机电工程师评职范文简述发电机励磁系统与运行特征

　　摘 要：本文围绕发电机励磁系统的主要技术要求、励磁方式以及各种方式的运行特征三个方面进行了具体的分析和阐述。

　　关键词：机电工程师评职范文,发电机,励磁系统,运行特征

　　一、发电机励磁系统的主要技术要求

　　为了很好地满足系统运行，励磁系统应具备以下的技术要求。

　　1、足够的强励顶值电压

　　强励顶值电压是励磁系统在强励时可能提供的最高励磁电压Uf(max)，它与额定工况下的励磁电压Uf(e)之比，称为励磁系统强励电压倍数Kv，其值一般取2，特殊情况下可高于2或略低于2，但不得低于1.8。励磁系统允许强励时间应与发电机转子过负荷能力相适应。

　　2、足够的励磁电压上升速度

　　通过国内外理论分析和发电机的运行实践证明：仅有较高的强励倍数而无快速响应性能的励磁系统，会影响电力系统暂态稳定性，为了确保提高电力系统暂态稳定性，励磁系统就必须同时具有较高的电压倍数基础上，要确保有足够的励磁电压上升速度。

　　3、有足够的调节容量

　　为了适应发电机各种运行工况的要求，励磁系统应保证励磁电流在1.1倍的额定励磁电流时能够长期运行，另外要保证强励允许持续时间不小于10～20秒。另外，还应具备运行稳定，工作可靠，响应快速，调节平滑并具有足够的电压调节精度。

　　二、发电机的主要励磁方式和运行特征

　　1、发电机常见主要的励磁方式

　　(1)直流励磁机励磁方式

　　汽轮发电机传统的励磁方式是采用同轴的直流发电机作为励磁机，通过励磁调节器改变直流励磁机的励磁，来改变供给发电机转子的励磁电流，达到调节发电机电压和无功的目的。

　　直流励磁机励磁方式的主要问题是：直流励磁机受换向器所限其制造容量不可能大;整流子、炭刷及滑环磨损，污染环境，降低绝缘水平，运行维护麻烦;励磁调节速度慢，可靠性低，早期的中、小型发电机容量小，所需的励磁容量也较小，因此可采用直流励磁机励磁方式。随着起轮发电机单机容量的增大，励磁容量显著增长，传统的直流励磁方式无法满足汽轮发电机的需要，伴随着电力整流器件和装置的问世，适应大型发电机组的交流励磁机励磁方式和静止励磁方式也得到了迅速的发展。

　　(2)交流励磁机静止整流器的励磁方式

　　交流励磁机静止整流器励磁方式通常称为三机式励磁方式。这是因为发电机、主励磁机和副励磁机三机同轴旋转，整流装置和励磁调节器是静止的。励磁机采用交流发电机不需要换向器，因而励磁容量不会受到限制。因有灭磁回路，故灭磁时间较短，但是由于旋转部件较多，励磁系统发生故障的几率较高，加之轴系长，轴承座多，易引起机组的振动超标。三机式励磁方式我国的大型发电机目前应用较多。

　　(3)交流励磁机旋转整流器励磁方式

　　交流励磁机旋转整流器励磁方式通常称为无刷励磁方式。这种励磁方式也属于三机式励磁方式范畴，所不同的是旋转整流装置与发电机、主励磁机和副励磁机在同轴上旋转，因而取消了炭刷和滑环，避免了炭粉和铜末引起的的发电机绕组的绝缘污染。除了三机式励磁方式共有的问题外，无刷励磁方式的特殊问题，励磁回路无灭磁装置，事故跳闸后发电机靠自然灭磁，灭磁时间相对较长;旋转整流装置难以直接测量和观测励磁电流和电压。

　　2、交流励磁机静止硅整流器励磁系统

　　交流励磁机的励磁电流通常由同轴的中频副励磁机经可控整流装置供给。交流励磁机静止硅整流器励磁系统采用同轴的交流励磁机作为励磁电源，可不受电力系统运行善的影响。采用静止硅整流装置整流不存在直流励磁机整流子问题，适用的交流励磁机容量可以提高。同时，主、副励磁机采用中频电机可缩小体积和减小励磁系统的时间常数。MK只起转子电路的分合作用，灭磁及过电压保护由氧化锌非线性电阻和灭磁熔丝完成，改善了MK磁场开关的工作备件，减小了磁场开关的维护工作量，进一步提高了其可靠性。两台整流柜可并列运行，亦可单独运行，同时单柜运行可以满足发电机额定运行、最大出力、强励等工况的要求。励磁系统调节方式有两套自动，一套手动，运行方式比较灵活。可单独自动运行，亦可双套自动并列运行。同时具备手控方式为机组可靠供电提供了有力的保证。手动励磁调整方式采用厂用电压供电，可在自动调节器不具备投运条件下使用，但厂用电压波动时，会影响主励磁机、励磁电流，另外手动调整装置不具备强励功能。由于发电机、励磁机碳刷的采用增加了运行人员的维护工作量。碳刷冒火等可能引起氢爆对氢冷发电机的安全构成威胁。旋转部件多，故障的几率高;由于轴系长，轴承座多，对轴系稳定和机组的安全不利。为了加快励磁系统的响应，除交流励磁机采用特殊的结构外，通常将交流励磁机的频率设计得高一些，以减少其励磁绕组的电感及其励磁绕组的时间常数，减少调节的时滞。目前我国大型发电机励磁系统多采用永磁式中频副励磁机。

　　3、交流励磁机旋转硅整流器励磁系统

　　交流励磁机旋转硅整流器励磁系统工作原理和运行性能与交流励磁机静止硅整流器励磁系统相似，只不过励磁主回路的硅整流二极管是以交流励磁机电枢和主机转子同轴旋转的，励磁电流不需经炭刷及滑环引入主发电机的转子绕组。因此这种励磁系统称为无刷励磁系统。无刷励磁按旋转整流器类型可分为旋转二极管和旋转可控硅型两钟类型。目前实际使用的主要是旋转二极管型，旋转可控硅型现在正处于研究阶段。

　　在无刷励磁的旋转二极管励磁系统中，主励磁机一般采用100Hz电枢旋转式交流发电机。交流励磁机的输出经硅二极管整流桥整流后直接送入发电机转子绕组。旋转二极管组成三相桥式整流电路。一般分为两种，分别安装在两组同轴旋转的与轴绝缘的金属圆盘上。一组为阴极型硅二极管，阴极固定在一个散热盘上，称为共阴极组。另一极用阳极型硅二极管，其阳极型硅二极管，阳极固定在一个散热盘上，称为共阳极组。每臂的硅二极管可以并联或串联。硅二极管的并联个数，应根据额定励磁电流，加上20%的裕度，还要考虑15%左右的电流不平衡来选择，以保证当一个并联支路的快速熔断器熔断后，其余支路仍能维持发电机的额定出力运行。此外对于短时的强励电流以及发电机突然短路产生的过电流，也应加以考虑。硅二极管的串联个数，应根据恶劣条件下产生的数值来考虑。目前，硅二极管的额定反向电压和额定正向电压的制造水平都已很高，一般情况下，每分支仅用一个二极管，每臂二极管的并联数也大为减少，因而容纳整流器的轮架尺寸只比原来容纳滑环和电刷的地方略大一些。

　　由于无刷励磁方式硅整流元件和熔断器均装在旋转圆盘周围，因此必须考虑强大离心力的机械强度，连接在硅整流元件上用于保护的并联电阻、电容等元件，也要采用耐离心力的材料，并用环氧树脂固定。

　　4、静止励磁方式中自并励励磁系统

　　静止励磁方式中，最具代表性的当首推自并励励磁方式，这种励磁方式，电源取至发电机端、，经静止的整流变压器及静止的可控硅整流装置供给发电机转子绕组励磁。由于励磁系统没有旋转部件，结构简单，因而可靠性高。又由于缩短了轴系长度，减少了轴承座，因而提高了轴系稳定性。这种励磁方式的励磁响应快速，调压性能好。近年来由于继电保护的完善和发展，动作速度加快(0.1秒内切除故障)，因此自并励励磁方式与继电保护的配合方面除发电机后备保护需改进外，已不影响继电保护的正确动作。由于短路时间短，短路后发电机端电压恢复快，因此自并励励磁系统已与同样强励倍数(Ku=2)的交流励磁机励磁系统的暂态水平相当。更由于电力系统稳定器(PSS)的广泛应用，自并励励磁系统配置PSS以后。其静稳定、动稳定水平高于交流励磁机励磁系统。

　　三、总结

　　各种励磁系统在保证电力系统性能的基础上，在发电机长期连续运行过程中，提升了发电机组关键控制设备的成套能力，促进发电设备体系的安全性，也有利于提高电力系统的稳定性。

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