发电机及励磁系统

发电机及励磁系统发电机及励磁系统目录第一节：第一节：发电机结构组成发电机结构组成第二节：第二节：同步发电机工作原理同步发电机工作原理 第三节：励磁系统第三节：励磁系统第第四节四节：发电机运行维护发电机运行维护发电机及励磁系统第一节：发电机结构组成第一节：发电机结构组成发电机发电机定子转子定子铁芯定子绕组转子铁芯转子绕组 滑环发电机及励磁系统发电机定子发电机定子定子绕组定子绕组定子铁芯定子铁芯发电机及励磁系统1 1）定子铁心：采用导磁材料，）定子铁心：采用导磁材料，一般为硅钢片，内圆均匀开槽。一般为硅钢片，内圆均匀开槽。2 2）定子绕组：共有）定子绕组：共有A,B,CA,B,C三相三相绕组对称（成绕组对称（成120120角）地放置角）地放置在定子铁心槽内，用于产生三在定子铁心槽内，用于产生三相感应电动势，接上负载后，相感应电动势，接上负载后，向负载输出三相对称（互差向负载输出三相对称（互差120120角）交流电流。角）交流电流。发电机及励磁系统发电机转子滑环滑环发电机及励磁系统1 1）转子铁心：采用导磁材料，）转子铁心：采用导磁材料，一般由整块钢制成或由钢板叠一般由整块钢制成或由钢板叠压而成压而成2 2）励磁绕组：缠绕在转子磁极）励磁绕组：缠绕在转子磁极铁心上，通入直流电流，产生铁心上，通入直流电流，产生励磁磁场。励磁磁场。与汽轮机与汽轮机连接连接通入直通入直流电流电发电机及励磁系统第二第二节节：同步发电机工作原理同步发电机工作原理 同步发电机是根据电磁感应电磁感应原理，它通过转子磁场和定子绕组间的相对运动，将机械能转变为电能。转子线圈通入直流电后产生磁场，转子在原动力原动力的带动下以3000r/min速度旋转时，转子磁场和定子导体就有了相对运动相对运动，即定子三相导体依次切切割了磁力割了磁力线，便产生了感应电动势。当转子连续匀速转动时，在定子线圈上就感应出一个周期不断变化的交流电势交流电势，这就是同步发电机的工作原理。发电机及励磁系统电磁感应原理 导体切割磁力线就会产生感生电导体切割磁力线就会产生感生电动动势势；闭合闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线的运动时，导体中就会产生电流动时，导体中就会产生电流，这就是电磁感应这就是电磁感应原理原理。发电机及励磁系统发电机将机械能转变为发电机将机械能转变为电能必须具备三个条件电能必须具备三个条件？磁场（转子）磁场（转子）导线（定子）导线（定子）使导线切割磁力线的动力（水、汽轮机）使导线切割磁力线的动力（水、汽轮机）发电机及励磁系统感应电动势1）感应电动势的产生：励磁磁场随转子旋转，切割定子绕组3）感应电动势的波形：正弦变化4）感应电动势的对称性：三相绕组在空间上相差120度，感应电动势相位互差120度2）感应电动势的频率：60pnf 发电机及励磁系统三相负载电流与电磁转矩 楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流原磁通量的变化。 三相对称电流（接带负荷后）产生旋转磁场（感应磁场），该磁场与转子励磁磁场（原磁场）作用，产生电磁转矩，其方向与转子旋转方向相反，为制动转矩，原动机要克服电磁转矩做功（楞次定律），实现从机械能转换为电能。发电机及励磁系统第第三节三节：励磁系统励磁系统供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。所谓发电机励磁就是用直流电源所谓发电机励磁就是用直流电源供给发电机转子使定子产生电势。供给发电机转子使定子产生电势。 1 1、什么是励磁？什么是励磁？2、什么是励磁系统？、什么是励磁系统？发电机励磁系统的组成 （1 1）励磁功率单元。包括整流装置及其交）励磁功率单元。包括整流装置及其交流电源。它的作用是向发电机的励磁绕组流电源。它的作用是向发电机的励磁绕组（转子）提供直流励磁电源。（转子）提供直流励磁电源。（2 2）励磁调节器。它的作用是感受发电）励磁调节器。它的作用是感受发电机电压及运行工况的变化，自动地调节励机电压及运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满磁功率单元输出的励磁电流的大小，以满足系统运行的要求。足系统运行的要求。 发电机及励磁系统3 3、增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统、增加并入电网运行的发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。 2 2、使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定使并列运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。而合理的分配。1 1、在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机、在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。压在给定水平上。4 4、在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，、在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。系统的暂态稳定性。5 5、在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅、在发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全数值，以防止发电机电压过分升高。速减到安全数值，以防止发电机电压过分升高。 6 6、在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅、在发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。速减到零值，以减小故障损坏程度。7 7、在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励、在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制等，以确保发电机组安全稳定运行。限制和欠励限制等，以确保发电机组安全稳定运行。励励磁磁系系统统的的作作用用常用的励磁方式 1 1、直流励磁机励磁方式。多用于中、小机组直流励磁机励磁方式。多用于中、小机组 。它实。它实际上是一个直流发电机优点是比较简单，不易受系统影际上是一个直流发电机优点是比较简单，不易受系统影响，调节比较稳定，但是碳刷、整流子维护麻烦，尤其响，调节比较稳定，但是碳刷、整流子维护麻烦，尤其是冒火问题很难解决。是冒火问题很难解决。 2 2、交流励磁机励磁方式。其中按功率整流器是静止、交流励磁机励磁方式。其中按功率整流器是静止的还是旋转的又可分为交流励磁机静止整流器励磁方式的还是旋转的又可分为交流励磁机静止整流器励磁方式（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式（无刷）两（有刷）和交流励磁机旋转整流器励磁方式（无刷）两种。多用于容量在种。多用于容量在100MW100MW及以上的汽轮发电机组及以上的汽轮发电机组。 3 3、静止励磁方式。其中最具代表性的是自并励励磁、静止励磁方式。其中最具代表性的是自并励励磁方式。也多用于容量在方式。也多用于容量在100MW100MW及以上的汽轮发电机组及以上的汽轮发电机组 按励磁电源的不同分为如下三种方式按励磁电源的不同分为如下三种方式什么是自并励？什么是自并励？ 自并励励磁系统 从发电机机端电压源取得功率并使用静止可控整流装置的励磁系统，即静止励磁系统。由励磁变压器、励磁调节装置、功率整流装置、灭磁装置、起励设备、励磁操作设备等组成 。发电机的励磁电源由接于发电机出口的励磁变压器TE供给，励磁电流靠自动电压调节器AVR进行调节。 此时机端电压及整流电源电压严重下降，即使故障切除时间很短，短路期间励磁电流衰减不大，但在故障切除后机端电压的恢复需一定的时间，自并励系统的强励能力有所下降。为解决这一问题，在系统设计中计算强励倍数时，整流电源电压按发电机额定电压值的80%计算，即机端电压为额定时强励能力提高25%，且目前大中型机组发电机出口均采用了封闭母线，发电机端三相短路可能性基本消除 。自并励最不利的情况 自并励对继电保护的影响 对主保护影响不大，对发变阻的后备保护影响较大，当发电机外部发生短路时，机端电压下降，励磁电流也随之减小，发电机短路电流衰减很快。将导致发电机后备保护不能正常动作。为此，发电机后备保护需增设电流记忆功能 。发电机出口三相短路正确评价自并励正确评价自并励自并励方式的主要优点自并励方式的主要优点是设备和接线简单、可靠性高、励磁调节速度快，如采用三相全控整流电路，可以实现逆变灭磁，为简化励磁系统创造了条件 。对发电机轴系安全的影响 自并励磁方式大大缩短汽轮发电机的轴系长度，对减小汽轮机的震动是非常有帮助的。若励磁系统为微机化的励磁系统，而不再采用分离元件，其运行更灵活，维护更方便。 对系统暂态功角稳定的影响 自并励静止励磁系统响应速度快，发电机具有较高强励电压倍数对系统的暂态电压稳定水平有所改善 。发电机及励磁系统灭磁及过压保护装置灭磁及过压保护装置 发电机进行励磁，待发电机电压达到或大于30%时通过切换装置自动退出起励回路,转换为励磁变压器经可控硅整流柜及励磁调节器整流通过单极磁场开关经发电机碳刷向发电机转子提供励磁电流 。发电机的起励发电机的起励 发电机灭磁方式为半导体可控硅+灭磁电阻灭磁方式，当发电机停机时磁场开关断开后半导体可控硅导通，转子的剩余能量经过可控硅和电阻放电灭磁，防止发电机转子受到过电压的威胁，达到保护发变组设备的目的。可控硅励磁功率柜可控硅励磁功率柜 励磁调节器励磁调节器 采用可控硅全控桥 ，配置有交流过电压保护装置，冷却装置。至少配置2套。 AVR的作用就是根据发电机输出电压电流，调节励磁电流的导通角，从而维持发电机输出的稳定。要求发电机快速灭磁的原因要求发电机快速灭磁的原因 有关灭磁在整个灭磁过程中，转子电流的衰减在整个灭磁过程中，转子电流的衰减率保持不变，且由衰减率引起的转子率保持不变，且由衰减率引起的转子感应过电压等于其容许值感应过电压等于其容许值 理想灭磁 这是因为同步发电机发生内部短路故障时，虽然继电保护装置能迅速地把发电机与系统断开，但如果不能同时将励磁电流快速降低到接近零值，则由磁场电流产生的感应电势将继续维持故障电流，时间一长，将会使故障扩大，造成发电机绕组甚至铁心严重受损。因此，当发电机发生内部故障时，在继电保护动作快速切断主断路器的同时，还要求发电机快速灭磁。非线性电阻灭磁特点：非线性电阻灭磁特点：灭磁速度快，接近于理想灭磁曲灭磁速度快，接近于理想灭磁曲线。由于非线性电阻在额定励磁电压和强励电压下，其线。由于非线性电阻在额定励磁电压和强励电压下，其阻值很大，流过电阻的漏电流很小，因此可以直接并接阻值很大，流过电阻的漏电流很小，因此可以直接并接于转子绕组的两端，既作为灭磁电阻又作为过电压保护于转子绕组的两端，既作为灭磁电阻又作为过电压保护器件，还简化了接线和控制回路。器件，还简化了接线和控制回路。非线性电阻灭磁：非线性电阻灭磁：用非线性电阻代替恒值电阻，可以加用非线性电阻代替恒值电阻，可以加快灭磁过程，当转子电流大时，其阻值小，当转子电流快灭磁过程，当转子电流大时，其阻值小，当转子电流小时，其阻值又变大，使电流电阻两者乘积变化不大，小时，其阻值又变大，使电流电阻两者乘积变化不大，并始终小于或等于转子电压容许值。并始终小于或等于转子电压容许值。 灭磁方式（一）灭磁方式（二） 逆变灭磁：逆变灭磁：利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角从小于从小于9090的整流运行状态突然后退到大于的整流运行状态突然后退到大于9090的某一的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电动势的形式适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电动势的形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁方法加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁方法 。 逆变灭磁的特点：逆变灭磁的特点：能将转子储能迅速地反馈到三相能将转子储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，简全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，简便实用；灭磁可靠；灭磁时间相对较长，但过电压倍数便实用；灭磁可靠；灭磁时间相对较长，但过电压倍数很低。很低。 励磁回路不能装设快速动励磁回路不能装设快速动作的断路器的原因作的断路器的原因 由于发电机励磁回路存在电感，而直由于发电机励磁回路存在电感，而直流电流又没有过零的时刻，当电流一定时流电流又没有过零的时刻，当电流一定时突然断路，电弧熄灭瞬间会产生过电压。突然断路，电弧熄灭瞬间会产生过电压。电弧熄灭得越快，电流变化速度越大，过电弧熄灭得越快，电流变化速度越大，过电压值就越高，这可能造成励磁回路绝缘电压值就越高，这可能造成励磁回路绝缘被击穿而损坏。因此同步发电机的励磁回被击穿而损坏。因此同步发电机的励磁回路不能装设快速动作的断路器。路不能装设快速动作的断路器。 发电机及励磁系统励磁系统投运前的检查励磁系统投运前的检查4、调节器无异常信号发出。5、灭磁开关跳合闸试验正常，分合位置指示正常。6、整流柜冷却风机完好。3、调节柜、整流柜内各设备清洁、完整，表计指示正常，各开关刀闸在断开位置。2、励磁系统所属二次回路接线、各插件及元件接线紧固，接触良好。1、励磁变及灭磁开关各部一次接线牢固，无过热痕迹。发电机及励磁系统励磁系统运行中的检查励磁系统运行中的检查1、励磁回路各接头处无过热，绝缘无损伤现象。 2、功率柜各风机运行方式正确，运转正常。3、功率柜元件及接头无过热，各熔断器信号指示正常，无熔断现象。4、调节器运行方式正确，无报警信号。各开关投入位置正确，表计指示正常，柜内元器件无发热现象。功率柜风机运转正常。发电机及励磁系统转子接地 发电机转子接地有转子一点接地和两点接地，另外还会发生转子层间和匝间短路故障。与定子接地一样，转子接地有瞬时接地、断续接地、永久接地之分，也有内部接地和外部接地，金属性接地和电阻性接地之分。转子接地的分类：发电机及励磁系统1、转子接地的原因 3、长期运行绝缘老化，因杂物或振动使转子部分匝间绝缘垫片位移，将转子通风孔局部堵塞，使转子绕组绝缘局部过热老化引起转子接地； 1、工作人员在励磁回路上工作时，因不慎误碰或其他原因造成转子接地； 2、转子滑环，槽及槽口、端部、引线等部位绝缘损坏； 4、管破裂漏水，励磁回路脏污等引起转子接地。发电机及励磁系统2、转子一点接地的现象1、发电机发生转子一点接地时，中央信号警铃响，“发电机转子一点接地”光字牌亮，表计指示无异常。 2 2、一、一极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压（正、负极之间的电压值）（正、负极之间的电压值）。正常运行时，电压正常运行时，电压表表V1，V2的读数的读数相等，相等，当励磁回路当励磁回路对地绝缘水平下降对地绝缘水平下降时，时，V1与与V2的读的读数不相等数不相等。发电机及励磁系统说明 转子回路一点接地时，因一点接地不形成电流回路，故障点无电流通过，励磁系统仍保持正常状态，故不影响机组的正常运行。此时，应检查“转子一点接地”光字牌信号是否能够复归。若能复归，则为瞬时接地；若不能复归，应检查转子一点接地保护是否正常，若正常，则可利用转子电压表通过切换开关测量正、负极对地电压，鉴定是否发生了接地。若发现某极对地电压降到零，另一极对地电压升至全电压（正、负极之间的电压值），说明确实发生了一点接地。发电机及励磁系统转子一点接地处理 a）检查励磁回路是否有人工作，如系工作人员引起，应予以纠正； b）检查励磁回路各部位有无明显损伤或因脏污接地，若因脏污接地应进行吹扫； d）检查区分接地是在励磁回路还是在测量保护回路； c）对有关回路进行详细外观检查，必要时轮流停用整流柜，以判明是否由于整流柜直流回路接地引起；发电机及励磁系统 f）转子带一点接地运行时，若机组又发生欠励磁或失步，一般可认为转子已发展为两点接地，这时转子两点接地保护动作跳闸，否则应立即手动停机。 e）若转子接地为一点稳定金属性接地，且无法查明故障点，除加强监视机组运行外，在取得调度同意后，将转子两点接地保护，并申请尽快停机处理；发电机及励磁系统励磁回路两点接地现象： 励磁电流迅速增大，无功输出大幅度降低，“转子过流”保护可能动作 ，“转子两地接地”信号亮。发电机转子电压可能降低电压可能降低。机组发生较大振动，机组发生较大振动，发电机发电机可能变可能变为为异步异步发电发电机机运行。运行。发电机及励磁系统发电机转子绕组两点接地故障有哪些危害？ 发电机转子绕组两点接地后，相当于一部分绕组短路，两个接地点之间有故障电流流过，它可能引起线圈燃烧和由于磁路不平衡引起发电机剧烈振动； 转子电流流过转子本体，如果电流大可能烧坏转子铁芯 由于转子本体局部通过电流，引起局部发热，使转子缓慢变形而偏心，进一步加剧振动。发电机及励磁系统注意 一点接地时，由于不构成回路，故障点无电流流过，可以运行，保护发信号，防止发展成两点接地。l两点接地时，两接地点直接相当于短路，两短路点之间有很大短路电流流过，造成转子电流增大，而励磁电流却减小，因此无功降低。发电机及励磁系统第四节：发电机运行维护发电机及励磁系统发电机运行中的规定1 、发电机运行电压最高不得超过额定值的110%,最低不得低于额定值的90%。当发电机在额定电压值的105%110%之间运行时，定子电流的大小以转子电流不超过额定值为限，当发电机电压低于额定值的95%时，定子电流不得超过额定值的105%。2、 周波变动范围在500.2Hz之内，其额定容量不变。3 、功率因数一般不应超过迟相的0.95，既无功负荷不小于有功负荷的1/3。4 、当发电机在低功率因数运行时，转子电流不得大于铭牌的额定励磁电流。60pnf 22QPPCOS发电机及励磁系统3、调相运行-发电机吸收电网的有功功率维持同步运转，向电网送出无功功率。（吸收有功，只发无功）2、超前运行(进相运行)-发电机向电网送出有功功率，吸收电网无功功率。功率因数1.951之间。（只发有功，不发无功）。4、电动机运行(非正常运行)-发电机同时吸收电网的有功功率和无功功率维持同步运行。1、滞后运行(迟相运行)-发电机向电网同时送出有功功率和无功功率。功率因数0.8左右。（既发有功又发无功）最佳运行状态并并网网运运行行的的分分类类发电机及励磁系统1)发电机进相运行应根据电网调度规定的无功曲线或电网调度下达的进相运行命令执行。2)发电机进相运行时，特别要严密监视发电机定子绕组和铁芯的端部、齿部、轭部结构件温度及其它各部温度的变化情况，各部温度不得超过规定值。3)发电机进相运行时，必须检查监视6KV厂用电压的变化情况，确保6KV厂用系统的安全可靠运行。在6KV厂用母线电压已降至5.7KV，但发电机还没有达到进相运行深度极限的情况下； 机组不再加深发电机组进相运行深度。4)发电机进相运行时进行6KV厂用切换操作时，必须检查监视6KV备用电源电压和工作电源电压一致；确保6KV厂用切换操作安全可靠。5)必须做好发电机进相运行的开始、结束时间，发电机进相运行中各部温度的变化情况，6KV厂用电压的变化情况等各项记录。机组进相运行的规定机组进相运行的规定（ ）195. 0cos 发电机及励磁系统6）发电机进相时,严密监视发电机定子电流，定子电流不得超过额定值,如果定子电流超过额定值，应降低有功负荷，降低定子电流。3、厂用电电压降低。4、由于机端电压降低在输出功率不变的情况下发电机定子电流增加,易造成过负荷。1、静态稳定性降低。2、端部漏磁引起定子端部温度升高。进进相相运运行行的的危危害害发电机及励磁系统发电机碳刷和滑环主要检查发电机碳刷和滑环主要检查1)检查滑环与碳刷接触面处应无火花；2)检查碳刷在刷握内应无跳动、摆动或卡涩的情况，弹簧压力正常；3)检查碳刷刷辫是否完整，刷辫与碳刷的连接是否良好，有无发热及碰壳等情况；4)检查碳刷边缘是否有剥落现象；5)检查碳刷的磨损程度如何，有无必要更换过短碳刷；6)检查有无因机械振动等原因而引起碳刷跳动；7)检查刷握和刷架上有无积垢等；8)检查滑环、碳刷表面应无变色过热环火现象，其温度应不大于120。9)夏季应特别注意检查监视滑环碳刷的温度变化情况，每一小时检查一次，发现问题应及时处理。10)每次机组大修时由检修维护人员负责全面检查更换碳刷，并负责倒换滑环极性。发电机及励磁系统发电机碳刷运行中的维护发电机碳刷运行中的维护1)对发电机的滑环应由检修人员定期用吸尘器或压缩空气清除灰尘和碳粉。使用压缩空气吹扫时，压力不应超过0.3Mpa，压缩空气中应无水分和油。2)检查碳刷时，可按顺序将其由刷握中抽出。一般情况下，在同一时间内，每个刷架上只许更换12个碳刷，更换的碳刷应是经检修研磨好的，且新旧型号一致。3)发电机碳刷和刷握之间应保持0.10.2mm的距离，使碳刷在刷握内活动自如。刷握下边沿至滑环表面应保持23mm。滑环表面应光滑，正常运行时，每块碳刷的弹簧应伸缩自如，无卡涩现象。4) 发电机滑环每极两组碳刷，每组双行排列，内环(发电机侧)为负极滑环，外环(励磁机侧)为正极滑环。发电机及励磁系统