1、大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件DLT583大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件DL/T 583-20061范围 本标准规定了大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的基本技术要求、使用的术语、定义、计算方法、试验、技术文件等。 本标准适用于单机容量为10MW及以上大中型水轮发电机（以下简称发电机）的静止整流励磁系统及装置的使用与订货要求。目前整流型励磁系统主要是以自并励方式的系统为主，其他方式实际已很少使用。因此本标准主要针对自并励系统进行阐述，整流型励磁系统亦可参照执行。2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后
2、所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB1094.1 电力变压器第1部分：总则 OB1094.2电力变压器第2部分：温升 OB1094.3 电力变压器第3部分；绝缘水平和绝缘试验 GB4208外壳防护等级(IP代码) CB6450干式电力变压器 GB/T17626 电磁兼容试验和测量技术 DL/T489-2006 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程 IEEE std 421.4 电力系统稳态用励磁系统模型Recommended practice
3、 for excitation system models for power system stability studies IEC61000-4 电磁兼容第4部分试验测量技术Electromagnetic compatibility (EMC) Part4 Testing and measurement techniques IEC61000-6-5 电磁兼容第6-5部分通用部分发电站和变电站 Electromagneticcompatibility (EMC) Part 6-5:Generic standards-Immunity for power station and viron
4、menls3术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。3.1 助磁系统Exdtation system 为同步发电机提供励磁电流的设备，包括所有调节、控制、保护单元及功率电源和灭磁装置等。3.2 静止整流励磁系统及装置Static rectified exciation system and device 用静止晶闸管整流器将来自交流电源整流成直流，供给同步发电机可调励磁电流的系统及装置。它包括励磁变压器、功率整流单元、励磁调节器、起励、灭磁、保护、监视装置和仪表等。3.3 励磁调节器Excitation regulator 指按照某种调节规律对同步发电机机端电压、无功功率、功率因数、转子电流进
5、行实时闭环调节的装置。3.4 自动电压调节器(AVR) Automatic voltage regulator 指实现按恒机端电压调节方式的调节及相关的限制保护功能的装置，也称自动（调节）通道。3.5 手动励磁调节单元(FCR) Field current regulator 指实现按恒励磁电流调节方式的调节及相关的限制保护功能的装置，也称手动（调节）通道。3.6 励磁系统额定电流Exciation system rated current 指在励磁系统规定的运行条件下，励磁系统能够提供的长期连续运行的最大输出直流电流（这个电流必须大于同步发电机额定励磁电流的1.1倍，即发电机长期连续运行的最
6、大励磁电流。包括由发电机电压、频率和功率因数变化所引起的变化）。3.7 励磁系统额定电压Exciation system rated voltage 指在同步发电机连续运行的额定负荷条件下，励磁系统输出额定电流时，励磁系统能够提供的在其输出端的直流电压。3.8 励磁系统顶值电流（也称励磁顶值电流、顶值电流）Exciation system ceiling current 指在规定的强励时间内，励磁系统可输出的最大直流电流。3.9 砖磁系统顶值电压（也称励磁顶值电压、顶值电压）Excitation system ceiling voltage 指励磁系统强励时励磁电流达到规定的顶值电流的瞬问，励
7、磁绕组两端整流电压的平均值。强励起始励磁电流取额定励磁电流，起始励磁绕组温度取发电机在额定工况下运行的励磁绕组温度（按120计算）。3.10 顶值电流倍数Ratio of ceiling current 指励磁系统顶值电流与额定励磁电流之比。311 顶值电压倍数Ratio of ceiling voltage 指励磁系统顶值电压与额定励磁电压之比。3.12 额定助磁电流Rated field current 指当同步发电机运行在额定的电压、电流、功率因数和转速下，磁场绕组中的直流电流。3.13 空载励磁电流No-load field current 指当同步发电机运行在空载和额定转速下，产生额
8、定电压所需要的发电机励磁电流。3.14 额定助磁电压Rated field voltage 指同步发电机在连续额定负荷条件下运行时，跨接在同步发电机磁场绕组端所需的直流电压。当磁场绕组设计的额定运行温升小于或等于60时磁场绕组温度为75。当磁场绕组设计的额定运行温升大于60时磁场绕组温度为100。3.15 发电机调压精度 Accuracy of voltage regulation for generators 指在自动电压调节器投入、调差单元退出、电压给定值不进行人工调整的情况下，发电机负载从额定视在功率值变化到零，以及环境温度、频率、功率因数、电源电压波动等在规定的范围内变化时，所引起的发
9、电机机端电压的最大变化，用发电机额定电压的百分数表示。 注：由于测量的困难，通常用发电机电压静差率的测试来替代发电机调压精度。3.16 发电机电压静差率（负载变化时的调压精度）Static voltage droop rate for generators 指在自动电压调节器的调差单元退出、电压给定值不变、在额定功率因数下，负载从额定视在功率值减到零时发电机机端电压的变化率。发电机电压静差率按下式计算: (1) 式中； UG0视在功率值为零时的发电机机端电压； UGN额定视在功率值时的发电机机端电压。3.17 发电机电压调差率Ratio of reactive current compensa
10、tion 指在自动电压调节器调差单元投入、电压给定值固定、功率因数为零的情况下，无功电流的变化所引起的发电机电压的变化的变化率。用任选两点无功功率值下的电压变化率除以两点的电流变化率的百分数来表示。发电机电压调差率按下式计算： （2） 式中： UG0、UG1发电机电压（对应于IG0、IG1下）； IG0、IG1发电机电流（发电机不同无功功率下所对应的电流）。3.18 调节时间Settling time指从给定阶跃信号到发电机机端电压值和稳态值的偏差不大于稳态值的2%所经历的时间。调节时间见图1注：UGmzx为发电机机端电压最大瞬时值；UGz为发电机机端电压稳态值；UGOR为发电机机端电压起始值
11、，对于空载起励情况，UClar为零(或发电机残压)，对于甩负荷情况，UClar为发电机甩负荷前机端电压值；Tx为调节时间；Mp为超调量。图1 调节时间3.19超调量Overshoot指阶跃响应中被控量的最大值与最终稳态值之差，见图l。3.20 摄荡次数 Number of oscillation 指被控量第一次达到被控量与最终稳态值之差的绝对值小于2%的最终稳态值时，被控量的波动周期次数。3.21 励磁系统延迟时间 Time delay of excitation system指从给自动电压调节器施加引起强行励磁的信号瞬间起，至励磁绕组电压与起始值的偏差等于最终励磁绕组电压与起始值之差的3%的
12、瞬间止的时间段Td。励磁系统延迟时间见图2。注：Td为励磁系统延迟时间；;Uf为励磁绕组电压；Ufx为最终励磁绕组电压;Ufo为励磁电压起始值图2 励磁系统延迟时间3.22 励磁系统电压响应时间 Voltage-response time of excitation system 指从施加阶跃信号起，励磁电压达到顶值电压与额定励磁电压差的95%的瞬间的时间。励磁系统电压响应时间见图3。注：；Ufc为最大励磁电压；UfN为额定励磁电压。图3 励磁系统电压响应时间3.23高起始响应励磁系统 High initial response of excitation system指励磁系统电压响应时间等
13、于或小于0.1s的励磁系统。3.24 均流系数 Coefficlent of current distubution 指并联运行各支路电流平均值与支路最大电流之比。 均流系数按下式计算。 (3) 式中： m条并联支路电流的和； Imax并联支路中的电流最大值。3.25 励磁系统强迫停运率(F.OR) Forced off ratio指励磁系统强迫停运小时数对投入运行小时数及励磁系统强迫停运小时数之和的比，用百分数度表示。励磁系统强迫停运率按下式计算： （4） 式中： t1_励磁系统强迫停运的小时数，h； tR励磁系统投入运行的小时数，h。3.26 非线性电阻的非线性系数Non-linear c
14、oeffcient of varistor 指在规定条件下，非线性电阻元件或组件的伏安特性用下式表示时的值： （5） 式中： I流过非线性电阻的电流，A； U一非线性电阻上的电压降，V； C常数（即通过lA电流时的电阻值），； 非线性系数，01。3.27 非线性电阻压敏电压 Volt of voltage-sensitivity of varistors 指在规定条件下，非线性电阻流过指定的直流电流（mA）时两端的电压降，用UomA表示（对氧化锌非线性电阻取=10，因而，UomA=UlOmA）。3.28 非线性电阻荷电率Load-rate of varistor 指在额定工况下，非线性电阻承受
15、的电压峰值与压敏电压之比。3.29 压敏电压变化率Voltage change-rate of voltage sensitivity 指非线性电阻经能量冲击或长时问运行后的压敏电压变化UomA与能量冲击前或运行前的压敏电压UomA之比。用下式表示： (6) 式中： UomA元件运行后的压敏电压与压敏电压初始值之差； UomA能量冲击前或运行前的压敏电压。3.30 工作能容量 Energy capacity of varistor 指非线性电阻元件或装置在承受脉宽0.3sl.Os的冲击波后，能自动恢复原特性的最大允许能量数值。3.31 灭磁时闻 De-excitation time 指从施加灭
16、磁信号起，发电机励磁电流衰减到5%空载励磁电流以下的那一时刻的时间。3.32 电压给定变化速度Change rate of voltage setting 指在手动增减励磁的情况下，每ls发电机电压对于额定发电机电压的最大变化速率。3.33 起励电源 Power source for voltage building 指利用外部的交流或直流电源，帮助发电机建立初始电压用的专门电源。3.34 残压起励 Voltage building with residual magnetism 指在不依靠起励电源的情况下，利用发电机剩磁形成自励，来建立发电机电压的过程。3.35 软起励 Soft volta
17、ge building 指电压给定值按斜坡时间函数变化的发电机电压建立过程。3.38 零起升压 Start-up from zero voltage 指通过手动增加励磁给定值，发电机电压从零开始，逐步使电压升到额定电压的过程。3.37 限制器 Limiters 指当预定的条件达到时，能将被控制量限制在允许值以内的一个励磁系统的单元。3.37.1 欠励限制器 Under-excitation limiter 当发电机进相运行时，为防止励磁电流过度减少。通过增加励磁电流，将发电机运行点限制在发电机稳定PQ曲线范围内的限制器。目的是防止稳定破坏，防止定子端部铁芯过热。3.37.2 过励限制器 Ove
18、r-excitiation limiter当发电机运行在滞相工况时，为防止励磁电流过度增大。通过减小励磁电流，将发电机运行点限制在发电机PQ曲线范围内的限制器。目的是防止发电机定子、转子过热。3.37.3强励反时限限制器 Reversing-time limiter of forced excitation 在任何运行工况下，限制磁场电流不超过允许值的、防止转子过热的限制器。当励磁电流超过1.1倍额定磁场电流且小于强励顶值电流时，按照等效发热原则，强励允许持续时间和强励电流值按反时限规律确定。3.37.4量大励磁电流限制 Maximum current limiter 在任何运行工况下，瞬时限
19、制励磁电流不超过磁场顶值电流。3.38 伏赫限制器（也称电压频率限制器） Volts per hertz limiter 指当机组频率降低到某一预定值后，根据频率减少而使被调电压按比例减少，其目的是防止同步电机转子过电流或变压器过磁通。3.39 电磁兼容性(EMC) Electromagnetic compatibility 指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。3.40 电力系统稳定器 Power system stabilizer 指励磁调节器通过一种附加控制功能，用以改善电力系统稳定性能的一个或一组单元。输入变量可以是转速、频率或功率（或
20、多个变量的综合）。 模型和说明如下。 稳定器参数应和规定的稳定器输入信号类型一致。不同输入信号的稳定器参数，在提供类似的阻尼特性可能十分不同： a)lA型电力系统稳定器。广义形式的单输入电力系统稳定器见图4。vsl为稳定器输入变量；T6为变送器时间常数；Ks为稳定器增益；T5为信号隔直时间常数，下一方块中的A1和A2允许高频扭振滤波器（有些稳定器用）的一些低频效应被计入。如无此用途，如果需要，该方块可用来帮助形成稳定器增益和相角特性，随后的两个方块可允许2级超前滞后补偿，用常数T1T4设置。图4 广义形式的单输入电力系统稳定器(PSSIA型)这个模型只表示了简单的稳定器输出限制VSTmax和V
21、STmin，也可用其他方法。b)2A型电力系统稳定器。多种双输入电力系统稳定器见图5，通常用功率和转速或频率来导出稳定信号。图5 双输入电力系统稳定器(PSS2A型)模型可用不同类型的双输入实现稳定器的输入。如转速和频率、转速和电功率、频率和电功率等。当同样的模型用不同类型双输入信号构成稳定器时，对等效的稳定作用，模型中用的参数会差别很大。对每个输入，两个隔直时间常数可被表示（Tw1TW4）连同变送器或积分时间常数（T6，T7）对转速和频率双输入电力系统稳定器KS3正常为1，而KS2为T7/2H(H是同步电机惯性常数)。VSI1正常代表转速或频率，而VSI2代表功率信号，指数N（至4的整数）和
22、M（至2的整数）允许表示成“斜坡跟踪”和较简单的滤波器特性。相位补偿由2级超前一滞后，或滞后一超前方块T1T4提供，输出限制的选择和在1A模型中的类似。4基本技术要求4.1使用条件4.1.1静止整流励磁系统及装置应适用于下述环境条件： a)海拔高度不大于1000m（超过1000m,有关参数指标应进行修正）； b)环境最高温度为+40; c)环境最低温度：功率整流器采用水内冷者为+5，采用其他冷却方式者为-10； d)最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度不高于+25; e)安装地点应无爆炸危险的介质,无腐蚀金属和破坏绝缘的气体，无水淋、日晒并保证周围清洁。 振动频率在10
23、Hz150Hz时，振动加速度小大于5m/s2。4.1.2静止整流励磁系统及装置适用于下述供电源条件： a)在下述供电电源电压及频率偏差范围内，励磁系统应能保证发电机在额定工况下长期连续稳定运行; 交流380/220V系统，电压允许偏差为额定值的-20%+15%，频率允许偏差为士5%; 直流220/I10V系统，电压允许偏差为额定值的-20%+15%： b)励磁系统交流工作电源电压在短时问（不大于强行励磁持续时间）内、波动范围为55%130%额定值的情况下，励磁系统应能维持正常工作。 当工作电压波动超出上述范围时，应采用备用工作电源保证上述要求： c)励磁系统应能在机端频率为45Hz82.5Hz
24、范围内维持正确工作。4.1.3当使用条件不符合上述情况或用户有特殊要求时，由用户与供贷方商定。4.2系统性能要求4.2.1励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。4.2.2励磁顶值电压倍数一般为1.52.0。励磁现值电压倍数小于2时，励磁顶值电流倍数与励磁顶值电压倍数相同。励磁顶值电压倍数超过2时，励磁顶值电流倍数仍取2。当系统稳定要求更高励磁顶值电压倍数时，按计算要求确定。4.2.3励磁系统在输出顶值电流情况下，允许持续时间不小于20s。4.2.4励磁系统电压响应时间不大于O.ls。4.2.5励磁系统应保证发电机机端调压精度优于土0.
25、5%。4.2.6励磁系统应能保证发电机机端电压调差率整定范围为士15%，级差不大于1%。调差特性应有较好的线性度。4.2.7励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%时，发电机电压的变化值不大于额定值的0.25%。4.2.8励磁系统应满足下列要求： a)空载10%阶跃响应，电压超调量不大于额定电压的10%，振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s； b)发电机空载运行，转速在0.951.05额定转速范围内，突然投入励磁系统，使发电机机端电压从零上升至额定值时，电压超调量不大于额定电压的10%，振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s；c)在额定功率因数下，当发电机突然甩掉额定负载后，发
26、电机电压超调量不大于15%额定值，振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s。4.2.9自动电压调节器应能在发电机空载电压10%110%额定值范围内进行稳定、平滑的调节。手动励磁调节单元应保证在发电机空载电压10%110%额定值范围内进行稳定、平滑的调节。4.2.10在发电机空载运行状态下，自动电压调节器和手动调节单元的电压给定值变化速度，应不大于(1%UN)/s，不小于(0.3%UN)/s。4.2.11励磁系统功率整流器小应采用串联元件。在发电机额定励磁电流情况下，均流系数不应低于0.85。4.2.12励磁系统的功率整流器应满足下列要求： a)并联运行的支路数冗余度一般应按照不小于N+1的模式配
27、臀。在N模式下要求保证发电机所有工况的运行（包括强行励磁在内）； b)风冷功率整流器如有停风情况下的特别运行要求时，并联运行支路的最大连续输出电流容量值，应按停风情况下的运行要求配置； c)在任何运行情况下，过电压保护器应使得整流器的输出过电压瞬时值不超过绕组对地耐压试验电压幅值的30%。4.2.13励磁系统应装设励磁回路直流侧过电压保护装置。过电压保护动作整定值的选择原则如下： a)在任何运行情况下，应高于最大整流电压的峰值，低于整流器的最大允许电压值； b)在任何运行情况下，应高于灭磁装置正常动作时产生的过电压值； c)在任何运行情况下，应保证励磁绕组两端过电压时的瞬时值不超过出厂试验时绕
28、组对地耐压试验电压幅值的70%。 要求动作的分散性不大于10%。4.2.14励磁系统的灭磁装置应满足：灭磁过程中，励磁绕组反向电压应控制在不低于出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的30%，不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的50%。4.2.15静止整流励磁系统的起励电源的容量配置，应不大于发电机空载励磁电流的10%。4.2.16励磁系统的年强迫停运率应不大于O.1%。4.3系统功能要求4.3.1励磁系统应设置两套独立的调节通道。两套独立调节通道可以是双自动通道（至少一套含有FCR功能），也可以是一个自动通道加一个手动通道。4.3.2励磁系统采用的两套调节通道互为热备用、相互自动跟踪，应能
29、手动切换，运行通道故障时能自动切换和TV断线自动切换至备用通道。自动跟踪部件应具有防止跟踪异常情况或故障情况阿措施。以保证当运行调节通道故障时，能正确、自动地切换到备用调节通道。切换时发电机机端电压或无功功率应无明显波动。4.3.3励磁系统调节通道设有自动/手动运行方式时，应具有双向跟踪、切换功能。跟踪部件应能正确、自动地进行跟踪。切换应具有手动和TV断线自动切换能力。切换时保证发电机机端电压和无功功率无明显波动。4.3.4独立运行的自动通道电压给定器或励磁电流给定器应带有限位功能，发电机解列后应能自动返回至空载额定电压给定位置。4.3.5励磁系统的功率整流器应具有切除脉冲控制功能及风机停风、快速熔断器熔断、脉冲故障检测等报警功能。4.3.6励磁系统应具有转子过电压动作记录功能及磁场开关动作记录功能。4.3.7励磁系统应能可靠起励，允许残压起励（在满足功率元件自励的条件下），并配有软起励功能。4.3.8励磁系统应设起励装置，起励装置具有自动和手动投切功能、起励延时报警功能。4.3.9励磁调节器应有开关量的直接输出/输入，同时还应具有通信接口。能输出励磁系统有关数据到上级计算机或监控装置，并能接受其
