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第三章发电机机端静态励磁系统

同步发电机是将旋转形式的机械功率转换成三相交流电功率的设备。为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为同步发电机的励磁电流，也称为转子电流。为同步发电机提供励磁电流的有关设备，即励磁电压的建立、调整和使其电压消失的有关设备统称为励磁系统。具有自动控制与自动调节功能的励磁系统，称为自动调节励磁系统。
励磁系统是发电机的重要组成部分。它由供给直流励磁的电源部分（励磁功率单元）及控制、调节励磁的调节器（AVR）两大部分组成。励磁功率系统向同步发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流。调节器根据发电机端电压变化控制励磁功率系统的输出，从而达到调节励磁电流的目的。
根据我国国家标准GB／T7409.1～7409.3－1997“同步电机励磁系统”的规定的定义，同步电机励磁系统是“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以及保护装置。”

第一节对大型发电机励磁系统的要求
在电力系统正常运行和事故运行中，同步发电机的励磁系统起着重要的作用。发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间无功功率的分配。优良的励磁调节系统不仅可以保证发电机安全运行，提供合格的电能，而且还能改善电力系统稳定条件。因此，励磁调节系统的任务主要有以下几个方面：
1）在正常运行条件下，供给发电机励磁电流，并根据发电机所带负荷的情况，相应地调整励磁电流，以维持发电机端电压在给定水平上。
2）使并联运行的各台同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。
3）增加并入电网运行的同步发电机的阻尼转矩，以提高电力系统的动态稳定性及输电线路的有功功率传输能力。
4）在电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，进行强行励磁，将励磁电压迅速增升到足够的顶值，以提高电力系统的暂态稳定性。
5）在同步发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速减到安全数值，以防止发电机电压过分升高。
6）在发电机内部发生短路故障时，进行快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，以减小故障损坏程度。
7）在不同运行工况下，根据要求对发电机实行过励磁限制和欠励磁限制，以确保同步发电机组的安全稳定运行。
为了很好的完成上述各项任务，励磁系统应满足以下基本要求：
1、对功能方面的要求
1）应具备能稳定和调节机端电压的功能。
2）应具备能合理分配或转移机组间的无功功率的功能。
3）能迅速反映本系统故障，并有必要的励磁限制、灭磁及自我保护功能。
4）能迅速反应电力系统故障、具备强励等控制功能，以提高系统稳定性和改善系统运行条件。
2、对性能方面的要求
1）具有足够的调节容量，以适应各种运行工况要求。
2）具有足够的励磁顶值电压、励磁顶值电流及电压上升速度。励磁顶值电压和励磁顶值电流是指励磁功率单元在强行励磁时，可能提供的最高输出电压值和电流值，该值与额定工况下的励磁电压、励磁电流之比为强励倍数；将强励动作后励磁电压在最初0.5s内上升的平均速率定义为励磁电压响应比，它是衡量励磁单元动态行为的一项指标，运行要求励磁系统应有较高的强励倍数和快速的响应能力，以满足电力系统稳定和改善系统运行条件的需要。
3）应运行稳定、调节平滑及有足够的电压调节精度。
4）装置应反应灵敏、迅速，时间常数小，无失灵区，保证机组在人工稳定区内运行，即功角δ＜90°。
5）运行可靠，操作维护方便。

第二节机端静态励磁系统概述
武乡和信发电公司发电机的励磁系统采用机端励磁变自并励的励磁系统。其励磁电源取自发电机自身出口母线上，由一台励磁变压器并联在发电机端，此变压器作为交流励磁电源，通过受励磁调节器器控制的晶闸管整流装置直接控制发电机的励磁。励磁变、整流器等都是静止元件，故又称为静止励磁系统或全静态励磁系统，如图3-1所示。
自并励励磁系统可分6个单元：励磁变压器、自动电压调节器、整流装置、灭磁及过电压保护装置、启励回路、辅助设备（必要的监测、保护、报警装置）。
励磁变压器将机端电压降至整流器所需求的电压值，起到隔离机端和励磁绕组的作用，同时也起到可控硅补偿电抗的作用。
整流器可将励磁变压器提供的交流电源整流为可控的直流。
自动电压调节器通过控制可控硅整流装置的导通角，从而控制发电机的磁场电流，使发电机的工况按DAVR控制的模式运行。
灭磁装置在发电机正常或内部故障的情况下可靠动作，其灭磁逻辑为逆变经适当延时跳灭磁开关。
配备自并励静态励磁系统的发电机组，发电机出口不能提供足够剩余电压来提供整流器建立发电机电压。为此需要一个起励回路，可从蓄电池引接一直流220V回路，或从厂用电系统引接380V回路。

自并励励磁系统工作原理是：闭合发电机磁场断路器，然后闭合起励问路中的电源断路器，使发电机励磁，最初的励磁电流能使发电机的电压上升到额定电压的15