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同步发电机励磁系统与励磁调节器

2015-05-13 16:45      点击:

一般来说,与同步发电机励磁回路电压建立、调整以及必要时使其电压消失的有关元件和设备总称为励磁系统。励磁系统包括发电机绕组,励磁电源,励磁装置及调节电压有关的其他设备。

同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流,以建立直流磁场,通常称为励磁功率输出部分。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行的需要,一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器

 

励磁系统的主要作用:

一、 电力系统正常运行时,维持发电机或系统某点电压水平。当发电机无功负荷变化时,一般情况下机端电压要发生相应变化,此时自动励磁调节装置应能供给要求的励磁功率,满足不同负荷情况下励磁电流的自动调节,维持机端或系统某点电压水平。

二、 合理分配发电机间的无功负荷。发电机的无功负荷与励磁电流有着密切的关系,励磁电流的自动调节,要影响发电机间无功负荷的分配,所以对励磁系统的调节特征有一定的要求。

三、 在电力系统发生短路故障时,按规定的要求强行励磁。

四、 提高电力系统稳定性。

五、 快速灭磁,当发电机或升压变压器内部发生故障时,要求快速灭磁,以降低故障所造成的损害。

同步发电机的励磁方式

一、 直流发电机供电的励磁方式

二、 交流励磁机经整流供电的励磁方式

三、 静止电流供电的励磁方式。励磁电流是通过励磁变压器、励磁电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流。

 

励磁调节器的构成

励磁自动调节指的是发电机的励磁电流根据机端电压的变化按预定要求进行调节,以维持端电压为给定值。所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。同步发电机的励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流,功率因数的补偿调节两种。下面主要先容按电压偏差调节方式。

 

                 励磁调节器基本方框图

为了调节同步发电机的端电压Vf,,   应测量端电压的变化值。为了便于测量,设置了端电压变换机构,这样量测机构的输出电压 klVf和Vf 成正比例。比较综合点的合成差电压△V=V2-klVf 当端电压偏高时,△V为负,端电压偏低时,△V为正。放大机构按照△V的大小和方向进行放大,通过实行机构使励磁电流向相应方向调整,从而控制发电机的电压值。

励磁调节器有机电型,电磁型和半导体型。直至今日的数字式励磁调节器(微机励磁调节器)。

 

励磁回路中的整流电路

一、 三相桥式不可控整流电路。三相桥式不可控整流电路六只整流元件全部采用二极管。

从二极管的单相导电性可知,共阴极组中只有阳极电位最高的那一相二极管导通,共阳极组中则只有阴极电位最低的那一相二极管导通,其余的二极管均因承受反向电压而截止。

输出直流电压Vd=1.35El

El为整流桥交流侧线电压有效值。

二、 三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路的六只整流元件全部采用可控硅。

共阴极组的元件在各自的电源电压为正半周时导通。导通条件为必须在其阴极承受正向电压期间在控制极上加触发脉冲。

三相桥式全控整流电路的工作可分为整流工作状态和逆变工作状态。

控制α≤90。,三相桥式全控整流电路工作在整流状态,整流电路将交流变换为直流,以供给同步发电机转子绕组励磁。

所谓逆变工作状态,是指三相桥式全控整流电路的控制角α限制在90。—180。内,此时电路是将直流电能变为交流电能,并反馈回到交流电网中去。在同步发电机的可控硅励磁系统中,利用逆变原理可将贮存在发电机转子绕组中的磁场能量变换为交流电能并回馈到交流电源,以迅速降低发电机的定子电势,实现快速灭磁,从而减轻事故情况下发电机的损坏程度。

 

半导体励磁调节器基本原理

   半导体励磁调节器由测量比较单元,综合放大单元,移相触发单元,可控整流等基本部分组成。测量比较单元相当于变换机构与量测机构,综合放大单元和移相触发单元相当于放大机构,可控整流桥相当于实行机构。可控硅整流装置既是整流元件又是实行元件。

测量比较单元是测量发电机电压的变化并转变为直流电压信号,再与给定的基准电压进行比较,给出发电机电压偏差信号。测量比较单元输出的信号幅值较小,且变化缓慢灵敏度低,因此不能直接用于控制移相触发单元。为了提高调节器的灵敏度,必须加以放大。此外,为了实现电力系统对调节器的多功能要求,通常需要线形的综合测量比较,反馈及限制等直流信号并加以放大,以上这些任务都由综合放大单元完成。综合放大单元一般采用直流运算放大器。移相触发单元是将控制信号电压Vk(即综合放大单元的输出电压)转换为一定区间内发出移相触发脉冲,并以此脉冲触发可控硅整流桥的可控硅,使其控制角α角随Vk的变化而变化,移相触发脉冲控制可控整流桥的输出电压,从而达到自动调节励磁的目的。

当发电机电压升高时,偏差电压△V经综合放大得到控制电压Vk,使移相触发单元的输出脉冲电压Vg 后移,导致可控整流桥的控制角α增大,即导通角减小,整流输出电压下降,减小发电机励磁,从而使发电机端电压随之下降。反之,当发电机电压下降时,调节能使发电机增加励磁,时端电压上升。

 

三号发电机励磁系统概况

三号机工作励磁系统采用交流励磁机—静止整流器的“三机”励磁系统。改造后自动励磁调节器型号为WKKL—11型微机励磁调节器。副励输出经两回全控整流后供给主励磁机励磁,主励输出经两回不可控整流后供给发电机励磁。发电机的励磁调节是通过调节主励的励磁来达到的。主励磁机的励磁调节有四种方式,一是A、B调节器以“双柜”方式的自动闭环调节,二是A、B调节器以“自动”方式的自动闭环调节,三是A或B调节器单柜以“自动”方式的自动闭环调节,四是A、B调节器以单柜或双柜以“手动”方式的手动开环调节,其中自动闭环调节能满足发电机包括强励及强减在内的发电机的所有励磁工况,手动开环仅能满足发电机的额定励磁工况,不满足发电机包括强励及强减的要求。励磁调节方式切换开关AQK,BQK的位置决定调节器的调节方式。

励磁主整流装置由西安电力整流器厂生产,由整流屏Ⅰ,整流屏Ⅱ,切换屏,灭磁屏组成。每个整流屏包括整流桥,信号回路,冷却风扇,空气开关及操作回路。每个整流桥由18只整流二极管组成,每个桥臂由三个相同的整流二极管并联,每个整流管有阻容吸取换向过电压保护及串联快速熔断器构成的过流保护,信号电源中断,快熔熔断器熔断,冷却风扇故障后均能向中控室发信号;切换屏包括1G,2G,3G刀闸。灭磁屏内装有灭磁开关及其操作回路。FMB31型灭磁过压保护装置。1ZK开关及1G刀闸,2ZK开关及2G刀闸分别为整流  屏Ⅰ,整流屏Ⅱ的交流输入开关及直流输出刀闸,3G刀闸为来自备用励磁机的直流输入刀闸。

正常时,两台主整流装置并列运行,当有一台故障(包括风机故障)后,切除故障整流柜的IK开关及G刀闸,另一台主整流柜可带额定励磁运行,不保证强励。一台主整流柜运行中出现故障,紧急降励磁至适当值后,倒备励运行。

四台机公用一套备用励磁系统。备励使用电动直流发电机组。

灭磁开关采用DM4-2500/800-2型。

灭磁开关与非线形电阻配合后做发电机灭磁保护。

灭磁开关主要由电灭弧室、机架、操作机构和导电系统组成。

励磁系统使用FMB31型灭磁过压保护装置。

FMB31型灭磁过压保护装置主要元件是氧化锌(ZnO)压敏电阻经优化组合后串并联而成。灭磁时,灭磁开关断开,将电流换到FR1回路中,转子励磁电流便以恒压方式迅速消耗在FR1中,从而使发电机迅速灭磁,减少了发电机事故危害。在正常励磁时,FMK合闸,励磁电流经FMK送入励磁绕组LQ,此时电源电压一般在500v以下,非线形电阻FR2,FR3只有较小的漏电流,相当于开路状态。

 

 FR1、FR2、FR3为非线形电阻   LQ为发电机转子绕组

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

微机励磁调节装置概况

计算机控制即是把被控制对象(过程)的有关参数进行采样和模数转换,并把转换后的数字量送给计算机。计算机根据这些数字信息,按预定控制规律进行计算,并通过输出通道把计算结果转换成模拟量去控制被控对象,使被控量达到预期的目标。

微机励磁调节器主要特点:

一、 硬件简单,可靠性高。

二、 硬件易实现标准化,便于生产。

三、 显示直观。

四、 控制规律,在不改变硬件环境的情况下,通过App可方便的改变。

五、 便于与上级计算机通讯。


WKKL—11型励磁调节器概况

一 、主要功能

1、 PID调节或比例调节可以选用

励磁系统中采用的PID调节,输入量是机端电压的偏差。

电压偏差的比例调节是按电压偏离整定值(额定值)的大小成比例的改变励磁,以维护机端电压为恒定。

电压偏差的积分调节,是按积累的偏差调节励磁,调节结果使偏差很小。完全积分调节可以使调节误差接近为零。

电压偏差的微分调节,是按预测的电压变化趋势进行调节,可以减小超调量,缩短调整时间,改善调节的动态品质,提高控制系统的稳定性。

在励磁控制系统中,应用PID调节可以达到,稳态时有较大的放大倍数,使机端电压接近恒定。暂态时有较小的放大倍数,以避免超调的振荡。

2、 两套调节器完全独立,可并联运行也可单独运行。

3、 误强励检测及保护

4、 过流限流保护

5、 低励磁限制模块

    为了防止发电机励磁电流过多降低,而引起的静态稳定的破坏和发电机端部的过热,必须对发电机励磁电流的下限值加以限制。

6、 设有调节器PT熔丝断或测量回路故障引起误强励的保护措施。

7、 设有电力系统稳定器PSS模块。

在远距离输电系统中,励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力,引起低频振荡,其原因为励磁调节器按电压偏差比例调节和励磁控制系统具有惯性。为此,采用电力系统稳定器产生正阻尼转矩以抵消励磁控制系统引起的负阻尼转矩。

8、 装置具有自复归功能,大大增强调节器的抗干扰能力

9、 两套调节器运行时,设有均流措施,以保护两套调节器均匀分担输出功率。

10、 设有V/H2保护模块,防止在频率下降时发电机、主变压器饱和及发电机过电压。

因为磁通量与机端电压和频率的比值成正比,所以Vf(v)/ft(H2)越大,发电机和变压器铁芯饱和越严重。铁芯饱和,励磁电流就会增加,造成铁芯发热加剧,所以必须加以限制。

11、 具有可控硅整流器失脉冲检测功能

WKKL型微机励磁调节器具有两套完全相同的调节器A和B。每套调节器的输入交流量有发电机量测PT副边的三相发电机电压。直流信号有发电机转子电压,发电机转子电流及两套调节器输出电流。除以上13个信号外,还有两个反映装置电源电压的信号,输入到调节器中,当微处理机采集数据时,先经采样保持,再由多路开关依次接同以上15个信号,模数转换成数字量读入,存放在存贮器中,供调节器使用。

(发电机组的参数通过测量部件由微机实时采集。因为现场信号总是不断变化的,而A/D转换需要一定时间,所以需要把要转换的信号采样后保持一段时间,保证转换时间内采样点的函数值不变,以等待A/D转换器完成转换。模/数(A/D)转换电路的作用是把采样输入的模拟信号量化为计算机所能接受的用0与1表示的数字量。这个数字量的大小能按比例反映模拟量的大小)。

利用以上采集到的数据,通过App计算可以得到发电机运行工况,励磁参数,调节器输出参数的全部信息,供各功能模块使用。

调节器的功率输出部件为三相全控可控硅整流桥。

采样计算得到的三相发电机平均电压与参考电压之差,经比例或PID运算得到一个控制量去改变控制角,这个控制角是一个数字量,直接由CPU写入到定时器中,定时器根据写入数的大小及同步发电机信号产生相应控制角α的触发脉冲。经组合,功率放大,产生双触发脉冲,通过脉冲变压器隔离,触发可控硅整流器。主调节环的运算是每一功频周期进行六次,即控制角α每功频周期可改变六次。

调节器选用16位工业控制机CCSDK—86。App用汇编语言编写。

两套调节器并联运行时设有双机协调部件,交换装置电源,故障状况信息,经判断可分析出故障所在并做相应的处理。每套调节器柜前面都有操作显示面板作为人机联系用。通过面板操作就地可选择及设置调节器的工作方式,如投切调节器,投切PSS及均流等等。其他方面可参考《WKKL微机励磁调节器原理说明书》。

 

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