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        發電機勵磁原理和作用
        來源:www.cqyyhzpx.com 發布時間:2024年01月19日

        發電機勵磁原理和作用

        貴州發電機

        咱們和貴州發電機小編一起來了解一下:

        勵磁系統是同步發電機的穩定運行的重要組成部分,其主要任務是通過調節勵磁繞組的電流來調節發電機轉子電流電壓來控制發電機機端電壓,滿足發電機正常發電的需要,同時控制發電機組間無功功率的合理分配,提高同步發電機并列運行的穩定性,可靠性。

        同步發電機的勵磁系統主要由功率單元和調節器(裝置)兩大部分組成。

        維持機端電壓

        在發電機正常運行情況下,勵磁調節裝置應維持發電機端電壓或主變壓器高壓側電壓在給定水平。當發電機負荷變化時,要保證發電機的端電壓為給定值則必須調節勵磁。

        勵磁系統主要任務

        1.維持發電機機端電壓在給定水平;

        2.控制無功功率的分配;

        3.提高同步發電機并聯運行的穩定性;

        4.提高電力系統繼電保護裝置動作;

        5.快速滅磁。

        維持機端電壓

        在發電機正常運行情況下,勵磁調節裝置應維持發電機端電壓或主變壓器高壓側電壓在給定水平。當發電機負荷變化時,要保證發電機的端電壓為給定值則必須調節勵磁。

        從發電機簡化相量圖可知:Eq=Uf+jLXd

        其中,Eq-發電機空載電勢;Uf-發電機機端電壓;If-發電機定子電流;Xd-發電機同步電抗。

        由上式可知,在發電機空載電勢Eq恒定的情況下,發電機機端電壓Uf會隨發電機定子電流 If增加而降低,隨發電機定子電流 If降低而增加。要保證發電機的機端電壓Uf恒定,必須隨發電機負荷電流的增加或減小而增加或減小發電機的空載電勢Eq。而Eq是發電機勵磁電流IL的函數,若不考慮飽和,則空載電勢Eq和勵磁電流IL成正比。故在發電機運行中,隨著發電機負荷電流變化,發電機的端電壓也將隨之變化,要使發電機的機端電壓維持在給定水平,需要通過勵磁裝置的調節作用,自動增加或減少勵磁電流。

        無功功率分配

        當發電機并列于電力系統運行時,它輸出的有功取決于原動機輸入的機械功率,而輸出的無功則與發電機的勵磁電流有關,實際運行中,發電機并列運行的母線不會是無窮大母線,這時改變發電機勵磁會使發電機機端電壓和無功功率都發生變化,但端電壓變化較小,而無功功率會有較大的變化??刂撇⒘羞\行的發電機之間的合理無功分配是勵磁調節裝置的一個重要功能。并列運行的發電機機組之間是如何合理分配無功功率的呢這與發電機機端電壓的調差率有關。發電機機端電壓的調差率是這樣來定義的勵磁裝置調差功能投入,發電機給定電壓不變,發電機功率因數為零的條件下,當發電機的無功負荷從零增加至額定時,用發電機額定電壓百分數表示的機端電壓變化率K,即公式二:K(%)=(UF0-UFR)/UFE式中,K-發電機調差率;UFO-發電機空載機端電壓;UFE-發電機額定電壓;UER-發電機無功電流為定子額定電流時的機端電壓。

        發電機機端電壓的調差率反映了在勵磁調節裝置作用下發電機機端電壓UFR隨無功輸出的變化率。發電機端電壓UF可能隨發電機輸出無功電流IR的加大而降低,UF<ufo,這時,稱發電機有正的電壓調差也可能發電機端電壓uf可能隨發電機輸出無功電流ir的加大而升高,uf>UFO,則稱發電機有負的電壓調差;若發電機端電壓UF不隨發電機輸出無功電流IR的變化而變化,UF=UFO稱發電機沒有電壓調差,為無差調節。</ufo,這時,稱發電機有正的電壓調差也可能發電機端電壓uf可能隨發電機輸出無功電流ir的加大而升高,uf>

        <ufo,這時,稱發電機有正的電壓調差也可能發電機端電壓uf可能隨發電機輸出無功電流ir的加大而升高,uf>當多臺發電機機端直接并聯在一起工作時,為了使并聯機組間有穩定的無功分配,這些發電機都必須有正的電壓調差,且要求調差率K=3%~5%。若發電機是單元接線,即它是通過升壓變壓器在高壓母線上并聯,則要求發電機有負的調差,負調差的作用是部分補償無功電流在升壓變壓器上形成的壓降,從而使電廠高壓母線更加穩定。

        提高運行穩定性

        電力系統的穩定性問題分為三類,即靜態穩定、暫態穩定及動態穩定問題。所謂靜態穩定是指電力系統受到小干擾作用是的穩定性,即受到小干擾作用后恢復原平衡狀態的能力而暫態穩定是指電力系統受到大干擾主要是短路作用是的穩定性,即在大干擾作用后系統能否在新的平衡狀態下穩定工作而動態穩定是指電力系統受到干擾后包括小干擾和大干擾,在考慮了各種自動控制裝置作用的情況下,長過程的穩定性問題。

        運行的基本要求是并入系統的所有發電機要保持同步運行。系統運行中,隨時會遭受到各種擾動,要求自動勵磁系統對電力系統的三類穩定運行的改善都有顯著的作用。靜態穩定性

        若發電機的空載電動勢Eq恒定,則發電機的有功功率Pf將隨功率角δ變化,通常將如△P/t作為電力系統靜態穩定的判據,當如△P/t,系統是穩定的,反之是不穩定的。對于無自動勵磁調節的發電機來說,在△δ<90°占的情況下,系統是不穩定的。即穩定極限角為90°。

        若發電機在運行中可自動調節勵磁,則此時Eq為變化的值,當由于的增加引發的發電機定子電流增加使發電機機端電壓減小時,勵磁調節裝置將調節勵磁電流使Eq增加,使發電機電壓穩定在一定水平,從而實現了靜態調節的功能。

        暫態穩定性

        當發電機受到大的擾動時,能否繼續保持同步運行,是暫態穩定研究的問題。而提高勵磁系統的強行勵磁能力提高電壓強勵倍數及電壓上升速度通常被認為是提高電力系統暫態穩定的及的手段之一。與勵磁系統的強行勵磁關,主要以勵磁頂值電壓倍數、勵磁系統電壓響應時間、勵磁電壓響應比為考量。

        動態穩定

        態穩定是研究電力系統受到擾動后,恢復到原始平衡點或過渡到新的平衡點過程的穩定性??梢岳斫鉃殡娏ο到y機電振蕩的阻尼問題。當阻尼為正時,動態是穩定的當阻尼為負時,動態是不穩定的阻尼為零時,是臨界狀態。對于零阻尼或很小的正阻尼,都是電力系統運行的不安全因素,應采取措施提高阻尼。

        勵磁控制系統中的自動電壓調節作用,是造成電力系統機電振蕩的阻尼變弱甚至變負的的原因之一,在正常應用的范圍內,勵磁電壓調節器的負阻尼作用會隨著開環增益的增大而加強,而提高電壓調節精度的要求和提高動態穩定的要求是矛盾的。目前采用PPS(電力胸膛穩定器)來提高電力系統的動態穩定性。

        提高繼保

        當電力系統發生短路時,發電機的短路電流衰減較快,可能使發電機后備保護無法動作,此時由于勵磁自動調節系統對發電機進行強勵作用,使發電機的短路電流甚至略有上升,這樣,使電力系統的短路電流大大加大,從而使繼電保護裝置動作的靈敏度得到提高。

        如何快速滅磁

        當發電機或者升壓變壓器采用單元式接線內部故障時,為了降低故障所造成的損害,要求發電機能夠快速滅磁,這樣防止轉子過壓,保證發電機在事故情況下的安全。

        勵磁電流的獲取方式

        直流發電機供電的勵磁方式

        這種勵磁方式的發電機具有專用的直流發電機,這種專用的直流發電機稱為直流勵磁機,勵磁機一般與發電機同軸,發電機的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環及固定電刷從勵磁機獲得直流電流。

        這種勵磁方式具有勵磁電流獨立,工作比較可靠和減少自用電消耗量等優點,是過去幾十年間發電機主要勵磁方式,具有較成熟的運行經驗。缺點是勵磁調節速度較慢,維護工作量大,故在10MW以上的機組中很少采用。

        交流勵磁機供電的勵磁方式

        現代大容量發電機有的采用交流勵磁機提供勵磁電流。交流勵磁機也裝在發電機大軸上,它輸出的交流電流經整流后供給發電機轉子勵磁,此時,發電機的勵磁方式屬他勵磁方式,又由于采用靜止的整流裝置,故又稱為他勵靜止勵磁,交流副勵磁機提供勵磁電流。

        交流副勵磁機可以是永磁機或是具有自勵恒壓裝置的交流發電機。為了提高勵磁調節速度,交流勵磁機通常采用100——200HZ的中頻發電機,而交流副勵磁機則采用400——500HZ的中頻發電機。

        這種發電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內,轉子只有齒與槽而沒有繞組,像個齒輪,因此,它沒有電刷,滑環等轉動接觸部件,具有工作可靠,結構簡單,制造工藝方便等優點。缺點是噪音較大,交流電勢的諧波分量也較大。

        無勵磁機的勵磁方式

        在勵磁方式中不設置專門的勵磁機,而從發電機本身取得勵磁電源,經整流后再供給發電機本身勵磁,稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。自并勵方式它通過接在發電機出口的整流變壓器取得勵磁電流,經整流后供給發電機勵磁,這種勵磁方式具有結簡單,設備少,投資省和維護工作量少等優點。

        自復勵磁方式除沒有整流變壓外,還設有串聯在發電機定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發生短路時,給發電機提供較大的勵磁電流,以彌補整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源,通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯變壓器獲得的電流源。

        在改變發電機的勵磁電流中,一般不直接在其轉子回路中進行,因為該回路中電流很大,不便于進行直接調節,通常采用的方法是改變勵磁機的勵磁電流,以達到調節發電機轉子電流的目的。常用的方法有改變勵磁機勵磁回路的電阻,改變勵磁機的附加勵磁電流,改變可控硅的導通角等。

        這里主要講改變可控硅導通角的方法,它是根據發電機電壓、電流或功率因數的變化,相應地改變可控硅整流器的導通角,于是發電機的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管,可控硅電子元件構成,具有靈敏、快速、無失靈區、輸出功率大、體積小和重量輕等優點。

        在事故情況下能有效地發電機的過電壓和實現快速滅磁。自動調節勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調差單元、穩定單元、限制單元及一些輔助單元構成。被測量信號(如電壓、電流等),經測量單元變換后與給定值相比較,然后將比較結果(偏差)經前置放大單元和功率放大單元放大,并用于控制可控硅的導通角,以達到調節發電機勵磁電流的目的。

        同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步,以保證控硅的正確觸發。調差單元的作用是為了使并聯運行的發電機能穩定和合理地分配無功負荷。

        穩定單元是為了改善電力系統的穩定而引進的單元。勵磁系統穩定單元用于改善勵磁系統的穩定性。限制單元是為了使發電機不致在過勵磁或欠勵磁的條件下運行而設置的。必須指出并不是每一種自動調節勵磁裝置都具有上述各種單元,一種調節器裝置所具有的單元與其擔負的具體任務有關。

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