发电机励磁基础知识
发电机励磁基础知识讲座
第一讲 发电机和三相交流电路
一、同步发电机的基本原理:
1.电磁感应定律:导线在磁场中运动切割磁力线,在导线两端产生感应电势。线圈在磁场里运动,如通过线圈截面的磁力线(或磁通)发生变化,在线圈也会感应电势,其感应电势:
d φ e =N dt
式中:e ----线圈两端的感应电势;
N ----线圈的匝数;
φ---- 通过线圈的磁通。
从式中看到感应电势的大小与线圈的匝数成正比;与磁通的变化率成正比(也就是发电机的旋转速度成正比)
2.一个矩形线圈在单(对)极磁场转动的感应电势:
下图为一个矩形线圈在单极磁场转动时,在不同位置产生的电势,
从图中看到:在当线圈转动到1和5位置时,线圈面的垂直方向与磁力线方向平行,因导线没有切割磁力线,线圈输出电压为零;当线圈逆时针转动到3和7位置时,线圈面的垂直方向与磁力线方向垂直,导线垂直切割磁力线,线圈输出电压达到最大值,输出电压的瞬时值按正弦规律:
e =Em sin α
式中:e ----线圈处在某一位置感应电势的瞬时值
Em ----感应电势的最大值
α----线圈面的垂直方向与磁力线方向的夹角
α角称为电角度,它直接影响感应电压的大小和方向,如果我们把线圈从1位置逆时针旋转到5位置,这时段输出电压定义为正的话,线圈从5位置逆时针旋转到1位置这时段输出电压就为负了。
上面我们讨论是单极(一对磁极),线圈在磁场中旋转一圈360°为一周期,如果是二对磁极,线圈在磁场中旋转一圈360°就完成了二个周期了;换句话来说:如果线圈在单对极磁场里以每秒钟50圈的速度旋转,在线圈感应的电
压交变频率50HZ,那么同样的线圈在二对极的磁场里旋转,如果还是需要输出交变频率50HZ 的话,线圈以每秒钟25
圈的速度旋转就可以了。
n =60f p
n ---- 线圈每分钟旋转的圈数
p ---- 磁极对数
f ---- 电势输出频率
这里可以看到:频率一定的前提下,在不同制造角度需要,如果允许有比较高的转速,磁极的对数可以造得很少(如汽轮发电机);反之如发电机的转速提不高,磁极的对数就要比较多(如水轮发电机)发电机的体积也比较大。
3.发电机:如上所述,不论是导线在磁场中运动切割磁力线,或是通过线圈的磁通量发生变化,在导线或线圈上都会产生感应电势。因为运动的位移是相对的,只要是通过线圈平面的磁通量发生变化,那就不论是线圈在磁场里旋转、或是磁场旋转相对线圈运动,其效果都是相同的,都会在线圈上产生感应电势。因为容量增大和引出线工艺的需要,实际上大部分发电机都是旋转磁场式的,在发电机中间旋转的磁场称为转子,在发电机外面的线圈称为定子。
为了充分利用发电机的几何空间,合理分配发电机线圈在发电机定子里的位置,绝大多数的发电机都是制造成三相的,发电机的定子里埋有三组线圈,在发电机的横截面看到三组线圈的安装位置是:B 组线圈比A 组线圈逆时针旋转后120°、C组线圈又比B 组线圈逆时针旋转后
120°,如图所示:
磁极在定子绕组里旋转时,三个线圈产生电压的瞬时值为:
eA =EmSin ωt
eB =EmSin (ωt −120°) …………………………式(1)
eC =EmSin (ωt −240°)
如前面所说,发电机制造时配合转速,需要造成多对磁极,为了提高输出电压可增加定子线圈的匝数;当发电机设计完毕制造出来以后,线圈的尺寸和匝数固定了,发电机的输出电压最大值仅与磁场强度B(也就是励磁电流成正比),励磁电流越大,机端电压就越高,调节励磁电流的大小就相当调节机端电压的大小。励磁系统的作用就是:通过检测,自动调节励磁电流大小,保持发电机电压恒定。
目前发电机的电压等级有:低压机组400V;
高压机组:6.3KV、10.5KV和13.8KV。
按原动机的结构发电机可以下几类:
a.汽轮发电机:它的主要能源是:燃烧煤、油、原子能,把水加热成高压过热蒸汽,利用高压过热蒸汽冲击汽轮机的转轮,带动发电机的转子(磁场)在定子内高速旋转,汽轮机把热能转变为动能、发电机再把动能转变为电能。
汽轮机的特点是:他的转速可以造得很高,所以磁场的极对数少,发电机的直径也小;为了提高机端电压发电机直径需小但机身可造得比较长。比较适合大、中型发电机组,单机容量可从数千KW(MW)到数10万KW(100MW)。
b.水轮发电机:是利用水的落差把势能转变为动能,水冲击转轮带动发电机转子,把动能转变为电能。根据实际地形落差的大小,水轮机也可分为混流式和贯流式。混流式用在落差比较大(水头比较高)地方,利用地形筑起水坝蓄水,把水位提升到几十到几百米,这种机形的机组相对转速比较高,直径也不算最大;贯流式机组则是落差比较小(几米到十几米),但水流量大(如拦河坝),这种机形的机组相对转速比较低,直径也大,大形机组直径可达十几米。水轮发电机的单机容量可从数百KW 到数10万KW(100MW)。
c.柴油发电机:是以柴油机为原动机,燃烧燃油为动力,带动发电机。这种发电机容量小,一般只有数KW 到数MW,仅用在工厂、医院、宾馆、商店或民用最多。
二、三相交流电路:
1.三相交流电路的瞬时值:
上面式(1)列出的是磁极在定子绕组内旋转定子绕组感应电势的瞬时值,机端电压可表示为:
uA =UmSin ωt
uB =UmSin (ωt −120°)
uC =UmSin (ωt −240°)
对纯电阻负载,在负载上的电流与电压同相位:
Um Sin ωt R
Um iB =Sin (ωt −120°) R
Um iC =Sin (ωt −240°) R iA =
对纯电感负载,在负载上的电流向量比电压向量滞后90°:
iA =Um Sin (ωt −90°) R
Um iB =Sin (ωt −120°−90°) R
Um iC =Sin (ωt −240°−90°) R
对纯电容负载,电流向量比电压相位超前90°:
iA =Um Sin (ωt +90°) R
Um iB =Sin (ωt −120°+90°) R
Um iC =Sin (ωt −240°+90°) R
在电力系统负载中最大量的是带电感的电阻性负载,它的特性是介乎于电阻负载和电感负载之间,负载上的电流相位比电压相位滞后一个相位角ψ,此时负载上的电流向量比电压向量滞后ψ:
iA =Um Sin (ωt −ϕ) R
Um iB =Sin (ωt −120°−ϕ) R
Um iC =Sin (ωt −240°−ϕ) R
上述电流、电压均为瞬时值,它是以最大值Um 随时间按正弦变化的,它只反映瞬时值和变化规律,实际上从工程计算均采用有效值,它们两者之间关系是: U 有效值=2U max 2
2Im ax 2
I 有效值=
2.三相电源的连接:
星形(Y)连接:把发电机三个绕组的末端X、Y、Z连于一点,这点叫发电机的中性点或零点,中性点的输出线叫中线或零线(零线通常接地)。从绕组始端A、B、C 引出线称为相线,这种联结方式称为星形连接或Y 连接,它输出A、
B、C、O 四根线,如下图所示,这种形式也称三相四线制,中性线可作安全接地,从理论上负载三相对称时中性线的电流是等于零的,但中线不许断开,也不能接入熔断器,否则当负载三相不平衡时,在负载端会出现中性点偏移,部分负载发生过电压现象,特别值得注意!
图中每个绕组两端的电压,即端点与中点之间的电压称为相电压U A 、UB 、
U C ;任意两绕组端点之间的电压称为线电压U AB 、UBC 、UCA ,它们的向量关系是:
当相电压是对称时,线电压也是对称的,线电压的有效值是相电压有效值的3倍,线电压的相位比对应相电压相位超前30°。
三角形(△)连接:接线如下图:
这种连接的输电方式称为三相三线制,没有零线,线电压等于相电压,在绕组闭合回路里因E A 、E B 、E C 的矢量和等于零,所以在负载对称情况下绕组回路中是没有环流的。但因为发电机实际负载不可能绝对平衡、加上交流发电机的电势通常不是纯正的正弦波,因此电势的矢量和不完全为零,所以这种接线很小使用。
3.三相负载的连接:
在负载端除了照明用电、小功率的电热和动力负载外,大量的动力和大功率的电热设备都是采用三相供电的。三相负载设备同样可以又星形(Y)连接和三角形(△)连接
星形(Y)连接:连接如下图,
在三相负载的连接中,负载上的线电压仍为相电压的倍,输入的线电流等于每相的相电流,中性线上的电流等于各相电流的矢量和,等于零。
U线=U 相
I 线=I 相
三角形(△)连接:接线如下图:
负载上的线电压等于相电压,负载上的相电流只有线电流的3/3:
U 相=U 线
I 相=I 线 3
三相负载功率计算:
P = 3 U相I 相Cos ϕ
或 P = 3 U线I 线Cos ϕ
ϕ是电流相位滞后于电压相位的相角差,Cos ϕ称为功率因数,功率因数反映有功分量和无功分量的比,当Cos ϕ=0.8时有功和无功的比为4:3;Cos ϕ=1即负载性质基本是阻性的,无功接近为零。
在供电系统里,供电部门规定:用户及输电线路的功率因数不能低于0.8,这是因为如果功率因数低(电流的无功分量增加,线电流增加)将会增加输电线路和输电设备(如电力变压器)的损耗。如果用户负载功率因数实在比较低的话,就必须自行进行功率因数补偿(电容补偿)。
三、发电机的并列运行
1.发电机的同期并列:
两个(或两个以上)电源并联,必须是两个电源电压瞬时值任何时刻都基本相同,这是因为电源的内阻抗是很小很小的,两个电源如果存在电势差,则它们之间就会形成很大的环流,这是不允许的。因此在发电机并入电网前必需对机端电压进行同期判别,务必使机端电压与系统电压之差符合以下三个条件: a.电压有效值之差(指PT 二次侧)小于±5%;
b.频率相同;
c.相位角的差:α<±5°
(用图显示α≠0时的瞬时电势差)
上述的三个条件是用同期继电器来判别的,当条件满足后输出一对接点或发出一个指令,驱动油开关合闸,完成并网过程。
同期的目的是为了避免非同期时,给电网和机组引起过大的冲击。
同期检测可以是三相,也可以是单相的;如果是单相同期检定就必须增
加一个条件:相序相同,否则单相同期也不一定三相都同期,这是十分重要的。
2.发电机的有功功率:
发电机的有功功率是由原动机来提供,原动机出力越大,所做的有功就越多;但对单机运行的发电机来说,由于受供电频率的限制,原动机的出力并非任意的,他必须受电力系统规定按50HZ 运行,并基本保持不变,这样对单机运行的发电机,需要发多少有功不取决于自己,而是取决于(用户)负载的大小,当发电机负载越重,转子的转速就会下降,这是因为负载上电流流过定子绕组其有功分量产生的力矩与原动机的转动力矩方向是相反的,要克服这种由有功负载而产生的阻力矩,保持转速不变就必需加大原动机的出力,维持转速(频率)不变,这任务是由调速器来完成的,它必须根据负荷的变化不断地调整原动机的出力(水轮机的开度)实现频率恒定。
如发电机并网运行,因电网容量是很大很大的,尤其是机组在电网中不是占主导地位的话,单凭一台机的出力是不足以把整个电网的频率提上去的,因此在发电机并网运行时,加大原动机的出力实际上是在电网中多承担一点有功,表现出来的是定子电流(有功分量)增加,功率因数提高(趋向于1)。
3.发电机的无功功率和电枢反映:
发电机电压的建立除了转子在定子线圈里转动,主要是靠转子的磁场来形成的,前面说过一台发电机在转速一定情况下,磁场强度(B)越强(励磁电流越大),发电机产生的电压就越高。对单机运行的独立系统,调节励磁是可以调节这独立电网电压的,但如果发电机是并网运行就有如调速器加大开度一样,发电机的转速也不会升高,只是把水轮机的出力转化为有功;发电机并网后增加励磁电流,因电网的容量很大很大,单台机机端电压升高是不可能把整个电网电压提上去的,表现出的是无功分量电流的增加,实际上是无功分配。励磁它本身并不做功的,励磁电流越大,所发的无功负荷就越多。
a. 当负载属纯电阻性时,
ϕ=0 Cos ϕ=1
无功功率:Q = 3 U线I 线Sin ϕ = 0
有功功率:P = 3 U线I 线Cos ϕ = 3 U线I 线
b. 当带有电感(或电容)的电阻性负载时,
ϕ≠0 电感负载ϕ≥0 电阻负载ϕ≤0
P = U线I 线Cos ϕ
Q = U线I 线Sin ϕ
感性负载时ϕ≥0,Q 为正值表示输出无功;容性负载时ϕ≤0,Q 为负值表示吸收无功。 c. 纯电感负载时,ϕ=π
2
P = U线I 线Cos ϕ=0
Q = U线I 线 d. . 纯电容负载时,ϕ=−π
2
P = U线I 线Cos ϕ=0
Q = - U线I 线
下面分析负载电流流过定子绕组(以下称电枢)产生的效果,以A 相绕组为例。如果我们定义发电机磁极磁势为F f ,负载电流流过电枢产生的电枢磁势为F a,磁极的直轴轴线称为d 轴,两极之间中线称为q 轴,
a . 电枢上的负载电流Ia 与电压Ua 同相位(ϕ=0)时,电枢电流最大值是出现在转子旋转到d 轴与线圈平面平衡的时候,如下图,即电枢磁势F a 作用在q 轴上,叫交轴电枢反应,交轴电枢反应使F f 和F a 合成一个新的磁场F δ,F δ比原磁场磁势F f ,在d 轴方向滞后一个角度,其幅值也有所增加,
:
πb .Ia 滞后于电压Ua 90°,(ϕ=2)纯电感负载的电枢反应:
因Ia 滞后于电压Ua 90°,电枢电流最大值是出现在转子旋转90°以后,如下图,即电枢磁势F a 作用在转子的d 轴上,叫直轴电枢反应,直轴电枢反应F f 和F a 都作用在直轴d 上,单方向相反,叫去磁电枢反应。
πc .Ia 超前于电压Ua 90°,(ϕ=−
Ia 2)纯电容负载的电枢反应: 超前于电压Ua 90°时,同理电枢电流最大值是出现在转子旋转270°(即-90°)时,如下图,此时电枢磁势F a 也作用在转子的d 轴上,并也叫直轴电枢反应,直轴电枢反应F f 和F a 都作用在直轴d 上,但方向相同,起助磁的作用,故叫助磁电枢反应。
发电机向线路充电时,因输电线路基本是属于容性的,就属于这种情况。
从上所述,发电机带上负载后,因负载性质的不同,发电机的电枢反应都会使发电机气隙之间合成新的磁势,它改变了原来磁势的方向和大小,带感性负载时电枢反应是去磁的,它会使发电机的端电压降低,容性负载电枢反应是助磁的,可以使发电机的端电压升高。这就给我们提出一个新的问题:在供电电网里,带着千千万万的负荷,它们都在不断变化的,这种变化将带来系统电压的不稳定,这对用户是不能接受的。在负荷变化时维持机端电压、即系统电压恒定,就必须随负荷变化不断的调整励磁电流,就好象有功负荷变化时调整原动机出力维持频率不变一样。这个自动调整励磁电流系统,我们叫“自动励磁调节器”,在下一讲重点介绍。
4.强励:
一种情况:单台发电机如果要启动一台容量比较大(相当于自身容量的10~30%)电动机,由于电动机在未起动以前未建立反电势,电动机阻抗又很小,
很大的起动电流(感性的无功电流)会使发电机端电压大幅度迅速下降;另一种情况是:输电线路受打雷或自然环境影响发生瞬时短路,强大的短路电流也会使发电机端电压大幅度迅速下降的,这些情况因为不是永久性的,电动机随着慢慢起动,反电势增加,起动电流会下降;线路的瞬时短路也会恢复,这种情况就很需要发电机励磁系统在极短的时间内给转子提供较大励磁电流,使机端电压迅速恢复,这种情况叫强励。强励是由励磁系统来完成的,它的快速反应能在一定时间里输出1.8~2.0倍的励磁电压,让励磁电流迅速增加,机端电压迅速恢复正常。
5.调相:
在每一台的发电机的名牌上都明显标有发电机的主要参数的。如额定定子电压、额定定子电流、额定励磁电压、额定励磁电流、空载励磁电压、空载励磁电流、转速、额定功率因数等。这里空载励磁电流是发电机起励后,并网以前就必须达到的,并网后需带上无功负荷就必需增加励磁电流,尤其是机组带上有功负荷后,为了使机组稳定运行增加励磁电流是必需的,如果机组只向系统输出无功,不发有功,叫调相运行。
6.进相:
如果机组并网后,减小励磁电流,机组不但不向系统输出无功,相反在励磁电流减小到一定值后,向电网吸收无功,叫进相。
7.失步:
机组并网后,必须按名牌参数在允许范围内运行,如果机组并网后只增加有功,又不相应增加励磁电流,甚至减小励磁电流,使转子在定子里滑极,这就叫失步了。失步会引起发电机强烈的振动,是不允许的。所以增加励磁电流不仅是为了发无功,同时保证发电机的稳定运行。
8.过负荷;
发电机名牌上的参数是设计参数,与实际运行参数不会相差太多。在发电机达到额定参数运行后,再增加原动机的出力或增加励磁多发无功,都会使定子电流增加到超过额定值,这叫过负荷。除了发电机本身有过负荷保护以外,如在未到保护动作值前运行,以定子允许温升为限度。换一种情况,如果水电站因水位落差不足,不能满发有功,这时,如系统允许,发电机可以超额发无功,少发有功,让功率因数低于0.8;同理如水力充足也可以多发有功少发无功,只要定子电流不超过额定值,也是可以的。
9.调差:
机组在电网并列运行时存在功率分配问题,有功的分配是由调速器负担的,这里不作讨论。无功的分配是由励磁调节器来完成的。稳态时,任意调节励磁可改变发电机发出的无功。但在动态时系统电压变化无功分配就不一样。下图是两台调节器特性不一样机组在并列运行,系统电压瞬时下降,两台机的无功分配的情况:
图中1、2两台机组,在系统电压为U 时,1号机所带的无功电流为I Q1,2号机带的无功电流为I Q2,当电网电压从U 下降到U 时,1号机的无功电流从,
I Q1增加到I ,Q1,2号机的无功电流从从I Q2增加到I ,Q2,它们的增量分别为ΔI Q1和ΔI Q2,它们的增量明显是不一样的,要使机组在电网并列运行时,系统电压波动,而使机组能按自身容量吸收适量无功,合理分配,这就叫“调差”。调差就是让调节器把机组的外特性调整到近似一样,如何实现,将在下一讲介绍。
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第二讲 可控硅励磁系统
一、励磁方式:
在介绍可控硅励磁之前,我们先回顾一下励磁系统的发展。发电机在转动时需要一个旋转磁场(大多数的发电机组都是旋转磁场式的),这磁场多数是由直流电源通过转子线圈来形成,另外为了使发电机在负荷变化时机端电压基本保持恒定,还需要一个能随发电机端电压变化调整这直流电源输出的调节器,这构成励磁系统的两个主要部分。
早期的励磁系统的直流电源多数是用一台直流发电机提供,结构与交流同步发电机同轴旋转,直流发电机发出的直流电直接送到同步发电机的转子线圈形成磁场,直流发电机的磁场是自并激的,通过磁场变阻器R L 调节励磁机的励磁电流,从而调节发电机电压,这种调节磁场变阻器最早期基本上是手动的,如下图:
R 是强励电阻,系统需要强励时,由继电操作回路起动强励接触器HC 短接强励电阻R 使励磁电流能在短时间内迅速上升。
靠手动操作当然是非常缓慢的,而且劳动强度大,以后采用伺服电机带动磁场变阻器,检测机端电压偏差,驱动伺服电机磁场变阻器的增、减,实现自动调压,这样当然省了人的劳动强度,但机械动作的反应速度毕竟比较慢,而且不停的机械磨损,对维护和使用寿命都是欠佳的。
在较早期的励磁方式叫相复励,如下图:
它是用一个相复励变压器(三相) ,把它的付边整流成直流电流供转子励磁。
相复励变压器的输入由机端电压和发电机电流两部分组成,通过特殊连接在变压器里的磁通反映了机端电压和定子电流的无功部分,它总效果是在发电机负载范围内,机端负荷升高和定子电流的无功分量增加都能使变压器的二次电压升高,
反之降低,实现了负载变化时的无功补偿作用。这种线路相当可靠的,但因相复励变压器不好设计,且补偿特性并不十分理想,所以只能在小容量机组广泛使用。 下面是带电压校正器的励磁系统,如下图:
励磁主回路和第一种励磁方式基本相同,但磁场变阻器并不是经常调节的,它基本是整定在空载励磁偏低一点,发电机的励磁机内本身自带加磁,减磁绕组,发电机带负载后励磁电流的变化是靠电压校正器来控制的。它的输入端是机端电压PT ,电压校正器将检测实际机端电压与给定电压的差,输出“加磁”或“减磁”电流,从而控制励磁机的励磁,使发电机端电压保持恒定。电压校正器定子电流CT 的输入是检测定子电流的无功分量,用作控制机组并列时无功分配(即调差),下面在励磁调节原理再一起介绍。
这种励磁系统在灵敏度和调节精度都上述两种高,R L 和R 除了调节励磁电流的大小和强励外,还能减小励磁机励磁回路的时间常数,主回路简单可靠,因此,直到70年代在大型机组还广泛地使用的。
在60年代末,由于大功率可控硅(晶闸管)的出现,和电子元件的不断更新,可控硅静止励磁系统很快就把老式的励磁系统取代了,它用机端励磁变压器和变流器经整流后直接给转子提供励磁电流,没有旋转部分,完全取代了励磁机,所以叫“静止”励磁。它除了维护方便外,更主要的优点是在它的电气性能上,调节精度高、调整快、且动态性能优越,静止励磁又分“自复激”和“自并激”两种:
下图是“自复激”的励磁系统:
它包括两部分,一是由定子变流器BL 经硅二极管三相整流到转子,二是由励磁变压器ZB 经可控硅整流到转子,发电机空载时发电机的励磁电流全部由可控桥承担;发电机带上负载后定子电流增加,复励部分电流随BL 二次电流(定子电流)成比例增加,系统设定:在额定负荷时复励电流只占总励磁电流的60~70%,剩余部分由可控桥来调节,调节器会根据机端电压或负荷变化调整可控硅的导通角,从而调整可控桥励磁电流的输出,保持机端电压恒定。“自复激”有良好的强励性能,缺点是难于吸收变流器的尖峰过电压、加上机组容量越大变流器制造越困难。
变流器BL 接在定子的中性点,是为了保证发电机内部故障时,有足够的强励能力,保证差动保护可靠动作。
“自并激”的结线如下图:
它是“自复激”除去复励部分,励磁电流全部由整流变压器供可控桥承担,因它主回路结构简单、维护方便,且动、静态性能优越,很受欢迎。但早期大家都比较担心:因它的励磁电源来源于机端,一旦机端或近方短路时无法强励,致使差动保护不能动作。后来经现场试验证明:机端或近方短路时需无法强励,但转子的时间常数比较大,励磁电流下降很慢,对差动保护速动是完全可以了。所以能在大、中型机组广泛推广,成了目前主要励磁方式。这一讲重点是介绍这种励磁方式。
此外,还有所谓交流励磁机,它实际上是一个中、小型的交流发电机,经二极管整流供主发电机的励磁,这样大大增大了励磁功率,固适用于大型机组。
还有一种旋转励磁,它也是用一台交流发电机,但容量比上述的交流励磁机小得多,因为容量小,交流励磁机的电源并没有引出来整流,而是把二极极管装在转子的转轴上同轴旋转,交流励磁机的定子是磁极,转子为电枢,这样可不用引出了。这种方式目前应用不多。
上面列举了很多种励磁方式,五花八门,按机组容量、制造各取所需吧了!但只要是带励磁机,有转动部分,维护比较麻烦;加上励磁机的电感大,时间常数大,调节时间总是比较长的,相对静止励磁没有机械转动部分,维护方便、反应速度快、调节精度高,因此静止励磁的出现,其他的励磁方式无疑是要被取代。
二、晶闸管的控制原理:
上面说励磁电流是需要调节的,这调节是由调节器来控制、晶闸管来执行。先介绍晶闸管控制原理。晶闸管也叫可控硅,它具有二极管的单向导电能力,但是它不是象二极管那样在正向阳极状态(既阳极接正、阴极接负;或阳极电位高
于阴极电位)都可以导通,它还有一个触发极,它必须在正向阳极状态下,控制极加上触发电压(或触发脉冲)才能导通。晶闸管一旦导通以后,它除了象二极管一样把回路断开或两极间电压为零(或反压)即能关断,晶闸管在它的导通电流下降到某一个电流数值就能自然关断,这个电流值叫维持电流。
晶闸管的导通条件:以下两条件须同时具备
1.正向阳极状态(阳极电位高于阴极电位);
2.控制极加上触发电压(或触发脉冲);
晶闸管的关断条件:以下任一条件即可关断
1.主回路断开;
2.晶闸管两端处于反向电压时(阳极电压低于阴极电压)
3.流过晶闸管的电流下降到小于维持电流
这样晶闸管串在直流回路中,只要是极性正确,回路电阻也不是很大,控制极加触发电压即能导通,把开关拉开才能关断,这回路很简单。下面以一只晶闸管为例,讨论晶闸管在交流电路里的控制情况。
当负载是电阻负载时,(即单相半波可控整流),如下图:
变压器TR 付边的交流电压加在晶闸管和电阻负载上,在u 2正半周ωt <α时刻因晶闸管未被触发,晶闸管不导通,负载电阻上的电压为零;到ωt =α时
u
下降到零,流过晶闸管的电流也下降到小于维持电流,晶闸管自然关断。在u 2加入脉冲,晶闸管被触发而导通,2电压全部加在u R d 上,直到ωt =π,2为负半周时因晶闸管处于反向电压未能导通,负载上电压为零。如果脉冲也是与u 2同步加入的话,那么,周而复始,在负载上得到就是阴影部分的电压波形。从晶闸管承受正向电压起到触发脉冲加入这电角度α称为控制角,晶闸管在一个周期内导通的角度θ称为导通角(或开放角),改变α的大小即改变脉冲在每周期内出现的时刻称为移相,对单相半波来说α的移相范围是0~π,对应θ的范围是π~0,α+θ总是等于π。可以看到α越大即脉冲往后移晶闸管导通时间越
小,电阻R 上得到电压也小,相反α越小即脉冲往前移晶闸管导通时间越长,输出的电压也越大。很明显:只要改变脉冲在每周期加入时刻即可调节输出电压的大小了,下面分析的单相桥式、三相半控桥、三相全控桥都是如此,这就可实现输出一个能调节大小的直流电源供发电机励磁使用。
单相半波可控整流输出电压为:
1+Cos α Ud =0. 45U 2 2
U 21+Cos α Id =0. 45×2Rd
从上面看到:电阻负载须电流与输出电压同相位,但因脉冲出现晶闸管导通才有电流,故电流总是滞后于输入电压的,对单相半波可控整流电路α=0°时,最大Cosφ=0.707
三、三相可控整流电路:
在介绍三相整流之前,先了解单相及在电感负载下的特点。
1.接上面单相半控整流,如果带的是感性的负载,如下图:
图中看到在ωt 1脉冲加入时刻,晶闸管须导通,因负载上电感的作用,电流是从零升起的,到ωt 2时才到达最大值,在ωt 2~ωt 3时间因随着电压下降电流也下降,ωt 3时刻电压须下降到零,因电感上的能量释放、电感上的电流不能突变,电流不为零,这电流维持晶闸管未能关断,所以ωt 3~ωt 4时刻仍然有电流,且方向不变,负载上的电压方向为负值,也叫反电势。
如果负载的电感量很大,感抗远大于电阻值,(ωL >>Rd ),这时就会出现电感上的能量释放时间很长,负电压也很大,无论是α在不同控制角,输出直流电压平均值接近于零,平均电流I d=2/R d 也很小,如不采取附加措施是不能使用的。下图是在电感负载两端并一个二极管:
u
当 u 2在正半周时,晶闸管被触发而导通,负载两端电压为正,二极管VD 处于反向电压不导通,负载上的电压与不加二极管时相同;u 2在负半周时因电流减小,负载Ld 上产生反电势经VD 形成回路,使负载电流i d 继续流通,所以这二极管又叫续流管。在二极管导通时晶闸管承受反向电压而关断,负载两端电压仅为二极管的管压降,接近于零,不出现负电压,输出直流电压波形与电阻负时一样,但电流波形完全不同,电源在正半周时,电流由电源经晶闸管流到负载,电源在负半周时,晶闸管关断,电流由续流管维持。所以负载电流分两部分: i d=i T +i D
这时电流波形就要平稳得多了,所以凡是半控整流电路带大电感负载时负载两端并续流管是必需的。如果电感很大,就好像发电机的转子,电流基本上是平的,流过晶闸管和续流管上的电流就是矩形波。
2.单相全波整流电路:
半控整流桥:
直流输出电压平均值:Ud =0. 9U 2
晶闸管承受反压:2U 2
移相范围:0 ~π
全控整流桥: 1+Cos α 2
直流输出电压平均值:Ud =0. 9U 2
晶闸管承受反压:2U 2
移相范围:0 ~π 1+Cos α 2
4.三相可控整流电路:
以下重点介绍三相可控整流电路
三相半控桥整流桥:三个可控硅共阴极,三个二极管共阳极,可控硅的脉冲与该相电压相位同步,依次加入,在任何时刻电流都从电源一相出发流经可控硅、负载、二极管流回另一相,如下图:
下面分析电阻负载、控制角α≤60°时情况,(控制角α是从自然换向点开始算起,因为从这点开始这相可控硅才开始承受正向电压。)下图(b)为α=30°的波形,ωt 1时A 相可控硅VT1加入脉冲,电源U AB 线电压从A 出发相通过VT1、负载、二极管VD6回到B 相,(这是因为B 相电位低于C 相电位,VD2处于反向未能导通);ωt 2时C 相电位低于B 相电位(自然换相点),VD2导通VD6关断,回路电流从VD6转到VD2;ωt 3时,加在VT1的A 相电压须低于VT3的B 相电压,但因B 相可控硅VT3未加入脉冲,电流仍经VT1、负载、二极管VD2回到C 相;到ωt 4时,B 相可控硅VT3加入脉冲,A 相可控硅VT1因承受反压而关断,电流转移到电源U BC 线电压从B 出发相通过VT3、负载、二极管VD2回到C
相。后面如此类推。
控制角在60°≤α≤180°时情况,下图(C )为α=120°的波形,可控硅在VT1在电源电压U AC 作用下,ωt 1时触发导通,电流从A 相出发相通过VT1、负载、二极管VD2回到C 相,到ωt 2时刻,A 相相电压须为零,但线
电压不为零,VT1的正向导通是线电压;到ωt 3时U AC 下降到零VT1才关断。在ωt 3~ωt 4时刻,VT3虽承受正向电压,但未触发未能导通,输出电压为零。ωt 4时VT3被触发导通,到U BA 下降到零而关断,如此下去。
上面是电阻负载情况,如果是大电感负载而不加续流管,负载上的反电势就会使线电压过零时,原来导通的可控硅继续导通,如果这时出现掉脉冲(或脉冲移到α≥180°) ,可控硅就会连续导通到下一个周期(因为正常状态下如可控硅电流不为零,是靠后一相被触发,使前一相可控硅处于反压强迫关断的),它与原正在导通的二极管和另一只二极管轮流导通,直到下一个周期到来时,可控硅又处于正向阳极电压,不需要等到脉冲到来又导通,这样下去,一个可控硅和另外两个二极管不停导通叫“失控”,进入失控状态就不能再控制了,这是不允许的。所以大电感负载一定要加续流管,使电流过零,或不能掉脉冲,确保换相时强迫关断,否则无法运行。下图是出现失控时的直流输出电压波形:
三相半控整流(单相半控也一样)电感负载防止失控
● 负载两端加续流管
● 不允许掉脉冲
实际在工程设计上除了上述两点外,还考虑续流管的压降尽可能的低,让它除分流绝大部分电流,剩余流经可控硅的电流越少越好,可控硅的维持电流在允许情况下大些为好,使它在电流下降时容易关断。
三相半控整流桥的
1+Cos α 直流输出电压平均值:Ud =1. 35U 22
晶闸管承受反压:2U 2 U 2是整流桥输入线电压
移相范围:0 ~180°
最大导通角:120°
整流桥输入线电流(有效值)与直流输出电流(平均值)的比: 60°≤α≤180°时
0°≤α≤60°时 I 2=Id 2π−α 2πI 2=0. 816 Id
流经晶闸管电流(有效值)与直流输出电流(平均值)的比:
IT =0. 577 Id
三相全控整流桥:整流桥六个全是可控硅,如图:
它的导通过程与三相半控桥相同,也是从电源的一相(正向)出发经共阴极的一只可控硅,流经负载到共阳极的另两只可控硅回到电源的另两相,重要的是:因为共阳极端再不是二极管,所以在触发共阴极可控硅时必需同时触发对应回流的共阳极可控硅,这样回路才能导通,当如α=0°时如下图:
可控硅的导通顺序是:
共阴极组和共阳极组每一个可控硅各导通时间为120°,每隔120°换相一次,所以是一个周期共换相6次,每次相隔60°,6只可控硅也要6组对应脉冲,每组相隔滞后60°。同时为了脉冲加入可控硅导通后,到换相时仍能可靠导通,要求脉冲寛度大于60°,(但不能超过120°,一般取90°)。为了减少脉冲功率,目前多数采用双脉冲,也就是在每一个可控硅触发导通的同时还给前一只可控硅补一个脉冲,这样保证换相时继续导通,可靠换相,这就是所谓双脉
冲。双脉冲可节省脉冲功率,也减小脉冲变压器体积。
上面图(a )和图(b )分别是α=30°和α=60°的波形,当α=30°时,因为自然换向点落后零点30°,而相电压又比线电压滞后30°,所以α=30°正好落在线电压的峰值上,即相对零点90°,图上阴影部分是输出电压的大小。
输出电压仍然全部为正的,每个可控硅导通60°,波形尚且连续,在α=60°时,
未出现负值。
到α>60°时,直流电压输出波形开始出现负电压,到α=90°时,负方向的面积等于正方向的面积,直流输出电压等于零。如下图波形:
在90°≤α≤120°时,整流桥没有输出,处于逆变状态。
三相全控整流桥的
直流输出电压平均值:Ud =1. 35U 2Cos α
晶闸管承受反压:2U 2 U 2是整流桥输入线电压
移相范围:0 ~120°
在0°≤α≤90° 时为整流状态
在90°≤α≤120°时为逆变状态 整流桥输入线电流(有效值)与直流输出电流(平均值)的比
I 2=0. 816 Id
流经晶闸管电流(有效值)与直流输出电流(平均值)的比: IT =0. 577 Id
四、 励磁系统调节原理:
在介绍励磁系统之前,先了解一下触发器。触发器的移相形式很多,从早期的正弦波移相、锯齿波移相、后来的阻容移相、到发展到至今的数字式移相电
移相触发器的输入端包括同步信号和控制信号,为了使脉冲的移相范围落在可控硅承受正向阳极电压范围内,不至于丢脉冲,同步信号电压必须与该相可控硅阳极电压相位对应的;控制信号(下面用U g 表示)是用作移相,改变控制角α的大小,目前采用的有两种方式:一是:控制信号增大α也增大;二是:控制信号增大α减小;两种方式都有使用,我们公司生产的励磁系统是采用第一种方式。
为了使脉冲加在可控硅触发极时可控硅能可靠导通对触发器的要求: ● 脉冲高度不小于5V,(一般5—10V),当多可控硅并联时为了让它们同时开通,可使用强触发,在脉冲前沿加尖锋,尖锋高度可到20V;
● 为了保证共阴极和共阳极的两只可控硅都能同时被触发导通,脉冲宽度不小于5°,一般可取10°--15°;
● 脉冲功率要有比较大的余度。
前面介绍自并激励磁系统:
系统的调节器的主通道包括测量、给定、比较放大、移相触发几个主要部分,测量信号是由机端电压互感器PT 提供的,至调节器再变换和整流成直流电
压,与一个代表机端电压的给定电压U GD 比较,得偏差电压△U ,△U 经放大后得控制信号(或叫控制电压)U g ,U g 控制触发的输出脉冲,改变可控整流桥的输出电压U d 和励磁电流I d ,从而控制发电机电压U F 。
上图是系统闭环调节过程,图中表示当发电机单机运行时,因线路某种原因使机端电压U F 上升(如无功负荷的减小),在发电机给定电压U GD 不变的情况下,检测结果偏差电压△U 上升,经放大后U g 上升,触发器输出脉冲往后移
(α增大,前面所说:我们系统使用的是控制信号U g 增大α也增大的),使整流桥输出的励磁电压U d 下降,导致励磁电流I d 的减小,发电机端电压调下来,使它稳定在与给定电压对应的机端电压水平上;反过来如机端电压下降,反方向的调节过程也是一样的,同样是使机端电压回到与给定电压对应的电压水平上,使机端电压恒定,这是调节器的基本目的。无论是模拟电路控制或是数字电路控制,它的控制原理都是一样的,只是实现的手段不一样就是了。
发电机单机运行时,改变给定电压就等于是调节发电机的机端电压;并网发电时调节给定就是调节无功。单机运行时调节器能使机端电压稳定在与给定电压对应的某一个电压值上,这种稳定能力称“调整精度”(或叫调整率),理论上调节器的性能(调整精度)当然是越高越好的,但是如并网运行时还要看系统的要求。在前面讲到发电机并列运行时,由于发电机的外特性不一样,即调整精度不一样,当系统电压下降时,要维持原来的给定,单一台发电机是不可能把整个系统的电压抬上去的,需要系统的每台发电机共同出力,这表现为输出无功,调整精度越高输出无功就越多,系统越稳定,对系统要求是好事,但每一台发电机的超出力的容量是有限的,这就要看自己的能力了,需要随无功负荷的增加调整自己的输出能力,这就是调差了。我们系统设定:随无功负荷增加使调整精度下降减小无功的输出能力,这就是正调差。
图(1)
图(2) 图(3)
系统通过定子电流互感器CT ,给调节器的输入端引入定子A 相和C 相的电流的量,并经电阻转换成电压,图(1)的I A R 和I C R 分别是定子电流的无功分量在电阻R 上的电压降。令I A R =△UA 、I C R=△UC ,系统配置测量变
, 压器组别是1组,让Ua 与△UA 矢量相加、Ub 与△Uc 矢量相减,图(2)是定子电流无功分量和测量电压叠加后的电压△a b , c 向量,明显看到定子电流的无
功分量增加使测量的电压三角形比原来测量的电压三角形△abc 增大,回到上面所说的机组在并网运行时如给定电压不变,虽然系统和机端电压也不变,但无功分量增加也能使测量的电压三角形增大的,偏差电压△U 的升高经调节最终要使励磁电流下降,把机端电压调下来,无功输出就减小,稳定在一个新工作点上。这调节过程看到:机端电压下降不是减小给定引起的,而是无功负荷和调差作用的结果。如果把调差电阻R 分成多个,分挡调节,就可以整定不同的调差率,电阻越大,调差作用越强,在并网运行时就可以把发电机的外特性与其他机组整定得比较接近,合理分配无功,实现调差目的。
图(3)是定子电流有功分量对调差的影响,图中看到叠加后电压△a
与原△abc 转了一个角度,且面积稍有增加,对电压测量影响较小。
从上面闭环原理,如果机端电压瞬时下降得比较多,控制信号U g 也下降得比较多,脉冲迅速往前移,励磁电压迅速增加,实现强励。励磁倍数大小由励磁变压器二次电压决定,下面再介绍。
反过来,如机端电压瞬时升高(如甩负荷),控制信号, b , c U g 也上升,脉冲迅速往后移,励磁电压迅速减小,实现强减。在动态时允许可控硅全关,励磁电压下降到零,但是励磁电流是不为零的,电流在电感作用下逐渐下降,但不允许到零,必须限制在某一个数值上,否则欠励就会出现进相,甚至失步这是不允许
的。为了避免进相太多和失步必须对励磁电流的最小值进行限制,通过硬件或软件均可实现,控制对象仍然是限制U g 的最大值、或是锁定最大控制角α,使励磁电流最小值得到限制。这限制值设定可以是一个固定值,如空载励磁电流值,也可以是根据发电机的阻抗圆随有功负荷变化定出允许励磁电流的最小值。
上图是发电机运行限制失步允许的特性曲线,在发电机不带有功时是允许进相的,随着带有功增加,允许欠激的进相无功电流就越来越小,图中的弧线是发电机稳定运行的分界线,弧线上方为稳定运行区,下方为不稳定运行区,在稳定区内选取任何一个工作点都是可以的,我们可以选一条限制曲线,然后计算出带不同有功负载时所对应励磁电流允许值,这就是限制的最小值。这计算用软件是不难实现的。
此外系统还有过励限制、过励保护、过压保护、低频限制等功能,凡是限制都是用限制α来实现的;保护动作是检测回路驱动继电回路动作实现。
关于灭磁回路和转子过压保护,公司有专题介绍。
五、 变压器极性和组别:
1. 单相变压器的电压和极性:
因为感应电势的有效值:
E 1=4. 44fN 1Φm
E 2=4. 44fN 2Φm
U 1E 1N 1===K U 2E 2N 2
值得注意是变压器的极性,如两个绕组方向相同,一个绕组起端与另一个绕组起端同极性。所谓同极性如上图U1和U2,如在U1---0之间加入交流电压,因φm 相同,固:
在U2---0之间输出的交流电压,U2与U1同相位。在使用到与相位有关电路必须注意变压器的标记。如不清楚可用以下判别:
在变压器的一个绕组接一个电池和开关K ,另一个绕组接直流毫伏表,当开关给上瞬间如毫伏表的指针正偏转,则与电池(+)端连接一端与毫伏表(+)表笔连接的一端同极性,也称“同名端”;反之指针负偏转,则不同极性。
2. 三相变压器的接法和组别:
三相变压器的一次绕组和二次绕组,都可以采用三角形连接或星形连接,三角形连接时高压绕组用D 表示,低压绕组用d 表示,或统一用△表示;星形连接时高压绕组用Y 表示,低压绕组用y 表示,或统一用Y 表示。
下面是不同连接方法时,原边电压向量和付边电压向量关系。先看以下两种有代表性的连接。图(1)是三相变压器的原付、边均为Y 形连接,因为每一相的原付绕组同绕在一个铁芯上,有如单相变压器一样,原付绕组的电压是同相位的,我们设定:一次线电压(U AB )方向当作时钟的分针,二次线电压(U ab )方向当作时钟的时针,因电压相位同向,称为12组,用Y/Y—12作组别标记。
如△/△连接也是类同为12组。
图(1)
第二种连接如图(2),变压器原边为Y 连接,付边为△连接。图中看到,付边的U ab 其实就是B 相二次绕组U b 的相电压,与U B 同向,即二次线电压(U ab )方向比一次线电压(U AB )方向超前30°。如一个周期360°对应时针的1~12点,那U ab 就是时针指向11点,称为11组,用Y/△—11作组别标记。
图(2)
如果把上述第一种连接变压器付绕组a—x,b—y,c—z反方向,用x 、y 、z 引出,结果原来12组就变成6组;同理如果把上述第二种连接变压器付绕组a—x,b—y,c—z反方向,用x 、y 、z 引出,结果原来11组就变成5组。
如果把上述第一种连接变压器付绕组改为:原来b 相作a 相引出、原来c 相作b 相引出、原来a 相作c 相引出,相当比原来往后推120°,就变成4组。再往推120°,即把原来c 相作a 相引出、原来a 相作b 相引出、原来b 相作c 相引出,就成了8组。同理把原来的6组往后推120°就是10组、再往后推120°就是4组,就可以得出2、4、6、8、10、12组了。△/△连接也是一样。凡是Y/Y连接或△/△连接均为偶数组。
用同样方法第二种连接变压器(Y/△—11),也可以改为1、3、5、7、9、组,不论Y/△—11或是△/Y—11都一样均为奇数组。
六、 励磁变压器的计算:
在计算励磁变压器时除了按整流系数计算外还必须考虑到强励倍数、碳刷和管压降、系统电压下降和变压器的负载压降等。
整流桥为半控桥时,整流变压器的二次电压U2(整流桥的输入电压)为:
K 1×UL +ΔU U 2= 1+Cos 1. 35×K 2×(1−δ%)×2
K1----强励倍数(1.8---2.0)
UL----发电机额定励磁电压
ΔU----碳刷和管压降(4V )
K2-----系统电压下降(0.8)
δ%---变压器的负载压降(5%)
α-----最小α的值(取30°)
全控桥时,整流变压器的二次电压U2(整流桥的输入电压)为: U 2=K 1×UL +ΔU 1. 35×K 2×(1−δ%)×Cos α
K1----强励倍数(1.8---2.0)
UL----发电机额定励磁电压
ΔU----碳刷和管压降(4V )
K2-----系统电压下降(0.8)
δ%---变压器的负载压降(5%)
α-----最小α的值(取20°)
三相变压器的功率: P = U线I 线Cos ϕ
励磁变压器容量: S = K × U线I 线
== K ×3 U2×0.816IL
K---变压器余量,取1.1
U2---励磁变压器二次线电压
IL---发电机额定励磁电流
因为强励时间短,变压器在短时间内有一定过载能力,所以计算变压器时只根据强励顶值电压考虑变压器的二次电压;在计算容量时是不考虑强励电流的,仍按额定励磁电流计算。
发电机励磁基础知识讲座
第三讲 励磁调节器技术要求、发电机保护及其他
一、励磁调节器的主要技术要求:
几个参数的定义:
●起励时间、超调量和振荡次数
起励时间:是指从励开始到机端电压进入与稳态值之差小于2%的时间T S 超调量:是起励磁时机端电压最大值与稳态值的差除以稳态值的百分数 Mp (%)=Ug . max −Ug . s ×100% Ug . s
Mp----超调量
Ug.max----起励磁时机端电压最大值
Ug.s----机端电压稳台值
● 励磁系统强励时电压响应时间:是指励磁电压的增量从额定值增加到进
入最大励磁电压95%的时间
Uf −Ufn =0. 95(Ufc −Ufn )
● 励磁系统的延迟时间:是指励磁电压的增量从起始值增加到最终励磁电
压的3%所需要的时间
Uf −Uf . or =0. 03(Uf . s −Uf . or )
● 励磁系统电压响应比:励磁系统强励时,在0.5秒内增加面积用斜线三
角形等效面积,得出线性增长率与额定励磁电压的比。
直线ac 的增长率=ce −ao ΔUE =(V/s) oe 0. 5
响应比:V E =ce −ao ΔUE = (1/s) (oe )(ao ) 0. 5Ufh
●电压调整率:(瞬时电压降):切除无功补偿器(调差=0),在空载情况下,突加额定无功负载,发电机电压电压变化与额定值的比,
U 0−UL δ%=×100% UN
U 0----发电机空载电压
U L ----发电机满载电压
U N ----发电机额定电压
●调差率:投入无功补偿器,在额定功率因数等于零情况下,无功功率从零变化到额定定子电流时,发电机机端电压变化和额定电压的比
U 0−UQ δ%=100% UN
U 0----发电机空载电压
U Q ----功率因数等于零情况下,无功功率从零变化到额定定子电流时的发电机电压
U N ----发电机额定电压
技术要求:
1. 励磁顶值电压:强励时输出最大励磁电压为额定励磁电压的2倍,不低(励磁变压器二次电压设计) 于1.8;
2.电压响应时间:上升(强励时)不大于0.08秒;
下降时(快速减磁,起励后)不大于0.15秒;
3.强励时间:10~20秒;
4.系统在下述厂用电压偏差内能长期运行:
交流电源:220V/380V系统电压偏差±15%,频率偏差:-3~+2HZ
直流电源:220V/110V系统电压偏差-20% ~ +10%
5.励磁系统允许在额定励磁电压和额定励磁电流的1.1倍下,长期连续运行 6.电压调整率优于0.5%
7.调差整定范围±15%
8.频率特性:频率每变化1%,发电机电压变化小于±0.25%
9.电压超调量不大于额定电压的10%,振荡次数不超过3~5次,调节时间小于5秒
10在额定功率因数下甩负荷,电压超调量不大于额定电压的15~20%,振荡次数不超过3~5次,调节时间小于5秒
11. 自动电压整定范围为额定电压的70~110%,
12. 手动电压整定范围下限不高于额定电压的10~20%;上限不低于额定电压的110%
13. 自动和手动电压调节速度:不大于额定电压的1% / 秒;不小于额定电压的0.3 % /秒
14. 励磁电流在1.1倍长期运行时,励磁绕组两端电压的最大瞬时值不得
超过绕组对地耐压试验电压幅值的30%(设计励磁变压器二次电压时考虑)
1.任何情况下励磁系统应保证励磁绕组的两端过电压不得超过绕组对地耐压试验电压幅值的70%(设计转子过压保护)
2.励磁系统的延迟时间小于0.02~0.03秒
3.绝缘性能:耐压试验值:
励磁电压为500V 以下者,试验电压为10倍额定励磁电压(不小于
1500V );励磁电压为500V 以上者,试验电压为2倍额定励磁电压加4000V
二、发电机主要保护
1.差动保护:目的是当发电机出现内部短路时,必需立即切除防止事故扩大,分有:
纵差:检测定子出口端与近中性点端电流的差;
横差;用于大容量机组,双Y//Y型连接,检测同相两绕组电流的差; 两个整定值是不一样的,均是瞬时动作,动作于分FDL 和FMK
2. 过负荷保护:考虑到发电机允许1.1倍过负荷连续运行,因此过负荷保护一般整定在定子额定电流的1.2倍以上,同时为了避开瞬时的冲击过负荷(这种冲击过负荷发电机应能承受,因发电机热惯性比较大)该保护是延时动作的 3.低压过电流:该保护主要为短路保护(母线和近方短路),该电流整定值一般都在额定定子电流的2倍以上,同时伴随着定子电压的大幅度下降,所以是过电流加低电压闭锁,保护是瞬时动作,动作于分FDL 和FMK
4.过压保护:主要用于起励时单机过电压、和甩负荷时的过电压,这是发电机的主保护,一般整定为定子额定电压的1.5倍
5.低频保护
三、保护和操作回路:
电源:保护和操作回路的电源是必须非常可靠的,绝大多数电站均采用直流供电。而且操作母线、合闸母线和信号母线是分开的,相对独立,互不影响
1.起励:目的给发电机提供初励电源
2.FMK 分、合闸,回路监视
3.信号回路和信号继电器:保证事故分闸后能保留分闸信号,供事故分析; 4.故障信号和事故信号。
四、电压互感器、电流互感器
设计选用范围:电压互感器为额定,电流互感器实际使用额定值只能是标称额定值的60~70%。注意不能开路(不允许安装熔丝),且负载电阻不应超过允许值。
电流互感器的二次负载:S 2 = U2×I 2 =I2×Z 2 2
Z 2为二次负载总电阻。因此必须在容量允许范围内选取负载电阻。
电压、电流互感器二次则均要有安全接地。
五、示波器使用
注意信号共零,及测量的零线是示波器的地线,万万不能接没有隔离的高电位端,避免损坏仪器及器件
注意:隔离开关不能带负荷拉闸。