励磁系统及其重要性

励磁系统框图如图3-1所示。

供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。它一般由励磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成。其中励磁功率单元是指向同步发电机转子绕组提供直流励磁电流的励磁电源部分，而励磁调节器则是根据控制要求的输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元输出的装置。由励磁调节器、励磁功率单元和发电机本身一起组成的整个系统称为励磁系统控制系统。励磁系统是发电机的重要组成部分，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。

图3-1 励磁系统

1.励磁系统的主要作用

1）根据发电机负荷的变化相应地调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；

2）控制并列运行的各发电机间无功功率分配；

3）提高发电机并列运行的静态稳定性；

4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；

5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；

6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。

同步发电机励磁系统的形式有多种多样，按照供电方式可以划分为他励式和自励式两大类。

2.发电机获得励磁电流的几种方式

1）直流发电机供电的励磁方式；

2）交流励磁机供电的励磁方式；

3）无励磁机的励磁方式。

3.发电机与励磁电流的有关特性

1）电压的调节：自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2）无功功率的调节：发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。

3）无功负荷的分配：并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多的无功负荷，而容量较小的则负责提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

4.自动调节励磁电流的方法

改变发电机的励磁电流，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中电流很大，不便于进行直接调节。通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有：改变励磁机励磁回路的电阻；改变励磁机的附加励磁电流；改变晶闸管的导通角等。(www.xing528.com)

5.自动调节励磁的组成部件及辅助设备

自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器。励磁装置需要提供以下电源：厂用AC 380V和厂用DC 220V控制电源、厂用DC 220V合闸电源；励磁装置需要提供以下空接点：自动开机、自动停机、并网（一常开，一常闭）增减；励磁装置需要提供以下模拟信号：发电机机端电压100V、发电机机端电流5A、母线电压100V；励磁装置输出以下继电器接点信号：励磁变过电流、失磁、励磁装置异常等。

6.励磁系统的作用

1）在正常运行的条件下供给发电机的励磁电流，并根据发电机负载情况做相应的调整，以维持发电机端电压或电网某点电压为一定水平；

2）当电力系统发生短路故障或其他原因使系统电压严重下降时，对发电机进行强行励磁以提高电力系统的稳定性；

3）当发电机突然甩负荷时，实行强行减磁以限制发电机端电压的过度增高；

4）当发电机出现内部短路故障时能进行灭磁以减少故障损坏程度；

5）能使并联发电机的无功功率得到合理分配。

7.对大容量发电机励磁系统的要求

1）保证发电机在各种可能运行方式下对励磁的要求，励磁装置的额定电流应为发电机转子电流的1.1倍。

2）励磁系统应满足所要求的顶值电压和励磁增长速度：一般定值倍数大于2，即最高励磁电压是额定励磁电压的2倍以上，强励时间允许为10s，可明显提高暂态稳定性，在故障时向系统提供瞬时无功，支持系统电压。励磁系统电压响应比一般在3.5以上。励磁系统电压响应比亦称励磁系统标称响应，是用励磁系统电压响应曲线所确定的输出电压增长率除以额定励磁电压所得之值，是衡量励磁系统动态性能的重要指标。励磁系统电压响应比是在同步发电机额定工况下，突然强行励磁建立励磁系统顶值电压的条件下确定的。

3）励磁系统应能维持发电机端电压恒定并保证一定的精度，保证并列运行发电机之间的无功有稳定合理的分配，调压精度应高于1/100；

4）保证发电机运行的可靠性和稳定性；

5）励磁系统具有能充分发挥发电机进相运行能力的功能；

6）具有快速减磁和灭磁的功能；

7）反应速度快，具有高起始响应的励磁系统，即励磁系统电压响应时间为0.1s；

8）为改善机组动态稳定，机组振荡时能提供正阻尼。

8.发电机的强行励磁

1）电力系统故障时，能引起有关发电机端电压剧烈下降，此时从提高系统的稳定性出发，当发电机电压降低到80%～85%额定电压时，迅速将励磁加到顶值的措施称为强行励磁，简称强励。

2）强励的作用：①有助于继电保护的正确动作（指对带延时的保护）；②能缩短短路故障切除后系统电压的恢复时间；③有助于厂用电动机的自启动过程。

3）强励倍数。强励时，励磁机在规定条件下实际能达到的最高励磁电压与额定励磁电压的比值，称为强励倍数。显然，强励倍数越大，强励效果越好，但提高强励倍数受励磁机系统结构和设备费用的限制，对于透平发电机，强励倍数不小于2。