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发电机电流也随之增大

  随着发电机容量的不断增大,发电机电流也随之增大,对励磁系统的技术要求也更需要完善。本文对大型发电机励磁方式做了详细的介绍。

  一、概述

  发电机的励磁系统是同步发电机的重要组成部分,直接影响发电机的安全运行,它的主要任务是根据发电机运行状态向发电机的励磁绕组提供一个可调节的直流励磁电流,以满足发电机各种运行方式的需要,励磁系统性能的优劣,其各部件质量的好坏,是影响整个机组安全经济的重要因素之一。据了解,我国大型火力发电机组主要采用无刷励磁系统和静态励磁系统两种方式。

  二、无刷励磁系统的介绍

  无刷励磁系统,它主要由带有旋转整流器的交流励磁机永磁副励磁机及自动电压调节器两部分组成。

  其主要特点为:

  1、交流励磁机旋转电枢式,其三相输出端引线嵌在轴上,与旋转盘上的整流器固定连接。整流器输出引线也嵌在轴上,与同步发电机的励磁绕组直接连接。由于取消了滑环及碳刷,不受滑环及碳刷的容量限制,运行维护方便。

  2、旋转整流器一般分为两组,分别装设在两个同轴旋转的与轴绝缘的散热盘上。一组阳极与散热盘相连,成为阳极盘;另一组阴极与散热盘相连,成为阴极盘。

  3、交流励磁机的励磁绕组,由永磁副励磁机经AVR的可控硅整流桥供电。交流励磁机采用永磁副励磁机起励。通过发电机机端的CT和PT进行励磁调节。

  4、灭磁方式:由于旋转励磁系统不可能在发电机励磁回路中接入灭磁开关,故由交流励磁机励磁回路的三相可控硅整流桥实现励磁机的逆变灭磁。也可在交流励磁机励磁绕组中采用非线形电阻灭磁。

  三、静态励磁系统的介绍

  静态励磁系统,由一台并接于发电机机端的励磁变压器作为励磁电源,经可控硅整流后作为同步发电机的磁场电流,从而达到直接控制发电机的端电压和无功功率的目的。整套系统主要由励磁变、可控硅整流器、灭磁设备、起励设备和自动电压调节器等五部分组成。

  静止励磁系统的主要特点为:

  1、励磁变的原边接在同步发电机的机端,励磁功率取自发电机本身,通过可控的主回路连接到发电机的磁场线圈。初始建压所需的功率由起励设备提供。励磁变的作用是给整流器提供一个合适的电压源,并且将磁场线圈与电源网络和定子线圈隔离。同时也起到可控硅补偿电抗的作用。

  励磁变通常为三相空气自冷环氧树脂绝缘的变压器,也有采用三台单相变压器的方式。

  2、静止可控硅整流器由一个或多个并联的可控硅桥触发脉冲发生器脉冲放大器和必要的监视和冷却设备组成。可控硅整流器的输入电压是由励磁变的副边提供的,在各种不同的情况下都能与发电机数据相适应。顶值电压对发电机电压的调整速度是很关键的,因而在电网受到扰动的情况下,对发电机以致电力系统的稳定性都有巨大贡献。

  3、磁场起励:同步发电机通常只有很低的剩磁电压,初始建压时,整流桥没有完整的输入电压,在这种情况下,有必要对发电机的磁场线圈提供一个较小的电流几秒钟,以起动建压。磁场起励的专用电路对磁场线圈提供约10%的空载励磁电流,直到发电机电压能为整流器提供有效的电源,起励单元然后自动切除。起励功率通常由厂用蓄电池或厂用交流电源提供功率。

  4、灭磁方式:静止励磁系统必须有特殊装置来切断磁场电流并释放掉储存在发电机磁场线圈中的能量。如果没有该装置,将会在发电机的励磁绕组两端产生非常高的电压,励磁设备和励磁线圈都有可能被损坏。灭磁是由磁场开关将整流器电源切断,同时将放电电阻回路接入磁场绕组回路中,为磁场电流提供一条放电通路,放电电阻既可以是线形电阻,也可以是非线形电阻。

  四、两种励磁方式的比较

  两种励磁方式各有优缺点。

  1、无刷励磁系统用永磁副励磁机进行起励,不需要交流厂用电或直流蓄电池做起动电源,发电机正常工作时,仅靠发电机机端CT和PT的二次侧电流和电压作为自动或手动调压。因此发电机的励磁回路与发电机和厂用电没有直接电的联系。而静态励磁系统的励磁电源取自发电机的机端,发电机励磁电源需由机端励磁变降压取得。因此,对励磁变的可靠性要求较高。

  2、无刷励磁系统需要同轴励磁机,机组长度大,励磁系统中间多一个环节,增加了故障率。静态励磁系统的励磁电源取自发电机的机端励磁变,没有了旋转部件,运行可靠性高。而且,随着目前大功率可控硅整流装置的可靠性提高,据国内外统计资料表明,自并励静态励磁系统造成的发电机强迫停机率低于交流励磁系统。静态励磁系统不需要同轴励磁机,仅带端部滑环,可缩短整个发电机组的长度,有效的提高轴系的稳定性,改善轴系振动水平,提高了机组的安全运行水平,同时,可减少主厂房面积,降低噪音,维护方便。

  3、无刷励磁系统具有同轴励磁机。因此,电压响应速度较慢,但励磁电源不需要从外部取得,强励能力较好,这在靠近发电机机端发生短路情况下及保证系统稳定性方面是有优势的。静态励磁系统因采用了可控硅,不需要考虑同轴励磁机时间常数的影响,这样可获得很高的电压响应速度。由于静态励磁系统的输出电压会随着机端电压的变化而变化,特别是当发电机机端或主变低压侧、高厂变高压侧短路时,机端电压下降,引起励磁电压下降,从而影响机端电压进一步下降,强励能力明显降低,短路电流迅速衰减而不能维持在使发电机后备保护动作的水平上,这就要求在发电机继电保护上采取措施,以保证保护动作的可靠性。在电力系统中,当采用静态励磁系统的发电机增多时,将会影响整个电力系统的阻尼特性,导致动态稳定性下降,容易产生自发的低频振荡,这对发电机转子是十分不利的。

  4、由于无刷励磁系统包括永磁副励磁机交流励磁机,属于三机励磁,交流励磁机励磁回路需要逆变励磁,同时,发电机励磁绕组进行续流灭磁,续流灭磁时间较长,这对发电机组是不利的。静态励磁系统通过机端励磁变压器整流后直接供给发电机励磁电流,因此,只需要进行发电机励磁回路的灭磁,灭磁时间较短。这对保护发电机转子绝缘是很有利的。

  5、无刷励磁系统附件较多,价格比静态励磁系统要高。

  五、结论

  通过上述分析可知,静态励磁与无刷三机励磁系统比较,其优点是突出的,总结如下:

  1、由于静态励磁系统励磁电源取自发电机端,经励磁变及可控硅整流器供给发电机励磁,所以励磁响应时间短,对发电机端电压调节速度快;

  2、由于无主副励磁机,无旋转部件,轴系短,轴承座少,故对减少机组振动和扭振十分有利;

  3、由于取消了旋转部件,减少励磁系统故障,故提高了可靠性;

  4、由于自并激系统响应快,当系统电压瞬间下降时,可很快增大发电机无功,以保持系统不发生电压崩溃,其能力比交流励磁机励磁系统优越;

  5、当机组甩负荷时,自并励系统抑制电压超调能力比常规励磁系统强;

  6、可适当地缩短电站厂房跨距,不需要励磁机基础;

  7、虽然自并激系统励磁电源受电网、电压影响,尤其是近端发生三相短路时强励能力受到较大影响,但一旦切除故障,可立即恢复电压,以对暂态稳定作出贡献,同时也补偿了短路期间强励能力受影响的缺点。考虑到近端三相短路机会极少,所以自并励系统优点远大于其不足。

  正是由于静态励磁方式具备这些突出的优点,近年来新建电厂的汽轮发电机多选用这种励磁方式。随着电网的不断扩大,对于大型机组业界人士也越来越倾向于采用静态励磁方式,并积累了一定的运行经验,大型汽轮发电机采用自并激静态励磁方式已成为一种趋势。综合以上情况,比较两种励磁方式的优缺点,发电机采用静态励磁系统还是具有较大优势的。

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