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【摘要】我厂励磁系统更新改造及发电机励磁系统的原理及经验，在我厂实践中的应用。
【关键词】更新改造；励磁系统；应用
一、我厂励磁系统的发展史
自1998年以来，我厂A厂的四台机励磁系统先后由有励磁机它励方式转变成自并励微机励磁的调节系统。之前励磁它励方式中励磁电源不受发电机运行状态的影响，其维护工作量大，反应速度慢，调节技术落后，老的洪山LT-03E型晶体管励磁调节器的元器件已老化，经常出现故障。灭磁开关是DM2-2500型单断口灭弧栅灭磁开关。该灭磁开关在运行中，串接于转子回路中，特别是在强行灭磁时，往往要担负切断励磁电源及吸收转子电磁能量的双重任务，对灭磁效果有很大的影响，有时是酿成开关严重烧损的主要因素。曾先后出现过开关严重烧损事故，影响了发电机的安全运行。
二、励磁系统配置
励磁系统由励磁变压器、可控硅整流装置、灭磁回路、励磁调节器，操作、检测、保护、信号以及起励回路等多个部分组成。
三、励磁调节器
发电机的励磁调节器其根本任务在于对发电机极端电压的恒定进行维持，调节并控制机端的电压是其基本功能。同时，在计算机各类产品中，其具备实时故障的诊断与容错的功能、计算机的辅助分析以及智能调试的功能。
四、可控硅整流装置
4.1工作原理
三相可控硅整流桥带感性的输出电压Ud与输入电压U2以及触发角α有如下关系：Ud=1.35U2α
可见改变触发角α或输入电压U2的大小即可改变可控硅整流柜的输出电压Ud，微机励磁调节电流正是通过改变触发角α对发电机励磁进行控制的。
该类型可控硅整流装置采用复合阻容吸收方式，其中二极管整流模块及R3，C3主要用于交流侧，由于可控硅的开通及关断成换相过电压R1C1及R2C2主要用于吸收可控硅自身的过电压。
五、灭磁与过电压相关装置
灭磁就是将转子励磁绕组中磁场储能以最快的速度减弱至最小程度。其中最直接的方法就是断开励磁回路。然而励磁绕组所具备的电感很大，若突然被断开，其两端会产生过高过电压。所以，在励磁电源断开的同时，需使得转子励磁绕组能够自动接至放电电阻上或者其他的吸能装置，将磁场中的储存能量快速消耗完。这一过程完成最主要的设备也被称为自动灭磁装置。
为了能够进一步控制故障影响范围，灭磁阶段必须尽可能迅速地完成。灭磁工作所需时间越短，则由于短路电流问题而造成的影响和损害也就越小，通常来说，根据同步电机定子绕组电势降低至接近零的所需时间对灭磁方法优劣进行评价。
5.1关于灭磁装置的工作原理的分析
5.1.1在正常的运行状态下发电机的工况
在发电机的运行过程中，灭磁开关合闸，两个常开主触头闭合，常闭主触头拉开，发电机励磁电压经二极管或可控硅加在非线性电阻FR2、FR3上。对于灭磁线性电阻R0，在发电工况时，不接入主回路。对于过电压保护非线性电阻FR2、FR3因有正向可控硅，在过电压达动作触发之前，可控硅关断，回路无正向电流，也无反向电流。正常情况下， FR2和FR3不过电流，停止能量消耗，不对主回路的工作造成影响。
5.1.2在正常的运行过程当中，发电机发生过电压
氧化锌非线形电阻的伏安特性见图1，在运行过程当中，过电压保护非线性电阻FR2、FR3原工作点在A1处。如果过电压的能量出现，若为正向的过电压，那么当能量积累使得正向过电压超过过电压动作整定值后，那么FR2和FR3控制触发的回路启动，可控硅导通非线性电阻两端所加的电压，因超过非线性电阻的压敏电压值而快速导通，消耗转子过电压能量。这种情况下非线性电阻的工作点移至A2处，如果过电压能量得到释放，那么过电压值则应该随之下降，工作点回复至正常工作点A1处，这种情况下发电机转子电压正常。如果有反向的过电压出现，由非线性电阻FR2、FR3的工作点沿着伏/安特性曲线向负横轴方向移动，当反向过电压值超过FR2、FR3动作压敏电压拐点后FR2、FR3反向开通，运行工作点在A3，当过电压能释放完毕后，过电压降低直至消失，非线性电阻FR2、FR3的工作点又由A3移回至A1点，由上面的分析可知，因发电机的转子过电压所具备的能量有限，若FR2与FR3的能量够充足，那么发电机转子电压就能够被有效限制于-ULM～+ULM范围内，这就保护了转子的绝缘。
5.1.3发电机在停机灭磁情况下的工况
如果发电机在故障或者正常的状态下停机，都可以通过该装置实现快速灭磁并且在这一过程中就励磁回路造成的过电压实现有效控制，保证在安全范围以内。FMK在接收停机的指令后，闭合常闭的主触头，同时拉开常开的主触头。励磁绕组的两端电压通过以下公式表示：
公式中的R0为线形灭磁电阻，RL为励磁绕组电阻；UL为灭磁时刻的励磁电压。
可见，当灭磁开关分闸时，转子两端的电压值与灭磁电阻的阻值有密切关系，根据设计要求，转子灭磁时的过电压值一般不超过额定励磁电压值的5-7倍。而另一方面，转子回路放电时，串入的电阻值越大，则阻力矩越大，对转子回路的灭磁越有利，所以又希望灭磁电阻的阻值不致于太小，根据这两方面的要求，一般选取灭磁电阻的阻值为转子直流电阻的3-5倍。另外要考虑到线形电阻能承受足够的灭磁电流，不致于因为发热功率太小而烧坏。
六、发电机励磁系统在实践中的应用
换型后的励磁调节器，经过十多年的运行检验，确实是提高设备的可靠性、安全性、可操作性，更好地服务于水电厂的安全、稳定、经济运行。但在运行维护过程中我们发现了一点问题。如：工控机未装不间断电源，在倒厂用电时，工控机会断电，这样会影响工控机的使用寿命，我公司已更换了四台工控机了。2008年四号发电机励磁调节器已换上南瑞的NES5100励磁调节器，今年准备将三号发电机励磁调节器换上NES6100励磁调节器，以上调节器都有个致命的缺点，就是当2组PT都断线的情况下会误强励。功率柜上的测温装置，也只是在盘柜上显示温度不能在上位机上显示，因此装置不能与监控系统接口。功率柜风压继电器，设计不合理根本不能使用。
这些问题不仅仅是我们的问题，也是生产厂家有待考虑和解决的问题，不过我厂已采取了相应措施解决了以上问题。
【关键词】更新改造；励磁系统；应用
一、我厂励磁系统的发展史
自1998年以来，我厂A厂的四台机励磁系统先后由有励磁机它励方式转变成自并励微机励磁的调节系统。之前励磁它励方式中励磁电源不受发电机运行状态的影响，其维护工作量大，反应速度慢，调节技术落后，老的洪山LT-03E型晶体管励磁调节器的元器件已老化，经常出现故障。灭磁开关是DM2-2500型单断口灭弧栅灭磁开关。该灭磁开关在运行中，串接于转子回路中，特别是在强行灭磁时，往往要担负切断励磁电源及吸收转子电磁能量的双重任务，对灭磁效果有很大的影响，有时是酿成开关严重烧损的主要因素。曾先后出现过开关严重烧损事故，影响了发电机的安全运行。
二、励磁系统配置
励磁系统由励磁变压器、可控硅整流装置、灭磁回路、励磁调节器，操作、检测、保护、信号以及起励回路等多个部分组成。
三、励磁调节器
发电机的励磁调节器其根本任务在于对发电机极端电压的恒定进行维持，调节并控制机端的电压是其基本功能。同时，在计算机各类产品中，其具备实时故障的诊断与容错的功能、计算机的辅助分析以及智能调试的功能。
四、可控硅整流装置
4.1工作原理
三相可控硅整流桥带感性的输出电压Ud与输入电压U2以及触发角α有如下关系：Ud=1.35U2α
可见改变触发角α或输入电压U2的大小即可改变可控硅整流柜的输出电压Ud，微机励磁调节电流正是通过改变触发角α对发电机励磁进行控制的。
该类型可控硅整流装置采用复合阻容吸收方式，其中二极管整流模块及R3，C3主要用于交流侧，由于可控硅的开通及关断成换相过电压R1C1及R2C2主要用于吸收可控硅自身的过电压。
五、灭磁与过电压相关装置
灭磁就是将转子励磁绕组中磁场储能以最快的速度减弱至最小程度。其中最直接的方法就是断开励磁回路。然而励磁绕组所具备的电感很大，若突然被断开，其两端会产生过高过电压。所以，在励磁电源断开的同时，需使得转子励磁绕组能够自动接至放电电阻上或者其他的吸能装置，将磁场中的储存能量快速消耗完。这一过程完成最主要的设备也被称为自动灭磁装置。
为了能够进一步控制故障影响范围，灭磁阶段必须尽可能迅速地完成。灭磁工作所需时间越短，则由于短路电流问题而造成的影响和损害也就越小，通常来说，根据同步电机定子绕组电势降低至接近零的所需时间对灭磁方法优劣进行评价。
5.1关于灭磁装置的工作原理的分析
5.1.1在正常的运行状态下发电机的工况
在发电机的运行过程中，灭磁开关合闸，两个常开主触头闭合，常闭主触头拉开，发电机励磁电压经二极管或可控硅加在非线性电阻FR2、FR3上。对于灭磁线性电阻R0，在发电工况时，不接入主回路。对于过电压保护非线性电阻FR2、FR3因有正向可控硅，在过电压达动作触发之前，可控硅关断，回路无正向电流，也无反向电流。正常情况下， FR2和FR3不过电流，停止能量消耗，不对主回路的工作造成影响。
5.1.2在正常的运行过程当中，发电机发生过电压
氧化锌非线形电阻的伏安特性见图1，在运行过程当中，过电压保护非线性电阻FR2、FR3原工作点在A1处。如果过电压的能量出现，若为正向的过电压，那么当能量积累使得正向过电压超过过电压动作整定值后，那么FR2和FR3控制触发的回路启动，可控硅导通非线性电阻两端所加的电压，因超过非线性电阻的压敏电压值而快速导通，消耗转子过电压能量。这种情况下非线性电阻的工作点移至A2处，如果过电压能量得到释放，那么过电压值则应该随之下降，工作点回复至正常工作点A1处，这种情况下发电机转子电压正常。如果有反向的过电压出现，由非线性电阻FR2、FR3的工作点沿着伏/安特性曲线向负横轴方向移动，当反向过电压值超过FR2、FR3动作压敏电压拐点后FR2、FR3反向开通，运行工作点在A3，当过电压能释放完毕后，过电压降低直至消失，非线性电阻FR2、FR3的工作点又由A3移回至A1点，由上面的分析可知，因发电机的转子过电压所具备的能量有限，若FR2与FR3的能量够充足，那么发电机转子电压就能够被有效限制于-ULM～+ULM范围内，这就保护了转子的绝缘。
5.1.3发电机在停机灭磁情况下的工况
如果发电机在故障或者正常的状态下停机，都可以通过该装置实现快速灭磁并且在这一过程中就励磁回路造成的过电压实现有效控制，保证在安全范围以内。FMK在接收停机的指令后，闭合常闭的主触头，同时拉开常开的主触头。励磁绕组的两端电压通过以下公式表示：
公式中的R0为线形灭磁电阻，RL为励磁绕组电阻；UL为灭磁时刻的励磁电压。
可见，当灭磁开关分闸时，转子两端的电压值与灭磁电阻的阻值有密切关系，根据设计要求，转子灭磁时的过电压值一般不超过额定励磁电压值的5-7倍。而另一方面，转子回路放电时，串入的电阻值越大，则阻力矩越大，对转子回路的灭磁越有利，所以又希望灭磁电阻的阻值不致于太小，根据这两方面的要求，一般选取灭磁电阻的阻值为转子直流电阻的3-5倍。另外要考虑到线形电阻能承受足够的灭磁电流，不致于因为发热功率太小而烧坏。
六、发电机励磁系统在实践中的应用
换型后的励磁调节器，经过十多年的运行检验，确实是提高设备的可靠性、安全性、可操作性，更好地服务于水电厂的安全、稳定、经济运行。但在运行维护过程中我们发现了一点问题。如：工控机未装不间断电源，在倒厂用电时，工控机会断电，这样会影响工控机的使用寿命，我公司已更换了四台工控机了。2008年四号发电机励磁调节器已换上南瑞的NES5100励磁调节器，今年准备将三号发电机励磁调节器换上NES6100励磁调节器，以上调节器都有个致命的缺点，就是当2组PT都断线的情况下会误强励。功率柜上的测温装置，也只是在盘柜上显示温度不能在上位机上显示，因此装置不能与监控系统接口。功率柜风压继电器，设计不合理根本不能使用。
这些问题不仅仅是我们的问题，也是生产厂家有待考虑和解决的问题，不过我厂已采取了相应措施解决了以上问题。