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摘要：对三机励磁与自并励励磁系统进行比较，总结出自并励励磁系统的优点，并简要介绍自并励励磁系统的组成，最终得出在300MW机组中采用自并励励磁系统较为合理。
关键词：三机励磁；自并励静止励磁
Abstract: three turbines and the excitation of excitation control system by comparison, this paper summarizes the shunt from the advantages of excitation system and, and briefly introducing the by the composition of the excitation system, eventually got in 300 MW unit by using the excitation system is more reasonable.
Keywords: three turbines excitation; Since by static excitation
中图分类号：TB857+.3文献标识码：A 文章编号：
1.简介
励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大影响。
目前，300MW汽轮发电机的励磁系统基本有下面两种方式：交流励磁机—静止整流器即采用具有主副励磁机的它励式三机励磁系统(以下简称”三机励磁”)和自并励静止励磁系统。本文将对上述两种励磁系统进行对比论述，给出300MW机组的合理励磁系统。
2. 三机励磁与自并励静止励磁系统的比较及自并励励磁系统的优点
运行实践表明传统的三机励磁方式存在问题较多，例如：旋转部件多，故障率高，可靠性低，稳定性差，反应速度慢，对电力系统的暂态稳定及电压稳定均不利。自并励静止励磁系统发展到今天，已经成为成熟的技术，与三机励磁系统比较，自并励静止励磁系统的优点是十分突出的，下面就三机励磁系统与自并励静止励磁系统相比较来介绍自并励静止励磁系统的优点。
2.1 运行可靠性高
理论研究表明，当发电机出口短路时，前0.5秒三机励磁系统与自并励静止励磁系统短路特性相同；0.5秒后，三机励磁系统短路电流有上升的趋势，而自并励静止励磁系统短路电流则衰减到0，在这一点上，三机励磁系统是优于自并励静止励磁系统的。但由于近年来微机保护的迅速发展，快速合、分闸断路器的普及，已从根本上解决了此问题，即在0.5秒内，断路器已迅速动作，切除短路故障。在本工程中发电机出口采用全连式分相封闭母线，机端发生短路的可能性不大，加上系统配以快速的微机保护，采用自并励静止励磁系统后解决发电机出口短路已不成问题。另一方面，当电网中发生短路时，短路点到发电机端之间升压变压器、线路电抗的存在，使短路电流的衰减也需要一段时间，自并励静止励磁系统与相应的线路保护装置配合，可实现快速、有选择的切除故障部分，保证发电机稳定运行。在电网短路时能保证发电机状态稳定的能力取决于强励电流及故障切除时间。经验表明：在同样的速度保护及强励电流的作用下，自励与它励的发电机的暂态稳定极限相当接近。
资料统计表明：自并励静止励磁造成发电机强迫停机率低于交流励磁机励磁系统。
自并励静止励磁系统由于减少了主付励磁机这一较大的惯性环节，励磁系统的响应速度加快；由于减少了旋转部件，结构简单，检修维护方便，运行可靠性提高。
2.2 能改善发电机组轴系稳定性
三机励磁系统的主付励磁机与汽轮发电机组同轴，增大了汽轮发电机组的转动惯性，而自并励静止励磁系统由于采用机端励磁变压器的型式，取消了主付励磁机，缩短了汽轮发电机组的轴系，使汽轮发电机组的动平衡和轴系振动易解决，提高了机组的安全运行水平。
2.3 可提高电力系统运行水平
在小干扰方面，自并励静止励磁系统配置PSS(电力系统稳定器)后，小干扰稳定水平较三机励磁系统有明显提高。
在大干扰方面，电力系统计算表明，自并励静止励磁系统的暂态稳定水平与三机励磁系统相近或略有提高。
2.4 经济性好，可减少投资
自并励静止励磁系统本身设备造价比三机励磁系统低；
由于自并励静止励磁系统缩短了汽轮发电机组的轴系长度，使汽轮发电机组的基础减小，因而可减少发电机基础土建造价；
自并励静止励磁系统减少了旋转部件，设备故障率低，维修费降低；
自并励静止励磁系统维修工作量少，故障后修复时间较短，因而可提高发电效益。
3. 自并励励磁系统的组成方案
自并励静止励磁系统，由励磁变压器、可控硅整流屏、励磁调节器屏、灭磁及过电压保护屏等组成。
3.1 励磁调节器
在励磁系统中，励磁调节器的性能是改善发电机运行稳定性的最有效和最经济的措施之一。目前国内的励磁调节器基本以全数字电路为基础，提高了同步移相的精确度，提高了触发通道的一致性，提高了系统抗干扰能力，具有可靠性高，可操作性强，可维护性能好等优点。
一般励磁调节器采用完全独立的二套自动通道，可人工指定其中一套通道作为工作通道，备用通道自动跟踪工作通道，在工作通道发生电源故障，硬件故障及软件故障情况下自动切换到备用通道。
励磁调节器具有下列功能：调节及控制功能，实时故障诊断及异常状态的限制功能，调节器各种容错功能，智能调试及计算机辅助分析功能，调节器维护时系统自检查功能等。
此外励磁调节器还可附加各种保护功能及附加功能控制调节程序。
3.2 灭磁回路
对发电机的灭磁是由接在发电机励磁绕组回路中的自动灭磁开关完成的。对静止励磁系统国内普遍采用双断口直流空气开关配非线性灭磁电阻的灭磁方法。
在灭磁开关的选择上，要考虑到灭磁开关应在发电机空载、额定负荷、短路及可控硅失控、强励时能可靠地遮断发电机的励磁电流，以防将灭磁开关烧毁。
3.3 可控硅整流装置
可控硅整流装置是自并励静止励磁系统重要的组成部分，其功能是将来自勵磁变压器的交流功率转变为作为发电机励磁的直流功率电源。此外根据运行方式的要求，调节可控硅元件的控制角，相应地改变发电机的励磁电流值。影响可控硅元件额定电流的因素除了可控硅本身的质量外，还有元件的结温和壳温。
为了保护可控硅元件免受交直流侧过电压的危害，在励磁绕组两侧均设有灭磁及直流过电压保护装置。
3.4 励磁变压器
自并励静止励磁系统的另一个重要组成部分就是励磁变压器。因环氧浇注干式变压器具有优良防火性能，体积小，重量轻，无污染，安装方便，免维护等优点，一般将励磁变选择为环氧浇注干式变压器。
4. 自并励励磁系统的布置
励磁系统布置在发电机小间零米，因励磁变压器发热量大，设置单独的变压器间。可控硅整流屏、励磁调节器屏、灭磁及过电压保护屏等设备均布置在发电机小间零米，既便于整个系统的调试运行，又节省电缆投资，还可以避免因信号远距离传输而造成误差。
5.结论
自并励静止励磁系统比三机励磁系统具有显著的优越性，运行可靠性高，响应速度快，检修维护方便，节省投资，因此在300MW机组中推荐采用自并励静止励磁系统。
参考文献
[1] 雷传友．发电机励磁系统典型问题研究
[2] 刘健．大型汽轮发电机自并励励磁系统分析设计及仿真
[3] 张力．发电机励磁系统，中国电力教育，2010
关键词：三机励磁；自并励静止励磁
Abstract: three turbines and the excitation of excitation control system by comparison, this paper summarizes the shunt from the advantages of excitation system and, and briefly introducing the by the composition of the excitation system, eventually got in 300 MW unit by using the excitation system is more reasonable.
Keywords: three turbines excitation; Since by static excitation
中图分类号：TB857+.3文献标识码：A 文章编号：
1.简介
励磁系统是同步发电机组的重要构成部分，它的技术性能及运行的可靠性对供电质量、继电保护可靠动作、加速异步电动机自启动和发电机与电力系统的安全稳定运行都有重大影响。
目前，300MW汽轮发电机的励磁系统基本有下面两种方式：交流励磁机—静止整流器即采用具有主副励磁机的它励式三机励磁系统(以下简称”三机励磁”)和自并励静止励磁系统。本文将对上述两种励磁系统进行对比论述，给出300MW机组的合理励磁系统。
2. 三机励磁与自并励静止励磁系统的比较及自并励励磁系统的优点
运行实践表明传统的三机励磁方式存在问题较多，例如：旋转部件多，故障率高，可靠性低，稳定性差，反应速度慢，对电力系统的暂态稳定及电压稳定均不利。自并励静止励磁系统发展到今天，已经成为成熟的技术，与三机励磁系统比较，自并励静止励磁系统的优点是十分突出的，下面就三机励磁系统与自并励静止励磁系统相比较来介绍自并励静止励磁系统的优点。
2.1 运行可靠性高
理论研究表明，当发电机出口短路时，前0.5秒三机励磁系统与自并励静止励磁系统短路特性相同；0.5秒后，三机励磁系统短路电流有上升的趋势，而自并励静止励磁系统短路电流则衰减到0，在这一点上，三机励磁系统是优于自并励静止励磁系统的。但由于近年来微机保护的迅速发展，快速合、分闸断路器的普及，已从根本上解决了此问题，即在0.5秒内，断路器已迅速动作，切除短路故障。在本工程中发电机出口采用全连式分相封闭母线，机端发生短路的可能性不大，加上系统配以快速的微机保护，采用自并励静止励磁系统后解决发电机出口短路已不成问题。另一方面，当电网中发生短路时，短路点到发电机端之间升压变压器、线路电抗的存在，使短路电流的衰减也需要一段时间，自并励静止励磁系统与相应的线路保护装置配合，可实现快速、有选择的切除故障部分，保证发电机稳定运行。在电网短路时能保证发电机状态稳定的能力取决于强励电流及故障切除时间。经验表明：在同样的速度保护及强励电流的作用下，自励与它励的发电机的暂态稳定极限相当接近。
资料统计表明：自并励静止励磁造成发电机强迫停机率低于交流励磁机励磁系统。
自并励静止励磁系统由于减少了主付励磁机这一较大的惯性环节，励磁系统的响应速度加快；由于减少了旋转部件，结构简单，检修维护方便，运行可靠性提高。
2.2 能改善发电机组轴系稳定性
三机励磁系统的主付励磁机与汽轮发电机组同轴，增大了汽轮发电机组的转动惯性，而自并励静止励磁系统由于采用机端励磁变压器的型式，取消了主付励磁机，缩短了汽轮发电机组的轴系，使汽轮发电机组的动平衡和轴系振动易解决，提高了机组的安全运行水平。
2.3 可提高电力系统运行水平
在小干扰方面，自并励静止励磁系统配置PSS(电力系统稳定器)后，小干扰稳定水平较三机励磁系统有明显提高。
在大干扰方面，电力系统计算表明，自并励静止励磁系统的暂态稳定水平与三机励磁系统相近或略有提高。
2.4 经济性好，可减少投资
自并励静止励磁系统本身设备造价比三机励磁系统低；
由于自并励静止励磁系统缩短了汽轮发电机组的轴系长度，使汽轮发电机组的基础减小，因而可减少发电机基础土建造价；
自并励静止励磁系统减少了旋转部件，设备故障率低，维修费降低；
自并励静止励磁系统维修工作量少，故障后修复时间较短，因而可提高发电效益。
3. 自并励励磁系统的组成方案
自并励静止励磁系统，由励磁变压器、可控硅整流屏、励磁调节器屏、灭磁及过电压保护屏等组成。
3.1 励磁调节器
在励磁系统中，励磁调节器的性能是改善发电机运行稳定性的最有效和最经济的措施之一。目前国内的励磁调节器基本以全数字电路为基础，提高了同步移相的精确度，提高了触发通道的一致性，提高了系统抗干扰能力，具有可靠性高，可操作性强，可维护性能好等优点。
一般励磁调节器采用完全独立的二套自动通道，可人工指定其中一套通道作为工作通道，备用通道自动跟踪工作通道，在工作通道发生电源故障，硬件故障及软件故障情况下自动切换到备用通道。
励磁调节器具有下列功能：调节及控制功能，实时故障诊断及异常状态的限制功能，调节器各种容错功能，智能调试及计算机辅助分析功能，调节器维护时系统自检查功能等。
此外励磁调节器还可附加各种保护功能及附加功能控制调节程序。
3.2 灭磁回路
对发电机的灭磁是由接在发电机励磁绕组回路中的自动灭磁开关完成的。对静止励磁系统国内普遍采用双断口直流空气开关配非线性灭磁电阻的灭磁方法。
在灭磁开关的选择上，要考虑到灭磁开关应在发电机空载、额定负荷、短路及可控硅失控、强励时能可靠地遮断发电机的励磁电流，以防将灭磁开关烧毁。
3.3 可控硅整流装置
可控硅整流装置是自并励静止励磁系统重要的组成部分，其功能是将来自勵磁变压器的交流功率转变为作为发电机励磁的直流功率电源。此外根据运行方式的要求，调节可控硅元件的控制角，相应地改变发电机的励磁电流值。影响可控硅元件额定电流的因素除了可控硅本身的质量外，还有元件的结温和壳温。
为了保护可控硅元件免受交直流侧过电压的危害，在励磁绕组两侧均设有灭磁及直流过电压保护装置。
3.4 励磁变压器
自并励静止励磁系统的另一个重要组成部分就是励磁变压器。因环氧浇注干式变压器具有优良防火性能，体积小，重量轻，无污染，安装方便，免维护等优点，一般将励磁变选择为环氧浇注干式变压器。
4. 自并励励磁系统的布置
励磁系统布置在发电机小间零米，因励磁变压器发热量大，设置单独的变压器间。可控硅整流屏、励磁调节器屏、灭磁及过电压保护屏等设备均布置在发电机小间零米，既便于整个系统的调试运行，又节省电缆投资，还可以避免因信号远距离传输而造成误差。
5.结论
自并励静止励磁系统比三机励磁系统具有显著的优越性，运行可靠性高，响应速度快，检修维护方便，节省投资，因此在300MW机组中推荐采用自并励静止励磁系统。
参考文献
[1] 雷传友．发电机励磁系统典型问题研究
[2] 刘健．大型汽轮发电机自并励励磁系统分析设计及仿真
[3] 张力．发电机励磁系统，中国电力教育，2010