有自动励磁调节器发电机的外特性课件

第第2章章 同步发电机励磁自动控制系统同步发电机励磁自动控制系统第2章 同步发电机励磁自动控制系统12.1 概述概述基本知识点基本知识点l励磁自动控制系统的组成励磁自动控制系统的组成l励磁自动控制系统的基本任务励磁自动控制系统的基本任务 电压调节电压调节 无功分配无功分配 提高发电机运行稳定性提高发电机运行稳定性 提高电力系统运行性能提高电力系统运行性能l励磁系统的要求励磁系统的要求2.1 概述基本知识点励磁自动控制系统的组成2一、同步发电机励磁自动控制系统一、同步发电机励磁自动控制系统一、同步发电机励磁自动控制系统31 系统组成系统组成励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统1 系统组成励磁功率单元励磁调节器同步发电机系统42 同步发电机感应电动势及励磁电流同步发电机感应电动势及励磁电流2 同步发电机感应电动势及励磁电流53 同步发电机与无限大系统并联运行相量图同步发电机与无限大系统并联运行相量图3 同步发电机与无限大系统并联运行相量图6二、机端直接并二、机端直接并联的的发电机机组运行运行 1、两台正调差特性发电机的并联运行无功电流增加:I1G.Q、I2G.Q 调节器感受电压UG（因正调差单元）调节器的输出发电机励磁I1G.Q、I2G.Q 无功电流引起扰动时，正调差特性发电机可维持无功电流的稳定分配，能稳定电力系统运行，并保持并联点母线电压在整定水平。两台正调差特性的发电机在机端直接并联运行时，当系统无功负荷波动时，其电压偏差相同，调差系数较小的发电机承担较多的无功电流增量。因此容量大调差系数小。两台发电机正调差特性二、机端直接并联的发电机组运行 1、两台正调差特性发电机的并72、一台无差特性、一台无差特性发电机与正机与正调差特性差特性发电机的并机的并联运行运行无功负荷变化时，第二台发电机的无功电流I2G.Q保持不变，而第一台发电机承担全部无功负荷的变动。一台无差特性的发电机可以与一台或多台正调差特性发电机组并联运行。对于两台无差特性的发电机，是不能在同一母线上并联运行的。一台无差特性与一台正调差特性发电机的并联运行2、一台无差特性发电机与正调差特性发电机的并联运行无功负荷变83、一台、一台负调差特性差特性发电机与一台正机与一台正调差特性差特性发电机的并机的并联运行运行I1G.Q调节器感受电压U1G（因负调差关系）调节器的输出发电机励磁I1G.Q所以具有负调差特性的发电机不能参与机端直接并联运行。负调差特性的发电机并联运行3、一台负调差特性发电机与一台正调差特性发电机的并联运行I194、发电机并机并联运行运行时无功无功负荷分配的荷分配的计算算发电机无功电流波动量的标幺值IGQ*相等，这就要求在公共母线上并联运行的发电机具有相同的调差系数。例例3-1 某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行，一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85，调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动是多少？4、发电机并联运行时无功负荷分配的计算发电机无功电流波动量的10一号机一号机额定无功功率定无功功率为QG1=PG1tg1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar)二号机二号机额定无功功率定无功功率为QG2=PG2tg2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)因因为两台机的两台机的调差系数均差系数均为0.05，所以公共母，所以公共母线上等上等值机的机的调差系数差系数Kadj也为也为0.05。因此母线电压波动为。因此母线电压波动为 U*=-Kadj Q*=-0.050.2=-0.01各机各机组无功无功负荷波荷波动量量:Q1*=-U*/Kadj=-(-0.01 /0.05)=0.02Q1=Q1*QG1=0.0215.49=3.10(Mvar)Q2*=-U*/Kadj=-(-0.01 /0.05)=0.02Q2=Q2*QG2=0.0230.99=6.20(Mvar)一号机一号机组无功无功负荷增加荷增加3.10M var,二号机二号机组的无功的无功负增加增加6.20M var。因。因为调差系数相等，无功差系数相等，无功负荷的波荷的波动量与它量与它们的容量成正比。的容量成正比。解：解：一号机额定无功功率为QG1=PG1tg1=25tg(arc11例例3-2 在例在例3-1中，若一号机的中，若一号机的调差系数差系数为0.04，二号机，二号机调差系数仍差系数仍 为0.05。当系。当系统无功无功负荷波荷波动时仍使仍使电厂厂总无功增加无功增加20%，问各机各机组的无功的无功负荷增量是多少？母荷增量是多少？母线上的上的电压波波动是多少？是多少？解：首先解：首先应求出公共母求出公共母线上等上等值机的机的调差系数，差系数，为此推此推导如下：如下：=例3-2 在例3-1中，若一号机的调差系数为0.04，二号12 等等值调差系数差系数为 母母线电压波波动为 各机各机组的无功增量的无功增量(Mvar)(Mvar)一号机一号机组的无功的无功负荷增加荷增加3.56M var，二号机，二号机组的无功的无功负荷增加荷增加5.73M var。调差系数小的机承担的无功差系数小的机承担的无功负荷增量荷增量较大。大。等值调差系数为 母线电压波动为 各机组的无功增量(Mva13三、三、经升升压变压器后器后发电机机组的并的并联运行运行则对并联点的高压母线则对并联点的高压母线Usys:Usys=U1G I1G.QXT1 Usys=U2G I2G.QXT2 接线图接线图 外特性外特性三、经升压变压器后发电机组的并联运行则对并联点的高压母线Us14U0IGQI2GQXT2I1GQXT1122134负调差特性可补偿负调差特性可补偿变压器阻抗上的压降变压器阻抗上的压降 U0IGQI2GQXT2I1GQXT1122134152.2 同步发电机励磁系统同步发电机励磁系统直流励磁机励磁系统（旋转励磁）直流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）交流励磁机励磁系统（旋转励磁）发电机自并励系统（静止励磁系统）发电机自并励系统（静止励磁系统）2.2 同步发电机励磁系统16一、直流励磁机励磁系统一、直流励磁机励磁系统1 原理原理GIEEREEUEFIEFEGIEEUEFIEF自励：自励：REE IEE UEF励磁机励磁机发电机发电机他励：他励：REE IEE UEF 副励副励主励主励发电机发电机一、直流励磁机励磁系统1 原理GIEEREEUEFIE172特点特点优点：控制方便缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护3应用应用中小容量机组（100MW）旧型机组2特点优点：控制方便3应用18二、交流励磁机励磁系统二、交流励磁机励磁系统1 他励交流励磁机励磁系统他励交流励磁机励磁系统 （1）原理）原理500Hz副励磁机副励磁机 100Hz主励磁机主励磁机 50Hz发电机发电机起励电源起励电源副励副励自励恒压自励恒压调节器调节器励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机二、交流励磁机励磁系统1 他励交流励磁机励磁系统 19（2）特点）特点优点：响应速度快（相对DC）；容量较大（相对DC）缺点：有滑环、电刷易产生火花，可靠性不高结构复杂，不易维护（3）应用）应用中等容量机组（100MW 300MW）我国旧型机组（2）特点优点：响应速度快（相对DC）；（3）应用202 无刷励磁系统无刷励磁系统(1)原理原理副励磁机：电枢静止，磁极（励磁）旋转主励磁机：电枢旋转，磁极（励磁）静止发电机：电枢静止，磁极（励磁）旋转副励副励励磁调节器励磁调节器主励主励交流发电机交流发电机2 无刷励磁系统(1)原理副励磁机：电枢静止，磁极（励21（2）特点）特点优点：维护工作量少；可靠性高 无接触磨损，电机绝缘寿命长缺点：响应速度慢 不能直接灭磁 对机械性能要求高（3）应用）应用大容量机组（600MW）因为没有滑因为没有滑动器件动器件（2）特点优点：维护工作量少；（3）应用因为没有滑动器件22三、静止励磁系统三、静止励磁系统1 原理原理起励电源励磁调节器励磁调节器交流发电机交流发电机三、静止励磁系统1 原理起励电源励磁调节器交流发电机232 特点特点优点：维护工作量少；优点：维护工作量少；可靠性高可靠性高 主轴长度短，基建投资少主轴长度短，基建投资少 电压响应速度快电压响应速度快 过电压低过电压低缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力缺点：发电机近端端路时，缺乏足够的强励能力 继电保护的动作会受一定影响继电保护的动作会受一定影响3 应用应用大容量机组（大容量机组（600MW）水轮机组水轮机组因为没有转因为没有转动励磁动励磁2 特点优点：维护工作量少；3 应用因为没有转动励磁242.3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 基本内容基本内容 掌握强励、灭磁的定义及作用，分析继电强励接线及工作原理；比较灭磁的三种方法学习重点学习重点 强励、灭磁的定义及作用2.3 励磁系统中转子磁场的建立与灭磁 基本内容25一、同步一、同步发电机机继电强强行励磁行励磁（一）强励的定义及作用：定义：电力系统短路故障时，为提高电力系统的稳定性迅速将发电机 励磁增加到最大值。作用：有利于电力系统的稳定运行；有助于继电保护的正确动作；有 助于缩短电力系统短路故障切除后母线电压的恢复时间；并有 助于用户电动机的自起动过程。（二）继电强励装置（AEI）1接线及工作原理当系统故障，机端电压降低到80%85%额定值时，低电压继电器的动作，通过KM1、KM2启动接触器KM，通过KM的触头将R1、Rm短接，励磁机的端电压迅速上升到顶值，起到强励作用。一、同步发电机继电强行励磁（一）强励的定义及作用：定义：电力261）防止励磁机的过电压，ROV强励动作后仍保留；4）为使强励装置动作后有关励磁设备不致过热，一般考虑强励时间为20s左右 继电器强励系统接线原理图3）为保证G在起动时或事故跳闸后灭磁过程中，强励装置不发生误动，串入发电机主开关QF的辅助触点和自动灭磁开关SD的辅助触点及逆变灭磁继电器K动断触点闭锁。2）为防止TV二次恻熔断器熔断时造成的误强励，KM1、KM2分别由KVU1和KVU2启动且触点相串联再起动KM；1）防止励磁机的过电压，ROV强励动作后仍保留；4）为使强272参数整定参数整定低电压继电器：返回电压Ur :UrUN或Ur=UN/Krel 动作电压:Uact=（80%85%）UN 3接接线原原则1）.继电强励装置，应分别接入不同名的相间电压上2）.继电强行励磁装置所接相别，应优先选择某些类型的相间短路 情况下，AER不能保证的强行励磁 3）.采用正序电压或复合电压起动的继电强行励磁装置。4）.电压互感器一次或二次侧发生断线故障时，继电强行励磁装置 不应误动作。5.）当备用励磁机代替工作励磁机时，继电强行励磁装置应切换到 备用励磁机上。2参数整定低电压继电器：返回电压Ur :Ur0，为正调差系数，特性下倾当无功电流增大时，调节器感受 到的电压在上升调节装置降低发电机的励磁电流，驱使发 电机电压降低，R值增大，外特性下倾的程度增大，调差 系数也增大。因此正调差特性主要用来稳定并联运行机组 间无功电流的分配，也称为电流稳定环节。特性3的Kadj=0，为无差特性，特性呈水平，发电机端电压不随无功电流而 变化，是恒定值。特性4的Kadj0，为负调差系数，当无功电流增大时，自动励磁调节器感受 到的电压在下降调节装置增加了发电机的励磁电流，驱使 发电机电压升高，调整R值，也可以调整差系数的大小。负调差特性可以用来补偿线路或变压器的阻抗压降，保持 升压变压器高压侧并列点或电力系统某点的电压水平，也 称为电流补偿环节。（三）有自动励磁调节器发电机的外特性1特性1自然调差系数：43五、五、发电机外特性的平移机外特性的平移 IGQ0IGQ2IGQ1UGUsys发电机在退出系统运行时 IG.Q1减小到IG.Q2减小到0，只要将发电机外特性由1下移动到3，这样机组就可平稳退出运行，不会发生无功功率的突变，不会引起对电网的冲击。五、发电机外特性的平移 IG44发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，使无功电流逐渐增加到运行要求值。IGQ0IGQ2IGQ1UGUsys发电机投入运行时，待机组并入系统后外特性3向上移动，IGQ45小小结励磁励磁调节器的静特性器的静特性调整方法整方法1、调差系数的调整：极性：（1）正调差特性主要用来稳定并联运行机组间无功电流的分配，也称为电流稳定环节。2、发电机外特性的平移改变某台发电机所承担的无功负荷（2）负调差特性可以用来补偿线路或变压器的阻抗压降，保持升压变压器高压侧并列点或电力系统某点的电压水平，也称为电流补偿环节。小结励磁调节器的静特性调整方法1、调差系数的调整：极性：46复复习与与讨论1.对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么？2.何谓自然调差系数？3.在励磁调节器中为要设置调差单元？4.平移发电机的外特性有何作用？5.励磁调节器引入调差单元后，是不是其维持机端电压水平的能力差了？为什么？复习与讨论1.对励磁调节器静特性调整的基本要求是什么？47