同步发电机励磁控制系统

整流变压器、配置的各种保护元件起励装置、灭 流侧发送到交流侧，使之灭磁。但实际上三相全
磁装置等。交流电源取自机端，经整流回路供给 控桥逆变结束时，励磁绕组中的能量没有完全
发电机一可控励磁。控制回路由测量比较单元、 释放出来，因此采取并联固定电阻等措施，使剩
综合放大单元、移相触发单元及调差单元组成。 余能量向电阻放电直到转子励磁绕组电流衰减
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同步发电机励磁控制系统
于建国 （黑龙江新世纪能源有限公司）
摘 要： 同步发电机励磁控制系统的设计是一门综合性科学，是在多种专业知识有机配合、密切协作下完成的一个统一整体。是关于 QFSS- 200- 2 型同步发电机励磁控制系统常规设计。本次设计我们采用自并励磁方式，是最简单的一种励磁方式。针对此次设计我查阅了大量原始资 料并进行仔细分析，从而对同步发电机励磁系统方案进行论证，然后对新型励磁系统主回路计算，包括励磁变压器计算、整流元件计算、灭磁方式选 择，绘出励磁系统主回路原理图。
接影响发电机运行性能。励磁系统的技术关键 情况下增强调节；保证一定的过载能力。选用变 过电压吸收暂态能量的能力要大，限制过电压
词：励磁系统简介、自并励励磁系统、整流部分、 压器容量 Se=2000KVA, 变比为 24,UK＝5.5%的 的能力要强（限压比或残压比要小），正常时对
灭磁方式、保护配置性能及运行的可靠性，对供 变压器。满足强励要求（计算略）。
至此，励磁系统主回路设计已完成。通过
由于无转动部分，具有较高的可靠性；造价低； 管（计算略）。采用三组整流柜并联。本设计中采 建立励磁系统数学模型，对励磁系统进行动态
励磁变压器防止自由缩短机组长度或警告度； 用风冷却硅元件方式。
性能分析表明：该设计合理，具有界限简单、造
励磁调节速度快。我国已在一些机组上以及引
24R15℃)0.0019；定子线圈开路时励磁线圈时 励磁调节规律：Ug↑→ΔU↑→Uk↓→a↑→Ud↓→UG 压，与灭弧棚并联了不同阻值的电阻。
间常数(S):7.4；转子电阻 (75℃)0.208；空载励磁 ↓。
3.4 励磁系统保护配置
电流 624.7A；满载励磁电流 1605A；满载励磁电
整流变压器的选择：整流变压器是主回路
15.75KV；功率因数 cosΦ:0.85 ；额定电流 8625 磁电压的大小。当发电机端电压变低（高）时，使 用。
A；功率 98.32 %；定子接线:YY。励磁数据：同步 脉冲时间提前（延后），可控硅导通角变小（大），
灭磁原理：正常运行时灭弧棚主触头 1 和
电抗 Xd:190.3%；负序电抗 X2:17.35%；瞬变电 直流平均励磁电压升高（降低），使得发电机电 灭磁触头 2 均闭合；故障灭磁时主触头 1 断开，
统。励磁调节任务：电压控制及无功分配；提高 冲给前一元件，使共阴、阳极总有一元件被触
本设计采用的过电流保护方案：在励磁装
同步发电机并列运行稳定性。
发，构成通路。全控桥整流电路的工作特点是即 置中常用的过载及短路保护主要是快速熔断
同步发电机励磁方案论证：随着大功率晶 可工作于整流状态，将交流转变成直流，也可工 器、快速过电流继电器。在本设计中为限制过电
起励方式: 励磁变压器接在机端的情况 价低、调速快、可靠性高等优点。（因篇幅所限，
进的一些大型机组上，采用自并励方式。基于以 下，有他励起励和残压起励两种方法。
励磁控制回路设计及动态性能分析略。）
上的分析和比较，本设计采用自并励励磁系
蓄电池起励为他励起励；本设计采用厂用
统。
电起励。
3 自并励励磁系统主回路设计
控制、信号、测量仪表等组成。为了保证发电机 投入之际，共阴、共阳极组各有一元件同时处于 过电压保护：在转子侧调差电阻作为过电压保
在正常工作时不会由于励磁系统故障而引起不 被触发状态，并构成通路。另外也可“双脉冲触 护；在整流框 A.B.C 三相接入均流电抗器，起到
必要的停机，还可以根据需要装设备用励磁系 发”方式，即本元件被触发同时，还送一触发脉 均流作用。
责任编辑：王宇
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起励电源容量计算：起励电源功率为
自并励磁主回路是指从机端（母线）上取 15.408kw,起励电源电压为 96v。（计算略）
电压，经整流供给发电机转子励磁部分，包括励
3.3 灭磁方式
磁变压器、整流装置及起励、灭磁部分。
同步发电机发生内部故障时，在继电保护
3.1 励磁方式
动作切除主回路继电器的同时，还要求迅速完
闸管的出现，发电机系统采用了不用励磁机，而 作在逆变状态，直流转变成交流。
流，需在可控硅处串连快速熔断器，标称容量
由机端励磁变压器供给电源的自并励励磁系
硅元件的选择：选额定正向电流 Iт（AV） 3140A。（计算略）
统。M=4000V 的硅
运行的影响小，功率低，简单可靠，维护量小，寿
电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自
3.2 整流部分
命较长。
启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有
本设计采用三相桥式全控整流电路，六个
本设计采用的过电压保护方案：抑制关断
重大影响。励磁系统一般由励磁功率单元、励磁 桥臂元件全都采用可控硅，可控硅元件都要靠 过电压：在可控硅上并联 RC 阻容保护；抑制操
本设计采用自并励磁方式，如图所示原理 全地灭磁。所谓灭磁就是把转子励磁绕组磁场
说明：自并励磁控制由主回路（励磁功率单元） 降至尽可能小的程度。逆变灭磁：采用三相全控
和控制回路（励磁调节器）组成。其主回路包括 桥整流装置时，可利用其逆变过程进行灭磁，即
用整流硅二极管和可控硅管组成的整流回路、 在逆变时由可控硅桥把励磁绕组中的能量经直
调节器组成，是由电源装置（如励磁机、励磁变 触发换流，并且一般要求触发脉冲宽度大于 作过电压：在交流侧接线方式的压敏电阻保护；
压器）、自动调节装置、手动调节装置、自动灭磁 60°，但小于 120°，一般取 80°到 100°，即 抑制浪涌过电压：交流侧接线方式的硒堆保护；
装置、励磁绕组过电压保护装置、诸上述装置的 所谓“宽脉冲触发”。这样才能保证整流电路刚 防止静止过电压：接线方式并接地电容 C；转子
关 键 词 ：发电机；励磁控制；作用
1 QFSS- 200- 2 发电机概述：基本数据：额 控制回路是根据机端电压变化输出可调脉冲作 到零，逆变灭磁方式简单、经济，在我国已在一
定 容 量 200MW； 转 速 3000rpm； 额 定 电 压 用于可控硅控制极，来调节主回路输出直流励 些中型水轮发电机和一些较小容量机组上采
为了保证整流装置中硅元件安全长期运
压 384V。
的重要组成部分，为发电机提供励磁电源。整流 行必须在装置中适当采取保护措施
2 励磁系统简介
变压器参数选择必须考虑以下三个因素：保证
过电压保护方式：目前对半导体励磁装置
励磁系统是同步发电机重要组成部分，直 发电机空载时所需的全部励磁电流；保证负载 采用过电压保护，对保护器件总的要求和评价：
抗 Xd:22.2%；零序电抗 Xo:7.85%；超瞬变电抗 压上升（下降），保持端电压为定值。利用调差单 在极短时间内触头 2 断开，由于电弧作用，引入
Xd:14.23%；定子电阻(75℃)( Ω/ 相)(R25℃=1. 元所形成的调差特性能够合理分配无功功率。 灭弧棚灭磁，为了防止在灭磁过程中产生过电