励磁系统试验培训教材

第一部分：基本原理和硬件介绍B d B 」曲"4n CDr 2、发电机的电磁机理基本说明:1、应用电磁理论，导体在磁场中切割磁力线产生电动势（电压）：E =BLV （B :磁场强度，L :导体长度，V :切割速度）。

简单的讲就是：导体在磁场中做切割磁力线运动，就产生感应电 动势，当形成闭合回路时，就会感生出电流2、 对于发电机：转子产生的磁场旋转切割定子线圈，在定子线圈上产生电动势（电压），如右图，由E =BLV 可以理解：1、导体长度L 相当 于匝数乘单圈长度，固定不变；2、假定转速不变，切割速度 V=R 3也 可以理解为不变；3、电动势（机端电压）只与旋转的转子磁场强度成 正比，其他基本不变。

3、 对于载流导线的磁场：任一载流导线在点P 处的磁感强度：，电流I在直导线周围P 产生的磁场B —也（cos i cos 2），无限4 r长载流导体的磁感强度：B 卫，当转子本身固有特性2 r4、 综上所述可以理解为发电机定子产生的电动势（机端电压）：U=BLV=KI （K :综合比例 系数，I :励磁电流），电动势U 与励磁电流I 的大小成正比。

5、 电动势与机端电压有区别，电动势等于机端电压加定子线圈阻抗的压降，当发电机空载CD不变时，转子电流磁场在定子导线处感生的磁场强度B=KI ，其中，I 是励磁电流值,K 系运行时，定子电流为0，阻抗的压降也为0，发电机的电动势也等于机端电压，调节发电机 的励磁电流，直接作用于调节发电机的机端电压；当发电机并网后，定子线圈与负载组成闭 合回路，由于定子两端电动势的作用在闭合回路中产生定子电流，阻抗的压降等于定子电流 乘以阻抗，机端电压等于发电机的电动势减去阻抗的压降，向外传递电功率。

6、由电磁理论可知，电流流过定子线圈产生磁场，而定子电流的磁场又反作用于转子上，对转子产生磁场力作用，可以正交分解为定子有功电流磁场力和定子无功电流磁场力2个作用力，其中定子有功电流磁场力对转子的机械扭力起平衡作用，定子无功电流磁场力对转子 的转子电流磁场力平衡作用，最终达到平衡状态，下面 在发电机的基本原理中将详细讲述。

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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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。

第一章励磁系统介绍概述励磁是同步发电机的一个重要部分。

其实质是，供给同步发电机以励磁电流来建立它必须的磁场，使得励磁电流无论是在正常运行或是事故过程中，都能够按照电力系统及发电机运行的需要，迅速而准确的进行调节。

即同步发电机的运行需要一个能够调节励磁电流的励磁系统。

调节的方式，有手动和自动两种。

目前在电力系统中，手动励磁调节已远不能满足要求，在现代的电力系统中，同步发电机都配有自动励磁调节器，构成自动励磁调节系统。

1.1自动调节励节励磁系统的作用1、正常运行时，供给同步发电机所要求的励磁功率;在负荷及机组运行工况变化的情况下，能自动调节励磁电流，以维持机端电压或电网某点的电压在给定水平。

2、励磁系统应具有良好的调节性能，能保证并列运行的发电机间的无功负荷的合理分配。

3、能提高电力系统的静态稳定极限。

4、在电力系统发生故障时，能按照给定的要求实现强励，以提高系统的动态稳定性。

5、能显著改善电力系统的运行条件。

如短路故障,故障切除后，使电压迅速恢复，可提高电动机的自启动能力。

又如机组（汽轮机等）失磁后，并列运行的机组可增加励磁电流，向系统输送无功功率，维持发电机电压。

另外，系统发生短路时，由于强励作用，使短路电流增加，可提高继电保护动作的灵敏性及选择性。

6、励磁装置还具有过励限制，低励限制和功角限制等功能。

7、对于水轮发电机，励磁装置还应具有限制由于转速升高而引起的过电压，即当需要时，可大量降低励磁电流，能实现快速减磁。

1.2对自动调节励磁装置的要求1、正常运行时，能按机端电压的变化自动地改变励磁电流，维持电压值在给定水平。

为此，要求自动调节装置应有足够的调节容量，励磁系统应有足够的励磁容量。

2、并列运行的发电机上装有自动励磁调节器时，应能稳定分配机组间的无功负荷。

3、当电力系统发生事故，电压降低时，励磁系统应有很快的响应速度和足够大的强励顶值电压，以实现强励作用。

4、装置要简单可靠，动作迅速，调节过程要稳定，调节系统应无失灵区，以保证发电机在工人稳定区内运行。

自励直流励磁机励磁系统原理接线图自并励系统原理接线图（2）发电机空载阶跃响应试验：检查tr、tp、Mp、ts和振荡次数。

发电机负载工况下励磁系统试验（1）切换试验…略（2）PT断线检查：（5）PSS投入效果检查：两特征：P和Uf形态根据发电机励磁系统参数变化时,励磁系统外特性变化的敏感度分析结果可知,发电机和励磁机仅电抗数值发生变化时,对励磁系统外特性变化没有显著影响,但两者的饱和特性发生变化时会影响机组负载状态的初始值,但当时间常数改变后对励磁系统外特性有显著影响,因此只要抓住问题的主要方面,剩下的问题就是校核励磁调节器本身的参数是否正确合理，故要点是：（5）励磁系统动态特性检查—满足国标要求…略。

（6）AVR控制的线性度检查：阶跃量2% 5% 10% 15%测试电气量Uc Uc Uc Uc初始值 1.0556 1.0422 1.0467 1.0512最大值 2.0799 3.6477 6.2307 8.8586最大值/初始值 1.97 3.5 5.95 8.42动态增益51.2 52 51.8 52顺便得到的数据（3）微分的影响（4）积分变化的影响（6）仿真比较24.7 AVR模型框图-研究各辅助环节的功效特点：不论UEL还是OEL都是通过主环加在励磁系统中，和IEEE规定在PID后不一致低励限制特性2（扰动越大越稳定）结论1 采用简单比例控制结合PID有一定优势UEL对PSS影响1结论2，不用竟比门UEL动作后，PSS仍有效。

（4）OEL过励限制特性1（5）PSS对电网低频振荡的阻尼效果4.8 用matlab软件直接计算频率特性结论4：只要系统参数测量准确，计算的频率特性和实测一致。

同步发电机励磁系统培训教材南京南瑞电气控制公司目录第一章发电机励磁系统的作用及分类 (1)§1-1励磁系统作用 (1)§1-2励磁系统分类 (6)第二章发电机励磁系统的组成原理 (10)§2-1励磁系统的配置 (10)§2-2励磁调节器基本组成原理 (12)§2-4可控整流原理 (15)§2-5灭磁及过压原理 (29)§2-6PSS原理 (44)同步发电机励磁系统培训教材南京南瑞电气控制公司第一章发电机励磁系统的作用及分类§1-1 励磁系统作用1.1.1、维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因:第一，保证电力系统运行设备的安全。

电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。

保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。

发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110％。

第二，保证发电机运行的经济性。

发电机在额定值附近运行是最经济的。

如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。

规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90％；当发电机电压低于95％时，发电机应限负荷运行。

其他电力设备也有此问题。

第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。

励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、经济而有效的措施。

1.1.2、控制并联运行机组无功功率合理分配并联运行机组无功功率合理分配与发电机端电压的调差率有关。

发电机端电压的调差率有三种调差特性：无调差、负调差和正调差。

两台或多台有差调节的发电机并联运行时,按调差率大小分配无功功率。

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。