可控励磁系统中的过励限制实验设计.docx

摘要现代电力系统的发展婴求同步发电机的励磁控制.同步发电机的正常运行、负载变化和励磁珠场的响应是基于负载的不同变化和负载的其他功率因数。此外，为了维持同步发电机的单电压水平，应根据负荷大小和负荷性质随时调整激励系统。激励机制是提高电网正常运行动力和稳定性的基本装备。自动同步发电机的激励对于提高电能质燧和供电效率，提高非供电可靠性和电力系统运行可靠性具有理要意义.本文主要对可控励磁发电系统进行了实验设计，首先对可控励便发电系统做了相关简介并探讨了可控励磁发电系统的国内外未来发展形势.本文重点在可控励磁系统中的过励限制方面作了重点分析，并设计了相关的过励限制特性试验，加深这方面的了解。关键词电力系统：励磁控制系统：过励限制第1章绪论1.1 研究背景地若统制理论的不断引进，该领域的研究将继续发展。本文总结J'控制的发电力和现状的总结，在工程的角度上，说明了目前成功解决的问题、存在的问题和未来发展的趋势。励磁控制器是同步发电机励磁系统的重要组成部分。自20世纪50年代以来，碱放大器在宜流励磁系统中得到了广泛的应用。电力系统已开始使用由“半导体元件”组成的半导体励磁调节器。电源系统同步发生器的驱动装置是电机的一个重要组成部分，通常.是一个励磁功率输出部分和一个励磁控制部分。发电机的励磁电流的变化通常在电源系统中运行，主要影响网络电压电平与操作单元之间的被动功率分配。同时，发电机端电压的降低电源系统的稳定性，井旦在系统发生故障时,该发电机必须快速增加驱动电流以保持电压水平和网络稳定性。如图IT所示，自动激励控制确保了电力的质量和电力系统的稔定性。图IT同步发电机励磁控制系统构成示意图1.2 研究意义发电机正常运行条件下驱动系统必须将发电机端电压（或“指定控制点”）保持在预定水平。在一定程度上，励磁控制系统的作川是最基本、最重要的。本文研究的意义在于提高电力系统静态稳定及系统暂态稳定性。1.3 研究内容及框架由于学习和时间比较短，导致本次的研究只分为5部分来写，第1章绪论部分阐述本文研究目的及研究框架。第2章部查找相关资料对自动励磁调节潞的组成及功能进行研究“第3章是针对本次研究的可控励磁发电系统，进行相应的实验装置操作，也包括如何维护工作需要注意的事项：笫四章则是针对本次过励限制特性设计进行相应的实验并进行实现.第2章自动励磁调节器的组成及功能研究2.1 基本工作电路基本工作电路：该控制驱动擀需要在发电机上提供驱动器，自动调节电流。根据发电机的电压变动和电力因子的变化，产生直流电压偏向信号，扩大后可以控制硅传导器。综合作用，共同作用于移相触发电路。移相触发电路：将综合并放大的控制信号转换为对应于各相可控硅的移相触发脉冲。励磁功率输出电路：一股由励磁电源和可控变流器件组成，可控变流器件由移相触发脉冲进行控制。改变移相触发脉冲的相位即可改变功率输出总元的输出电压，以实现调节励磁的H的。2.1.1 辅助工作电路辅助工作电路是为了使发电机安全运行而设置的各种保护电路和便于运行操作的附加装置。主要有：起励电路：启动发电机时，当发电机转子的剩磁无法建立电压时，掌握起励电路供给发电机的初始励磁电流弁加以利用。自动手动控制方式的切换电路：对于机组试验、线路加压、继电保护试验时，我们需要手动调整励破“手动调节励磁回跖作为自动调节励磁回路故障作为的后备操作使用。2.1.2 同步发电机励磁控制方式励磁方式离不开励磁控制方式，二者相辅相成.为了更好的提高电力系统稳定性，需要我们需要同步发电机励磁调节。通过对单变好控制阶段、线性多变故控制阶段及非线性多变量控制阶段是这三个发展阶段的学习解到同步发电机励磁控制的方式。2.1.3 智能控制方法智能控制策略，无需对被控告的物体有一个精确的数学模型，其控制效果由控制规则及共适应系统运行变化的能力决定。不依赖于物体，这些数学模型是坚固而简单的，可以将线路形成控制表存储在控制器中，并能满足激励控制系统快速反应的要求。这引起了对发电机驱动控制器设计的关注，并产生了一些实际结果“2.2 励磁系统设计2.2.1 过励限制的主要特性励磁系统和有刷交流励磁机励磁系统与无刷交流励感机励磁系统所采用的过励限制的控制量有所区别，前者是采用发电机磁场电流作为过励限制的控制地，后者是采用励磁机励磁电流作为过励限制的控制量。因发电机转子过电流特性与转子绕组过负荷保护特性需要保持一致，所以过励反时限特性与发电机是保有级差来确保在保护动作之前限制动作。所以对于过励反时限启动值以下设置，见图27。图2T过励反时限启动值2.2.2 限制过程过励反时限限制动作转为定磁场电流控制见。根据给出的定制时间不同有所不同，分瞬间和经过一阶惯性给出的相应也不同，详细见表1。表1自并励、交流励磁机励磁系统过坳反时限限制励磁系统突。.方式缓限方式回到110%的时间IS下降过程增加的热量回到1.1.%1.1.m的时间U卜降过程增加的热量Ieo自并励励超系统0.421.80.474.66交流蛹偿.机励磁系统0.241.11.151.302. 2.3发电机转子过负荷保护按照发电机特性设定过励反时限与发电机转子过负荷保护之间的级差有特定的设定，需要我们针对以下情况进行相应的判断，测量偏差还不至于我们先于限制动作进行保护，当过励反时限限制动作，电流过程中过热但是花长期范圉值以下不导致保护，还有就是级差者不考虑过励保护的的原因是在正常电流下，故障判断不好,通道大于Is.,完善的监控可以提前处理故障，过限动作可以降低故障发生的榻率.2.3控制量设计2.3.1顶值电流根据励磁机的负我特性曲线，通过顶值电流倍数决定的发电机磁场电压，获得顶值电流瞬时限制值。所以我们需要通过考虑励磁机的饱和，来确定顶值电流瞬时限制值。23.2过励反时限限制的最大过热53当确定反向过励便周期的最大热度时，发电机磁场电路的时间常数可以忽略不计。根据励磁机的负我特性，实现了励磁机的励磁.根据励磁机的最大励磁电流、励磁机的最大励磁电流和励磁机的最大励磁电流，计兑励磁机励磁统组的最大过热城.发电机最大过热式中励装机连续运行最大磁场电流为Iefo:发电机的顶值电流持续时间显示为tP,励磁机的最大磁场电流为Iefmax;检查励磁机磁场过流时间与发电机磁场过流时间是否一致.调整不适用情况.第3章可控励磁发电系统实验装置操作及维护3.1 实验装置操作3.1.1 交流电源方法开启开启三相交流电源，根据表针狭悉调整输出电压值，完毕时自耦调压器调回到零位，断总开美。开启单相交流电源,检查控制面板下的单相自耦调压熔电源升美必须处于断开位置，周Jk器必须调整到妥位。开启直流操作电源。交流电源启动后，打开“固定直流电压输出”开关，获得220伏（额定电流为1.5安）不可调直流电压输出.打开“可调直流电压输出”开关，获得40-220伏（额定电流3a）可谓直流电压输出。固定和可调电压值可由控制面板下方中间的直流电压表指示。当表下的“电压指示开关”开关转到“可调电压”时,表示可谓电源电压的输出值:当转到“固定电压”时,表示输出固定电源电压可调直流电源”是种PWM开关电源,输入端接个大电容器进行滤波。为了避免充电电流过大而损坏电源电路，采用限流延时保护电路。因此，当电源接通时，需要有大约3-4秒的延时才能进入正常输出可遇直流稳压输出设有过电压、过电流保护报警指示电路。当输出电压调整过高（大于240V）时,电路自动切断，使输出为零,并发出报警指示。只有降低电压（约240V及以下）并按卜.“过压更位”按钮，才能自动恢复正常输出。当负载电流过大（即负载电阻过小超过3a时，电路也会自动切断，并给出报警指示。此时,如果要恢复输出,只需降低负载电流（即提高负载电阻晨有时启动时会出现过电流报警，说明启动时负载电流过大，需要降低负我电流。如果机落在空载状态下启动，会出现过电流报警，这是由于温度或湿度的明显变化引起的，这会导致光耦TI1.1.I7的泄漏和过电流保护的起始控制点的变化，一般情况卜.，机器在空载状态下启动（即交流电源打开后，打开“可谓直流电源”开关）并预热几分仲后，可以停止报警并恢复正常。3.1.2 实验的基本要求在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求:1实验前的准备：实聆前应旦习教科书有关章节内容，认其研读实验指导书，J'解实险目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验设备进行预习，熟悉组件的编号，使用及其规定值等八实验前应写好预习报告,经教师检查认为确实做好了实验前的准备，方可开始实验。认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质地和保护实验设备、保证人身安全等都具有十分重要的作用。2实验的进行：建立小组合理分工，选择组件和仪表，依次排列组件和仪表，便于数据读取。熟悉仪表，按图正确接线，试运行起动继电保护电路，仪表如出现异常立即切断电源，并排除故障。3.2 系统操作运行及检测维护3.2.1 系统投入运行操作1 .将控制方式切换开关置于“自动”位置，将励磁整定电位器旋至最低励磁输出端。2 .将发电机电压UF建立至最低整定值按起励试验.3 .增加方向缓慢旋动励磁整定电位据，使UF上升额定值UFe;观察控制电压表、励磁电压表、励磁电流表及发电机电压表、励磁电流表，各参数应平滑均匀上升，无跳跃突变现象。4 .稳定运行几分钟，检查励磁系统各部分有无异常现象“5 .按并列操作要求和步骤，将发电机并入电网。6 .往增方向缓慢旋动励磁整定电位器，发电机逐渐带上无功负载、观察励磁电流表、无功功率表（或COSip表）亦应平滑均匀上升，无跳跃突变现象。此外，系统也允许按类似步骤用手控方式起励及运行。3.2.2 切换操作要点1 .正常运行中的切换：当需要从自控切换到手控，或者相反操作时，可按如下步噱进行：按下UK校准按钮SB将控制电压表切换至运行控制档，读取运行控制电压。迅速松开UK校准按钮SB,将控制电压表投至待用控制档,立即调整待用控制电压，使之等于运行控制电压。重复上述操作12次，尽可能使两种控制电压相等。迅速将控制方式切换开关切换至待用控制方式。2 .切换操作注意事项：正常运行中，是否允许切换及在什么条件卜才能切换,应严格按等UK值切换原则行事。有的调节器于控电路中未引入负反饿环节，手控时调节系统运行于开环状态，无自动稳定作用：这时手控只能作自控的事故或紧急备用控制，正常运行中不得随意切换，否则容易使整个系统失去稳定。（本实验装置在运行中可按等UK原则进行切换）正常运行中，宜尽可能使用自控方式。因为即使是具有负反馈闭环运行的手控电路，其自动调节能力也远不如自控方式强，当发电机突然大量减少负载时，很容易产生过电压。此外，只要自控方式运行正常，就不要随意切至手控，以免操作不当引起机组振荡或失步解列。正常运行中的切换，宜在负载稳定、运行情况良好时进行，一般不宜在轻我时。处于自控方式运行中的励磁调节系统，必须经常注意保持手控、自控电压相等，特别当负载发生较大变化后，更应及时调节于控电压，使之等于自控值，以便自控电路故障或紧急时，立即切至手控方式。3 .自动控制失控时的切换操作：由于运行中经常保持了手控和自控电压相等，故当自控方式失控时，处于备用状态的手控电压接近于故障前的自控电压，应立刻从自动切换到手控。注意，这时决不可在按上述正常运行中的切换步骤，校准两种控制电压后才作切换。因为这时的自控电压已经不是调节装置实际需要之值了,如果再作调整，切换后可能引起机组振荡甚至失步解列。3.3 过励限制特性实验设计过励限制是把可控励磁发电系统中可控桥最大输出电流，限制在一定限度内的安全保护措施。因为可控励磁系统调节灵敏，在发电机端电压下降5$时，就能将可控硅导通角开放到最大进行强励。如不加以限制，这时的强励电流约为额定励磁电流的2倍以上，对励磁绕组和可控桥整流元件都可能造成危害。因此必须设置过励限制电路把强励电流限制在强励允许值以内。过励限制电路原理接线见图3T过励信号由可控功率整流桥交流侧的两个测量互感罂5TA、6TA二次侧取得。本电路测量可控桥的交流输入电流，当其达限制值时，输出的过励限制信号自动限制可控硅开放角的增大，从而限制可控桥最大励磁电流在一定的数值内。其限制值由波段开关IKe分十档进行整定调节。限制值由IKe调节整定。IKC处在O档上，因无稳定电压相加，比较电压值较小，需有较大的输入电流才能输出限制信号。因此。档的限制值最大。IKe处在10档上，相加的稳定电压最大，比较电压值也最大，只需较小的输入电流就能输出限制信号，所以10档的限制值最小。图中，2Rc为减小限制信号的交流成分，防止励磁电压波起伏不平衡而设。2Re阳值不大，它并不明显地减慢ICe的充电速度，保证限制信号有较快的上升速度。而3Re阳值较大，减慢了ICe的放电速度，以此平滑过励限制信号，减小信号中的交流成分。图3-1过励限制电路原理接线3.3.1 日常运行中的检查检查应充分运用耳闻、目睹、鼻嗅等方式，注意监视励磁系统各部位是否处于正常进行状态。内容如下：各运行表针是否指示正常：发电机、励磁电源变压器、可控桥主回路冷却风机等到声音是否均匀正常：各运行指示灯及儿他信号装置是否指示正常；励磁系统各带电部位，特别是联接头、线圈、触头等，有无变色、发红、跳火、冒烟等现象；有无焦臭或其他不正常气味出现：油浸式励磁变压器及电压互感器的绝缘油颜色和油位是否正常：检杳发电机、励磁变压器、整流器件及冷却风机等元器件外壳，了解其温度是否正常。但必须注意安全，防止触及带电部位：电刷与集电环接触是否良好，有无火花及并常噪音：接线板、接线头、励磁调节器各部位、各种变压器及互感器等，应经常保持清洁无尘，不允许有油污或其他危及安全的杂物存:在：励磁可控整流装冏的通风散热系统是否工作正常.，冷却风道有无堵塞现象；（11）定期检查各部紧固件，不应松动或脱落：（12）有无其他异常现象：（13）作好运行日志，定时抄写表计读数，以上各项，在实际工作中，有的应时刻注意监视，有的应定期巡回检查。3.3.2 定期大修时的检查与调试分别检查励磁绕组、励磁系统各变压器及互感器、励磁调节器全部电路，以及操作、表计，、保护、信号等电路的绝缘电阻应符合要求：彻底清除励磁装置各元器件、电路及外壳上的灰尘及脏污：检查各带电部位的绝缘:物是否正常，要及时更换破皮、老化或损伤的绝缘导线：检查各联接头、焊接点及接插件的接触是否可靠、焊接是否良好：检查各控制开关、刀开关、按钮、接触器、空气开关、维电器、电位器等触头接触是否良好，有无烧蚀损坏现象，机械传动部分是否灵活可靠；各指示仪表是否正常，模拟指针表应检查表计的表针有无卡塞现象，按要求定期校验；按要求对励磁变压器及互感器的绝缘油作定期化验及绝缘试验：检杳电刷与集电环接触是否良好，更换磨损过大的电刷；检杳各插件板上的元器件是否变质或损坏，电路是否正常，焊点是否脱落。对于长期使用的电解电容器，可能逐渐变质，当电容量减小到80以下时，应更换：当需要拆卸元器件时，应在事先作好记号（其中应特别注意没有端子标号的联线）。拆卸后，应分别妥善存放，注意防潮、防压、防脏污腐蚀。过程中可配合示波器及电压表，分别检查各部分电压波形及数值是否符合要求，有无异常现象。上述检测中发现的问题，应及时进行检修或换件处理。如果半导体元耦件必须更换时，则应严格筛选，并经过热老化及电老化处理后投入使用。第4章实验实现及运行措施4.1 实验操作步骤4.1.1 励限制特性实验接线按图4-1示要求接入三相自耦调压器、交流电压表、交流电流表和负载电阻IR、2R、3R。电流互感器二次电流在3RT、4RT上形成的三相交流电压是过励限制的输入电压，分别为U4-5、U5-6、U6-4,三相电流值相同时,三相电压值也应相等。在输出端9T0接入直流电压表用于测量输出电压U9-10。波段开关IKe设于5档位置，将三相调压器调至零输出位置，电源开关处于断开状态，接线完毕检查无误后，接入三相交流电源。14-12过励限制特性实验接线4.1.2 过励限制的输入输出参数会上交流电源开关调节三相调压器，逐步增加输入TR原边电压至100V,注意观察电流表和电压表的变化情况，调节RI、R2、R3使三相电流对称，然后按表4-2所对应各点电流改变值记录过励限制的输入输出参数.调压器置零输出位芭，切断三相交流电源，调节整定过励限制值的波段开关置于“O”档位置。记录绘制眼制特性：断开5TA、6TA与过励限制电路输入端4、5、6的连接导线，将三相调压器输出端a、b、C直接接到过励限制输入端4、5、6,作为输入电压Usr.合上三相交流电源开关，按表4T调整三相调压器改变输入过励限制电路的交流输入电压Usr.逐点测试记录过励限制输入电压USr与输出电压USC的对应值，测试数据正确记入图1-2中（注意：三相调压器输入过励限制电路的电压不应大于17V,三相电压应对称均匀）。再将过物限制整定开关分别置于“5”档和“10”档时，按上面第4步分别测出二组数据记录在表4-3相应的表格中。表4T测试记录表Ig（八）10.90.80.70.60.50.40.30.20.1Vi-S(V)10.38.877.996.g576.3285.457(6(M3.S892.6931.M7Us-6(V)9.638.467.7086.9556.3心5.5814.1653.1052.817.<<.U-J(V)9.498.137.1.16.4175.8365.094：；;Z.73.303.011.501Ug1.O(V)26.3728.8129.23：<1*.531.5731.2029.2428.6527.3627.01整定开关置“0”措Usr(V)111.412.013.014.015.016.0Usc(V).29,43.29.56.30.0630.2330,65.30.91整定开关置“5”档Ur(V)7.9.9.010.011.012.013.0Usc(V)28.7528.55.28.2)29.5130.2130.25整定开关置"10”档Usr(V)4.36.07.08.09.09.5Usc(V)22.5122.4022.49.22.5022.6523.11图4-2过励限制特性测试记录4.2 控励磁发电系统常见故障及处理方法4.2.1 灭磁开关QFG的常见故障及处理方法IQFG合不上。可能是：1合闸电源消失，这种情况需要检查保险丝是否熔断，没有的情况下再检杳电路是否有故障：2当合闸或是分闸电路出现故障也会合不上。3也有可能是工作人员在传动机构调整方面没有调整好。2.合闸线圈烧毁。由于操作机构故障或调整不当，线圈长时间通电：连续频繁运行次数过多：线圈受潮、腐蚀或机械损坏严重,造成匝间或层间短路。可以查调整操作机构和延时元件的延时或是更换损坏的线圈。4.2.2起励中常见故障及处理1 .按下励磁按钮第一次励磁电流表摆动一下再按一次，这种情况有可能则无响应。机组转速过低，励磁电流过大，保险丝熔断。更换保险丝（注意不要增加），将机组加速到额定转速，然后启动励磁。2 .按下励磁按钮，励磁电流表倒转：一般在安装或检修后首次励磁采用无外接直流电源自励励磁方式时发生，也就是接反了励磁绕组极性。只要励磁绕组的两条出线互换即3 .按下励磁按钮时没有反应，励磁电流和电压表根本不动。这种情况原因很多，我们需要根据不同情况进行处理。比如如果是无外接电源自励励磁，剩磁可能不足甚至消失，应外接直流电源充磁,或者励磁绕组极性与残压不致对换励磁缆组两引出线就可以了；励磁网路开路可能是集电环与电刷接触不良、Tr的联接点联接不良、励磁绕组或连线有断线、灭磁开关接触不良或未合上：若采用外接电源励磁，可能电压过低，应提高电压：励磁二极管损坏；励磁控制回路存在励磁按钮接触不良、励磁接触器线圈或控制回路断开或短路等故障；调试操作切换插件位置错误，应切换到运行位置；励磁电源变压器高压侧开关未闭合。4 1.按下启动励礴按钮后，启动励磁接触器工作正常，但机组不能启动励磁：不用触发脉冲，可切换到另一种控制方式控制回路故障，若能起励则故障在前一控制方式电路中：起励限制闭锁元件62KV整定值太低，而可控硅起始触发所需电压又太高，以致可控硅尚未触发，检查可控硅最低触发电压是否符合要求。续流二极管短路或整流元件损坏。5 .手控不能建压，切至自控能建压。原因：是手控电路中有开路、短路、接触不良或元件损坏等。此时应检杳手控电路并测量其输入、输出电压是否正常。6 .自动不能建乐，切至手控能建压：可以可检查自控线路及稳压电路的电源是否正常。4.2.3:运行中的常见故障及处理方法1 .起励后旋动励磁整定电位器能自由调节UF,但当UF增至最大允许值时,限压值太低或不能限压。原因是限压电路故障或整定值不合要求，应检修限压电路或重新整定。2 .电路无故障，自控正常，手控不稔定：原因及处理：有的调节涔手控电路无负反馈环节，装置开环运行，由于自并激励磁系统具有正反馈特性，因而易于振荡,这种手控只能作自控的备用，正常运行中不能任意切换：有的调节器于控电路有负反馈，但.反僚太弱，检定能力很差：增大负反馈后，-般即能稳定运行：自控切换手控时，未校准控制电压；应先校准，然后迅速切换。3 .电路无故障，手控正常，自控不桎定：原因及处理：自控电路开环放大倍数过高，导致运行不稳定。应适当降低放大倍数：手控切换自控时，未校准控制电压。应校准后迅速切换.4 .发电机空载电压整定值变高：原因是测盘比较放大电路中，个别串联电阻值变大。应更换电阻。结束语我国同步发电机励磁控制的研究提出了新的挑战。身为祖国培育出的电气工程方面的学子深感肩上责任的伟大，而以后即将进入电力行业工作的我们更是要脚踏实地的工作和学习，集我国广大科研工作者之力，模糊逻辑励磁控制、基于规则（专家系统）的励磁控制、人工神经网络励磁控制、博于迭代学习算法的励磁控制等许多先进控制策略被广泛地应用到发电机励磁控制中.在人工智能应用于励磁控制时，并不需要被控对象精确的数学模型，其控制效果是由控制规则及其对系统运行变化的适应能力决定的。近年来，模糊控制技术得到r越来越多的重视，模糊控制不依赖对象的数学模型，售棒性好，简单实用，可以离线形成控制表存储在控制版中，可以很好地满足励脑控制系统快速反应的要求。