电厂励磁系统优化设计

于 剑,白 鹤,徐伟光（陕西省电力设计院,西安710054）

电厂励磁系统优化设计

于 剑,白 鹤,徐伟光
（陕西省电力设计院,西安710054）

摘 要：本文论述了大中型发电厂中自并励静止励磁系统与其它励磁方式的技术比较。

关键词：自并励;发电机组;励磁变;励磁电源;无刷

发电机的励磁系统是同步发电机的重要组成，主要作用是由发电机的运行工况向其励磁绕组提供的直流励磁电流，维持发电机或其他控制点的电压给定水平并提高电气系统的稳定性。近年来，自并励静止励磁系统因其调节响应速度快、轴系稳定性好、系统结构简单、运行维护简单等优势，在不同容量的同步发电机中均得到了广泛的应用，本文从自并励静止励磁系统的技术优势、系统构成、励磁电源、存在问题及对策等方面进行简要介绍。

1　同步发电机的励磁方式

同步发电机励磁系统按基本型式分为三大类，即直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统、静止励磁系统。交流励磁机励磁系统主要有交流励磁机—静止整流器励磁系统、交流励磁机—静止可控整流器励磁系统及交流励磁机—旋转整流器励磁系统（无刷励磁系统），其中无刷励磁系统应用较广泛。静止励磁系统主要有电压源—可控硅整流器励磁系统和复励—可控整流器励磁系统两种方式，目前应用日益广泛的自并励励磁系统即属于第一种静止励磁系统，后者（复励方式）在国内运行的实际运行中较为少见。

直流励磁机励磁系统采用采用励磁电流由直流励磁机供给的励磁方式，由于高转速的直流励磁机换相技术困难，该励磁系统多用于50MW及以下的发电机。同时，直流励磁机励磁系统励磁调节速度慢，维护工作量较大，实际工程已较少采用。以下重点对工程应用较多的自并励静止励磁系统及交流励磁机—无刷励磁系统进行横向对比。

1.1 自并励静止励磁系统的特点

自并励静止励磁系统的的主要特点在于相较于无刷励磁，其强励励磁的反应速度快。这这是因为交流励磁机对峰值励磁的上升速率有一定影响，而自并励静止励磁系统则是由可控硅整流器直接提供励磁。自并励静止励磁系统的电源取自本机的机端电压，所以其端电压直接受到转速的影响，当机端电压下降时其强励的能力也会相应下降。另外，自并励静止励磁系统还可以实现逆变灭磁（三相全控整流桥），因而自并励静止励磁系统具有抑制甩负荷时端电压快速升高的优异性能。自并励静止励磁系统具有运行可靠性高、可提高系统稳定性、噪音小、相应速度快、维护简单和可提高电力系统稳定性等优点。

1.2 无刷励磁系统的特点

无刷励磁系统的主要特点在于没有滑环和碳刷，根除了碳粉污染，减少了正常维护所需的工作量并减少了损耗及噪音，因此大容量机组中较为常见。由于全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，强励能力不像自并励静止励磁系统受端电压影响。

无刷励磁系统的缺点是灭磁时间较长，是因为将励磁机的励磁强减少为零后，旋转回路中的直流电流才逐渐下降为零。因此，发电机励磁方式推荐选择自并励静止励磁系统，目前我院DTWH 2X300MW, DTLY1X300MW等工程均采用自并励静止励磁方式。

2　自并励静止励磁系统的构成

自并励静止励磁系统主要由励磁变、可控硅整流装置、励磁调节装置及灭磁和过电压保护设备四个主要部分组成。（1）励磁变压器。励磁变的作用是给可控硅整流装置提供电源，考虑到励磁变必须可靠，强励时要有一定的过载能力，在设计时应充分考虑整流负载电流分量中高次谐波所产生的热量。且其电源系统一般考虑备用，因此通常选用维护简单且过载能力强的干式变。若考虑降低励磁系统造价也可以采用油浸式变压器。当励磁变压器安装在户外时，由变压器副方到整流桥之间的馈线，由于有电抗压降，不宜太长，特别是在励磁电流很大的情况下，这一点必须考虑。（2）可控硅整流装置。可控硅整流装置的功能是将励磁机发出的交流电转变为作为发电机励磁的直流电源。使用可控硅整流，可以通过调整可控硅的导通角来改变输出端的直流电压的高低，相应地改变励磁电流值。（3）励磁调节装置。在励磁系统中，励磁调节装置是对大型同步发电机的励磁进行调节的装置。现代励磁调节装置采用数字微机型，其性能可靠，并具有微调节和调高发电机暂态稳定的特性。（4）灭磁回路及过电压保护。为将磁场能量快速转移出磁场绕组，在大型自并励系统中使用断路器。由于励磁回路感抗很大，切断电流是很困难的，因此需要专用的灭磁开关，用以迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路并迅速熄灭发电机内部磁场。灭磁回路的过电压保护通常用氧化锌电阻与跨接器串联后并接在磁场绕组两端，可在转子发生正向或反向过压时触发导通，保护转子绕组。（5）励磁电源接线方式。1）接于发电机机端并联变压器。这是自并励的一种典型接线方式，励磁电源取自发电机机端并联变压器。就有励磁电源随着发电机的运行而供给。该接线方式由于结构简单而具有较高的可靠性。缺点是励磁电源受发电机机端电压的影响较大，当机端电压下降时，会使强励作用有所减弱，如果发电机机端电压长期无法恢复正常范围，则不能保证励磁电源正确运行。2）接于厂用母线。这种接线方式当系统的外部故障切除后，接于厂用母线的电动机在其转速恢复过程中会吸取较多的无功，造成比较大的电压降ΔU，故厂用母线电压往往难以恢复到正常范围，影响了励磁系统的强励能力。3）接于系统侧。这种接线方式励磁电源直接取自升压站的高压侧母线，起励电源相对独立，。缺点是当发电机跳闸后，由于系统电压低，励磁装置有可能无法自行恢复正常运行状态；在电压极低的极端状况下，存在励磁消失的可能性。比较三种接线方式，接于机端发电机出口的封闭母线、机端励磁方式是一种简单、优先的方案，故本文推荐励磁变压器接于发电机出口母线。

3　采用自并励静止励磁系统的发电机保护优化

采用自并励静止励磁系统的主要问题是在线路近区故障时，由于它的顶值励磁特性受发电机端电压的抑制而将对保护可靠性和系统稳定产生不利影响。根据这种励磁系统特点，后备保护需采取响应措施。例如，可采用带电流记忆的低压过流保护或带电流记忆的复合低电压过流保护使发电机的后备保护可以可靠动作以切除故障。

4　结语

同步发电机自并励静止励磁系统具有结构简单，运行可靠以及经济性能好等特点，因此，发电机励磁方式推荐选择自并励静止励磁系统，目前我院DTWH 2X300MW,DTLY1X300MW等工程均采用自并励静止励磁方式，也是国内的是大中型汽轮发电机组的优选励磁方式。

参考文献：

[1]大型汽轮发电机励磁系统技术条件（DL/T 843-2010）.