发电机励磁系统及其基本性能和保护

（1）励磁机种类

励磁机种类如下所示：

（2）励磁系统的一般规定

1）励磁系统的电流和电压不大于1.1倍额定值的工况下，其设备和导体应能连续运行。励磁系统的短时过励磁时间应按照发电机励磁绕组允许的过负荷能力和发电机允许的过励磁特性限定。

2）励磁系统的电气设备和导体的介电强度应满足发电机自动灭磁过电压、定子异常运行和暂态传变过电压、可控整流器换弧尖峰过电压的要求，必要时应装设励磁过电压保护。

3）励磁系统顶值电压倍数、允许强励时间和电压响应比应符合以下规定：

① 励磁系统的顶值电压倍数宜为1.8～2倍额定励磁电压；当有特殊要求时，可与制造厂协商确定。

② 励磁系统允许的强励时间：

对空气冷却励磁绕组的汽轮发电机，在2倍额定励磁电压时应不小于50s；

对水内冷和氢内冷励磁绕组的汽轮发电机，在2倍额定励磁电压时应不小于10s。

③ 常规励磁系统的电压响应比应不小于2倍/s；对高起始响应励磁系统，当电压增量达到顶值电压与额定励磁电压之差的95%前提下，相应的响应时间上升值应不大于0.1s，下降值应不大于0.15s。

4）励磁系统控制用的交流和直流电源的电压偏差为额定值的+10%～-15%，当额定频率为50Hz时，频率偏差在+2～-3Hz范围之内时，励磁系统应能保证同步电机在额定工况下连续运行。

5）发电机应按以下规定装设自动灭磁装置：

① 12～50MW的发电机，可采用发电机励磁绕组对电阻放电的灭磁方式，也可采用对消弧栅放电的灭磁方式；在励磁机励磁回路可采用串联接入灭磁电阻的方式。

② 对大、中型发电机和励磁机的励磁回路，可采用对电阻或非线性电阻放电的灭磁方式；当为可控硅整流桥时，机组故障继电保护动作灭磁时，应采用继电保护跳灭磁开关经电阻或非线性电阻灭磁；正常停机时可采用逆变灭磁。

6）发电机励磁回路的灭磁电阻可约为励磁绕组热状态电阻值的4～5倍。电阻长期热稳定电流宜为0.1～0.2倍发电机额定励磁电流。采用消弧栅放电的灭磁方式时，在灭磁过程基本结束后应在励磁绕组上并联接入异步电阻。异步电阻的参数可与上述发电机灭磁电阻相同。异步电阻还可供作过电压限制器的串联电阻。

7）励磁机励磁回路串联接入的灭磁电阻可约为励磁机励磁绕组热状态电阻值的10倍。

8）单机容量为300MW及以上的发电机，可不装设手动调整励磁装置，但自动调整励磁装置中应设有保证发电机励磁电压从空载励磁电压的20%至额定励磁电压的110%范围内稳定平滑的调节单元。

9）励磁回路仪表的上限值不得低于额定工况的1.3倍。仪表的综合误差不得超过1.5%。发电机励磁绕组电流表宜经变送器接入。

10）发电机励磁绕组回路应串接供试验时接入标准仪表用的试验连接板。

11）励磁回路正常工作时应为不接地系统。励磁回路的连接导体可为电缆或硬母线。当采用电缆连接时，导体的正、负极不允许共处于一根电缆内。

（3）励磁系统的基本性能

1）当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定值的1.1倍时，励磁系统应能保证能长期连续运行。

励磁顶值电压倍数应根据电网情况及发电机在电网中的地位确定。

① 100MW及以上汽轮发电机一般为1.8倍；

② 50MW及以上水轮发电机一般为2倍；

③ 其他一般为1.6倍。

对于励磁电源取自发电机端的电势源静止励磁系统，其励磁顶值电压倍数应按80%的发电机额定电压计算。

2）励磁系统的顶值电流应不超过2倍额定励磁电流，允许持续时间应不小于10s。

3）励磁系统标称响应规定如下：

① 50MW及以上水轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机励磁系统的标称响应不低于每秒2倍额定励磁电压；

② 其他不低于每秒1倍额定励磁电压。

4）励磁系统的自动电压调节功能应能保证在发电机空载额定电压的70%～110%范围内稳定、平滑地调节。

5）励磁系统的手动励磁调节功能应能保证同步发电机励磁电流在空载励磁电流的20%到额定励磁电流110%范围内稳定地平滑调节。

6）同步发电机在空载运行状态下，自动电压调节器和手动励磁调节器的给定值变化引起发电机电压变化的速度在每秒0.3%～1%的发电机额定电压之间。

7）励磁系统应保证同步发电机无功电流补偿率（无功电流调差率）的整定范围不小于±15%。

8）励磁系统应保证同步发电机端电压的静差率不大于±1%。

9）励磁系统应保证在发电机空载运行状态下，频率变化为额定值的1%时，端电压变化率不大于额定值的±0.25%。

10）在空载额定电压情况下，当发电机电压给定阶跃量为+10%时，发电机电压超调量应不大于阶跃量的50%，振荡次数不超过3次，调节时间不超过10s。

11）当同步发电机100%电压起励时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得超过额定值的15%，电压振荡次数不超过3次，调节时间应不超过10s。(www.xing528.com)

12）在额定功率因数下，当发电机突然甩额定负荷后，发电机电压超调量不大于15%额定值，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s。

13）自动电压调节器按用户要求可以全部或部分装设以下附加功能：

① 电压互感器断线保护；

② 无功电流补偿；

③ 过励限制；

④ 欠励限制；

⑤ V/Hz限制；

⑥ 电力系统稳定器（PSS）；

⑦ 过励保护；

⑧ 定子电流限制；

⑨ 其他附加功能。

14）当励磁电流小于1.1倍额定值时，励磁绕组两端所加的整流电压最大瞬时值不应大于规定的励磁绕组出厂试验电压幅值的30%。

15）同步发电机励磁回路应装设转子过电压保护，保护发电机转子和励磁装置本身。

16）励磁系统应有灭磁功能，能在正常和下述非正常工况下可靠地灭磁：

① 发电机运行在系统中，其励磁电流不超过额定值，定子回路外部短路或内部短路；

② 发电机空载误强励（继电保护动作）。

17）励磁系统中的功率整流器，其冗余度可按全部功率整流器的并联支路中有一个支路退出运行后，剩余支路仍能满足发电机的所有运行工况要求，功率整流装置的均流系数应不小于0.85。

18）选用励磁变压器时应有以下考虑：

① 变压器的容量应按照GB/T 18494.1考虑整流器产生的特征及非特征谐波损耗使变压器产生附加发热的影响；

② 励磁变压器的原、副边绕组间应设有屏蔽层，并可靠接地；

③ 选用干式变压器时，变压器柜体防护等级不宜高于IP21。

19）静止励磁系统应能可靠起励，起励电源可采用直流或交流整流电源。

20）励磁系统应设有必要的信号及保护，以监视励磁系统运行状态和防止故障。

21）对励磁系统及其部件绝缘耐电压试验能力的要求：

① 与发电机磁场绕组直接联结或经整流器相联结的电气组件（交流励磁机见JB/T 7784），当额定励磁电压等于或小于500V时，其出厂试验电压值为10倍额定励磁电压，最低不小于1500V。而当额定励磁电压大于500V时，其出厂试验电压为2倍额定励磁电压加4000V；

② 现场交接试验电压为出厂试验电压，参照GB 50150；

③ 试验电压以波形畸变系数不大于5%的工频交流正弦电压有效值计，耐电压时间为1min；

④ 对其余不与励磁绕组直接连接的电气与电子组件的要求按照GB 3797的规定执行。

22）同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各部位的温升不得超过表20-14所列数据。其余按照GB 6450、GB 3797、GB 1094和GB/T 18494.1四项标准规定。

表20-14 励磁系统各部位温升限值

23）励磁系统屏柜的噪声应不大于80dB（A）。

24）励磁系统年强迫切除率应不大于0.2%。

25）电力系统稳定器应满足下述要求：

① 有快速调节机械功率要求的机组应选择具有防止反调功能的电力系统稳定器模型；

② 应提供试验用信号接口；

③ 具有输出限幅功能；

④ 具有手动和自动投、切功能；

⑤ 当采用转速信号时应具有衰减轴承扭振信号的滤波措施。