CN104038124B - 基于双励磁绕组的励磁控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双励磁绕组的励磁系统，属于发电机励磁控制领域。包含主励磁绕组和副励磁绕组，两励磁绕组磁场通过转子铁芯耦合。主励磁绕组用于提供发电机非强励工况下的旋转磁场，副励磁绕组用于发电机强励工况下提供实现强励的旋转磁场。本发明提高了励磁系统负荷的功率因数，降低了励磁电源的谐波电流，减小了励磁变压器的损耗，降低了晶闸管换相尖峰过电压，使得现有的磁场断路器可应用于大型发电机组，特别是半速核电自并励机组的励磁系统，提高励磁控制系统的可靠性和安全性，同时也保证了发电机组的可靠运行。

Description

基于双励磁绕组的励磁控制系统

技术领域

本发明属于发电机励磁控制领域，尤其涉及一种基于双励磁绕组的励磁控制系统。

背景技术

随着我国电源建设突飞猛进,在建发电机机组的单机容量迅速提高，同时核能、水能、风能、太阳能和生物质能等可再生能源也在飞速发展。在大容量的水电、火电、核电机组中，由于具有较大的额定励磁电源和额定励磁电流，对发电机励磁系统中的励磁变压器、磁场断路器、功率柜等工作性能指标和可靠性要求提出了越来越高的要求。

发电机内部或发电机—变压器组的变压器内部，以及发电机端至发电机或发电机—变压器组断路器之间发生短路事故时，继电保护将动作跳闸，但发电机或发电机—变压器组断路器跳闸后短路点未切除，发电机转子磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流。短路的持续，可导致绝缘烧坏、导体熔化或烧损铁芯，在很短的持续时间内，往往也可能造成发电机、变压器的严重损坏，并有可能使事故迅速扩大。避免或减少设备损坏及限制事故扩大的措施是对发电机进行快速灭磁，在尽可能短的时间内使发电机的励磁电流降低到零。目前广泛采用的是移能型灭磁，即通过磁场断路器分断弧压的作用(对交流灭磁方式尚有交流电压的作用)，使转子电流由与磁场断路器构成的回路转移至与灭磁电阻构成的回路。在电流完全转移后，磁场断路器分断电流为零而息弧分断，切断转子励磁电源，发电机转子与灭磁电阻构成闭合回路。为实现转子电流向灭磁电阻回路完全转移完成灭磁分断，磁场断路器的灭磁分断弧压，应不低于灭磁电阻的最高电压与灭磁开始励磁功率整流器输出电压之和。

由于对励磁系统的高起始电压响应速度的要求及大容量条件下晶闸管器件的安全要求，自并励方式已经成为主流励磁方式。对于百万千瓦核电机组自并励励磁系统而言，由于其额定励磁电流较常规的1000MW燃煤汽轮发电机组或700MW水轮发电机组要大一倍左右，故给发电机灭磁特别是磁场断路器分断能力提出了更高的要求。而采用现有磁场断路器和传统直流灭磁方案其分断能力难以满足大型发电机组安全快速灭磁的需要。

在励磁系统的设计过程中，通常需要考虑要保证机组有足够的强励能力，考虑强励倍数的励磁系统，在器件选型设计的时候就要求更高的电压电流要求。尤其对于大容量发电机组，励磁系统需要大容量的励磁变压器和功率变换装置，其技术虽然不存在瓶颈，但容量的增大带来了可靠性降低的问题。

针对大容量机组对励磁系统可靠性及安全性的更高要求，单纯依靠磁场断路器、励磁变压器性能的提升显然很难满足要求，迫切需要保证大容量下保证励磁系统安全、可靠、有效实现其功能的方法。

发明内容

为了解决现有磁场断路器和传统直流灭磁方案其分断能力难以满足大型发电机组安全快速灭磁的需要及大型发电机组中主要设备可靠性降低的问题，本发明提供一种基于双励磁绕组的励磁控制系统。

一种基于双励磁绕组的励磁控制系统，包含主励磁绕组和副励磁绕组，主励磁绕组和副励磁绕组的磁场通过铁芯耦合，主励磁绕组磁场用于提供发电机在非强励工况下的励磁磁场，副励磁绕组用于在发电机在强励工况下投入，副励磁绕组励磁磁场与主励磁绕组励磁磁场叠加。

还包括电压调节器，电压调节器对主励磁绕组和副励磁绕组的功率变换部分的输出功率分别进行控制。

所述副励磁绕组包括闭合开关，闭合开关与副励磁绕组并联。

所述副励磁绕组单独设置励磁电源或者与所述主励磁绕组共用。

在所述副励磁绕组的励磁电源与副励磁绕组之间装设选通开关或刀闸。

本发明相对于只有一个励磁绕组的励磁控制系统，两个励磁绕组回路降低了对励磁变压器的容量和磁场断路器分断电压的要求，提高了励磁系统负荷的功率因数，降低了励磁电源的谐波电流，减小了励磁变压器的损耗，降低了晶闸管换相尖峰过电压，使得现有的磁场断路器可应用于大型发电机组，特别是半速核电自并励机组的励磁系统，提高励磁控制系统的可靠性和安全性，同时也保证了发电机组的可靠运行。

附图说明

图1为本发明中的示意图；

图2为本发明中实施例二的示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于双励磁绕组的励磁控制系统包括主励磁绕组L1和副励磁绕组L2，主励磁绕组L1与副励磁绕组L2的磁场通过铁芯耦合叠加，主励磁绕组L1提供非强励工况下的发电机励磁磁场，副励磁绕组L2在发电机组强励工况下投入使用，与主励磁绕组L1磁场叠加，共同提供强励工况下发电机励磁磁场。

主励磁绕组L1和副励磁绕组L2有各自独立的励磁回路。励磁电源Ef1经励磁变压器1、功率变换部分1向主励磁绕组L1提供励磁电流，在直流侧装设磁场断路器1，灭磁及过压保护回路1与主励磁绕组L1并联；励磁电源Ef2经励磁变压器2、功率变换部分2向副励磁绕组L2提供励磁电流，在直流侧装设磁场断路器2，灭磁及过压保护回路2与副励磁绕组L2并联，为保证副励磁绕组L2在不投入使用的情况下处于闭合状态，将闭合开关与副励磁绕组L2并联；电压调节器AVR对功率变换部分1和功率变换部分2根据发电机运行状态进行统一控制。励磁变压器1与励磁变压器2可以在一次侧并联。励磁变压器2的一侧装设选通开关或刀闸。副励磁绕组L2没有投入使用时需接入闭合回路，通过闭合开关实现，投入使用的情况下断开闭合开关，这样既可以防止绕组感应过电压，也可以增加机组的阻尼。

如图2所示，为本发明的实施例二，实施例二与实施例一技术相比，副励磁绕组L2励磁电源不同，本实施例中副励磁绕组L2励磁电源Ef2单独设置，接到其他厂用电回路或取自厂用电，采用厂用电可以避免机端短路时强励能力不足的缺陷。

正常工作的情况下，只有主励磁绕组L1上有电流流过，为发电机提供发电所需的旋转磁场，副励磁绕组L2通过闭合开关形成闭合回路；当发电机需要强励时，闭合选通开关，同时断开副励磁绕组L2的闭合回路，投入副励磁绕组L2；两绕组的磁场通过铁芯耦合共同提供发电机所需的旋转磁场。主励磁绕组L1和副励磁绕组L2有各自独立的灭磁及过压保护回路，在各自需要灭磁及过压保护的情况下投入。

主励磁绕组L1工作在非强励工况，其励磁变压器1容量、磁场断路器1分断电压等参数可按发电机额定工况下的参数进行设计选型；由于强励工况并不是长期连续工况，副励磁绕组L2在需要机组强励的时候才投入使用，其励磁变压器2容量、磁场断路器2分断电压等参数可按发电机强励要求的短时工作制进行设计选型。两励磁绕组的灭磁电阻容量根据各自绕组工作时的储能确定。两励磁绕组的过压保护回路动作值也由各自绕组的过压要求进行设计。

相对于只有一个励磁绕组的励磁控制系统，双励磁绕组系统中的励磁变压器二次侧电压可以降低近一半，每个绕组承受得最大电压也下降近一半，特别是考虑换相尖峰过电压，绕组绝缘承受得过电压水平甚至降低到一半以下，可以极大提供系统的绝缘安全水平；同时两个励磁绕组回路降低了对励磁变压器的容量和磁场断路器分断电压的要求，提高了励磁负荷的功率因数，降低了励磁电源的谐波电流，减小了励磁变压器的损耗，降低了晶闸管换相尖峰过电压，使得现有的磁场断路器可应用于大型发电机组，特别是半速核电自并励机组的励磁系统，提高励磁控制系统的可靠性和安全性，同时也保证了发电机组的可靠运行。

Claims (5)

1.一种基于双励磁绕组的励磁控制系统，其特征在于，包含主励磁绕组和副励磁绕组，主励磁绕组和副励磁绕组的磁场通过铁芯耦合，主励磁绕组磁场用于提供发电机在非强励工况下的励磁磁场，副励磁绕组用于在发电机在强励工况下投入，副励磁绕组励磁磁场与主励磁绕组励磁磁场叠加。

2.根据权利要球1所述的基于双励磁绕组的励磁控制系统，其特征在于，还包括电压调节器，电压调节器对主励磁绕组和副励磁绕组的功率变换部分的输出功率分别进行控制。

3.根据权利要球1所述的基于双励磁绕组的励磁控制系统，其特征在于，所述副励磁绕组包括闭合开关，闭合开关与副励磁绕组并联。

4.根据权利要球1所述的基于双励磁绕组的励磁控制系统，其特征在于，所述副励磁绕组单独设置励磁电源或者与所述主励磁绕组共用。

5.根据权利要球4所述的基于双励磁绕组的励磁控制系统，其特征在于，在所述副励磁绕组的励磁电源与副励磁绕组之间装设选通开关或刀闸。