同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
一、发电机获得励磁电流的几种方式 1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。 3、无励磁机的励磁方式： 在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。
二、发电机与励磁电流的有关特性
1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3、无功负荷的分配： 并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
三、自动调节励磁电流的方法 在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数
的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。
四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备 自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。 励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。 近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。
励磁基础知识 1．励磁的概念及定义？励磁概念：依靠电磁相互作用的原理，导体切割磁力线感应电动势 ，励磁就是提供磁场 ，对同步发电机而言，感应电动势由励磁和调速共同控制，励磁只是感应电动势的必要条件之一。同步发电机的两个基本控制是励磁和调速，电能质量通过电压、频率、相位和波形来衡量，其中电压由励磁控制，频率由调速控制。励磁定义：在国家标准GB/T 7409.1～7409.3-1997中关于励磁系统的定义 1) 提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。 2) 励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。 3) 励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。 2．同步发电机励磁系统的作用是什么？ 从发电厂角度研究励磁系统的作用有：（1）调节发电机电压；（2）调节发电机无功功率；（3）多台发电机无功功率分配（成组调节AQC）；（4）安全可靠运行。从电力系统角度研究励磁系统的作用有：（1）提高系统的静态稳定性；（2）提高系统的暂态稳定性；（4）改善系统的电压稳定性；（5）二次电压控制；（6）安全可靠运行。 3．励磁系统的主要任务是什么？ 1) 维持电压在给定水平运行，即控制电压。 2) 合理分配并列机组无功功率，即分配无功。 3) 提高电力系统的稳定性。 4) 发电机变压器组内部出现短路时，快速灭磁，以避免事故扩大。 5) 电力系统发生短路事故或其他原因使发电机电压严重下降时，对发电机进行强行励磁，以提高电力系统的动稳定性和继电保护动作的准确性。 6) 在发电机由于突然甩负荷等原因造成发电机过电压时，对发电机进行强行减磁，以限制发电机电压过度升高。 4．励磁系统主要由哪几部分组成？ 一般来说，与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路，总称为励磁系统(Excitation System)。励磁系统由励磁电源和励磁装置两大系统构成。 励磁电源(excitation power) 的主体是励磁机或励磁变压器，主要向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流。 励磁装置(excitation equipment)是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。它包括励磁自动调节回路、功率整流回
路和灭磁回路等三部分。励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节控制屏、整流屏和灭磁屏几部分组合而成。 5．同步发电机励磁的分类？ 按励磁电源分类：（1）直流励磁机励磁系统；（2）交流励磁机励磁系统；（3）自并励励磁系统。 按响应速度分类：（1）常规励磁系统；（2）快速励磁系统；（3）高起始励磁系统。 6．三相桥式全控整流电路有何特点，其触发脉冲有何要求？ 三相桥式全控整流电路，六个桥臂元件全都采用可控硅管。它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。其触发脉冲的宽度均大于60°，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。 7．自动开机不能启励升压，其故障原因有哪些，如何处理？ 自动开机不能启励升压，其故障原因有很多可能性，主要有启励电源未投，或启励回路元件有问题，或开机令没有发到励磁盘来，或调节器工作不正常，或功率柜的开关未合，等等。处理以上问题，可以解决自动开机不能启励升压问题。 8．常规励磁PID调节的含义是什么？ 励磁调节器对发电机端电压偏差ΔUt进行比例、积分、微分控制，简称PID调节。比例就是按比例放大；积分是对微小偏差进行累计求和，以达到消除这些偏差，提高调压精度；微分将动态的输入信号相位超前，使调节器能作出快速的反应。 9．数字移相的工作原理是怎样的？ 所谓数字移相触发器，就是通过计算机软件发出触发脉冲的技术。其工作原理首先是将控制角α根据计算机工作频率折算成对应的延时t，接着在同步电压的中断下，计数器进行计时，延时t后，计算机通过I/O口输出触发脉冲。 10．什么是线性电阻和非线性电阻? 电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻叫做线性电阻。线性电阻的阻值是一个常量,其伏安特性是一条直线,线性电阻上的电压与电流的关系服从欧姆定律。电阻值随着电压、电流的变化而变化的电阻叫做非线性电阻,其伏安特性曲线是一曲线,不能用欧姆定律来直接运算,而要根据伏安特性用作图法来示解。 11．发电机的自动灭磁装置有什么作用？ 自动灭磁装置是在发电机开关和励磁开关跳闸后，用于消除发电机磁场和励磁机磁场，为的是在发电机切开后尽快降低发电机电压至零，以便在下列几种情况下不导致严重后果： (1) 发电机内部故障时，只有去掉电压才能使故障电流停止； (2) 发电机甩负荷时，只有自动灭磁起作用才不致使发电机电压大幅度地升高。 (3) 转子两点接地引起跳闸时，只有尽灭磁才能消除发电机的振动。 总之在事故情况下，尽快灭磁可以减轻故障的后果。 12．强励有何作用？ (1) 增加电力系统的稳定度； (2) 在短路切除后，能使电压迅速恢复； (3) 提高带时限的过流保护动作的可靠性； (4) 改善事故时电动机的自起动条件。 13．发电机失磁后有什么现象？ 发电机失磁后，在仪表上反映出来的现象是：转子电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零，且有等于转差率的摆动，发电机电压和母线电压均降低，定子电流表指示升高，功率因数表指示进相，无功功率表指示零值以下。 14. 如何简单地判断可控硅的好坏？ 用一对线灯接在可控硅的两端（正电源接A，负电源接K），另一对线灯在可控硅的触发极与阴极之间触发一下（正电源接G，负电源接K），接在可控硅两端的对线灯能亮且维持。 15. 三相全控桥可以有哪两种工作状态？ 三相全控桥可以工作在整流状态和逆变状态。 16．何为理想灭磁曲线？ 在灭磁过程中，励磁电压反向并保持恒定，励磁电流按直线规律衰减，直到励磁电压和电流为零。 17．三相全控桥共有几个桥臂元件？其触发脉冲应是怎样的？同一时刻有几个桥臂被触发导通？ 三相全控桥共有六个桥臂元件，其触发脉冲按照+A→-C→+B→-A→+C→-B的顺序，同一时刻至少有两个桥臂被触发导通，在换流时有三个桥臂导通。 18．脉冲变压器绝缘不良对励磁装置有何影响？ 脉冲变压器绝缘不良时，脉冲变一次侧的高压电会窜到二次侧控制回路，将造成调节器或脉冲回路器件损坏，严重的会引起励磁装置误强励。 19．V/F限制的作用是什么？其动作结果？ 防止机组在低速运行时，过多地增加励磁，造成发电机和变压器铁芯磁密度过大而损坏设备。V/F限制的动作结果就是机端电压随频率的下降而下降，当频率下降到很低时，励磁装置就逆变灭磁。 20．欠励限制的功能是什么？ 由于电网的要求，机组有时需要进相运行（吸收系统无功），但机组过分进相又可能引起机组失磁或其它不良影响，故需要对欠励进行限制。按照机组进相运行时无功与有功的对应关系，在一定量的有功时，限制无功进相的程度，此时，调节器就不能再减磁了。
转载某电厂发电机低励失磁跳机故障分析
针对一起200MW机组低励失磁故障，分析了发电机低励失磁的过程及保护动作情况，作出跳机的原因
是发电机失磁造成厂用电压过低使给粉机变频器停止工作而引起锅炉MFT动作，提出了反事故措施。 某电厂2台200 MW机组是东方电机厂生产的QFSN-200-2型水氢氢汽轮发电机，7回110 kV联络线分别与变三变电站相连，与220 kV系统联系紧密，系统无功功率储备充足。为考核机组的进相运行能力以及对系统电压的调节能力， 对发电机组进行了进相运行试验，并根据试验结果给出了发电机进相运行时，110 kV母线电压的调压率为0.21～0.5 kV/10 Mvar，220 kV系统的调压率为0.1～0.254 kV/10 Mvar。 1 故障简况 2001-09-27，某电厂1号机备用，2号机在手动励磁运行方式下发生失磁故障，失磁保护动作切换厂用电，锅炉MFT动作跳机。 故障发生前，2号机满载运行，发电机有功200 MW，无功20 Mvar，机端电压15.29 kV。05∶02∶00，2号集控室发出“失磁”信号，6 kV快切装置“021切换”、“022切换”，随即锅炉MFT动作，机组跳闸。 2 故障分析 2.1 发电机运行中出现低励失磁故障的分析 发电机励磁系统接线，因副励磁机烧瓦，励磁系统暂运行于手动方式，这就需要运行人员根据有功变化及时调整无功，使发电机运行在稳定状态。 可看出，失磁前发电机有功198.65 MW，而无功只有16.29 Mvar，此时机组运行于静态稳定曲线上部，静稳裕度较小，且发电机端电压、6 kV厂用电压均较低。当机组受到外界小的扰动，负荷由198.65 MW逐渐升至205.04 MW时，由于运行人员没能及时增加励磁，发电机的功角 将逐渐增大，使发电机无功逐渐降低，机端电压和厂用电源电压也随即下降，而手动励磁电源取自380 V厂用电，在手动励磁不作调整的情况下，就使得发电机转子电压和电流相应下降，从而使发电机无功和电压进一步下降，进而又造成转子电压、电流下降，如此反复，最终导致发电机失磁。因发电机失磁前带满负荷，则进入异步运行后，其等效电抗降低较多，发电机从系统吸收的无功功率也较多，无功进相最大达-150 Mvar。 2.2 发电机失磁保护动作分析 某电厂发电机失磁保护由静态极限机端阻抗ZK-1、转子低电压ZY-1、系统母线低电压DY-1三部分组成，转子低电压作为系统故障或系统振荡时的闭锁元件，整定为100 V，系统母线低电压整定为80% Un。 解列动作于跳发电机出口开关；程序跳闸动作于主汽门关闭9 s后， 跳发电机主开关、灭磁开关、6 kV各分支开关。 发电机由低励失磁运行逐步进入失步运行阶段，无功进相最大达150 Mvar，此时机端测量阻抗由正常位于第一象限过渡到第四象限，并进入异步运行阻抗园内，在转子低电压低于100 V时， 失磁保护t1 延时0.5 s动作出口，发“失磁”信号并切换厂用电。整个发电机失磁过程中，造成系统无功缺损近170 Mvar，按机组进相试验所提供的调压率0.21～0.5 kV/10 Mvar(即发电机每少发无功10 Mvar，110 kV母线电压下降0.21～0.5 kV)，则110 kV母线电压下降约3.57～8.5 kV，且考虑系统中其它机组的作用，110 kV系统电压并不会下降到其额定值的80%，网控的数据录波也显示，发电机失步时，110 kV系统电压仍高于80% Un，故失磁保护的系统低电压条件未满足，失磁保护t2不出口跳机。 2.3 锅炉MFT动作分析 当炉膛压力大幅波动(±1 500 Pa)或主燃料丧失(给粉机全跳)时，都会引起锅炉MFT动作。MFT动作后，延时9 s联跳发电机出口开关及灭磁开关。 某电厂于1999年对给粉机进行了变频器改造，其变频调速器为三菱电机株式会社生产的FR-E500型变频器。给粉机原控制回路仍保留，即仍由同操器送出信号给控制器，再由控制器输出4～20 mA的直流信号给变频器控制给粉机转速。FR-E 500型变频器的工作电压为325～528 V， 即变频器在工作电压为0.8～1.3 Un时正常工作，若超出此范围时，变频器将停止工作，使给粉机跳闸造成主燃料丧失，MFT动作。厂用电压过低或瞬时停电时，变频器自保持时间设定为1 s，当电源电压低于变频器最低工作电压或消失超过1 s时，变频器无输出，给粉机跳闸。 发电机从开始进相到失磁保护动作，整个过程33 s，在此过程中，6 kV母线电压大幅下降，直至低于额定值的80%(5.04 kV)，若不考虑变压器的压降，则380 V母线电压也降低至额定值的80%(320 V)以下，且失磁保护动作切换厂用电时，又产生瞬时失压(厂用电切换时间约120 ms)，最终造成变频器停止工作，使给粉机全跳，锅炉MFT动作跳机。 由上面分析可知，发电机低励失磁后，失磁保护仅动作于“失磁”信号并切换厂用电，因厂用电降得过低且维持时间较长，造成给粉机变频器停止输出，给粉机跳闸使锅炉MFT动作跳机。 3 建议和措施 3.1 加强运行人员的技术和工作责任心培训 发电机手动励磁方式只是在自动励磁调节器故障或副励机不具备投入运行的情况下，临时满足发电的需要。机组手动励磁运行时，运行人员应有高度的工作责任心，集中精力监盘，并能根据负荷的变化，及时调整励磁， 使发电机有功和无功的比值小于3，同时应抓紧抢修，尽快恢复自动励磁运行。 3.2 失磁保护重新整定 当发电机失 磁造成静态稳定破坏进
入异步运行后，从系统吸收大量无功，此时系统电压仍未降到低电压整定值，失磁保护不能动作将机组从系统解列，这将使邻近机组过载，系统稳定受到威胁，同时6 kV母线电压急剧下降，严重威胁厂用辅机的安全运行； 还会使定子过流，定子电枢绕组温度上升，定子端部发热及转子发热，对机组自身安全造成很大威胁。故应根据现场实际，进行合理计算，适当整定，使发电机失磁时，保护能及时将机组从系统解列，确保系统稳定及机组自身安全。 3.3 改变变频器工作电源 由于给粉机变频器工作电源接于380 V厂用电，当厂用电电压异常降低或消失(如切换缓慢)时，将会影响变频器正常工作，从而导致给粉机跳闸使MFT动作，为此，可将变频器工作电源接至厂用UPS，这样变频器工作就不会受厂用电压的影响了。
自并激励磁系统对电网稳定的影响
由于自并激励磁系统接线简单、设备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统，故与其它励磁系统对比，自并激励磁系统对电网稳定具有明显的优越性。 随着微机励磁调节器的应用，氧化锌非线性灭磁电阻的研制成功及大功率晶闸管及晶体管的广泛应用，提高了发电机励磁系统的可靠性，较大地改善了励磁系统静态和动态品质，大大提高了系统的技术性能指标。 在诸多励磁系统中，直接励磁机维护困难，调节器响应时间长达1～5s，动态性能差，当空载起励时，电压超调量大，频率特性差；他励可控硅励磁系统需装设交流励磁机，并要求厂房高度高，当其用于慢速水轮机时，交流励磁机体质量大、尺寸大、维修工作量大。20世纪70～80年代，发电厂开始用自复励及自并励的可控硅励磁系统，由于它们均属于快速励磁系统，动态性能优良，尤其是带有微型计算机励磁调节器的自并激静止励磁系统在发电厂中得以广泛的应用。自并激励磁系统接线简单、设备少、造价低、占地面积小、无转动部件并维护简单，是快速响应系统。尤其是水电站往往远离负荷中心的地区，为提高输电的稳定性，对励磁系统要求能快速响应，而自并激励磁系统恰好能满足这个要求。 1 自并激励磁系统对电网稳定作用原理 在电力系统中，大机组往往通过多回高压输电线给远方负荷中心供电，为减少损耗常常采取无功就地平衡，由于高压线路充电功率大，一旦发生扰动，很容易破坏无功平衡，引起电压不稳定问题。 通过自并激励磁系统的实际应用和多年实验，自并激励磁系统对电网稳定有极其重要的作用。 1.1 提高静态稳定 当快速励磁采用较高励磁系统增益并配置PSS(电力系统稳定器)后，在小干扰时，可以保持发电机端电压恒定，即： (1)P= (Ut•Uc/Xe)sinδ=Pm1 sinδ 交流励磁机励磁系统一般只能保护Eg′或E′恒定，即使是能保持E′恒定，其最大功率输出为： (2)Pm2=Ut•Uc/(Xe+Xd′) 设发电机不调励磁，在励磁电流恒定的情况下： Xd′=0.3,Xe=0.6,Ut=1.0,E′=1.2则 Pm1=1.25Pm2 (3) 即自并激励磁系统可提高静稳定25%，当进行励磁调整时，自并激励磁系统可大大提高静稳定。 式中 P——有功功率；Ut——电动势； Uc——出口电压；Xe——发电机阻抗； δ——功角；Xd′——d轴暂态阻抗； Eg′——与励磁电流成正比电势； E′——d、q轴合成电势； Pm1、Pm2——最大功率。 1.2 提高动态稳定 动态稳定是指在小干扰情况下，由于阻尼不足产生振荡失步，或大干扰后对后续振荡阻尼不足产生振荡失步。快速励磁配置PSS后，由于励磁系统延时小，有利于PSS发挥作用，并可增加更多的正阻尼，提高动态稳定。 1.3 对暂态稳定的影响 采用自并激励磁系统后，如发生高压出口三相短路，强励倍数按2倍计算，其暂态稳定水平与实际时间常数Te=0.35s的常规励磁系统基本相同。 这是因为自并激励磁系统虽然在强励时受机端电压影响，强励倍数较低，但调节速度快，恢复电压迅速，而常规励磁系统虽然强励能力受机端电压影响小，但交流励磁机是很大的滞后环节，调节速度慢。 全网采用自并激励磁系统时暂态稳定水平更优于常规励磁。当发生三相短路时，除离故障点近的自并激励磁系统受电压降落影响外，其余机组端电压数值较高，自并励的快速调节提高暂态稳定的优势可充分发挥。 1.4 对系统电压稳定的影响 有些发电机配备自并激励磁系统，当其高压线路出口三相短路，若强励倍数是2时，则其电压水平与常规励磁相比基本相同，当强励倍数增大时，则优于常规励磁系统；当故障离该机组较远时，也优于常规励磁系统，并能改善系统的暂态电压稳定。 全网发电机都配有自并激励磁系统，可提高电压稳定水平。在某些条件下，电压暂态不稳定的系统可以得到改善。 强励倍数越高，改善电压稳定的效果越明显。自
并激系统的强励倍数选择有较大的自由度，这是常规系统所不能及的。 1.5 对继电保护的影响 现代大型发电机大都经封闭母线到变压器，然后接入电网，一般不考虑机端故障。如果故障发生在差动保护范围内，0s保护动作切除发电机。而在高压母线短路时，至发电机端短路电流衰减已比较小了。经分析表明，约在0.5s内自并激励磁系统与常规励磁系统短路电流衰减情况基本相同，对主保护没有影响。 当近端永久性三相短路时，自并励发电机的短路电流会一直衰减到零，以保证后备保护可靠动作。在这种情况下，可采用记忆过电流、低电压自保持过电流及阻抗保护，以保证保护正确动作。 2 自并激励磁系统对电网稳定的作用 通过上述分析可知，自并激励磁系统对电网稳定有如下作用 a.由于自并激励磁系统励磁电源取自发电机端，经励磁变及可控硅整流器供给发电机励磁，所以励磁响应时间短，对发电机端电压调节速度快； b.由于无主副励磁机，无旋转部件，轴系短，轴承座少，故对减少机组振动和扭振十分有利； c.由于取消了旋转部件，减少励磁系统故障，故提高了可靠性； d.由于自并激系统响应快，当系统电压瞬间下降时，可很快增大发电机无功，以保持系统不发生电压崩溃，其能力比交流励磁机励磁系统优越； e.当机组甩负荷时，自并励系统抑制电压超调能力比常规励磁系统强； f.可适当地缩短电站厂房跨距，不需要励磁机基础； g.虽然自并激系统励磁电源受电网、电压影响，尤其是近端发生三相短路时强励能力受到较大影响，但一旦切除故障，可立即恢复电压，以对暂态稳定作出贡献，同时也补偿了短路期间强励能力受影响的缺点。考虑到近端三相短路机会极少，所以自并励系统优点远大于其不足。
发电机无功摆动现象及原因
励磁机实际上就是直流发电机，励磁方式可分为自励和他励两种方式。一般情况下采用并激方式，原理就是利用磁极中的剩磁作用，在发电机的转动下，使励磁机的电枢绕组切割磁力线产生励磁电流，此电流加强了磁极的磁场，使励磁电压及励磁电流增加，如此循环，直至建立额定电压。 因此，自励过程的建立必须具备三个条件：1)主磁极铁芯中必须有剩磁；2)磁场回路接线必须正确，也就是说极性正确；3)磁场回路电阻小于临界电阻(即磁场回路电阻线必须与空载特性曲线有交点)。 1、发电机无功摆动现象及原因： 1)励磁机的输出电压不稳定造成发电机的无功摆动：由于励磁机的输出电压无法稳定，造成发电机转子电压和电流波动，从而引起发电机的无功大幅度摆动。 2)系统电压变化时发电机之间无功的分配：系统电压发生微小的变化时，发电机的无功也会发生较大的变化，这是由发电机的电压和无功的关系决定的。发电机具有如下的调节特性，由发电机的调节特性可知：当发电机的励磁电流不变时，发电机的出口电压即系统电压的变化会引起发电机无功电流的变化，电压升高时无功电流减小，电压降低时无功电流将增大。当多台发电机并列运行且励磁电流不变时，系统电压或无功变化引起的发电机的无功变化量由发电机的调差特性决定，系统无功波动时，调差系数小的发电机承担较多的无功分配。 2、励磁机输出电压波动的原因： 1)励磁机及二次回路缺陷造成输出电压的波动：励磁机励磁绕组及电枢匝间的不稳定短路及开路，以及二次回路、元器件虚接等不可靠因素，都有可能引起励磁机输出电压的不稳定，可以通过停机检查、紧固二次回路、试验，排除励磁机及二次回路缺陷可能造成的输出电压波动。 2)励磁机的空载和负载特性： 通过励磁机的空载和负载特性可以得出如下结论：a、励磁机空载特性在电压低于某一电压时曲线基本为一条直线段，只有当电压高于某一电压以后，曲线才发生拐头现象，即空载特性曲线在电压高于一定电压以后才发生饱和。 b、一般情况下，可以通过试验测得励磁机负载工作在特性曲线的起始段部分，即工作在直线部分。 c、负载曲线比空载曲线略低，即同样的励磁电流输出电压略低，电压越高负载特性偏离空载特性越远。这是由于电流越大，电枢压降越大，同时电枢反应也越强烈，因此电越大，空载曲线和负载曲线偏离也越大。 d、由空载和负载特性试验数据可以看出，由于励磁回路电阻很小，这就是说，发电机带较大无功时，励磁回路电阻的较小变化就有可能引起发电机无功的较大变化。 3)发电机无功摆动的原因分析:从励磁机的负载特性曲线可以看到，励磁机带负载时的工作特性段是在励磁特性的起始段，而励磁机的励磁特性起始部分是直线段，此时场阻线与励磁特性曲线有一部分重合，没有明显交点，是励磁机的不稳定区，励磁回路的任何扰动造成励磁电流的变化都将引起励磁机电流的这一变化进一步增大。因此在励磁特性的直线区域，输出的电压总会有20—30v的波动，从而引起无功的大幅度变化。 当励磁机的
工作点在励磁特性的饱和区时．励磁电流的任何微小变化不会引起电枢电压的变化，从而不会使这一变化放大，因此励磁机的输出电压是相对稳定的。 4)结论：一般直流发电机在60—70％额定电压下稳定工作是不可能的。如我公司励磁机电压是230V，70％额定电压是161V，由上面的分析可知，励磁电压只有达到200v以上时才开始饱和，而励磁机的的实际工作电压范围不超过160v，因此励磁机的电压有20—30v的摆动是正常的，正是由于这一电压的摆动造成发电机的无功大幅度摆动。 励磁机电输出电压不稳定的的解决办法 1)磁极垫片：在励磁机的磁极极靴下垫入良性导磁材料，减小励磁磁场间隙，可以使励磁机在较小的励磁电流时就使输出特性饱和，从而使励磁机的输出电压达到稳定。 2)在励磁回路的磁场调节电阻两端并联一个合适的阻性负载如白炽灯泡，利用阻性负载在发热后的阻值变得到非线性的电阻特性，使场阻线与励磁特性起始段有较大的交角，得到一个与空载特性曲线明显的交点，从而使励磁机在较低电压时也会有稳定的工作点。 3)采用发电机自动励磁调节装置：发电机自动励磁调节装置具有良好的励磁特性，具有恒无功、恒功率因数等多种调节方式，对提高系统的稳定和暂态反应能力非常有效，同时能解决因励磁机输出电压不稳及系统电压波动造成的发电机无功摆动问题。
发电机励磁
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 一、发电机获得励磁电流的几种方式 1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。 2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。 3、无励磁机的励磁方式： 在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种 励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。 二、发电机与励磁电流的有关特性 1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。 3、无功负荷的分配： 并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负
荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。 三、自动调节励磁电流的方法 在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变 可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管，可控硅电子元件构成，具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元 。励磁系统稳定单元 用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。 四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备 自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器；励磁装置需要提供以下电流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；需要提供以下空接点，自动开机.自动停机.并网（一常开，一常闭）增，减；需要提供以下模拟信号，发电机机端电压100V，发电机机端电流5A，母线电压100V，励磁装置输出以下继电器接点信号；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。 励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。 近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，目前很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。 获得励磁电流的方法称为励磁方式。目前采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。现说明如下： 1 直流励磁机励磁 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流发电机供给。 2 静止整流器励磁 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整流器整流后供给主发电机的励磁绕组。 3 旋转整流器励磁 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到数千安培，使得集电环严重过热。因此，在大容量的同步发电机中，常采用不需要电刷和集电环的旋转整流器励磁系统，如图15.7所示。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器整流后供给。由于这种励磁系统取消了集电环和电刷装置，故又称为无刷励磁系统。
三相交流发电机励磁原理
利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理，将原动机的机械能变为电能输出。同步发电机由定子和转子两部分组成。定子是发出电力的电枢，转子是磁极。定子由电枢铁芯，均匀排放的三相绕组及机座和端盖等组成。转子通常为隐极式，由励磁绕组、铁芯和轴、护环、中心环等组成。汽轮发电机的极数多为两极的，也有四极的。 转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。发电机可发出有功功率和无功功率。所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。 发电机的有功功率和无功功率几何相加之和称为视在功率。有功功率和视在功率之比称为发电机的功率因数（力率），发电机的额定功率因数一般为0.85。 供给发电机转子直流建立转子励磁的系统称为发电机励磁系统。大型发电机励磁方式分为：①它励励磁系统；②自并激励磁系统。它励励磁是由一台与发电机同轴的交流发电机产生交流电，经整流变成直流电，给发电机转子励磁。自并激励磁是将来自发电机机端的交流电经变压器降压，再整流变成直流电，作为发电机转子的励磁。
并网运行时无功功率的调节
无功功率的调节
◆接在电网上运行的负载类型很多，多数负载除了消耗有功功率外，还要消耗电感性无功功率，如接在电网上运行的异步电机、变压器、电抗器等。所以电网除了供应有功功率外，还要供应大量滞后性的无功功率。 ◆ 电网所供给的全部无功功率一般由并网的发电机分担。 ◆ 电网的电压和频率不会因为一台发电机运行情况的改变而改变，即并网发电机的电压和频率将维持常数。 ◆ 如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。 ◆图17.11给出了有功功率不变而空载电势变化时，隐极发电机的电势相量图，和的矢端必须落在直线AB和CD上。 ①如果在某一励磁电流时，正好与平行，此时无功功率为零,发电机输出的全部是有功功率，发电机正常励磁。 ②如果增加励磁电流到1，则将沿直线AB右移到1 ，将沿直线CD下移至1 ，1滞后于，发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率； ③如将励磁电流减少到2，则沿BA左移到2 ，沿DC 上移到2，2超前于，发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。 V形曲线 ◆可见，通过调节励磁电流可以达到调节同步发电机无功功率的目的。当从某一欠励状态开始增加励磁电流时，发电机输出的超前的无功功率开始减少，电枢电流中的无功分量也开始减少；达到正常励磁状态时，无功功率变为零，电枢电流中的无功分量也变为零，此时 ；如果继续增加励磁电流，发电机将输出滞后性的无功功率，电枢电流中的无功分量又开始增加。 ◆ 电枢电流随励磁电流变化的关系表现为一个V形曲线。V形曲线是一簇曲线，每一条V形曲线对应一定的有功功率。V形曲线上都有一个最低点，对应cosj=0 的情况。将所有的最低点连接起来，将得到与cosj=0对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后（见图17.12）。V形曲线可以利用图17.11所示的电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得。
励磁基础知识
1．励磁的概念及定义？ 励磁概念：依靠电磁相互作用的原理，导体切割磁力线感应电动势 ，励磁就是提供磁场 ，对同步发电机而言，感应电动势由励磁和调速共同控制，励磁只是感应电动势的必要条件之一。 同步发电机的两个基本控制是励磁和调速，电能质量通过电压、频率、相位和波形来衡量，其中电压由励磁控制，频率由调速控制。 励磁定义：在国家标准GB/T 7409.1～7409.3-1997中关于励磁系统的定义 1) 提供电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置。 2) 励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统。 3) 励磁控制系统对电力系统的安全、稳定、经济运行都有重要的影响。
2．同步发电机励磁系统的作用是什么？ 从发电厂角度研究励磁系统的作用有：（1）调节发电机电压；（2）调节发电机无功功率；（3）多台发电机无功功率分配（成组调节AQC）；（4）安全可靠运行。 从电力系统角度研究励磁系统的作用有：（1）提高系统的静态稳定性；（2）提高系统的暂态稳定性；（4）改善系统的电压稳定性；（5）二次电压控制；（6）安全可靠运行。
3．励磁系统的主要任务是什么？ 1) 维持电压在给定水平运行，即控制电压。 2) 合理分配并列机组无功功率，即分配无功。 3) 提高电力系统的稳定性。 4) 发电机变压器组内部出现短路时，快速灭磁，以避免事故扩大。 5) 电力系统发生短路事故或其他原因使发电机电压严重下降时，对发电机进行强行励磁，以提高电力系统的动稳定性和继电保护动作的准确性。 6) 在发电机由于突然甩负荷等原因造成发电机过电压时，对发电机进行强行减磁，以限制发电机电压过度升高。
4．励磁系统主要由哪几部分组成？ 一般来说，与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路，总称为励磁系统(Excitation System)。励磁系统由励磁电源和励磁装置两大系统构成。 励磁电源(excitation power) 的主体是励磁机或励磁变压器，主要向同步发电机励磁绕组提供直流励磁电流。 励磁装置(excitation equipment)是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。它包括励磁自动调节回路、功率整流回路和灭磁回路等三部分。励磁装置则根据不同的规格、型号和使用要求，分别由调节控制屏、整流屏和灭磁屏几部分组合而成。
5．同步发电机励磁的分类？ 按励磁电源分类：（1）直流励磁机励磁系统；（2）交流励磁机励磁系统；（3）自并励励磁系统。 按响应速度分类：（1）常规励磁系统；（2）快速励磁系统；（3）高起始励磁系统。
6．三相桥式全控整流电路有何特点，其触发脉冲有何要求？ 三相桥式全控整流电路，六个桥臂元件全都采用可控硅管。它既可工作于整流状态，将交流变成直流；也可工作于逆变状态，将直流变成交流。其触发脉冲的宽度均大于60°，即所谓“宽脉冲触发”，或者采用“双脉冲触发”。
7．自动开机不能启励升压，其故障原因有哪些，如何处理？ 自动开机不能启励升压，其故障原因有很多可能性，主要有启励电源未投，或启励回路元件有问题，或开机令没有发到励磁盘来，或调节器工作不正常，或功率柜的开关未合，等等。处理以上问题，可以解决自动开机不能启励升压问题。 8．常规励磁PID调节的含义是什么？ 励磁调节器对发电机端电压偏差ΔUt进行比例、积分、微分控制，简称PID调节。比例就是按比例放大；积分是对微小偏差进行累计求和，以达到消除这些偏差，提高调压精度；微分将动态的输入信号相位超前，使调节器能作出快速的反应。
9．数字移相的工作原理是怎样的？ 所谓数字移相触发器，就是通过计算机软件发出触发脉冲的技术。其工作原理首先是将控制角α根据计算机工作频率折算成对应的延时t，接着在同步电压的中断下，计数器进行计时，延时t后，计算机通过I/O口输出触发脉冲。
10．什么是线性电阻和非线性电阻? 电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻叫做线性电阻。线性电阻的阻值是一个常量,其伏安特性是一条直线,线性电阻上的电压与电流的关系服从欧姆定律。电阻值随着电压、电流的变化而变化的电阻叫做非线性电阻,其伏安特性曲线是一曲线,不能用欧姆定律来直接运算,而要根据伏安特性用作图法来示解。
11．发电机的自动灭磁装置有什么作用？ 自动灭磁装置是在发电机开关和励磁开关跳闸后，用于消除发电机磁场和励磁机磁场，为的是在发电机切开后尽快降低发电机电压至零，以便在下列几种情况下不导致严重后果： (1) 发电机内部故障时，只有去掉电压才能使故障电流停止； (2) 发电机甩负荷时，只有自动灭磁起作用才不致使发电机电压大幅度地升高。 (3) 转子两点接地引起跳闸时，只有尽灭磁才能消除发电机的振动。 总之在事故情况下，尽快灭磁可以减轻故障的后果。
12．强励有何作用？ (1) 增加电力系统的稳定度； (2) 在短路切除后，能使电压迅速恢复； (3) 提高带时限的过流保护动作的可靠性； (4) 改善事故时电动机的自起动条件。
13．发电机失磁后有什么现象？ 发电机失磁后，在仪表上反映出来的现象是：转子电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零，且有等于转差率的摆动，发电机电压和母线电压均降低，定子电流表指示升高，功率因数表指示进相，无功功率表指示零值以下。
14. 如何简单地判断可控硅的好坏？ 用一对线灯接在可控硅的两端（正电源接A，负电源接K），另一
对线灯在可控硅的触发极与阴极之间触发一下（正电源接G，负电源接K），接在可控硅两端的对线灯能亮且维持。
15. 三相全控桥可以有哪两种工作状态？ 三相全控桥可以工作在整流状态和逆变状态。 16．何为理想灭磁曲线？ 在灭磁过程中，励磁电压反向并保持恒定，励磁电流按直线规律衰减，直到励磁电压和电流为零。
17．三相全控桥共有几个桥臂元件？其触发脉冲应是怎样的？同一时刻有几个桥臂被触发导通？ 三相全控桥共有六个桥臂元件，其触发脉冲按照+A→-C→+B→-A→+C→-B的顺序，同一时刻至少有两个桥臂被触发导通，在换流时有三个桥臂导通。
18．脉冲变压器绝缘不良对励磁装置有何影响？ 脉冲变压器绝缘不良时，脉冲变一次侧的高压电会窜到二次侧控制回路，将造成调节器或脉冲回路器件损坏，严重的会引起励磁装置误强励。
19．V/F限制的作用是什么？其动作结果？ 防止机组在低速运行时，过多地增加励磁，造成发电机和变压器铁芯磁密度过大而损坏设备。V/F限制的动作结果就是机端电压随频率的下降而下降，当频率下降到很低时，励磁装置就逆变灭磁。
20．欠励限制的功能是什么？ 由于电网的要求，机组有时需要进相运行（吸收系统无功），但机组过分进相又可能引起机组失磁或其它不良影响，故需要对欠励进行限制。按照机组进相运行时无功与有功的对应关系，在一定量的有功时，限制无功进相的程度，此时，调节器就不能再减磁了。
发电机失磁对系统的影响主要有:
发电机在运行中由于某种原因失去励磁电流，致使转子的磁场消失，称之发电机失磁。失磁后的发电机若不从电网上解列，则将进入以某一转差与电网保持联系并带一定的有功功率的异步运行状态。从提高供电可靠性和不致即刻致使电网发生大的有功功率缺额的观点上看，失磁后的汽轮发电机最好不立即从系统解列而维持一段时间在电网上运行，使我们有可能寻找失去励磁的原因并恢复励磁。因此，无励磁异步运行，作为一种过渡的运行方式有很大的实际意义。 同步发电机失磁故障（突然部分或全部失去励磁）占机组故障比例最大，它是电力系统常见故障之一。特别是大型机组，励磁系统的环节较多，造成励磁回路短路或开路故障的几率增大，例如励磁回路或励磁调节器装置故障、励磁开关误断开等原因均会导致发电机失磁。通常，这类故障能较快消除或切换至备用励磁机恢复励磁。 发电机失磁以后，向电网送出的有功功率大为减少，同时从电网中吸收大量无功功率，其数值可接近和超过额定容量，造成电网的电压水平下降。当失磁发电机容量在电网中所占比重较大时，会引起电网电压水平的严重下降，甚至引起电网振荡和电压崩溃，造成大面积的停电事故。这时，失磁电机应靠失磁保护动作或立刻从电网中解列，停机检查；当失磁发电机在电网容量中比重较小，电网可供其所需的无功而不致使电网电压降得过低时，失磁发电机可不必立即从电网解列。
1 无励磁运行对发电机本笛和电网的影响 1．1 发电机失步，将在转子的阻尼绕组（若有时）、转子体表面、转子绕组（经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭合）中产生差频电流，引起附加温升。此电流在槽楔与齿壁之间，槽楔与套箍之间，以及齿与套箍的接触面上，都可能引起局部高温，产生严重的过热现象，危及转子的安全。 1．2 同步发电机异步运行，在定子绕阻中将出现脉动电流，它将产生交变的机械力矩，使机组产生振动，影响发电机的安全。 1．3 定子电流增大，可能使定子绕组温度升高。 1．4 发电机失磁前向系统送出无功功率，失磁后从系统吸收无功功率，这样将造成系统较大的无功功率差额，使系统电压水平下降，特别是失磁发电机附近的系统电压将严重下降，威胁安全生产。 1．5 上述无功功率差额的存在，将造成其它发电机组的过电流。失磁电机与系统相比，容量越大，这种过电流越严重。 1．6 由于过流，就有可能引起系统中其它发电机或元件故障切除，以致
进一步导致系统电压水平的下降，甚至使系统电压崩溃而瓦解。
2 无励磁运行时表计的指示变化与原因 2．1 转子电流表的指示为零或接近于零。 当发电机失去励磁后，转子电流迅速地依指数规律衰减，其减小的程度与失磁原因，剩磁大小有关。当励磁回路开路时，转子电流表指示为零；当励磁回路短路或经小电阻闭合时，转子回路有交流电流通过，直流电流表有指示，但指示值很小。 2．2 定子电流表的指示升高并摆动。 失磁后的发电机进入异步运行状态时，既向电网送出有功功率，又从电网吸收无功功率，所以造成电流指示值的上升。摆动的原因简单地说是由于转子回路中有差频脉动电流所引起的。 2．3 有功功率表的指示降低并摆动。 异步运行发电机的有功功率的指示平均值比失磁前略有降低，这是因为机组失磁后，转子电流很快以指数曲线衰减到零，原来由转子电流所建立的转子磁场也很快消失，这样作为原动机力矩的电磁转矩也消失了，“释载”的转子在原动机的作用下很快升速。这时汽轮机的调速系统自动使汽门关小一些，以调整转速。所以在平衡点建立起来的时候，有功功率要下降一些。有功功率降低的程度和大小，与汽轮机的调整特性以及该发电机在某一些转差下所能产生的异步力矩的大小有关。 2．4 机端电压显著下降，且随定子电流摆动。 由于定子电流增大，线路压降增大，导致机端电压下降，危及厂用负荷安全稳定运行。如在发电机带50％额定功率时，6．3kV母线电压平均值约仍为失磁前的78％，最低值达72％。 2．5 无功功率表指示负值，功率因数表示指示进相。 这是由于失磁后的发电机的无功，由输出变为输入而发生了反向，发电机进入定子电流超前于电压的进相运行状态而造成的结果。 2．6 转子各部门温度升高。 异步运行发电机的励磁绕组，阻尼绕组、转子铁芯等处产生滑差电流，从而在转子上引起损耗使温度升高，特别是在转子本体端部，温升更高，它们的大小与异步电磁转矩和滑差成正比，严重时将危及转子的安全运行。
3 发生发电机无励磁异步运行时的处理原则 发电机发生失磁后的处理方法各厂结合实际试验数据一般都有具体的规定。原则上应掌握以下二点： 3．1 对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网上解列，以避免损坏设备或造成系统事故。 3．2 对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运行规定执行，一般要进行以下操作： a 迅速降低有功功率到允许值（本厂失磁规定的功率值与表计摆动的平均值相符合），此时定子电流将在额定电流左右摆动。 b 手动断开灭磁开关，退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置。 c 注意其它正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定，必要时按电机允许过负荷规定执行。 d 对励磁系统进行迅速而细致的检查，如属工作励磁机问题，应迅速启动备用励磁机恢复励磁。 e 注意厂用分支电压水平，必要时可倒至备用电源接带。 f 在规定无励磁运行的时间内，仍不能使机组恢复励磁，则应该把发电机自系统解列。 发电机失磁后短时间内采用异步运行方式，继续与电网并列且发出一定有功功率，对于保证机组和电网安全、减少负荷损失均具有重要意义。在实际的机组运行过程中，运行人员应结合失磁时的各种现象作出准确判断和果断处理，确保机组的安全、稳定、经济地运行。
（转载）同步发电机静止励磁装置的故障分析与处理
摘 要：励磁系统是同步发电机的重要配套装备,良好的励磁系统对改善电力系统运行有着重要的意义。根据同步发电机静止励磁装置的运行状况及其特点，详细分析了该装置在运行过程中可能出现的故障、判别方法，以及所采取的相应处理措施。 关键词：同步发电机;励磁系统;三相半控桥;故障;措施
0引言
电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化是影响电网的电压水平和并联运
行机组间无功功率的分配的主要因素，良好的励磁系统在保证电能质量、无功功率的合理分配及提高电力系统运行的可靠性方面都起着十分重要的作用。 可控硅静止励磁装置是一个可自动调节的励磁系统，它把电力系统信号经过一定的变换后，作为调节器的输入信号，并与给定信号相比较，产生相应的脉冲信号去控制功率单元的输出，达到自动调节系统无功功率的目的。实践证明该系统性能可靠，能及时并准确响应机端电压的变化，满
足系统自动调节的需要，但在长久的运行过程中，也会出现一些故障，下面对此作一简要
的分析与处理。
1可控硅静止励磁装置原理 以自并励励磁系统为例,该系统的励磁功率来自于发
电机本身,通过机端的整流变压器（T1）以及三相可控硅整流桥（KP）向转子提供一个可调节的直流电流，实现自并励励磁。系统的结构如图1所示。 图中TC、CF、YC、QL、GL分别代表励磁装置的调差、测量放大、移相触发、欠励限制、过励限制单元。
当发电机组处于单机运行时，励磁系统通过不断改变励磁电流的大小,可以维持发电机端电压恒定。其调节过程为：当发电机负荷增大时，电枢反应增强会引起机端电压下降，而机端电压通过电压互感器传送至检测放大单元，在与给定电压进行比较得到一个偏差信号并放大后，产生控制电压信号Ug，再输入移相触发单元，使移相触发脉冲相位随着Ug的增大而前移，控制角α减小，可控硅桥输出增大，即励磁电流增大，发电机端电压相应升高，实现了电压的自动负反馈调节，可简单表示为负荷增大→端电压UG降低→控制电压Ug降低→控制角α减小→励磁电流IL增大→发电机端电压升高。若发电机负荷减小，调节过程则相反。 当发电机并网运行时，可以利用励磁装置调节发电机输出的无功功率大小，从而稳定系统的电压水平。 另外为保证发电机组的正常安全运行，励磁系统还应设有过励限制、欠励限制、空载过电压和空载低频保护等措施。
2常见故障分析及处理 根据运行实践经验表明，在实际运行过程中，常出现如
下的一些故障现象。
2.1整流变压器高压熔丝熔断 故障现象：在整流变压器高压侧熔丝熔断造成变压器原边缺相时，将造成：一方面使调节器失效（因为此时变压器副边相位发生变化，同步关系遭到破坏）；另一方面造成可控硅失控，整流桥输出下降太大。 处理措施：发生上述情况均无法满足发电机继续运行的条件，应停机处理，及时更换熔丝。
2.2发电机并网运行时无功波动大 并列运行的同步发电机，在电力系统无功负荷发生变化时，将引起各机组间无功负荷的重新分配，如果自动调节励磁装置的调差系数调整得当，可以实现无功负荷的合理分配，使无功潮流合理分布，电网损耗最小，实现优化运行。根据励磁系统工作原理，满足机组运行的条件有： 1）机端并列运行的发电机应具有相同的正调差系数，以便合理分配无功负荷； 2）负调差系数的发电机可通过变压器在高压母线上并列运行，但不允许在机端并列运行； 3）在机端并列运行的无差发电机不得多于一台。 故障现象：在发电机并网后，带上一定的无功负荷，如发现随着系统电压的波动，机组的无功调节过于灵敏，且无功功率表、功率因数表、励磁电压表摆动频繁，变化幅度也比其它并列机组大得多，则说明该励磁装置的调差率整定不合理。 处理措施：此时应检查这台发电机是正调差还是负调差，方法如下：先将调差波段开关放置0档，发电机并网后，带上一定的无功负荷（约为额定值的1/4~1/2,少带有功），再将波段开关
指到1档或2档，若此时发现发电机所带无功负荷下降，则为正调差，反之为负调差。对于并联在机压母线上的机组，应使用正调差，否则不仅无功变化频繁、变化幅度大，还给机组安全运行带来威胁，如若检验出是负调差，应立即停机更改调差电流互感器极性；若检验出为正调差，并伴有上述情况出现，应增大这台发电机的调差系数，使并列运行机组的无功分配较为合理。
2.3单相可控硅击穿 故障现象：发电机励磁系统主回路如图2所示。若发电机励磁装置工作正常，三相半控桥输出的励磁电压波形如图3所示。假设某相可控硅击穿，根据励磁装置的负反馈控制原理，应尽量维持励磁电流不变，使发电机机端电压和无功恒定。而此时由于故障相可控硅全开通，即使控制角α=180°，故障整流桥输出最小，励磁电压仍然维持较高。这样故障相可控硅一直导通，使α=180°时调节器对励磁电流失去控制，励磁电压波形如图4所示，励磁电流将大大超过额定励磁电流，并造成整流桥交流侧三相电流严重不对称，且产生较大直流分量，进而使励磁变压器激磁电流剧增，铁芯严重饱和，威胁到高压绕组的绝缘，烧毁设备；对发电机本身而言，三相半控桥一相可控硅击穿将导致发电机强励，发电机励磁电流、机端电压、无功电流都将异常增大。如果某相可控硅击穿时快速熔断器迅速熔断，使故障可控硅退出工作，调节器恢复对励磁电流的控制，由于调节器的自动调节作用，此时控制信号比原来的有所下降，即自动增大正常工作的两相可控硅开放角，使发电机励磁电流尽量维持原来数值（实际仍有所下降）,此时也引起整流变压器副边三相不平衡,其中一相过载,这时可降低发电机所带的无功负载。 处理措施：为减少上述故障的出现，对于整流桥应选用较好的可控硅器件，并装设阻容吸收装置以限制过电压；对于功率输出电路，可控硅元件和硅二极管均用快速熔断器作为短路保护，保证击穿时快速熔断器迅速熔断使故障元件退出工作，并装设熔断器完好性监视回路以便监测；对于励磁变压器和整流桥的选择应留有足够的裕度，确保在不对称运行时不烧毁设备。
2.4冷却风机故障 用于加强硅整流元件散热的冷却风机因故障停转时，应立即打开后门，临时用风扇对硅元件吹风，以增加其自然冷却效果；同时减少负载，在散热器表面温度不超过80°的情况下可继续运行，但必须尽快更换风机。为避免冷却风机三相电源保险一相熔断继续运行造成电动机烧毁，应装设风机断相保护，以便在断相时切断风机三相电源并发出信号。
3结束语 励磁装置是保证发电机和电力系统正常稳定运行的重要设备，为减少其故障
机率，工作环境必须是干燥无腐蚀性气体的场所；投入运行后，必须定期检修，将插件逐个拔出，清理里面灰尘；停机一段时间或大修后，必须对励磁装置进行开环试验，以确保运行安全。整流桥应选用较好的可控硅器件，如发生击穿，快速熔断器应迅速熔断，使故障可控硅及时退出励磁回路。此外，保证整流三相电源相序正常也是保证励磁装置正常工作的重要前提条件。为防备相位错乱、误操作、失控等引起的励磁装置的异常运行，还应对该装置设置一些必要的如过电压、过励、失磁等保护。
同步发电机可控硅励磁调节器原理及故障分析
青海杨华
一、电路分析
同步发电机励磁主电路见图1。同步发电机由主绕组F和励磁绕组L组成，励磁绕组是通过单相桥式半控整流供电。Z3是续流二极管，C5、R13、C6、R14、C7、R15等元件组成阻容保护电路。其控制电路由以下几部分组成：
1．比较环节：将发电机F输出的交流电经整流桥Z1、滤波器Rl、C1变为直流电，通过调压
电位器W加到由R2、R3、WGl、wG2组成的对称桥式比较回路。稳压管WGl、WG2作为标准比较电压。
2．检测桥的电路：当输入电J土Usr 3．稳定环节：由R4、R5、R6、R7、C2、C3组成防止系统振荡电路。 4．移相触发环节：由单结晶体管BT、稳压管WG3、电阻R8、R9、R10、电容C4、三极管BGl和脉冲变压器BM组成触发电路。从检测比较环节输出电压控制BGl对电容充电的快慢进行移相，移相后的脉冲经脉冲变J土器Bm加到脉冲分配环节。 5．脉冲分配环节：同步变压器的交流电压控制BG2、BG3轮流导通(每个导通半个周期)。同 步变压器的极性保证KGl承受正向电压时BG2导通，这样触发脉冲就通过BG2加到KGl控制极上，使得可控硅在承受反向电J土时不送入脉冲。 6．充磁和起励环节：由隔离二极管Z2、蓄电池E、限流电阻R、起励按钮QA组成。当发电 机无剩磁时，由蓄电池E充磁。 起励过程：由于发电机剩磁电压很低，因而控制回路无法工作，这样可控硅就得不到触发脉冲 而无法导通，所以必须另加他励环节，负责发电机起励。具体过程如下：按下起励按钮QA，这时发电机励磁绕组由蓄电池E充磁，这样就有交流电压输出。开始电压较低，因此比较环节工作在O－A段，其输出电压Usc随着发电机电压上升而增加，使BGl等效内阻减少，触发脉冲就前移，可控硅开放角逐渐增加，这样有助于起励。当发电机电压升至一定数值，比较环节就进入A-B段工作．这时随着发电机电压上升．其输出电压Usc反而减少。因而可控硅开放角也减少．一直升到额定电压就稳定工作。继电器J2在发电机电压升至大约90％额定电压时动作．将蓄电池切断，以免继续充磁使发电机电压过高而损坏可控硅。由于J2触点容量较小，所以利用网对常闭触点串并联使用。 恒压过程：当发电机电压偏离额定值时，若发电机输出电压Fu↑→同步变压器B1→检测桥输 出电压usc↓→BG1 Ube ↓→BGl Ic ↓→电容C4充电速度放慢↓一单结晶体管触发脉冲后移↓→可控硅导通角减少↓→勋磁线圈L电流减少↓→发电机输出电压Fu↓；反之发电机输出电压Fu ↑，从而自动调节励磁电流使发电机电压稳定。 7．低速过电流保护环节：当发电机转速下降或因其他原因使磁场电流超过规定值时，Jl动作，将触发器电源短路，可控硅立即关闭，发电机失压，避免可控硅过电流而损坏。 二、故障检修实例 ［例］发电机输出线电压只有90V，调节调压电位器W，电压只能降低而不能升高(电压在90V以下变化)。 调节调压电位器W，电压可以在90V以下范围变化，说明移相触发电路正常，故障可能出在 检测桥电路和脉冲分配环节。首先检查检测桥电路没有发现异常。当用万用表检查脉冲分配环节时，发现三极管BG2自勺L基极与集电极开路，造成脉冲信号无法到达KGl控制极而不能导通．因励磁线圈两端电压为UL=0.45Un+COSα／2(UL为励磁电压，Uf为发电机反馈电压)，励磁电压减少，达不到额定值，所以发电机的电压无法调高，用同型号的三极管换上后试机电压可调到450V。 ［例2］发电机输出电压忽高忽低。首先检查防振荡电路，重点检查电阻R4～R7、电容C2、 C3．发现电容C3的一只脚腐蚀断，补焊好试机电压正常。在实际修理中发现当调压电位器W接触不好或灰尘多时也可能造成以上故障。 大型汽轮发电机励磁方式选型 【摘 要】 通过对大型汽轮发电机励磁方式的应用比较，从发电机励磁系统对电力系统稳定性、继电保护、发电机轴系安全性等的影响以及经济性等方面进行论述，提出大型发电机组推荐采用自并励励磁系统。 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，励磁系统的性能直接影响发电机的运行特性。励磁系统性能的优劣，其各部件质量的好坏，是影响整个机组安全、经济、满发的重要因素之一。同时，励磁系统性能也对电力系统有一定的影响。 自并励励磁系统以其响应速度快，发电机轴系短，经济等特点，在国外大型发电机组中早已得到广泛的应用。而在我国，过去由于电网相对较弱，大容量发电机组采用自并励励磁系统，如在发电机出口三相短路可能对系统稳定造成威胁，因此较少采用。但是近年来，我国电力发展迅速，电网容量不断扩大，国内大型发电机组采用自并励励磁系统方式已经得到广泛的应用，且其优越性得到进一步的证实。本文希望通过对各种励磁系统方式的比较和分析研究，从而推广大型发电机组采用自并励励磁系统。 1 励磁系统方式 目前，国内外600MW及以上大机组励磁系统主要有以下几种方式。 1.1 无刷励磁系统 它由带旋转整流器的交流励磁机、永磁副励磁机及自动电压调节器等几部分组成。国际上运行中的汽轮发电机主要采用无刷励磁的公司有：西屋、三菱、GEC－阿尔斯通、西门子等，所有这些公司往往同时使用2种甚至3种励磁方式。国内上海电机厂、哈尔滨电机厂的600MW汽轮发电机励磁系统，均采用西屋公司的高起始响应的无刷励磁系统，并具有一定的运行经验。 1.2 自并励励磁系统 用发电机端电压经励磁变压器，并采用静态可控硅提供发电机励磁电源。国际上使用自并励励磁系统的公司主要有：ABB、美国GE公司、罗－罗(R－R)、东芝、日立等。国内东方电机厂引进的日立技术，亦为自并励励磁系统。东方电机厂与日立公司合作设计的600MW汽轮发电 机，第1台以日立公司为主生产，供邹县电厂5号机，第2台以东方电机厂为主生产，供邹县电厂6号机，两台机的励磁系统均为自并励励磁系统。哈尔滨电机厂和上海电机厂也将生产配套600MW发电机组的自并励励磁系统。 1.3 P棒励磁系统 在发电机定子槽内埋设专供励磁电源的线棒，主要制造厂商为GE公司。 2 采用自并励励磁系统的可行性 从自并励励磁系统在国内外的应用情况来看，自并励励磁方式已成为许多国家优先选用的主要励磁方式，也是日本各电力公司公认的提高电力系统稳定性的基本措施，英国近年来新装机组也全部采用自并励励磁方式，并且将一些早期安装的交流励磁机改为自并励励磁系统，以提高电力系统稳定性。 从国内的情况来看，主要进口大机组多采用自并励励磁方式，如石洞口2×600MW机组，邹县电厂三期2×600MW机组等，所有机组并网运行后其自并励励磁系统的优越性受到用户的好评。 通过大机组并网运行的实践以及对大型汽轮发电机采用自并励励磁系统的可行性分析，目前已普遍得出一个共性的结论，即随着电力网规模的不断扩大，大型汽轮发电机采用自并励励磁系统是可行的。 以沁北电厂为例，沁北电厂为2×600MW机组，采用自并励励磁系统，为了确保不影响系统稳定，沁北有限责任公司特委托中国电力科学研究院就《沁北电厂2×600MW发电机励磁装置采用自并励时对系统稳定的影响》做了详细的数学模型分析计算。结果表明，采用自并励励磁系统，可以保证沁北电厂2台600MW汽轮发电机电力的安全稳定外送。 2.1 对系统暂态功角稳定的影响 从暂态功角稳定要求考虑，大型汽轮发电机推广采用自并励励磁系统是可行的。在电网中，个别发电机采用自并励励磁系统时，当高压出口三相短路，在较低强励倍数下(在80％额定机端电压时，强励倍数为1.6倍)，暂态功角稳定水平与常规励磁系统相比，基本相同，而全网均采用自并励励磁系统时，在低强励倍数下，暂态功角稳定水平优于全网机组均采用常规励磁系统。强励倍数提高后，自并励系统的优势明显。 表1、2是1988年11月电力科学研究院对沁北电厂暂态功角稳定的计算结果。 由表1、2可见，沁北电厂600MW发电机采用自并励励磁系统，可以满足系统的大干扰稳定，与采用常规三机励磁系统相比，暂态功角稳定水平不会降低。采用强励倍数1.6的自并励励磁系统，在故障切除后的暂态稳定过程中功角摆动的最大值，除故障1(沁北电厂出口三相永久故障)比常规励磁强励2倍时的功角摆动最大值略大(0.14～0.2度)外，其余均优于常规励磁，响应的功角摆动最大值略小(0.22～1.93度)。采用强励倍数2的自并励励磁系统，其暂态稳定水平优于常规励磁强励2倍时的效果。 2.2 对系统暂态电压稳定的影响从暂态电压稳定要求出发，大型汽轮发电机推广采用自并励励磁系统也是可行的。它不会降低系统的暂态电压稳定水平，而且可以提高系统的暂态电压稳定水平，甚至可以使某些条件下暂态电压不稳定的系统变为稳定。在对自并励考验最严峻的故障方式下(电厂高压线路出口三相短路)，在较低强励倍数(在80％额定机端电压时，强励倍数为1.6倍)时，该机组配备自并励励磁系统时的电压水平与常规励磁系统相比基本相同，而全网均采用自并励励磁系统时，可以提高系统的暂态电压稳定水平。强励倍数提高后，改善电压稳定的效果明显。1998 年11月电力科学院对沁北电厂大干扰系统电压计算结果列于表3～6。表中Vmin为故障切除后的电压最小值，ΔT为故障切除后电压恢复到0.9p.u.所需要的时间。从计算结果看，河南省网500kV线路在大干扰故障切除后，主要枢纽点电压最低值都在0.7p.u.以上，且其电压恢复很快。从表3～6可见，在大干扰故障切除后，采用自并励励磁系统，比采用常规励磁系统的电压恢复要快。 因此，沁北电厂发电机采用自并励励磁方式，发电机具有较高强励电压倍数只会对系统的暂态电压稳定水平有所改善，而不会对系统电压的暂态稳定带来不良影响。 2.3 对继电保护的影响 自并励励磁方式对继电保护是有影响的，特别是对发电机的后备保护。但是实际上，对于600MW机组经封闭母线接到主变压器后直接接入电网的接 线方式，虽然由于采用了自并励励磁方式在发电机机端多了一个故障元件(励磁变压器)，但由于发电机出口三相短路的几率很小，一般是不考虑真正的机端故障(若真是机端故障，那么差动保护会在几十毫秒切除发电机)，考虑到最严重的故障形式应是主变压器高压侧三相短路。对于这样的短路形式，也很少出现，而且一旦出现，机组的快速差动保护能正确动作，短路电流不会影响继电保护动作。对后备保护，当发电机外部发生对称或不对称短路时，机端电压下降，励磁电流也随之减小，发电机短路电流衰减很快，会对后备保护带来影响，但此问题可由发电机保护装置本身来解决，如过电流记忆的低电压保护、自保持的过电流保护、电压控制的过电流保护等，这些保护装置延时元件不再受电流值变化的影响，作为后备保护能可靠地动作并切除短路故障。 电科院对沁北电厂机端暂态过程中短路电流计算结果见表7。从表7可知，在0.5s之内，短路电流仍在额定电流1.8倍以上，可以保证主保护(差动保护和过流速断)的正确动作。但是随着时间的加长，短路电流将进一步下降，1.0s后将小于额定电流，低压过流加延时的后备保护将不可能正确动作，因此应当加以改进。例如，可以采用阻抗继电器作后备保护，或采用带电流记忆的低电压过流保护等。 在机端三相短路时，励磁变输出电压为0，因此增加自并励强励倍数时，机端永久三相短路故障的发电机电流衰减，基本没有影响。 因此，沁北电厂发电机采用自并励励磁系统，不会影响主保护的可靠动作，也可以保证后备保护正确动作，切降故障。 2.4 对发电机轴系安全的影响 随着汽轮发电机组单机容量增大和电网容量不断扩大，运行中不断出现新的问题，其中之一是机组轴系扭振问题。到目前为止已出现过好几起发电机轴系破坏事故，从已发生过的事例看，大轴损坏事故都发生在发电机与励磁机之间或励磁机与副励磁机之间。由于自并励励磁方式没有同轴旋转的励磁机和副励磁机，比无刷励磁方式缩短了发电机大轴，减少了轴系固有扭振模式，大大降低了轴系扭振损坏的可能性，提高了整个机组的安全稳定性。到目前为止，尚未发生过自并励励磁的汽轮发电机组轴系扭振破坏事故。 因此，在评估励磁系统时，除了在电气性能上满足电力系统运行要求外，在结构上也应有利于发电机组本身的安全运行。对励磁系统性能进行分析比较时，励磁系统对发电机轴系安全的影响应当是选择励磁方式时一个不可忽视的因素。故发电机选用自并励励磁系统对改善发电机轴系的安全运行是十分有利的。 3 自并励励磁方式和旋转励磁方式比较 3.1 主要性能参数 国产600MW发电机采用无刷励磁系统或自并励励磁系统均能满足发电机的要求，如强励倍数2倍(自并励励磁系统机端电压为80％额定电压)，电压响应比3.5倍/s，强励时间20s等。 3.2 结构特点 无刷励磁系统取消了集电环和碳刷，彻底消灭了环火，并且根除了碳刷碳粉的污染，省掉了碳刷、集电环的磨损更换，降低了噪声，减少了维护工作量。所以特别适用于大容量(大励磁电流)的机组；全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动干扰，可靠性高；取消了灭磁开关，消灭了由灭磁装置引起的故障或事故，但是，由于无刷励磁系统只能在主励磁机磁场回路中设置灭磁装置，发电机只能靠自然衰减灭磁，因而发电机的灭磁时间较长。同时，由于旋转部件较多，主、副励磁机，整流装置均与大轴同时旋转，相对于静止的变压器，故障几率高，并且维护工作量较多；励磁系统故障时，停机时间长，因此要求励磁装置各部件必须十分可靠；轴系较多，机组容易发生振动；由于旋转整流器需进口，故机组成本较高。自并励励磁系统的静止可控硅整流通过碳刷和集电环供给发电机励磁电流，故碳刷和集电环的维护工作量相对较大。但是自并励励磁系统由于没有旋转整流器、主励磁机、副励磁机等 旋转部件，因而接线简单，工作可靠；同时由于没有旋转整流器，以及励磁机和副励磁机，因而使发电机组的轴系缩短，减少了两个连接环节，因而减少了轴系固有扭振模式，大大降低了轴系扭振的振动幅值，提高了轴系稳定性。此外，缩短了汽轮发电机组基 座长度也使投资减少。从1984～1988年大型汽轮发电机励磁系统事故统计资料上，我们可以知道，励磁装置旋转部分事故占国产励磁事故总数的28.2％，远大于功率整流器的事故率(7.6％)。因此，发电机采用自并励励磁系统可提高发电机运行的可靠性。 3.3 运行维护特点 无刷励磁系统全部励磁功率取自轴系，所以励磁电源独立，不受电力系统电压波动干扰，强励能力不受发电机短路和电网电压大幅度下降的影响，可靠性高。自并励励磁系统正常运行时由于自动电压调节器调节可控硅导通角，从而直接调节供给发电机转子绕组的励磁电流，所以调节快速；而采用旋转励磁时，则自动电压调节器是调节旋转交流主励磁机自产磁场回路，其时间常数长。 自并励励磁系统励磁响应速度快，其强行励磁时起始电压响应速度比较高，对于远距离输电满足电力系统动态稳定要求是非常有利的。虽然在发电机变压器组高压母线近处发生三相短路时，机端电压大幅下降，强励倍数受到影响，对系统稳定性有影响，但因电网都配有快速动作的继电保护装置及快速断路器，能够将短路故障快速切除，一旦故障切除，发电机端电压即迅速恢复，由于其调节速度快，转子励磁电压在几个周波内就达到顶值。因此自并励励磁系统对改善暂态稳定效果比无刷励磁系统效果好。 对于静态稳定，与旋转励磁系统相比，自并励励磁可以有较大的电压放大倍数，能使发电机达到更大的极限功率角，从而可以提高电力系统的静态稳定。 3.4 安装维护特点 对无刷励磁系统，其整流器组件安装要求高，正常运行时维护工作量小，但故障检修工作量通常更多。 对自并励励磁系统，其安装较为简单，但维护工作量较大。必须经常性的对集电环－碳刷系统进行检查和精心维护，如维护不当会引起局部过热，产生火花和烧坏，碳粉清理当将降低励磁回路绝缘可靠性。 3.5 监测和保护特点 对无刷励磁系统，无法用常规方法测量转子电压和电流，监视发电机励磁回路的绝缘。但对自并励励磁系统，就不存在这一问题。 3.6 经济性 前面已经提到，由于无刷励磁系统旋转整流元件需进口，价格昂贵；此外，由于自并励励磁系统无主、副励磁机及旋转整流装置在发电机的大轴上，从而缩短了发电机组的轴系，降低了发电机的造价；同时，缩短了汽轮发电机组基座长度也使投资减少。 总之，采用自并励励磁系统发电机组比采用无刷励磁系统发电机组造价低，性能价格比高。 综上所述，国产600MW发电机组推荐采用自并励励磁系统。 同步电机工作原理 · 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 · 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 · 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 · 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。直流发电机的工作原理直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流 电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。交流发电机的工作原理 转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场（称为转子磁场），其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。发电机带对称负载运行时，三相电枢电流合成产生一个同步转速的旋转磁场。定子磁场和转子磁场相互作用，会产生制动转矩。从汽轮机输入的机械转矩克服制动转矩而作功。发电机可发出有功功率和无功功率。所以，调整有功功率就得调节汽机的进汽量。转子磁场的强弱直接影响定子绕组的电压，所以，调发电机端电压或调发电机的无功功率必须调节转子电流。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容