葛 洲 壩 水 力 發(fā) 電 廠 2004年工作思路

1、葛洲壩電廠勵(lì)磁系統(tǒng)介紹（1）,2004年5月11日,編寫人鄒先明,一、基礎(chǔ)知識(shí),1、勵(lì)磁系統(tǒng)的定義同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是將旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電磁功率的設(shè)備。為完成這一轉(zhuǎn)換，它本身需要一個(gè)直流磁場。產(chǎn)生這個(gè)磁場的直流電流稱為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，專門為同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流的設(shè)備，即勵(lì)磁電壓的建立、調(diào)整和使其電壓消失的設(shè)備，統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。 勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備一般由兩部分組成，勵(lì)磁功率設(shè)備和勵(lì)磁控制設(shè)備。

2、 功率設(shè)備：向勵(lì)磁系統(tǒng)提供電源勵(lì)磁設(shè)備 控制設(shè)備：自動(dòng)控制勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)。主 要是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。,,,,勵(lì)磁系統(tǒng)的分類有兩種分類方式。其一是按照有無旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)來分，其二是按照功率

3、電源的取向來分。 按照有無旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的分類方式有如下類型：,2、勵(lì)磁系統(tǒng)的分類,,旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁方式,靜止勵(lì)磁方式,,,有刷勵(lì)磁,無刷勵(lì)磁,混合式勵(lì)磁方式,二極管整流勵(lì)磁方式,可控硅整流勵(lì)磁方式,混合式整流勵(lì)磁方式,,自勵(lì)方式,他勵(lì)方式,自并勵(lì),,自復(fù)勵(lì),,交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì),直流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì),,勵(lì)磁機(jī)供電方式 （包括直流勵(lì)磁機(jī)和交流勵(lì)磁機(jī)）,,二極管整流方式,可控硅整流方式,廠用交流電源供電方式,按照功率電源的取向分類時(shí)

4、有如下類型：,3、勵(lì)磁系統(tǒng)的任務(wù)（1）、電壓控制 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)通過不斷調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來維持機(jī)端電壓為給定水平。 （2）、控制無功功率的分配 與無限大系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以改變發(fā)電機(jī)的無功功率。但在實(shí)際運(yùn)行中，與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的并不是無窮大系統(tǒng)。改變一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，不但影響它自己的電壓與無功，也將影響與它并聯(lián)的機(jī)組的無功功率。因此，勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的無

5、功合理分配。 （3）、提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性 a、勵(lì)磁對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響 單機(jī)向無窮大系統(tǒng)送電的極限功率為： Pm=EqU/X∑,,,,,,,,,,,,P,O,δ,δ,0,,,,,90,0,180,0,P,a,b,m,P,0,,圖1-1 同步發(fā)電機(jī)的功率特性,,實(shí)際運(yùn)行時(shí)，為可靠起見，運(yùn)行點(diǎn)總是低于功率極限。事實(shí)上，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出有功功率P增加，功角δ增加時(shí)，對(duì)于具有按電

6、壓偏差調(diào)節(jié)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)來說，要維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的穩(wěn)定，必須增加勵(lì)磁電流使Eq值升高。于是，運(yùn)行點(diǎn)將移到另一條幅值,,較大的內(nèi)功率特性曲線上。同理，當(dāng)δ角再增加時(shí)，運(yùn)行曲線也更高。這樣就得到幅值連續(xù)增高的一簇內(nèi)功率特性曲線，如1-2圖所示。由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，使得功角極限δe大于90°有效提高了系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定極限。,,,,,,,,,,,,e,,P,圖1-2 發(fā)電機(jī)幾條代表性功率特性曲線,P0,B,δe,δ,δ0,0,b 、

7、勵(lì)磁對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,P,P0,0,δ,b,a,Ⅱ,Ⅰ,圖1-3發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定等面積法則,,Ⅲ,如圖（3）所示，當(dāng)突然受到某種擾動(dòng)后，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)由特性曲線Ⅰ上的a點(diǎn)突變到曲線Ⅱ上的b點(diǎn)，由于動(dòng)力慣性，轉(zhuǎn)子加速，若加速面積小于減速面積，發(fā)電機(jī)保持穩(wěn)定，反之，發(fā)電機(jī)則失去穩(wěn)定，這時(shí)，,,發(fā)電機(jī)如能強(qiáng)行增加勵(lì)磁，使受到擾動(dòng)后的發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行曲線回到功角曲線Ⅲ上運(yùn)行，既增大了減速面積，又減小了加速面積，改善了電

8、力系統(tǒng)穩(wěn)定性。,（4）、改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件 （1）短路切除后可以加速系統(tǒng)電壓恢復(fù)過程，改善異步電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)條件， （2）為發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行和自同期并列創(chuàng)造條件 （3）提高保護(hù)裝置工作的正確性（5）、水輪發(fā)電機(jī)組要求實(shí)行強(qiáng)行減磁,,5、PSS原理簡介,在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運(yùn)行時(shí)，在諸如負(fù)荷變化等小的擾動(dòng)作用下，等值發(fā)電機(jī)之間就會(huì)發(fā)生相對(duì)搖擺，輸電線路上的功率也發(fā)生相應(yīng)的振蕩。一般情況下，由于阻尼

9、的作用，振蕩2~3次后即平息。如果系統(tǒng)系統(tǒng)阻尼不足，則振蕩將持續(xù)甚至放大。這種振蕩頻率一般為0.2~2.5Hz之間，故稱為低頻振蕩。 改善電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)防止低頻振蕩是很重要的，但系統(tǒng)是在不斷發(fā)展，不斷變化的，隨時(shí)可能發(fā)生新的弱聯(lián)系。因此，單純依靠加強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來防止弱阻尼，不僅是不經(jīng)濟(jì)的，也幾乎是不可能的，必須同時(shí)在控制系統(tǒng)采取措施，增加阻尼，防止振蕩。,,,采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是增加系統(tǒng)阻尼，防止低頻振

10、蕩的有效措施。自20世紀(jì)70年代末，國外大部分電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，均采用PSS。 PSS是采取轉(zhuǎn)速偏差（Δω），頻率偏差（Δf ），功率加速偏差（ ΔPa），電功率偏差（ ΔPe）中的一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)（一般為二個(gè)），作為自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AER）的附加輸入，產(chǎn)生阻尼轉(zhuǎn)矩，提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。,,,二、葛洲壩電廠勵(lì)磁系統(tǒng)介紹,1、葛洲壩電廠勵(lì)磁方式 它勵(lì)：備勵(lì)系統(tǒng) 自并勵(lì)：20F~21

11、F勵(lì)磁系統(tǒng) 交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)：1F~19F勵(lì)磁系統(tǒng) 葛洲壩電廠1F~19F采用可控硅靜止式交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式，其一次電源接線原理圖如圖2-1，陽極電壓向量圖如圖2-2。 20F~21F采用可控硅靜止式自并勵(lì)方式，其一次電源接線與自復(fù)勵(lì)相比，除沒有CB外，其余部分都一樣。,,,,F,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CB,ZB,,,,,,UZB,UY,Ud,UCB,Ut,,,,,,

12、,It,Ut,UZB,UCB,UY,圖2-1 自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)一次電源接線原理圖,圖2-2自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)電壓向量圖,,ICB,SCR,,電壓向量圖忽略了變壓器電阻的影響。由向量圖可知：UY=UZB+UCB=UZB+jICBXCB式中：XCB為CB的電抗,自并勵(lì)方式與其他勵(lì)磁方式相比，設(shè)備和接線都比較簡單，可靠性高，降低了造價(jià)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度很快，優(yōu)點(diǎn)十分突出。但在發(fā)電機(jī)近機(jī)端短路時(shí)，由于機(jī)端電壓很低，自并勵(lì)系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)能力差，由于短路電流的迅速衰

13、減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)有可能使拒動(dòng)。交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式 可以從勵(lì)磁變和串聯(lián)變同時(shí)獲得電源，解決了發(fā)電機(jī)近機(jī)端 短路時(shí)的強(qiáng)勵(lì)問題，但由于增加了串聯(lián)變，設(shè)備和接線都變得復(fù)雜了。 在實(shí)際運(yùn)行中，交流側(cè)串聯(lián)自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn) （1）、串聯(lián)變運(yùn)行噪聲很大 （2）、串聯(lián)變的電抗使整流柜的可控硅換相角和可控硅的關(guān)斷尖峰電壓增大,（3）、由于整流柜陽極電壓與發(fā)電機(jī)電壓不同相位，且相位差在不同

14、的運(yùn)行狀況下也不相同，故勵(lì)磁調(diào)節(jié)器只能在整流柜陽極采取同步電壓信號(hào)，而整流柜陽極的交流波形很差，可能使同步采樣出現(xiàn)錯(cuò)誤。,葛洲壩二江電廠勵(lì)磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù),葛洲壩二江電廠勵(lì)磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù),葛洲壩二江電廠勵(lì)磁系統(tǒng)主要整定參數(shù)一覽表表1 勵(lì)磁系統(tǒng)主要參數(shù),2、葛洲壩電廠勵(lì)磁功率柜原理,葛洲壩電廠勵(lì)磁功率柜全部采用三相全控整流橋電路其接線原理圖如圖2-3。6個(gè)可控硅按

15、+A-C、+B-C、+B-A、+C-A、+C-B、+A-B、+A-C的順序輪流配對(duì)導(dǎo)通，每個(gè)可控硅導(dǎo)通120°。它既可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。 電感負(fù)載時(shí)，其整流輸出電壓Ud與陽極電壓Uy和控制角α的關(guān)系式為： Ud=1.35UyCOSα， 當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，整流電流的平均值Id與交流電流Iy的關(guān)系式為： Iy=0.816Id。,圖2-3 三

16、相全控整流橋原理接線圖,并聯(lián)在可控硅兩端的RC回路主要作用有：（1）、吸收可控硅的換相過電壓（2）、限制可控硅兩端的電壓上升率,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ud,ωt,,,圖2-4 α=60°時(shí)可控硅全控整流橋的輸出電壓波形,在運(yùn)行中，可控硅脈沖掉相是勵(lì)磁功率柜最常見的故障。當(dāng)功率柜有一只可控硅不導(dǎo)通時(shí) ，這個(gè)功率柜的輸出電流比 與其并聯(lián)運(yùn)行的功率柜要小1/3左右。,,,,,,,,,,,,,,Ud,ωt,,,

17、圖2-5 有一只可控硅不導(dǎo)通時(shí)可控硅全控整流橋的輸出電壓波形,在實(shí)際運(yùn)行中，由于整流柜陽極電抗的存在，使得換相過程不能瞬間完成，要持續(xù)一段時(shí)間。使得功率柜的輸出電壓波形與圖2-4所畫的理想波形有一些差別，出現(xiàn)了換相電壓缺口和可控硅關(guān)斷尖峰電壓，功率柜的陽極電壓波形也不是標(biāo)準(zhǔn)的交流波。,圖2-6 功率柜輸出直流電壓波形,逆變失敗與最小逆變角的限制,（1）、逆變失敗的原因主要有：a、觸發(fā)電路工作不可靠b、可控硅發(fā)生故障，在應(yīng)阻

18、斷時(shí)失去阻斷能力，或應(yīng)導(dǎo)通時(shí)不能導(dǎo)通。c、在逆變時(shí)，交流電源發(fā)生缺相或突然消失。d、換相的裕量角不足，引起換相失敗。,（2）最小逆變角βmin的確定 βmin =δ+γ+θ 式中： δ為可控硅關(guān)斷時(shí)間tq 折合的電角度 γ為換相重疊角 θ為安全裕度 一般δ約4°~5°， γ隨直流平均