表1.2 600MW锅炉哈锅引进英巴技术。

超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、全封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

锅炉变压运行，采用定—滑—定运行的方式。

炉膛型式为前后墙对冲燃烧，炉膛下部采用螺旋管圈水冷壁，上部采用垂直水冷壁。

燃烧器数量为30只，采用旋流燃烧器，NOx排放浓度不超过400mg/Nm3（干态，O2=6%）。

锅炉设内置式启动系统，带有启动循环泵。

锅炉运转层与给煤机层一致，定为17.0m。

1.3 1000MW锅炉哈锅引进三菱重工株式会社（MHI）技术。

超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、全封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

锅炉变压运行，采用定—滑—定运行或定—滑运行的方式。

炉膛型式为反向双切圆燃烧，上下炉膛全部采用垂直型膜式水冷壁，上下水冷壁采用内螺纹管。

燃烧器数量为2x24只，采用PM-MACT型八角反向双切圆布置的摆动燃烧器，NOx排放浓度不超过360mg/Nm3（干态，O2=6%）。

锅炉设内置式启动系统，带有启动循环泵。

锅炉运转层与给煤机层一致，暂定为19.0m。

2 汽轮机说明（参考哈尔滨汽轮机有限责任公司资料）2.1 主要参数对比表2.2 600MW汽轮机哈汽引进三菱技术。

汽轮机型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式。

机组采用高压缸启动，不设高压缸排放装置。

八级回热抽汽系统，包括三高四低一除氧。

2.3 1000MW汽轮机哈汽引进东芝技术。

汽轮机型式：超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式。

机组采用高、中压缸联合启动。

八级抽汽系统，包括三高（双列高加，并联运行）四低一除氧。

3 发电机说明（参考哈尔滨发电机有限责任公司资料）3.1 主要参数对比表3.2 600MW发电机哈电引进美国西屋公司技术，励磁系统ABB散件进口，国内组装。

3.3 1000MW发电机哈电引进日本东芝公司技术，发电机的一部分主要部件从日本东芝公司进口，励磁系统ABB制造，第一、二台安装在泰州电厂。

发电机的励磁限制与保护的配合整定§1发电机运行功率圆与限制发电机运行功率圆又称“安全运行极限”或“P、Q图”，下面图1为ABB励磁厂家说明书的发电机功功率图，经常用到的三个限制：1）转子发热限制；2）定子发热限制；3）低励限制。

图1 ABB励磁说明书中的发电机功功率图实际发电机的运行功率极限图下图所示：图2 某600MW汽轮机组功率图§1.1转子发热限制§1.1.1同步发电机的相量图同步发电机的电动势相量图如图3所示U E qjδφ图3 同步发电机的电动势相量图对△oab 的每条边分别乘以U ／X q ，得功率三角形△OAB ，并以O 点为原点，引入直角坐标系，如图3所示。

从图上可看出有以下关系成立：图4 功率三角形1) φ— OA 与纵轴的夹角即为功率因数角；2）δ— 发电机功角； 3) 直角坐标系的第一象限是发电机的迟相(过励)运行区，第二象限是发电机的进相(欠励)运行区。

4) 发电机机端电压U 保持不变，X d 为发电机同步电抗为常数， BA 的长度正比于发电机电势，也正比于励磁电流I fn 。

以B 点为圆心，以BA 为半径作圆弧，此圆弧即为转子发热极限曲线。

对应图1中的“最大励磁电流限制器”。

运行分析：汽轮发电机额定运行时，定子电流I 与励磁电流均为额定值，一般其额定功率因数cos φ为0．85—0.9。

此时，当欲调整发电机的运行参数，降低其功率因数(φ角增大)时，IB增发无功，励磁电流I会增加，发电机的运行受到转子发热极限的限制。

为了使转子不过热，则需降低定子电流，使发电机沿曲线AD运行，定子绕组未得到充分利用。

反之，欲提高其功率因数( 角减小)时，定子电流会超过额定值，发电机的运行受到定子发热极限的限制，即图1中的“欠励、过励侧定子电流限制器”，又称“定子发热限制”。

§1.1.2 ABB励磁系统最大励磁电流限制器原理限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制值，另一个是连续运行允许的过热限制值。

精心整理一、汽机1．额定功率（铭牌功率TRL）是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数、背压11.8KPa绝对压力，补给水率3％以及回热系统正常投入条件下，考虑扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等所耗功率后，制造厂能保证在寿命期内任何时间都能安全连续地在额定功率因素、额定氢压（氢冷发电机）下发电机输出的功率。

此时调节阀应仍有一定裕度，以保证满足一定调频等需要。

在所述额定功率定义1.锅炉额定蒸发量，即是汽轮机在TRL工况下的进汽量。

对应于：汽轮机额定功率TRL，指在额定进汽参数下，背压11.8KPa，3％的补给水量时，发电机端带额定电功率MVA。

2.锅炉额定蒸发量，也对应汽轮机TMCR工况。

对应于：汽轮机最大连续出力TMCR，指在额定进汽参数下，背压4.9KPa，0％补给水量，汽轮机进汽量与TRL的进汽量相同时在发电机端所带的电功率MVA。

3.锅炉最大连续出力（BMCR），即是汽轮机在VWO工况下的汽轮机最大进汽量。

对应于：汽轮机阀门全开VWO工况，指在额定进汽参数下，背压4.9KPa，0％补给水量时汽轮机的最大进汽量。

注：a.汽机进汽量和锅炉蒸发量是按机组采用汽动给水泵考虑的。

b.在TMCR工况下考核汽机热耗和锅炉效率的保证值。

在VWO工况下考核汽机最大进汽量和锅炉最大连续出力保证值。

c.一般说，汽机TMCR时的出力比之TRL TMCR 时的进汽量多3～5％，出力则多4～4.5％。

d.如若厂用汽需用量较大时，锅炉BMCR％左右。

e.不考虑超压条件。

f.TMCR工况下汽机背压4.9KPa据实际冷却水温取值，调整为６００ＭＷ机组a、补水率３％，回热系统投运３调阀全开工况（ＶＷＯ工况）汽机调阀全开，其他条件同ＴＨＡ工况，汽机进汽量不小于铭牌进汽量１．０５倍４最大连续出力工况（Ｔ－ＭＣＲ工况）汽机进汽量等于铭牌进汽量，额定进汽参数，背压４．９ＫＰa，补水率０％，回热系统投运下安全连续运行热耗率验收工况THA：指汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热系统正常投运，补水率为0，能连续运行发出的功率；阀门全开工况VWO：汽轮机在调阀全开，额定进气参数、额定背压、回热系统正常投运，机组能连续运行的工况；最大连续工况T-MCR：汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热系统正常投运，补水率为0，进气量等于铭牌工况进气量时能连续运行的工况；铭牌工况TRL：汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热系统正常投运，补水率为3%时机组能连续运行发出的铭牌功率。

600MW汽轮发电机结构介绍汽轮发电机作为一种传统的发电设备，具有高效、稳定和可靠的特点。

它是一种利用燃烧燃料产生高温高压蒸汽，通过透平机械设备的转轮运动，将热能转化为电能的发电机。

下面将详细介绍600MW汽轮发电机的结构。

600MW汽轮发电机主要由锅炉、汽轮机、发电机及其控制系统组成。

锅炉是汽轮发电机组的供汽装置，它负责将燃料燃烧产生的高温高压蒸汽提供给汽轮机。

在600MW汽轮发电机中，常用的锅炉类型有燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉。

燃煤锅炉是最常见和广泛应用的一种锅炉类型，其工作原理是通过煤的燃烧产生高温高压蒸汽。

燃气锅炉则是通过燃气的燃烧产生高温高压蒸汽。

而燃油锅炉是通过燃油的燃烧产生高温高压蒸汽。

无论是哪种类型的锅炉，其目的都是产生高温高压蒸汽以驱动汽轮机发电。

汽轮机是汽轮发电机最核心的组成部分，它是将高温高压蒸汽的热能转化为机械能的装置。

通常，汽轮机的结构包括高压缸、中压缸和低压缸。

高温高压蒸汽从锅炉流入汽轮机的高压缸，通过高速旋转的叶轮将热能转化为机械能。

然后，蒸汽进入中压缸和低压缸，每一级缸都通过叶片转化剩余的热能。

最后，经过低压缸转换后的蒸汽被排入冷凝器冷却，并形成循环。

发电机是将汽轮机转动的机械能转化为电能的装置。

在600MW汽轮发电机中，通常采用同步发电机。

它由转子和定子组成。

转子包括转轴、极和励磁系统，它们通常由高强度的磁钢材料制成。

定子则由定子线圈和铁芯组成，其线圈绕制在定子磁芯上。

通过转子磁场和定子磁场之间的磁场相互作用，电能被产生并输送到电力网络中。

600MW汽轮发电机结构中还包括控制系统。

控制系统负责监测和控制发电机组的运行状态。

它通常由监控系统、过程控制系统和保护系统组成。

监控系统用于监测发电机组的各项参数并显示在控制室内的显示屏上。

过程控制系统负责控制发电机组的开关设备，以保证发电机组的正常运行。

保护系统则负责监测和保护发电机组的安全运行，如过载保护、温度保护等。

东汽600MW超临界汽轮机介绍第一节东汽600MW超临界汽轮机技术特点及性能规范东方汽轮机厂（以下简称东汽）与日立公司具有相同的设计技术体系，即采用美国GE 公司的冲动式技术。

东汽N600—24.2／566／566型超临界汽轮机采用日立公司所具有的当代国际上最先进的通流优化技术及汽缸优化技术，使机组经济性、可靠性得到进一步提高。

一、东汽N600—24.2／566／566型汽轮机的设计思想东汽的600MW汽轮机有亚临界参数和超临界参数两种，与亚临界600MW机组相比，由于高压及中压部分进汽压力、温度的升高，在材料、结构及冷却上均采取了相应措施，如高温动叶材料采用了CrMoVNb；高压部分汽缸采用CrMoV钢，该材料具有优良的高温性能。

结构上，该汽轮机保证内缸的最大工作压力为喷嘴后的压力与高排压差，外缸最大工作压力为高排压力与大气压之差，可有效的降低汽缸的工作压力，同时进汽口及遮热环的布置保证汽缸有一个合理的温度梯度，以控制它的温度应力，保证寿命损耗在要求的范围内。

中压部分除中间汽封漏汽冷却高中压转子中间汽封段以外，还从高压第3级后引汽冷却中压第1级叶轮轮面及轮缘，大大提高了中压第1级的可靠性；阀门采用经过实验研究及实际验证的高效低损、低噪声高稳定性的阀座和阀碟型线及合理的卸载防漏结构。

该汽轮机广泛采用当代通流设计领域中最先进的全三元可控涡设计技术，高中压静叶型线采用高效的后加载层流叶型（SCH），动叶采用型损、攻角损失更小的高负荷叶型（HV），低压静叶采用高负荷静叶型线（CUC），低压动叶采用成熟的40"低压积木块。

在采用以上通流核心技术的同时，对焓降、动静叶匹配进行优化，在高压缸部分级采用分流叶栅，叶顶采用多齿汽封，对连通管以及高中低排汽涡壳根据实验以及流体计算结果进行优化设计。

该机组为冲动式汽轮机，冲动式机组的转子由于采用轮盘式结构，启动过程中转子的热应力相对较小，同时高中压合缸使得汽缸及转子温度基本上同步升高，保证了机组的顺利膨胀，为启动的灵活性奠定了基础。

第一章 600MW汽轮发电机的结构及其冷却系统（P003）转轴上的机械能→同步发电机→定子绕组中电能●同步发电机① 汽轮发电机 — 以汽轮机为原动机(高速原动机)，转子采用隐极式结构；② 水轮发电机 — 以水轮机为原动机(低速原动机)，转子采用凸极式结构磁极旋转式(a) 隐极式；(b) 凸极式●隐极式同步发电机大型火力发电厂都采用二极隐极式汽轮发电机，转速为3000r/min。

●凸极式同步发电机● 增大单机容量的优点随着电网容量不断增大，电网中单机容量也迅速增大。

单机容量PP=K A BδD i2n l式中：K — 常数A — 定子线负荷，A/mmBδ — 气隙磁密，TD i — 定子内径，mn — 额定转速，r/minl — 定子铁心有效长度，m提高单单机容量需解决许多技术问题。

在电网内发展大容量机组，其建设速度、经济效益都比发展小容量机组优越。

对于二极隐极汽轮发电机而言，发展大容量机组在制造、基建和运行的经济性方面具有下列优点：（1）可降低电机造价和材料消耗。

如一台800MW机组比一台500MW机组单位成本降低17%，一台1200MW机组比一台800MW机组单位成本降低15%。

材料消耗率随单机容量的增大而降低。

（2）可降低电厂基建安装费用。

一个电厂单位造价随着单机容量的增大而降低。

（3）可降低运行费用，减少煤耗及单位千瓦运行人员和厂用电率。

（4）可减少电厂布点，有益于环境保护，减少污染。

● 提高单机容量的途径（1）增加电机尺寸问题：增加电机尺寸可以提高发电机单机容量，但由于两极汽轮发电机转速很高，转子上受到很大的离心力，尤其轴中心孔受的应力最大，其力的大小与转子直径的二次方成正比，因此加大直径受到转子材料的机械强度限制。

目前转子本体最大直径为1.25m，增加转子长度也有一定限度，转子的长度和直径的比例不能太大，否则刚度不够，挠度太大。

（2）提高电磁负荷（关键在于冷却技术的发展）问题：提高电磁负荷使温升增高，绝缘材料的允许温升又成了限制提高单机容量的一个因素，为此必须发展冷却技术来解决电机温升问题。

发电机结构图集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]#3/#4发电机结构说明一．发电机简介及主要技术规范嘉电二期#3、#4发电机是由东方电机股份有限公司承造。

东电公司和日本日立公司于1991年签定了合作设计、合作生产4台600MW汽轮发电机组的合同。

双方合作的第一台发电机为山东邹县电厂的#5机，但该台机90%以上的制造加工是由日本公司完成，而邹县电厂的#6机则是由日立公司派人在现场监制，整个生产过程由东电自行完成。

该台机于1997年3月完成了工厂型式试验，同年11月通过168小时试运。

嘉电二期的#3、#4发电机为汽轮机直接拖动的隐极式、二极同步发电机；采用水氢氢冷却方式，即定子绕组直接水冷，转子绕组直接氢冷（气隙取气方式），定子铁芯氢冷；发电机采用密闭循环通风冷却，轴承为强迫润滑（由汽机润滑油系统供油）；发电机配有一套氢油水控制系统，以提供和控制发电机冷却用的氢气、密封用油和定子线圈冷却用水；定子铁芯是用相互绝缘的扇形冲片迭装压紧成的；定子线棒由绝缘空心线和实心线混合编织，并经540°换位组合而成；发电机的励磁型式为自并励静止励磁系统。

发电机主要技术规范如下：型式：全封闭自循环水／氢冷却、强迫润滑、隐极式转子、同步交流发电机额定容量： 667MVA额定功率： 600MW额定电压： 22V额定电流： 17495A额定功率因数： (滞后)短路比：≥氢压： cm2g)频率： 50Hz极数： 2相数： 3转速： 3000r/min冷却方式：定子绕组：水内冷转子绕组：氢内冷绝缘等级：定于绕组： F（按B级绝缘温升使用）转子绕组： F（按B级绝缘温升使用）定子铁芯： F（按B级绝缘温升使用）效率：≥％不平衡负荷能力稳态I2 ≥8％暂态(I2)2t≥10s(tmax≤120sec)冷却器进水温度：≤33℃(包括氢气冷却器和定子绕组水系统冷却器)进氢温度： 46℃定子绕组进水温度 46℃温度限值：定子绕组：≤120℃(电阻法)定于绕组冷却水出水：≤85℃ (热电偶法)转子绕组：≤115℃(电阻法)定子铁心：≤120℃(热电偶法)氢气纯度：≥98％漏氢量：≤12m3／日噪声水平：≤85dB(A)(测距lm)氢气冷却器容量：一组冷却器退出运行，发电机组可带80%额定负荷.定子机座型式：整体机座励磁系统：静止可控硅整流励磁系统二、发电机结构600MW汽轮发电机结构示意图如图一。

大型汽轮发电机励磁系统灭磁异常原因分析及解决措施发表时间：2020-09-24T15:04:29.043Z 来源：《当代电力文化》2020年13期作者：姜博[导读] 灭磁是励磁控制的重要组成部分姜博哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江省哈尔滨市150040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。