摘要：它勵可控硅勵磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點是在發(fā)電站出口附近發(fā)生短路故障時，強勵能力強，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時間比較長、系統(tǒng)容量相對小的50、60年代這一優(yōu)點是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯……

關(guān)鍵詞：勵磁控制 電力系統(tǒng) 穩(wěn)定 影響

第一章：勵磁系統(tǒng)概述

第一節(jié)：同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)介紹

　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點是在發(fā)電站出口附近發(fā)生短路故障時，強勵能力強，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時間比較長、系統(tǒng)容量相對小的50、60年代這一優(yōu)點是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，元部件少，其勵磁電源來自機端變壓器，無旋轉(zhuǎn)部件，運行可靠性高，維護工作量小。且由于變壓器容量的變更比交流勵磁機的變更更簡單、容易，因而更經(jīng)濟，更容易滿足不同電力系統(tǒng)、不同電站的暫態(tài)穩(wěn)定水平對勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的不同要求。

　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是由于交流勵磁機是非標準產(chǎn)品，難以標準化，即使是同容量的發(fā)電機，尤其是水輪發(fā)電機，由于水頭、轉(zhuǎn)速的不同，強勵倍數(shù)的不同，交流勵磁機的容量、尺寸也不同，因此，價格較自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)貴。另外它勵可控硅勵磁系統(tǒng)與自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉(zhuǎn)部件，可靠性相對較低，運行維護量大。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是它的勵磁電源來自發(fā)電機端，受發(fā)電機機端電壓變化的影響。當發(fā)電機機端電壓下降時其強勵能力下降，對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定不利。不過隨著電力系統(tǒng)中快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，且自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)可以通過變壓器靈活地選擇強勵倍數(shù)，可以較好地滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的要求。

　　綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素，推薦在發(fā)電機組采用自并勵快速勵磁方式。為驗證其正確性，通過穩(wěn)定計算研究了滿發(fā)時發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式的穩(wěn)定情況，計算結(jié)果表明，發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，但必須同時加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。

　　直流機勵磁方式是采用直流發(fā)電機作為勵磁電源，供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路的勵磁電流。其中直流發(fā)電機稱為直流勵磁機，其優(yōu)點是與無勵磁機系統(tǒng)比較，廠用電率較低。缺點是直流勵磁機存在整流環(huán)，功率過大時制造有一定困難，100MW以上汽輪發(fā)電機組難以采用。直流勵磁機一般與發(fā)電機同軸，勵磁電流通過換向器和電刷供給發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁電流，形成有碳刷勵磁。直流機勵磁方式又可分為自勵式和它勵式。專門用來給同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路供電的直流發(fā)電機系統(tǒng)稱為直流勵磁機系統(tǒng)。

　　它勵直流勵磁方式，就是在它勵系統(tǒng)中增加副勵磁機，用來供給勵磁機的勵磁電流，副勵磁機FL為主勵磁機JL的勵磁機，副勵磁機與主勵磁機均與發(fā)電機同軸。與自勵直流勵磁機系統(tǒng)比較，自勵與他勵的區(qū)別是對主勵磁機的勵磁方式而言的。他勵直流勵磁機系統(tǒng)比自勵勵磁機系統(tǒng)多用了一臺副勵磁機，所用設(shè)備增多，占用空間大，投資大。但是提高了勵磁機的電壓增長速度，因而減小了勵磁機的時間常數(shù)。他勵直流勵磁機系統(tǒng)一般只用在水輪發(fā)電機組上。

　　采用直流勵磁供電的勵磁方式，在過去的十幾年間，是同步發(fā)電機的主要勵磁方式。目前大多數(shù)中小型同步發(fā)電機仍采用這種勵磁方式。長期的運行經(jīng)驗證明，這種勵磁方式具有獨立的，不受外系統(tǒng)干擾的勵磁電源。勵磁可靠性高，且調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。但換向器和電刷的維護工作量大。近年來，隨著電力生產(chǎn)的發(fā)展，同步發(fā)電機的容量愈來愈大，要求勵磁功率也相應(yīng)增大，而大容量的直流勵磁機無論在換向問題或電機的結(jié)構(gòu)上都受到限制。因此，直流勵磁方式愈來愈不能滿足要求。目前，在100MW及以上發(fā)電機上很少采用。我廠為保證勵磁系統(tǒng)的高可靠性而配備的備用勵磁機就是它勵直流機勵勵磁方式。

第二節(jié)：交流機勵磁方式

　　用直流機作為勵磁電源，不僅維護困難，而且在應(yīng)用上也有限制。采用交流機勵磁方式，由于勵磁機容量相對較小，只占同步發(fā)電機容量的0.3～0.5，且時間常數(shù)也較小（即響應(yīng)速度快）。因此在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的大容量發(fā)電機（如200MW、300MW等），都采用交流勵磁機系統(tǒng)。現(xiàn)在大容量的發(fā)電機，要求勵磁系統(tǒng)有很高的可靠性和很快的響應(yīng)速度。而直流勵磁機系統(tǒng)存在的整流環(huán)是安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，容量不能制造的很大，所以100MW及以上容量機組都用交流勵磁機系統(tǒng)。交流勵磁機系統(tǒng)的核心設(shè)備是交流勵磁機，其容量相對較小，只占同步發(fā)電機容量的0.3%～0.5%。由于要求其響應(yīng)速度很快，所以大型機組的交流勵磁機系統(tǒng)一般采用他勵方式，既有主勵磁機，也有副勵磁機。

　　交流勵磁機系統(tǒng)是采用專門的交流勵磁機代替了直流勵磁機，并與發(fā)電機同軸。它運行發(fā)出的交流電，經(jīng)整流電路后變成直流，供給發(fā)電機勵磁。

第三節(jié)：其他勵磁方式

1.1自勵交流勵磁機系統(tǒng)

　　自勵交流勵磁機的勵磁電源從本機出口電壓直接獲得。為了維持端電壓的恒定用可控硅整流元件。因此，自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)整電流輸出至何處向發(fā)電機轉(zhuǎn)子送電：

　　方案中，自勵的交流勵磁機經(jīng)可控硅整流橋B向發(fā)電機轉(zhuǎn)子送電，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制此可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)整其輸出電流，以維持發(fā)電機端電壓的恒定。交流勵磁機本身則經(jīng)過令一個反饋回路，由自身的恒壓單元來保證其交流勵磁電壓的恒定。由于這種方案完全不考慮勵磁機的時間常數(shù)，因而，勵磁電壓響應(yīng)速度比較快，時間常數(shù)小，但是，對其容量要求較大。

1.2無刷勵磁系統(tǒng)

　　在他勵和自勵交流勵磁機系統(tǒng)中，發(fā)電機的勵磁電流全部由可控硅（或二極管）供給，而可控硅（或二極管）是靜止的故稱為靜止勵磁。在靜止勵磁系統(tǒng)中要經(jīng)過滑環(huán)才能向旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流。滑環(huán)是一種轉(zhuǎn)動接觸元件。隨著發(fā)電機容量的快速增大，巨型機組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加（3000～5000安培），轉(zhuǎn)子滑環(huán)中通過如此大的電流，滑環(huán)的數(shù)量就要增加很多。為了防止機組運行當中個別滑環(huán)過熱，每個滑環(huán)必須分擔同樣大小的電流。為了提高勵磁系統(tǒng)的可靠性取消滑環(huán)這一薄弱環(huán)節(jié)，使整個勵磁系統(tǒng)都無轉(zhuǎn)動接觸的元件，就產(chǎn)生了無刷勵磁系統(tǒng)，如下圖所示：

　　副勵磁機FL是一個永磁式中頻發(fā)電機，其永磁部分畫在旋轉(zhuǎn)部分的虛線框內(nèi)。為實現(xiàn)無刷勵磁，主勵磁機與一般的同步發(fā)電機的工作原理基本相同，只是電樞是旋轉(zhuǎn)的。其發(fā)出的三相交流電經(jīng)過二極管整流后，直接送到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路作勵磁電源，因為勵磁機的電樞與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。

　　主勵磁機的勵磁繞組JLLQ是靜止的，即主勵磁機是一個磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機。靜止的勵磁機勵磁繞組便于自動勵磁調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對勵磁機輸出電流的控制，以維持發(fā)電機端電壓保持恒定。

　　在方案一中，考慮到勵磁機勵磁繞組LLQ的時間常數(shù)，其響應(yīng)速度較慢。為了提高響應(yīng)速度可以采用方案二，就是將可控硅整流橋裝設(shè)旋轉(zhuǎn)部分，代替方案一旋轉(zhuǎn)部件中的二極管整流橋。方案二中由中頻副勵磁機ZPF供電給交流主勵磁機JL的直流勵磁繞組JLLQ。可控硅的觸發(fā)脈沖由同軸旋轉(zhuǎn)的觸發(fā)脈沖發(fā)生器PG供給。PG也是一個由多相繞組組成的電樞，它的磁場由d、q兩個互相垂直的繞組的磁場合成，因此當d、q磁場的大小作各種不同的變化時，PG的合成磁場（相對JLLQ磁場）就在作不同角度的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的范圍為90°。這樣就使得PG的觸發(fā)脈沖與主勵磁機JL各相交流電壓之間，產(chǎn)生不同的相角變化，從而控制主勵磁機送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流的大小，以達到維持發(fā)電機端電壓恒定的目的。

　　在方案二中，不必考慮主勵磁機勵磁繞組JLLQ時間常數(shù)的影響，所以其響應(yīng)速度比方案一快，其自動勵磁調(diào)節(jié)器的輸出與其他勵磁系統(tǒng)不同，顯得較為復(fù)雜一些，但并不難實現(xiàn)。總的來說，其優(yōu)點是：革除了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動接觸部分。其缺點是：在監(jiān)視與維修上有其不方便之處。由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子回路的電壓電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表直接進行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管與可控硅的運行狀況，接線是否開脫，熔絲是否熔斷等等都不便監(jiān)視。因而在運行維護上不太方便。但隨著科技的發(fā)展，監(jiān)視問題正在得到逐步解決。

1.3無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)

　　勵磁機本身就是可靠性不高的元件，可以說它是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，因勵磁機故障而迫使發(fā)電機退出運行的事故并非鮮見，故相應(yīng)地出現(xiàn)了不用勵磁機的勵磁方案。如下圖所示：發(fā)電機的勵磁電源直接由發(fā)電機端電壓獲得，經(jīng)過控制整流后，送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路，作為發(fā)電機的勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓恒定的勵磁方式，是無勵磁機的發(fā)電機自勵系統(tǒng)。最簡單的發(fā)電機自勵系統(tǒng)是直接使用發(fā)電機的端電壓作勵磁電流的電源，由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制勵磁電流的大小，稱為自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)，簡稱自并勵系統(tǒng)。自并勵系統(tǒng)中，除去轉(zhuǎn)子本體極其滑環(huán)這些屬于發(fā)電機的部件外，沒有因供應(yīng)勵磁電流而采用的機械轉(zhuǎn)動或機械接觸類元件，所以又稱為全靜止式勵磁系統(tǒng)。下圖為無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)框圖，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流電源由接于發(fā)電機機端的整流變壓器ZB提供，經(jīng)可控硅整流向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，可控硅元件SCR由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制。系統(tǒng)起勵時需要令加一個起勵電源。

　　無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)的優(yōu)點是：不需要同軸勵磁機，系統(tǒng)簡單，運行可靠性高；縮短了機組的長度，減少了基建投資及有利于主機的檢修維護；由可控硅元件直接控制轉(zhuǎn)子電壓，可以獲得較快的勵磁電壓響應(yīng)速度；由發(fā)電機機端獲取勵磁能量，與同軸勵磁機勵磁系統(tǒng)相比，發(fā)電機組甩負荷時，機組的過電壓也低一些。其缺點是：發(fā)電機出口近端短路而故障切除時間較長時，缺乏足夠的強行勵磁能力，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響不如其它勵磁方式有利。

　　由于以上特點，使得無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)在國內(nèi)外電力系統(tǒng)大型發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)中受到相當重視。在發(fā)電機與系統(tǒng)間由升壓變壓器的單元接線和抽水蓄能機組等勵磁系統(tǒng)中得到實際應(yīng)用。

　　隨著微機勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，氧化鋅非線性滅磁電阻的研制成功及大功率晶閘管及晶體管的廣泛應(yīng)用，提高了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的可靠性，較大地改善了勵磁系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)，大大提高了系統(tǒng)的技術(shù)性能指標。

　　在諸多勵磁系統(tǒng)中，直接勵磁機維護困難，調(diào)節(jié)器響應(yīng)時間長達1～5s，動態(tài)性能差，當空載起勵時，電壓超調(diào)量大，頻率特性差；他勵可控硅勵磁系統(tǒng)需裝設(shè)交流勵磁機，并要求廠房高度高，當其用于慢速水輪機時，交流勵磁機體質(zhì)量大、尺寸大、維修工作量大。20世紀70～80年代，發(fā)電廠開始用自復(fù)勵及自并勵的可控硅勵磁系統(tǒng)，由于它們均屬于快速勵磁系統(tǒng)，動態(tài)性能優(yōu)良，尤其是帶有微型計算機勵磁調(diào)節(jié)器的自并激靜止勵磁系統(tǒng)在發(fā)電廠中得以廣泛的應(yīng)用。自并激勵磁系統(tǒng)接線簡單、設(shè)備少、造價低、占地面積小、無轉(zhuǎn)動部件并維護簡單，是快速響應(yīng)系統(tǒng)。尤其是水電站往往遠離負荷中心的地區(qū)，為提高輸電的穩(wěn)定性，對勵磁系統(tǒng)要求能快速響應(yīng)，而自并激勵磁系統(tǒng)恰好能滿足這個要求。

　　1.4自勵交流勵磁機系統(tǒng)

　　自勵交流勵磁機的勵磁電源從本機出口電壓直接獲得。為了維持端電壓的恒定用可控硅整流元件。因此，自動勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)整電流輸出至何處向發(fā)電機轉(zhuǎn)子送電：

　　方案中，自勵的交流勵磁機經(jīng)可控硅整流橋B向發(fā)電機轉(zhuǎn)子送電，自動勵磁調(diào)節(jié)器控制此可控硅的導(dǎo)通角，調(diào)整其輸出電流，以維持發(fā)電機端電壓的恒定。交流勵磁機本身則經(jīng)過令一個反饋回路，由自身的恒壓單元來保證其交流勵磁電壓的恒定。由于這種方案完全不考慮勵磁機的時間常數(shù)，因而，勵磁電壓響應(yīng)速度比較快，時間常數(shù)小，但是，對其容量要求較大。

　　1.5無刷勵磁系統(tǒng)

　　在他勵和自勵交流勵磁機系統(tǒng)中，發(fā)電機的勵磁電流全部由可控硅（或二極管）供給，而可控硅（或二極管）是靜止的故稱為靜止勵磁。在靜止勵磁系統(tǒng)中要經(jīng)過滑環(huán)才能向旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流。滑環(huán)是一種轉(zhuǎn)動接觸元件。隨著發(fā)電機容量的快速增大，巨型機組的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子電流大大增加（3000～5000安培），轉(zhuǎn)子滑環(huán)中通過如此大的電流，滑環(huán)的數(shù)量就要增加很多。為了防止機組運行當中個別滑環(huán)過熱，每個滑環(huán)必須分擔同樣大小的電流。為了提高勵磁系統(tǒng)的可靠性取消滑環(huán)這一薄弱環(huán)節(jié)，使整個勵磁系統(tǒng)都無轉(zhuǎn)動接觸的元件，就產(chǎn)生了無刷勵磁系統(tǒng)，如下圖所示：

　　副勵磁機FL是一個永磁式中頻發(fā)電機，其永磁部分畫在旋轉(zhuǎn)部分的虛線框內(nèi)。為實現(xiàn)無刷勵磁，主勵磁機與一般的同步發(fā)電機的工作原理基本相同，只是電樞是旋轉(zhuǎn)的。其發(fā)出的三相交流電經(jīng)過二極管整流后，直接送到發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路作勵磁電源，因為勵磁機的電樞與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，所以它們之間不需要任何滑環(huán)與電刷等轉(zhuǎn)動接觸元件，這就實現(xiàn)了無刷勵磁。

　　主勵磁機的勵磁繞組JLLQ是靜止的，即主勵磁機是一個磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機。靜止的勵磁機勵磁繞組便于自動勵磁調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對勵磁機輸出電流的控制，以維持發(fā)電機端電壓保持恒定。

　　在方案一中，考慮到勵磁機勵磁繞組LLQ的時間常數(shù)，其響應(yīng)速度較慢。為了提高響應(yīng)速度可以采用方案二，就是將可控硅整流橋裝設(shè)旋轉(zhuǎn)部分，代替方案一旋轉(zhuǎn)部件中的二極管整流橋。方案二中由中頻副勵磁機ZPF供電給交流主勵磁機JL的直流勵磁繞組JLLQ。可控硅的觸發(fā)脈沖由同軸旋轉(zhuǎn)的觸發(fā)脈沖發(fā)生器PG供給。PG也是一個由多相繞組組成的電樞，它的磁場由d、q兩個互相垂直的繞組的磁場合成，因此當d、q磁場的大小作各種不同的變化時，PG的合成磁場（相對JLLQ磁場）就在作不同角度的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變的范圍為90°。這樣就使得PG的觸發(fā)脈沖與主勵磁機JL各相交流電壓之間，產(chǎn)生不同的相角變化，從而控制主勵磁機送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流的大小，以達到維持發(fā)電機端電壓恒定的目的。

　　在方案二中，不必考慮主勵磁機勵磁繞組JLLQ時間常數(shù)的影響，所以其響應(yīng)速度比方案一快，其自動勵磁調(diào)節(jié)器的輸出與其他勵磁系統(tǒng)不同，顯得較為復(fù)雜一些，但并不難實現(xiàn)。總的來說，其優(yōu)點是：革除了滑環(huán)和碳刷等轉(zhuǎn)動接觸部分。其缺點是：在監(jiān)視與維修上有其不方便之處。由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子回路的電壓電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表直接進行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，二極管與可控硅的運行狀況，接線是否開脫，熔絲是否熔斷等等都不便監(jiān)視。因而在運行維護上不太方便。但隨著科技的發(fā)展，監(jiān)視問題正在得到逐步解決。

　　1.6無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)。

　　勵磁機本身就是可靠性不高的元件，可以說它是勵磁系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)之一，因勵磁機故障而迫使發(fā)電機退出運行的事故并非鮮見，故相應(yīng)地出現(xiàn)了不用勵磁機的勵磁方案。如下圖所示：發(fā)電機的勵磁電源直接由發(fā)電機端電壓獲得，經(jīng)過控制整流后，送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路，作為發(fā)電機的勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓恒定的勵磁方式，是無勵磁機的發(fā)電機自勵系統(tǒng)。最簡單的發(fā)電機自勵系統(tǒng)是直接使用發(fā)電機的端電壓作勵磁電流的電源，由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制勵磁電流的大小，稱為自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)，簡稱自并勵系統(tǒng)。自并勵系統(tǒng)中，除去轉(zhuǎn)子本體極其滑環(huán)這些屬于發(fā)電機的部件外，沒有因供應(yīng)勵磁電流而采用的機械轉(zhuǎn)動或機械接觸類元件，所以又稱為全靜止式勵磁系統(tǒng)。下圖為無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)框圖，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流電源由接于發(fā)電機機端的整流變壓器ZB提供，經(jīng)可控硅整流向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，可控硅元件SCR由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制。系統(tǒng)起勵時需要令加一個起勵電源。

　　無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)的優(yōu)點是：不需要同軸勵磁機，系統(tǒng)簡單，運行可靠性高；縮短了機組的長度，減少了基建投資及有利于主機的檢修維護；由可控硅元件直接控制轉(zhuǎn)子電壓，可以獲得較快的勵磁電壓響應(yīng)速度；由發(fā)電機機端獲取勵磁能量，與同軸勵磁機勵磁系統(tǒng)相比，發(fā)電機組甩負荷時，機組的過電壓也低一些。其缺點是：發(fā)電機出口近端短路而故障切除時間較長時，缺乏足夠的強行勵磁能力，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響不如其它勵磁方式有利。

　　由于以上特點，使得無勵磁機發(fā)電機自并勵系統(tǒng)在國內(nèi)外電力系統(tǒng)大型發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)中受到相當重視。在發(fā)電機與系統(tǒng)間由升壓變壓器的單元接線和抽水蓄能機組等勵磁系統(tǒng)中得到實際應(yīng)用。

　　隨著微機勵磁調(diào)節(jié)器的應(yīng)用，氧化鋅非線性滅磁電阻的研制成功及大功率晶閘管及晶體管的廣泛應(yīng)用，提高了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的可靠性，較大地改善了勵磁系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)，大大提高了系統(tǒng)的技術(shù)性能指標。

　　在諸多勵磁系統(tǒng)中，直接勵磁機維護困難，調(diào)節(jié)器響應(yīng)時間長達1～5s，動態(tài)性能差，當空載起勵時，電壓超調(diào)量大，頻率特性差；他勵可控硅勵磁系統(tǒng)需裝設(shè)交流勵磁機，并要求廠房高度高，當其用于慢速水輪機時，交流勵磁機體質(zhì)量大、尺寸大、維修工作量大。20世紀70～80年代，發(fā)電廠開始用自復(fù)勵及自并勵的可控硅勵磁系統(tǒng)，由于它們均屬于快速勵磁系統(tǒng)，動態(tài)性能優(yōu)良，尤其是帶有微型計算機勵磁調(diào)節(jié)器的自并激靜止勵磁系統(tǒng)在發(fā)電廠中得以廣泛的應(yīng)用。自并激勵磁系統(tǒng)接線簡單、設(shè)備少、造價低、占地面積小、無轉(zhuǎn)動部件并維護簡單，是快速響應(yīng)系統(tǒng)。尤其是水電站往往遠離負荷中心的地區(qū)，為提高輸電的穩(wěn)定性，對勵磁系統(tǒng)要求能快速響應(yīng)，而自并激勵磁系統(tǒng)恰好能滿足這個要求。
 

第二章：下花園電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)概況分析

第一節(jié)：靜止勵磁系統(tǒng)及工作原理

　　我廠3臺發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)是采用的靜止整流器勵磁方式原理圖如下圖所示。在圖示的交流勵磁機系統(tǒng)中主勵磁機L和副勵磁機FL，是與發(fā)電機同步旋轉(zhuǎn)的交流機，而整流設(shè)備為靜止元件。主勵磁機L的頻率為100HZ的交流發(fā)電機，必須經(jīng)過硅整流橋GZ整流，變?yōu)橹绷麟娫矗┙o發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁。副勵磁機FL是一個頻率500HZ的中頻交流永磁發(fā)電機。本身不另設(shè)勵磁回路。簡化了勵磁系統(tǒng)。FL的輸出功率，KZ通過整流，作為主勵磁機L的勵磁電源。勵磁調(diào)節(jié)裝置ZTL的作用是根據(jù)發(fā)電機端電壓的偏差信號，輸出一個相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，對可控硅的導(dǎo)通角進行控制，控制了主勵磁機的輸出功率，從而改變了發(fā)電機的勵磁電流。實現(xiàn)了勵磁電流的自動調(diào)節(jié)。在靜止整流器勵磁系統(tǒng)中，由于硅整流元件代替了直流勵磁機的換向器，因此，改善了勵磁機的運行條件，使維護工作量減少。采用交流勵磁機的勵磁系統(tǒng)與直流勵磁系統(tǒng)一樣，具有獨立的勵磁電源。不受外系統(tǒng)干擾，供電可靠的優(yōu)點。同時解決了整流子運行維護問題。且交流勵磁機的容量不受限制，所以用于大型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。因為采用交流勵磁機系統(tǒng)，體積龐大、價格昂貴，各勵磁機之間的功率傳送仍通過電刷，因此也屬于有刷勵磁系統(tǒng)。

　　上圖為他勵式交流勵磁機同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)簡圖：他勵交流勵磁機系統(tǒng)的副勵磁機一般為中頻發(fā)電機，頻率為400HZ或500HZ，主勵磁機的頻率為100HZ，組成響應(yīng)速度快的勵磁系統(tǒng)。副勵磁機是自勵式的交流發(fā)電機，為保持其端電壓的恒定，由一個簡單的自動調(diào)壓器調(diào)整其勵磁電流，其勵磁繞組FLLQ由本機組電壓經(jīng)可控硅整流后供電，由于可控硅的可靠起勵電壓較高，在啟動時需要外加一個直流起勵電壓，直至副勵磁機的交流電壓值足以使可控硅導(dǎo)通時，才能正常工作。此時起勵電源退出運行。這是交流自勵式發(fā)電機與直流自勵式發(fā)電機的不同之處。其缺點是如果一個發(fā)電廠的所有發(fā)電機組都需要用起勵電源的交流勵磁機系統(tǒng)，當發(fā)生全廠性停電事故十，在鍋爐、汽機等都用備用汽泵啟動以后，發(fā)電機終究會因為沒有合適的起勵電源而不能發(fā)電，這將延誤事故情況下的機組發(fā)電時間。所以起勵電源一般不從機組母線上引出。為彌補他勵式交流勵磁機系統(tǒng)的不足，現(xiàn)在大型機組一般采用永磁式的副勵磁機，如下圖所示：

　　上圖中，用永磁式感應(yīng)子中頻發(fā)電機作副勵磁機，省掉了自勵恒壓單元，永磁機的出口交流電壓可以認為是恒定不變的。在他勵式交流勵磁機同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)中，自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)整電流是控制主勵磁機的勵磁電流的；在永磁式副勵磁機系統(tǒng)中，自動勵磁調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)整電流是控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁電流的。在永磁式副勵磁機系統(tǒng)中，要求主勵磁機的運行容量較大，在響應(yīng)速度方面也較他勵式交流勵磁機同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)快，這是容量換來的速度。

　　新廠3臺發(fā)電機、老廠#5發(fā)電機的勵磁電流全部由可控硅供給，可控硅是靜止的，稱之為靜止勵磁方式。　　

第二節(jié)：旋轉(zhuǎn)無刷勵磁系統(tǒng)

　　由于勵磁系統(tǒng)比較復(fù)雜，上述機組的勵磁系統(tǒng)大家也比較熟悉，#7發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的功能，使用方法與其他機組勵磁調(diào)節(jié)器的功能相同，不在詳述。

　　老廠新安裝的#7發(fā)電機組為旋轉(zhuǎn)無刷勵磁方式的發(fā)電機。與我廠的其他發(fā)電機勵磁方式不同，而且存在很大的區(qū)別。下面是我粗淺的認識，與大家共同學(xué)習(xí)。

　　#7發(fā)電機在轉(zhuǎn)子達到額定轉(zhuǎn)速3000r/min時，合初勵電源，初勵電源經(jīng)勵磁調(diào)節(jié)器的初勵控制回路加在勵磁機定子的勵磁線圈上。勵磁機與一般的發(fā)電機原理相同，但它的電樞是旋轉(zhuǎn)的，即勵磁機的轉(zhuǎn)子(電樞)與發(fā)電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，其電樞繞組切割初勵電源建立的初磁場產(chǎn)生三相電流，經(jīng)過熔斷器通過旋轉(zhuǎn)二極管整流送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子為其提供勵磁電流。瞬間在發(fā)電機端建立15%的發(fā)電機額定電壓。初勵電源回路不保持，建立初磁場后自動退出。

　　勵磁調(diào)節(jié)器采集發(fā)電機機端電壓互感器1YH、2YH電壓量，定子電流4LH、勵磁變低壓側(cè)轉(zhuǎn)子電流CT電流量通過變換器進入微機勵磁調(diào)節(jié)裝置，經(jīng)過邏輯軟件控制產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制可控硅整流橋的勵磁電流輸出，并控制外附小型中間繼電器提供勵磁系統(tǒng)各種正常、異常、故障信號。

　　初勵電源在發(fā)電機端建立15%的發(fā)電機額定電壓后，經(jīng)過發(fā)電機機端的勵磁變壓器提供勵磁電源經(jīng)過可控硅整流后送至勵磁機定子的勵磁線圈上建立磁場，勵磁機電樞繞組切割這個磁場產(chǎn)生三相電流，再經(jīng)過熔斷器通過旋轉(zhuǎn)二極管整流送至發(fā)電機轉(zhuǎn)子為其提供勵磁電流。

　　其缺點是由于與轉(zhuǎn)子回路直接連接的元件都是旋轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子回路的電壓、電流都不能用普通的直流電壓表、直流電流表進行監(jiān)視，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣情況也不便監(jiān)視，旋轉(zhuǎn)二極管的運行狀況、接線是否開脫、熔絲是否熔斷等等也都不便于監(jiān)視。因而在運行維護上是不方便的。

第三節(jié)：SAVR2000勵磁系統(tǒng)的檢查及故障處理

發(fā)電機并網(wǎng)后及正常運行情況下，應(yīng)對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行必要的檢查，主要包括：

　　1．1勵磁系統(tǒng)各指示燈、光字、表計指示正常；各開關(guān)、刀閘、切換控制開關(guān)位置正確；風機運行正常。

　　1．2 著重檢查勵磁控制裝置A、B套閃爍燈正常 ，閃爍燈閃爍情況于與對應(yīng)設(shè)備狀態(tài)如下：

　　 a .每秒鐘閃爍三次：不具備運行條件；

　　 b .每秒鐘閃爍一次：空載狀態(tài)；

　　 c. 三秒鐘閃爍一次：負載狀態(tài)；

　　d 六秒鐘閃爍一次：停止錄波狀態(tài) ；

　　e .不閃：故障狀態(tài)。

當出現(xiàn)第4、5種閃爍情況時，應(yīng)立即通知檢修人員進行處理。

第四節(jié)：當勵磁系統(tǒng)有以下異常時的處理：

1.1勵磁系統(tǒng)發(fā)出以下光字表示：

　　a .FLG故障：整流柜停風、快速熔斷器熔斷。

　　b .FLG故障：整流屏停風、快速熔斷器熔斷。

　　c. 過電壓動作：發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路過電壓保護動作。

　　d .六秒鐘閃爍一次：停止錄波狀態(tài) 。

　　e .勵磁限制：發(fā)電機勵磁限制，包括：強勵限制、過勵限制、欠勵限制、V/F限制。

　　f. SVAR2000故障：A、B調(diào)節(jié)器故障（A套、B套或A、B同時故障），包括：硬件故障、軟件故障、電源掉電、PT斷線。

　　g. SVAR2000掉電：調(diào)節(jié)器交流或直流電源故障。

以上光字發(fā)出后應(yīng)進行相應(yīng)處理、檢查。

　　2．2調(diào)節(jié)器直流工作電源消失后，在發(fā)電機控制盤上不能進行“增磁”、“減磁”操作，但就地面板上仍能進行“增磁”、“減磁”操作。

　　2．3當快速熔斷器熔斷時，拉開對應(yīng)的整流橋兩側(cè)的打閘或開關(guān)，然后通知保護班進行更換。

　　2．4當運行中自動電壓調(diào)節(jié)器A、B套同時故障時，手動柜投入，此時應(yīng)注意調(diào)整無功正常及檢查自動橋開關(guān)掉閘。

第五節(jié)：勵磁整流柜風機故障時的處理

3．1檢查另一路風機是否自投。當風機不自投時，應(yīng)降低勵磁電流使整流柜輸出電流不超額定。斷開整流柜兩側(cè)的交流開關(guān)和直流輸出刀閘。檢查風機交流電源是否正常，風機熱偶是否動作。電機有無卡澀，測量電機絕緣是否正常。若一切正常可以試送風機。正常后可恢復(fù)正常運行。
 

第三章：自并激勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

　　在電力系統(tǒng)中，大機組往往通過多回高壓輸電線給遠方負荷中心供電，為減少損耗常常采取無功就地平衡，由于高壓線路充電功率大，一旦發(fā)生擾動，很容易破壞無功平衡，引起電壓不穩(wěn)定問題。
　　通過自并激勵磁系統(tǒng)的實際應(yīng)用和多年實驗，自并激勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定有極其重要的作用。

第一節(jié)：提高靜態(tài)穩(wěn)定
　　當快速勵磁采用較高勵磁系統(tǒng)增益并配置PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)后，在小干擾時，可以保持發(fā)電機端電壓恒定，即：

　　交流勵磁機勵磁系統(tǒng)一般只能保護Eg′或E′恒定，即使是能保持E′恒定，其最大功率輸出為：

　　設(shè)發(fā)電機不調(diào)勵磁，在勵磁電流恒定的情況下：

　　即自并激勵磁系統(tǒng)可提高靜穩(wěn)定25%，當進行勵磁調(diào)整時，自并激勵磁系統(tǒng)可大大提高靜穩(wěn)定。
式中　P——有功功率；Ut——電動勢；
　　　Uc——出口電壓；Xe——發(fā)電機阻抗；
　　　δ——功角；Xd′——d軸暫態(tài)阻抗；
　　　Eg′——與勵磁電流成正比電勢；
　　　E′——d、q軸合成電勢；
　　　Pm1、Pm2——最大功率。

第二節(jié)：提高動態(tài)穩(wěn)定
　　動態(tài)穩(wěn)定是指在小干擾情況下，由于阻尼不足產(chǎn)生振蕩失步，或大干擾后對后續(xù)振蕩阻尼不足產(chǎn)生振蕩失步。快速勵磁配置PSS后，由于勵磁系統(tǒng)延時小，有利于PSS發(fā)揮作用，并可增加更多的正阻尼，提高動態(tài)穩(wěn)定。

第三節(jié)：對暫態(tài)穩(wěn)定的影響
　　采用自并激勵磁系統(tǒng)后，如發(fā)生高壓出口三相短路，強勵倍數(shù)按2倍計算，其暫態(tài)穩(wěn)定水平與實際時間常數(shù)Te=0.35s的常規(guī)勵磁系統(tǒng)基本相同。
　　這是因為自并激勵磁系統(tǒng)雖然在強勵時受機端電壓影響，強勵倍數(shù)較低，但調(diào)節(jié)速度快，恢復(fù)電壓迅速，而常規(guī)勵磁系統(tǒng)雖然強勵能力受機端電壓影響小，但交流勵磁機是很大的滯后環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)速度慢。
　　全網(wǎng)采用自并激勵磁系統(tǒng)時暫態(tài)穩(wěn)定水平更優(yōu)于常規(guī)勵磁。當發(fā)生三相短路時，除離故障點近的自并激勵磁系統(tǒng)受電壓降落影響外，其余機組端電壓數(shù)值較高，自并勵的快速調(diào)節(jié)提高暫態(tài)穩(wěn)定的優(yōu)勢可充分發(fā)揮。

第四節(jié)：對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的影響
　　有些發(fā)電機配備自并激勵磁系統(tǒng)，當其高壓線路出口三相短路，若強勵倍數(shù)是2時，則其電壓水平與常規(guī)勵磁相比基本相同，當強勵倍數(shù)增大時，則優(yōu)于常規(guī)勵磁系統(tǒng)；當故障離該機組較遠時，也優(yōu)于常規(guī)勵磁系統(tǒng)，并能改善系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定。
　　全網(wǎng)發(fā)電機都配有自并激勵磁系統(tǒng)，可提高電壓穩(wěn)定水平。在某些條件下，電壓暫態(tài)不穩(wěn)定的系統(tǒng)可以得到改善。
　　強勵倍數(shù)越高，改善電壓穩(wěn)定的效果越明顯。自并激系統(tǒng)的強勵倍數(shù)選擇有較大的自由度，這是常規(guī)系統(tǒng)所不能及的。

第五節(jié)：對繼電保護的影響
　　現(xiàn)代大型發(fā)電機大都經(jīng)封閉母線到變壓器，然后接入電網(wǎng)，一般不考慮機端故障。如果故障發(fā)生在差動保護范圍內(nèi)，0s保護動作切除發(fā)電機。而在高壓母線短路時，至發(fā)電機端短路電流衰減已比較小了。經(jīng)分析表明，約在0.5s內(nèi)自并激勵磁系統(tǒng)與常規(guī)勵磁系統(tǒng)短路電流衰減情況基本相同，對主保護沒有影響。
　　當近端永久性三相短路時，自并勵發(fā)電機的短路電流會一直衰減到零，以保證后備保護可靠動作。在這種情況下，可采用記憶過電流、低電壓自保持過電流及阻抗保護，以保證保護正確動作。

第六節(jié)：自并激勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定有如下作用
　　a.由于自并激勵磁系統(tǒng)勵磁電源取自發(fā)電機端，經(jīng)勵磁變及可控硅整流器供給發(fā)電機勵磁，所以勵磁響應(yīng)時間短，對發(fā)電機端電壓調(diào)節(jié)速度快；
　　b.由于無主副勵磁機，無旋轉(zhuǎn)部件，軸系短，軸承座少，故對減少機組振動和扭振十分有利；
　　c.由于取消了旋轉(zhuǎn)部件，減少勵磁系統(tǒng)故障，故提高了可靠性；
　　d.由于自并激系統(tǒng)響應(yīng)快，當系統(tǒng)電壓瞬間下降時，可很快增大發(fā)電機無功，以保持系統(tǒng)不發(fā)生電壓崩潰，其能力比交流勵磁機勵磁系統(tǒng)優(yōu)越；
　　e.當機組甩負荷時，自并勵系統(tǒng)抑制電壓超調(diào)能力比常規(guī)勵磁系統(tǒng)強；
　　f.可適當?shù)乜s短電站廠房跨距，不需要勵磁機基礎(chǔ)；
　　g.雖然自并激系統(tǒng)勵磁電源受電網(wǎng)、電壓影響，尤其是近端發(fā)生三相短路時強勵能力受到較大影響，但一旦切除故障，可立即恢復(fù)電壓，以對暫態(tài)穩(wěn)定作出貢獻，同時也補償了短路期間強勵能力受影響的缺點。考慮到近端三相短路機會極少，所以自并勵系統(tǒng)優(yōu)點遠大于其不足。

第四章：結(jié)論

　　隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點明顯突出；全網(wǎng)發(fā)電機都配有自并激勵磁系統(tǒng)，可提高電壓穩(wěn)定水平。在某些條件下，電壓暫態(tài)不穩(wěn)定的系統(tǒng)可以得到改善。雖然自并激系統(tǒng)勵磁電源受電網(wǎng)、電壓影響，尤其是近端發(fā)生三相短路時強勵能力受到較大影響，但一旦切除故障，可立即恢復(fù)電壓，以對暫態(tài)穩(wěn)定作出貢獻，同時也補償了短路期間強勵能力受影響的缺點。考慮到近端三相短路機會極少，所以自并勵系統(tǒng)優(yōu)點遠大于其不足。