发电机励磁系统介绍

一、同步发电机励磁系统

        一般来说，发电机组由发动机（提供动能）、发电机（产生电流）、控制系统组成。风力发电机依靠风力带动发电机转动，产生电流；水力发电机利用水流的落差，产生动力带动发电机发电。我厂依靠燃气轮机和汽机带动发电机转动发电，是一种实现0排放的先进的清洁能源。

        尽管各种各样发电系统的动力来源可能不尽相同，但是它们都有一个很重要的共有部分，那就是发电机。

        目前我们人类所利用的电能，99%都是同步发电机发出的。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。

        同步发电机的励磁系统一般由两部分组成。一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称为励磁功率输出部分（或称为功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流，以满足运行的需要。这一部分包括励磁调节器、强行励磁、强行减磁和自动灭磁等，一般称为励磁控制部分（或称为控制单元）。

二、同步发电机电压调节

        维持发电机的端电压等于给定值是电力系统调压的主要手段，那么如何保证同步发电机的端电压为给定值呢？我们说，在负荷变化的情况下，必须通过调节励磁的方式。

        式中： Eq——发电机的空载电势；Uf——发电机的端电压；If——发电机的负荷电流比例。

        上式说明，在发电机空载电势Eq恒定的情况下，发电机端电压Uf 会随负荷电流If 的加大而降低，为保证发电机端电压Uf 恒定，必须随着发电机负荷电流If 的增加（或减小），增加（或减小）发电机的空载电势Eq ，而Eq 又是发电机励磁电流Ifq 的函数（若不考虑饱和，Eq 和Ifq 成正比），故在发电机运行中，随着发电机负荷电流的变化，必须调节励磁电流来使发电机端电压恒定。

三. 有功和无功的控制

        有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。

        无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。无功功率决不是无用功率，相反它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压。

        在电力系统之中运行的发电机既带有有功负载，又带有无功负载，有功电流的变化会影响发电机的转速和频率，无功电流的变化会影响发电机的电压。为了保证发电机的频率和电压的稳定，必须及时调节发电机的输入功率和励磁电流。

        那么问题是具体该如何调节呢？

        1、有功功率的调节——即原动机输入功率的调节。同步发电机与无穷大电网并联时，当发电机刚投入电网还没有向电网送出有功负荷时，假设我们忽略发电机的空载损失，则此时发电机处于“空接”在电网上的状态。如果要向电网发出有功功率，就必须增加发电机的输入功率，即加大机组中燃烧负荷及汽轮机汽门的开度，增大原动机的出力。此时由于作用在发电机转轴上力矩的增大，就会使发电机转子加速，于是发电机主磁极的位置将逐步超前，随着主极的超前，发电机激磁电势（?0）将超前于端电压（电网电压?），相应的，功率角（δ）及电磁功率（Pm）将逐步增大，这样输入功率和输出功率之间将逐步恢复平衡，保持在新的工作点同步运行。如下图

        在实际的调控过程中，有功功率的调节需要注意几个问题：

（1）增加有功功率的速度应遵照有关规程的规定，或制造厂家的要求。有功功率增加的速度不宜太快，否则将对发电机的结构产生不利的影响。当然也不应无根据的限制有功功率增长的速度，这将延误供电时间，特别是在事故情况下，尤为重要。

（2）有功功率的调节还要特别注意原动机输入功率的配合问题，要特别注意燃机负荷与汽机供汽调整，注意参数变化。有时候，发电机有功功率增长过快，锅炉供汽能力一时跟不上，主汽温与压力下降；相反如果发电机有功下降过快则会导致主汽温与压力上升。

        2、无功功率的调节——即发电机励磁的调节。同步发电机的励磁有三种状态，分别是：

（1）正常励磁：即发电机的全部输出功率均为有功功率。发电机功率因数一般控制在0.8-0.95之间，必要时可在1的情况运行。 

（2）过励：增加发电机的励磁，使其超过“正常励磁”称为过励。

（3）欠励：减少发电机的励磁，使其小于“正常励磁”称为欠励，此时为进相运行。一般低负荷期间，网上无功较多，发电机可能会进相运行，吸收无功，一般发电机都有一定的进相能力。燃机二期机组进相时需注意无功不小于-20Mvar，机组进相运行时需密切注意发电机定子温度，防止温升过大。同时，由于发电机进相运行会导致机端电压降低，需注意厂用电电压正常。无功进相值过大时需手动加无功。

表现发电机励磁电流与输出之间关系的“V型曲线”

        同样的，无功功率的调节过程中也需要注意几个问题：

（1）由于发电机与无穷大电网并联运行，电网电压视为恒定值，调整励磁不会引起电压的变化。

（2）调节励磁可以调节无功功率，但只能调节无功功率，而不能改变有功功率。

（3）调节励磁时应注意，不要使其超过励磁电源或发电机励磁绕组的允许值，以免出现励磁机与发电机励磁绕组过热现象。

（4）注意发电机电枢电流，保持不超过发电机视在功率，以防引起发电机电枢绕组过电流。

        我们都知道电能质量的三个标准是电压、频率和相位。不仅需要原动机的带动，同时也要通过励磁系统的控制与调节，发电机才能发出符合电网要求的高质量电能，用户的用电设备的安全可靠性才能得到保证。