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学习情境五 水轮发电机励磁系统的运行与维护

学习情境五 水轮发电机励磁系统的运行与维护. 任务一 认知同步发电机励磁系统. 任务一 认知同步发电机励磁系统. 知识目标. 1 ）掌握励磁系统的结构及各部分的作用； 2 ）了解励磁系统的功能、作用。. 能力目标. 1 ）能画出一般励磁系统的系统结构图，表述各部分的作用。. 一 励磁的基本概念. 什么是励磁？ 导体切割磁力线感生电动势 e 励磁就是提供一个磁场 B. E=4.44fN Φ. 对于发电机来说，励磁就是产生磁通 Φ. Active Power （ P ） Frequency （ f ）. Reactive Power （ Q ）

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学习情境五 水轮发电机励磁系统的运行与维护

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  1. 学习情境五 水轮发电机励磁系统的运行与维护 任务一 认知同步发电机励磁系统

  2. 任务一 认知同步发电机励磁系统 知识目标 1）掌握励磁系统的结构及各部分的作用； 2）了解励磁系统的功能、作用。 能力目标 1）能画出一般励磁系统的系统结构图，表述各部分的作用。

  3. 一 励磁的基本概念 • 什么是励磁？ • 导体切割磁力线感生电动势e • 励磁就是提供一个磁场B E=4.44fNΦ 对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ

  4. Active Power（P） Frequency（f） ReactivePower（Q） Terminal Voltage（Ug） G 1 励磁的基本任务 Governor调速 Static or Brushless Excitation励磁 • 同步发电机的两个基本控制：励磁&调速 • 电能质量：电压&频率

  5. 2 同步发电机励磁的作用 • 从发电厂角度研究励磁 • 调节发电机电压（空载） • 调节发电机无功功率（负载） • 多台发电机无功功率分配（调差） • 安全可靠运行 • 从电力系统角度研究励磁 • 提高系统的静态稳定性（小扰动稳定） • 提高系统的动态稳定性（小扰动失稳） • 提高系统的暂态稳定性（大扰动稳定） • 改善系统的电压稳定性(AVC) • 二次电压控制、安全可靠运行。

  6. 什么是电力系统稳定？ • 电力系统稳定分为三个电量的稳定：电压稳定、频率稳定、功角稳定。 • 励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。频率稳定由调速器负责。 • 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定。 • 静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性； • 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性； • 动态稳定是小扰动后或者是大扰动1－2周波后的，并且采取技术措施后的稳定性，也就是PSS研究的稳定性。

  7. 3 同步发电机励磁控制方法的发展与现状 • 软件上： • 经典控制理论：PID+PSS • 线性最优励磁控制方式 • 非线性最优励磁控制方式 • 自适应模糊控制 • 硬件上： • 单片机 • PLC • 工控机 • DSP+ARM • PCC

  8. 4 励磁系统的组成与分类 自动电压调节器AVR、FCR（励磁调节器） 励磁电源（励磁机、励磁变压器） 整流器（AC/DC变换，SCR、二极管） 灭磁与转子过电压保护

  9. 5 励磁系统的组成与分类 • 按励磁电源分类： • 直流励磁机励磁系统 • 交流励磁机励磁系统 • 自并励励磁系统 • 按响应速度分类： • 慢速励磁系统 • 快速励磁系统 • 高起始励磁系统

  10. 同轴 5-1 交流励磁机系统（三机它励） 组成：交流主励磁机（ACL）和交流副励磁机（ACFL）都与发电机同轴。副励磁机是自励式的，其磁场绕组由副励磁机机端电压经整流后供电。也有用永磁发电机作副励磁机的，亦称三机它励励磁系统。 优点：它励，励磁电源不受系统电源的影响 缺点：调节速度慢，轴系长度长，易引发轴系振荡

  11. 同轴 5-2 交流励磁机系统（二机它励） 组成：交流主励磁机经过可控硅整流装置向发电机转子回路提供励磁电流；AVR控制可控硅的触发角，调整其输出电流，亦称为两机它励励磁系统。励磁系统没有副励磁机，交流励磁机的励磁电源由发电机出口电压经励磁变压器后获得，自动励磁调节器控制可控硅砖触发角，以调节交流励磁机励磁电流，交流励磁机输出电压经硅二极管整流后接至发电机转子，亦称为两机一变励磁系统。 优点：取消副励磁机，轴系长度缩短；缺点：调节速度慢

  12. 静止 5-3 自励系统（并励、复励） 自并励励磁系统 组成：励磁变压器、大功率可控硅整流柜、灭磁及过电压保护、起励设备、自动电压调节器 优点：结构简单、响应速度快 缺点：强励时系统电压变化复杂 交流侧串联自复激励磁系统 励磁电压变压器ZB（并联变）的副方电压与励磁电流变压器GLH（串联变）的副方电压相联（相量相加），然后加在可控硅整流桥KZ上。当发电机负载情况变化时，例如电流增大或功率数降低，则加到可控硅整流桥上的阳极电压增大，故这种励磁方式具有相复励作用。

  13. 旋转 5-4 无刷励磁系统 组成：主励磁机（ACL） 电枢是旋转的，它发出的三 相交流电经旋转的二极管整 流桥整流后直接送发电机转 子回路。 无刷励磁系统中的副励磁机 （PMG）是一个永磁式中频发电机，它与发电机同轴旋转。主励磁机的磁场绕组是静止的，即它是一个磁极静止、电枢旋转的交流发电机。 无刷励磁系统彻底革除了滑环、电刷等转动接触元件，提高了运行可靠性和减少了机组维护工作量。但旋转半导体无刷励磁方式对硅元件的可靠性要求高，不能采用传统的灭磁装置进行灭磁，转子电流、电压及温度不便直接测量等。这些都是需要研究解决的问题

  14. 二、自并励励磁系统

  15. 1 主要组成 • 1、三相干式励磁变压器。 • 2、双通道微机励磁调节器屏 • 3、可控硅整流柜 • 4、非线性电阻灭磁及转子过电压保护屏一个（含起励控制回路）

  16. 励磁系统通常由调节屏、功率屏、灭磁屏和励磁变压器构成

  17. 2 主要功能配置 • 1、自动电压调节 • 2、恒励磁电流调节 • 3、恒无功调节 • 4、恒功率因数调节

  18. 3 调节器辅助功能 • 1、调差 2、PT断线保护 • 3、顶值限制 4、过励限制 • 5、低励限制 6、V/F限制 • 7、过励保护 8、空载过电压保护 • 9、系统电压跟踪 10、自动零起升压 • 11、数字给定 12、同步断线保护 • 13、电力系统稳定控制 14、参数在线修改 • 15、自检与容错功能 16、信号、状态显示

  19. 励磁调节器构成

  20. 开关量输入 模拟量输 入调理板 CPU模块 S7-314IFM 扩展I/O 模块 扩展 A/D D/A 模块 输出 同步及移相触发回路 脉冲放大板 TP170A 人机接口模块 手动板及手自动跟踪回路 开关量输入 开关量输出 PLC励磁调节器

  21. 5 励磁系统技术指标 • 调压范围：5%～120% • 调压精度：优于0.5% • 调差整定范围：±15%（可调）级差0.1% • 可控硅控制角分辨率：0.036度/码（50Hz） • A/D转换量分辨率：2-12 • 10%阶跃特性：无超调、无振荡、调节时间〈1.5秒。 • 零起升压至100%机端电压特性：超调量〈3%，振荡次数〈1次，调节时间〈4秒。 • 甩额定负荷时特性：超调量〈15%，调节时间〈5秒，振荡次数〈2次。 • 电压频率特性：机组频率每变化1%，机端电压最大变化0.1%额定电压。 • 电压响应时间：上升 ≤0.08秒 • 下降 ≤0.15秒

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