摘 要：本文圍繞發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要技術(shù)要求、勵(lì)磁方式以及各種方式的運(yùn)行特征三個(gè)方面進(jìn)行了具體的分析和闡述。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)電工程師評(píng)職范文,發(fā)電機(jī),勵(lì)磁系統(tǒng),運(yùn)行特征

　　一、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的主要技術(shù)要求

　　為了很好地滿足系統(tǒng)運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)具備以下的技術(shù)要求。

　　1、足夠的強(qiáng)勵(lì)頂值電壓

　　強(qiáng)勵(lì)頂值電壓是勵(lì)磁系統(tǒng)在強(qiáng)勵(lì)時(shí)可能提供的最高勵(lì)磁電壓Uf(max)，它與額定工況下的勵(lì)磁電壓Uf(e)之比，稱為勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)電壓倍數(shù)Kv，其值一般取2，特殊情況下可高于2或略低于2，但不得低于1.8。勵(lì)磁系統(tǒng)允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間應(yīng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力相適應(yīng)。

　　2、足夠的勵(lì)磁電壓上升速度

　　通過國內(nèi)外理論分析和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行實(shí)踐證明：僅有較高的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)而無快速響應(yīng)性能的勵(lì)磁系統(tǒng)，會(huì)影響電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，為了確保提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，勵(lì)磁系統(tǒng)就必須同時(shí)具有較高的電壓倍數(shù)基礎(chǔ)上，要確保有足夠的勵(lì)磁電壓上升速度。

　　3、有足夠的調(diào)節(jié)容量

　　為了適應(yīng)發(fā)電機(jī)各種運(yùn)行工況的要求，勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)保證勵(lì)磁電流在1.1倍的額定勵(lì)磁電流時(shí)能夠長期運(yùn)行，另外要保證強(qiáng)勵(lì)允許持續(xù)時(shí)間不小于10～20秒。另外，還應(yīng)具備運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠，響應(yīng)快速，調(diào)節(jié)平滑并具有足夠的電壓調(diào)節(jié)精度。

　　二、發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式和運(yùn)行特征

　　1、發(fā)電機(jī)常見主要的勵(lì)磁方式

　　(1)直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式

　　汽輪發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)的勵(lì)磁方式是采用同軸的直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁機(jī)，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改變直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁，來改變供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和無功的目的。

　　直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式的主要問題是：直流勵(lì)磁機(jī)受換向器所限其制造容量不可能大;整流子、炭刷及滑環(huán)磨損，污染環(huán)境，降低絕緣水平，運(yùn)行維護(hù)麻煩;勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度慢，可靠性低，早期的中、小型發(fā)電機(jī)容量小，所需的勵(lì)磁容量也較小，因此可采用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式。隨著起輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大，勵(lì)磁容量顯著增長，傳統(tǒng)的直流勵(lì)磁方式無法滿足汽輪發(fā)電機(jī)的需要，伴隨著電力整流器件和裝置的問世，適應(yīng)大型發(fā)電機(jī)組的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式和靜止勵(lì)磁方式也得到了迅速的發(fā)展。

　　(2)交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器的勵(lì)磁方式

　　交流勵(lì)磁機(jī)靜止整流器勵(lì)磁方式通常稱為三機(jī)式勵(lì)磁方式。這是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)三機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，整流裝置和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是靜止的。勵(lì)磁機(jī)采用交流發(fā)電機(jī)不需要換向器，因而勵(lì)磁容量不會(huì)受到限制。因有滅磁回路，故滅磁時(shí)間較短，但是由于旋轉(zhuǎn)部件較多，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率較高，加之軸系長，軸承座多，易引起機(jī)組的振動(dòng)超標(biāo)。三機(jī)式勵(lì)磁方式我國的大型發(fā)電機(jī)目前應(yīng)用較多。

　　(3)交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁方式

　　交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)磁方式通常稱為無刷勵(lì)磁方式。這種勵(lì)磁方式也屬于三機(jī)式勵(lì)磁方式范疇，所不同的是旋轉(zhuǎn)整流裝置與發(fā)電機(jī)、主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)在同軸上旋轉(zhuǎn)，因而取消了炭刷和滑環(huán)，避免了炭粉和銅末引起的的發(fā)電機(jī)繞組的絕緣污染。除了三機(jī)式勵(lì)磁方式共有的問題外，無刷勵(lì)磁方式的特殊問題，勵(lì)磁回路無滅磁裝置，事故跳閘后發(fā)電機(jī)靠自然滅磁，滅磁時(shí)間相對(duì)較長;旋轉(zhuǎn)整流裝置難以直接測(cè)量和觀測(cè)勵(lì)磁電流和電壓。

　　2、交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)

　　交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流通常由同軸的中頻副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)可控整流裝置供給。交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)采用同軸的交流勵(lì)磁機(jī)作為勵(lì)磁電源，可不受電力系統(tǒng)運(yùn)行善的影響。采用靜止硅整流裝置整流不存在直流勵(lì)磁機(jī)整流子問題，適用的交流勵(lì)磁機(jī)容量可以提高。同時(shí)，主、副勵(lì)磁機(jī)采用中頻電機(jī)可縮小體積和減小勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。MK只起轉(zhuǎn)子電路的分合作用，滅磁及過電壓保護(hù)由氧化鋅非線性電阻和滅磁熔絲完成，改善了MK磁場(chǎng)開關(guān)的工作備件，減小了磁場(chǎng)開關(guān)的維護(hù)工作量，進(jìn)一步提高了其可靠性。兩臺(tái)整流柜可并列運(yùn)行，亦可單獨(dú)運(yùn)行，同時(shí)單柜運(yùn)行可以滿足發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行、最大出力、強(qiáng)勵(lì)等工況的要求。勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式有兩套自動(dòng)，一套手動(dòng)，運(yùn)行方式比較靈活。可單獨(dú)自動(dòng)運(yùn)行，亦可雙套自動(dòng)并列運(yùn)行。同時(shí)具備手控方式為機(jī)組可靠供電提供了有力的保證。手動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整方式采用廠用電壓供電，可在自動(dòng)調(diào)節(jié)器不具備投運(yùn)條件下使用，但廠用電壓波動(dòng)時(shí)，會(huì)影響主勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁電流，另外手動(dòng)調(diào)整裝置不具備強(qiáng)勵(lì)功能。由于發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)碳刷的采用增加了運(yùn)行人員的維護(hù)工作量。碳刷冒火等可能引起氫爆對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)的安全構(gòu)成威脅。旋轉(zhuǎn)部件多，故障的幾率高;由于軸系長，軸承座多，對(duì)軸系穩(wěn)定和機(jī)組的安全不利。為了加快勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)，除交流勵(lì)磁機(jī)采用特殊的結(jié)構(gòu)外，通常將交流勵(lì)磁機(jī)的頻率設(shè)計(jì)得高一些，以減少其勵(lì)磁繞組的電感及其勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)，減少調(diào)節(jié)的時(shí)滯。目前我國大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)多采用永磁式中頻副勵(lì)磁機(jī)。

　　3、交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)

　　交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理和運(yùn)行性能與交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)相似，只不過勵(lì)磁主回路的硅整流二極管是以交流勵(lì)磁機(jī)電樞和主機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的，勵(lì)磁電流不需經(jīng)炭刷及滑環(huán)引入主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。因此這種勵(lì)磁系統(tǒng)稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。無刷勵(lì)磁按旋轉(zhuǎn)整流器類型可分為旋轉(zhuǎn)二極管和旋轉(zhuǎn)可控硅型兩鐘類型。目前實(shí)際使用的主要是旋轉(zhuǎn)二極管型，旋轉(zhuǎn)可控硅型現(xiàn)在正處于研究階段。

　　在無刷勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)二極管勵(lì)磁系統(tǒng)中，主勵(lì)磁機(jī)一般采用100Hz電樞旋轉(zhuǎn)式交流發(fā)電機(jī)。交流勵(lì)磁機(jī)的輸出經(jīng)硅二極管整流橋整流后直接送入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。旋轉(zhuǎn)二極管組成三相橋式整流電路。一般分為兩種，分別安裝在兩組同軸旋轉(zhuǎn)的與軸絕緣的金屬圓盤上。一組為陰極型硅二極管，陰極固定在一個(gè)散熱盤上，稱為共陰極組。另一極用陽極型硅二極管，其陽極型硅二極管，陽極固定在一個(gè)散熱盤上，稱為共陽極組。每臂的硅二極管可以并聯(lián)或串聯(lián)。硅二極管的并聯(lián)個(gè)數(shù)，應(yīng)根據(jù)額定勵(lì)磁電流，加上20%的裕度，還要考慮15%左右的電流不平衡來選擇，以保證當(dāng)一個(gè)并聯(lián)支路的快速熔斷器熔斷后，其余支路仍能維持發(fā)電機(jī)的額定出力運(yùn)行。此外對(duì)于短時(shí)的強(qiáng)勵(lì)電流以及發(fā)電機(jī)突然短路產(chǎn)生的過電流，也應(yīng)加以考慮。硅二極管的串聯(lián)個(gè)數(shù)，應(yīng)根據(jù)惡劣條件下產(chǎn)生的數(shù)值來考慮。目前，硅二極管的額定反向電壓和額定正向電壓的制造水平都已很高，一般情況下，每分支僅用一個(gè)二極管，每臂二極管的并聯(lián)數(shù)也大為減少，因而容納整流器的輪架尺寸只比原來容納滑環(huán)和電刷的地方略大一些。

　　由于無刷勵(lì)磁方式硅整流元件和熔斷器均裝在旋轉(zhuǎn)圓盤周圍，因此必須考慮強(qiáng)大離心力的機(jī)械強(qiáng)度，連接在硅整流元件上用于保護(hù)的并聯(lián)電阻、電容等元件，也要采用耐離心力的材料，并用環(huán)氧樹脂固定。

　　4、靜止勵(lì)磁方式中自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)

　　靜止勵(lì)磁方式中，最具代表性的當(dāng)首推自并勵(lì)勵(lì)磁方式，這種勵(lì)磁方式，電源取至發(fā)電機(jī)端、，經(jīng)靜止的整流變壓器及靜止的可控硅整流裝置供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁。由于勵(lì)磁系統(tǒng)沒有旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而可靠性高。又由于縮短了軸系長度，減少了軸承座，因而提高了軸系穩(wěn)定性。這種勵(lì)磁方式的勵(lì)磁響應(yīng)快速，調(diào)壓性能好。近年來由于繼電保護(hù)的完善和發(fā)展，動(dòng)作速度加快(0.1秒內(nèi)切除故障)，因此自并勵(lì)勵(lì)磁方式與繼電保護(hù)的配合方面除發(fā)電機(jī)后備保護(hù)需改進(jìn)外，已不影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。由于短路時(shí)間短，短路后發(fā)電機(jī)端電壓恢復(fù)快，因此自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)已與同樣強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)(Ku=2)的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)水平相當(dāng)。更由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的廣泛應(yīng)用，自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)配置PSS以后。其靜穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定水平高于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。

　　三、總結(jié)

　　各種勵(lì)磁系統(tǒng)在保證電力系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，在發(fā)電機(jī)長期連續(xù)運(yùn)行過程中，提升了發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵控制設(shè)備的成套能力，促進(jìn)發(fā)電設(shè)備體系的安全性，也有利于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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