发电机励磁

自并励系统及其主要特点

① 没有旋转部件。运行可靠性高，调整、维护简单，检修方便。

② 自并励方式取消了励磁机，缩短了的汽轮机?发电机轴系长度可提高机组轴系的稳

定性、提高机组安全运行的水平。

③ 因励磁调节直接在转子回路中，没有主励磁机时滞环节，属快速响应励磁系统，技

术指标高，响应快，性能参数好。

自并励方式的缺点

① 整流装置电源电压取自发电机端，系统故障时，随着机端电压下降，影响励磁系统

的强励能力。

② 有碳刷增加了维护量。

③ 发电机近端短路时，因机端电压突然降低很多时可能不满足强励要求，强励减弱时，

短路电流迅速衰减，而造成出口带时限继电器拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。

④ 起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导通电压，发电机不能自励，需要另外设

置起励电源。

⑤ 励磁变压器的二次电压按满足强励要求设计，励磁变压器二次电流按满足额定励磁

电流设计。

⑥ 励磁变提供测温、轻瓦斯、重瓦斯及压力释放装置。

⑦ 高压侧每相提供3组套管CT，两组用于保护（过流、过负荷、差动），一组用于测

量（电压、电流）。低压侧每相也提供三组CT，两组用于保护，一组用于测量。

起励单元

? 对于自并激励磁系统，由于励磁能源取自发电机机端，当机组起动后，转速接近额

定值时，机端电压为残压，其值一般较低（约为额定电压的1～2％）。这时励磁调节器中的触发电路，由于同步电压太低，可能不能正常工作，可控硅不开放，不能送出励磁电流使发电机建立电压。

? 另一方面，由式（3－10）可知，当发电机残压时，将不会产生自励电流，即使可控

硅全开放，发电机转子回路中不会产生励磁电流，发电机电压因此将不能建立。为此必须采取措施，先给发电机以初始励磁，使发电机建立一定的电压，这一过程称为起励。

? 起励措施有两类。第一类称为他励起励，即另设起励电源及起励回路，供给初

始励磁。另一类称为残压起励，利用以发电机剩磁所产生的残压，供给初始励磁。

? 正常情况下，发电机的残压用于起励是足够的。发电机转子有剩磁存在，一般情况

下UN5000可以实现残压起励。

? 当励磁投入后，可控硅桥立即被触发，只要可控硅输入端有10-20V的电源电压，门

极控制单元就能有效地控制可控硅桥。备用起励回路（-R03，-V03，-Q03），用它励方式建立这一电压。备用起励电源取自220V直流系统。如果残压低于10V不足以建立发电机电压时，经过一定时间的延迟，起励装置就会投入：起励开关自动闭合，向磁场绕组通流，定子建压开始。 ?

? 当电压达到额定值的10%时，可控硅桥已经能正常工作，起励开关自动断开。软起

励过程开始将发电机电压升到额定电压22KV，整个起励过程的控制和监测都是由

AVR软件实现的。

? 在整流桥的输出电压高于直流系统电压时，起励回路中的二极管会阻止反向电流流

入直流系统。

? 起励电流大约为空载励磁电流的10%至20%，其大小取决于串入的限流电阻-R03 。 ? 软起励用于防止机端电压的起励超调。如果超调的话可能引起电压过高造成过激磁。

灭磁单元

灭磁 当保护继电器检出发电机内部故障时，为保护发电机，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放。灭磁功能由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电阻实现。 灭磁开关设计用于在任何故障情况下安全切断励磁电流。灭磁开关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确的电气隔离。

自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关的额定参数按励磁系统强励工况（机端电压为80%额定电压时，强励倍数2倍额定励磁电压）选择。灭磁开关型号为HPB60M－81S额定电压1000V，开断电压3000V，设计开断电压1900V，短路电流开断能力100KA以上。

? 灭磁作用：当发电机内部、引出线、厂高变等发生故障时，虽然保护装置动作迅速

切除故障，但励磁电流产生的感应电动势会继续维持故障电流，为了迅速排除故障，减小其损坏程度，必须安全迅速地将储存在磁场中的能量泄放（实验表明，只要剩磁电压小于500V，电弧变不能维持一般剩磁电压不大于100-300V）即把励磁绕组的电流建立的磁场迅速降低到最小。 ? 2）、灭磁要求:a.灭磁时间尽可能的短（发电机端电压由额定值Un降至5% Un所需

的时间称灭磁时间）b.励磁绕组两端的过电压不超过允许值（通过跨接器来实现过压保护的要求）。 ? 3）、灭磁方式：按励磁系统的不同，主要有两种自然灭磁（一般是对采用旋转二极

管整流方式的励磁系统用如无刷励磁系统，通过整流二极管的续流作用实现自然灭磁，时间较长10S左右）和逆变灭磁（对采用可控硅整流方式的励磁系统用如自并励励磁）。 ?

转子过电压保护

? 同步发电机运行时，转子绕组处在交流磁场中。在正常对称运行时，转子旋转磁场

和定子旋转磁场没有相对运动，转子绕组中只流过直流电流。当发电机受到系统较大扰动时，由于电枢反应，会使转子绕组电流发生剧烈摆动，此时相当于励磁回路处于开路状态，因而转子绕组两端产生很高的反向过电压，它常常能达到额定励磁电压的好多倍。在灭磁过程中，由于灭磁开头动作失灵，或者由于灭弧过程延缓，也可能引起转子绕组的过电压。在其他情况下，例如励磁电源突然断开，或在没有续流二极管的情况下，可控硅关断时也可能出现很高的转子过电压。因此，同步发电机应设置转子过电压保护装置。

可控硅逆变灭磁

? 利用三相全控桥可以输出负电压的特性，可以实现发电机的逆变灭磁。逆变灭磁相

当于将励磁电源反极性的一种灭磁方式,由于可控硅励磁逆变不需断开电路，只需在可控硅整流器阳极电压为负半周时给以脉冲，即能改变励磁绕组的极性,使整流侧电压为负。所以逆变灭磁也是一种静止灭磁，它不需要换接开关。可控硅桥从“整流”

工作状态转入“逆变”工作状态，可将储藏在转子绕组的磁场能量反馈到交流电网中，这样逆变灭磁也不需要灭磁电阻或其他消能机，因此，逆变灭磁是一种简单、经济而有效的灭磁方式。

灭磁回路：由灭磁开关，跨接器Crowbar和灭磁电阻组成。 灭磁电阻用于实现发电机的快速灭磁。

a、非线性电阻Ｒ02（共五个）并联固定接在发电机励磁绕组回路中，不受直流回路中的灭磁开关控制。励磁电流的衰减过程取决于灭磁电阻的特性。非线形电阻的灭磁特性比线性的好，励磁电流的衰减比较快。

b 、当灭磁开关断开时，通过触发跨接器的可控硅将励磁电流瞬时导入灭磁回路。灭磁过程开始，灭磁开关触头可以无负荷断开。

c 、发电机正常运行时，跨接器的可控硅不导通，非线性电阻上不通过电流；灭磁开关跳开后，跨接器的可控硅接受触发脉冲导通，将励磁电流瞬时导入灭磁回路，直至磁场能量释放完。 d 、跨接器作为励磁绕组和可控硅整流器过电压保护。逆变灭磁是将能量释放在励磁变低压绕组上，逆变灭磁在灭磁开关分闸时间内完成的，一般是在毫秒内完成。磁场开关跳开后通过非线性电阻实现灭磁，灭磁时间较短2-3S左右。

励磁调节器的构成与基本原理

? 励磁控制系统是由同步发电机及其励磁系统共同组成的反馈控制系统，其中，励磁

调节器是励磁控制系统的主要部分和核心部分，由它感受发电机的电压、电流或其他参数的变化，然后对励磁功率单元施加控制作用。在励磁调节器没有改变给出的控制命令以前，励磁功率单元是不会改变其输出的励磁电压的。

? 测量比较、综合放大和移相触发构成了励磁调节器的三个基本环节。

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? 测量比较单元由电压测量、比较整定和调差环节组成。电压测量环节包括测量整流

电路、滤波电路（对于采用交流采样的微机励磁调节器来说，测量回路只有滤波电路，而没有整流电路），有的还设计有正序电压滤过器。测量比较单元用来测量经过变换的与发电机端电压成正比例的直流电压，并与相应于发电机额定电压的基准电压相比较，得到发电机端电压与其给定值的偏差。电压的偏差信号输入到综合放大单元。正序电压滤过器在发电机不对称运行时可提高调节器调节的准确度，在发生不对称短路时可提高强励能力。调差环节的作用在于人为地改变调节器的调差系数，以保证并列运行机组间无功功率稳定合理地分配。

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? 综合放大单元对测量等信号起综合和放大作用。为了得到调节系统良好的静态和动

态特性，综合放大环节除了起放大作用外，还形成一定的控制规律，如PID控制、超前滞后校正等。此外，有时还须根据要求综合由辅助装置来的稳定信号、限制信号、补偿信号等其他信号。综合放大后的控制信号输入到移相触发单元。 ?

? 移相触发单元包括同步、移相脉冲形成和脉冲放大等环节。移相触发单元根据输入

的控制信号的变化，改变输出到可控硅的触发脉冲相位，即改变控制角α（或称移相角），从而控制可控硅整流电路的输出，以调节发电机的励磁电流。为了触发脉冲能可靠地触发可控硅，往往需要采用脉冲放大环节进行功率放大。

? 同步信号取自可控硅整流装置的主回路，保证触发脉冲在可控硅阳极电压为正半周

时发出，使主回路与控制脉冲同步。 ?

? 一个完善的励磁调节器，除了具有保持机端电压恒定和机组间的无功分配外，为了

保证机组及电网的安全和稳定运行，还必须设置完善的保护、限制功能。如：PT断线保护、过励磁限制、强励顶值限制、低（欠）励磁限制、Ｖ／Ｆ限制、误强励保护、空载过压保护、系统电压跟踪、PSS或EOC等。

利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角 由小于90°的整流运行状态，突然后退到 大于90°的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电势形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程称为逆变灭磁。

这种灭磁方式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，是一种简便实用的灭磁方法。由于无触点、不燃弧、不产生大量热量，因而灭磁可靠。

反电势愈大，灭磁速度愈快。三相全控桥逆变时产生的反电势与其交流侧电源电势成正比，因此反电势的数值受到一定限制，同时为防止“逆变颠覆”而设的最大控制 max（或最小逆变角 min）的限制，也在一定程度上降低了反电势。所以，单独逆变灭磁，受交流电源电压的限制，逆变灭磁时，励磁电流虽直线下降，但逆变时所施加的反电势数值比灭弧栅灭磁方式要小，因此电流衰减率较小，灭磁时间相对较长，但过电压倍数也很低。对于自并励励磁系统而言，逆变灭磁过程中机端电压的下降使施加于转子绕组的逆变反电势也降低，因而造成逆变灭磁过程的延缓，在这种情况下，应配合其它灭磁方法同时灭磁。

事实上，两种灭磁方式配合使用的情况是很常见的。如300MW汽轮发电机励磁系统中，交流励磁机灭磁方式一般采用逆变和恒值电阻放电这两种灭磁方式加以配合；同步发电机灭磁则采用灭弧栅灭磁和非线性电阻灭磁这两种灭磁方式加以配合使用。灭磁方式的配合使用，可以产生互补效果，使灭磁更迅速，更可靠。

逆变灭磁是通过励磁回路在发电机出口开关跳闸时大幅度增加可控硅触发角,把转子线圈储存的能量作为供电电源,向交流侧传送,由此产生的电压和原定子出线电压极性相反,从而迅速降低发电机交流侧的机端电压,同时又消耗了转子的能量,消除了励磁回路过电压

如果自并励采用逆变灭磁一定要注意：

逆变灭磁是当发电机跳闸时，灭磁开关延时3秒跳闸，在这3秒中内进行逆变灭磁，通过改变可控硅的导通角，将转子的能量释放到励磁变侧。

采用这个方法时一定要注意励磁变的保护，尤其是自并励这侧的交流发生故障时，不能采用逆变灭磁，因为逆变灭磁要加剧故障的恶化。这时不延时跳灭磁开关，一般逆变灭磁还有一个非线形电阻灭磁，在直流侧，可直接通过这个电阻灭磁。

原来我们厂使用的就是以上的灭磁方法。现在我们将励磁改造了之后，取消了逆变灭磁，直接跳开灭磁开关，采用直流侧的非线形电阻直接灭磁。不过还留有逆变灭磁方式，调试的时候使用比较方便。

交流灭磁方案一般用于励磁电流小于4500A的发电机组。对于更大的励磁电流，还是采用直流灭磁方案

正常停机是采用逆变灭磁，及灭磁开关会等待灭磁后才跳开

事故情况下灭磁开关会马上跳开，但同时会接通非线性电阻的回路接点。 综上：正常停机是采用逆变灭磁 事故情况下采用非线性电阻灭磁。

应该先汽轮机打闸，再发电机解列，可以避免超速，这也是汽轮机防止超速的必要的措施，也是25项反措一部分。

这个刚学习学员很难理解，过一年就明白了。

因为先关汽机主汽门，可以切断汽源。

在正常停机的时候，应该发励磁退出命令。采用逆变的方式，灭磁开关可以不跳开，也可以跳开。软件里可以设定。

逆变就是将转子能量送到励磁变二次侧。

在事故停机的时候，励磁系统接保护来的励磁联跳命令，直接跳灭磁开关。灭磁开关辅助节点触动Crowbar，将SiC灭磁电阻接入转子回路。转子能量和定子一部分能量在灭磁电阻上发热损耗。

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