第21卷第12期 电网技术 Vol.21 No.12 1997年12月 Power System Technology Dec.1997 我国汽轮发电机励磁系统发展概况 毛国光 电力工业部成套设备局，100011北京 DEVELOPMENT SURVEY OF TURBOGENERATOR EXCITATION SYSTEM IN CHINA Mao Guoguang Complete Equipment Bureau,Ministry of Electric Power Beijing,100011 China ABSTRACT This paper describes the advantage and short- 灭磁电阻和灭磁开关等部件。励磁机是交流机没有 coming of five kinds of exciting system which are applied to turbogenerators,and reviews the development history of tur- 换向器，因此，励磁容量不会受其限制。因有灭磁回 bogenerator excitation system in China.The author points out 路，当系统或发电机发生故障时能尽快切除机组，减 that it will be the trend to apply bus fed static excitation sys tems to large capacity turbogenerators. 轻故。它的灭磁时间较短，切机时间较快，对系统 KEY WORDS Turbogenerator Exciting system Develop- 稳定有好处。由于旋转部件较多，励磁系统发生故障 ment 的可能性也较多。轴系长、轴承座较多，易引起机组 摘要本文介绍了汽轮发电机采用的5种励磁系统的优缺 振动超标。 点和我国汽轮发电机励磁系统发展的历史，并指出大容量汽 轮发电机采用自并励励磁系统是发展趋势。 关键词汽轮发电机励磁系统发展 1概述 励磁系统是发电机的重要组成部件。性能良好、 可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电、提高 一发电机定子 4一一灭磁电阻 -调节电阻 2-一 电力系统稳定性所必需的，近几十年来，随着单机容 ·发电机励磁绕组 5—直流励磁机 8一-强励开关 3一一灭磁开关 6一直流励磁机励磁绕组 量的增大，对励磁系统提出了新的要求，如励磁容其 图1直流励磁机励磁系统简图 要增大，可靠性要高，调节速度要快，稳定性要好。可 这种励磁方式原苏联的发电机采用较多，我国 以说，发电机发展的历史也是励磁系统发展的历史。 1O0MW及以上的汽轮发电机多数也是采用这种励 磁方式。 2几种主要的励磁方式 (3)交流励磁机带旋转整流器励磁系统（图3） (1)直流励磁机励磁系统（图1） 交流励磁机带旋转整流器励磁系统即无刷励磁 早期的中小型汽轮发电机容量较小，所需的励 系统。它也属三机励磁范畴，但整流装置等和发电 磁容量也较小，因此采用直流励磁机励磁，结构较简 机、主励磁机、副励磁机在同一轴上旋转。 单，操作也较方便。 无刷励磁系统的特点： 直流励磁机是与主发电机同轴旋转，速度较高， ①励磁机是没有换向器的交流发电机，励磁容 受换向器（整流子）的限制，容量不能做得太大.一般 址可不受其限制： 适用于50MW以下的汽轮发电机。 2无炭刷、滑环、整流子等，因而不会有炭刷的 (2)交流励磁机励磁系统（图2） 冒火问题，运行维护方便： 交流励磁机励磁系统又叫交流励磁机净止整流 3不会产生炭粉和铜末，因而不会导致电机绕 器励磁系统，通常称之为三机励磁系统。所谓三机励 组绝缘污染而降低绝缘水平： 磁系统是由发电机、主励磁机、副励磁机三者在同一 ①励磁回路中无灭磁装置，电机或系统发生事 轴上一起旋转，整流装置和调节器(AVR)是静止 故而跳闸后，电机常自然灭磁，时间相对较长： 的，和直流励磁机励磁系统一样需要配滑环、炭刷、 ⑤)无法直接测量和观察励磁电流和电压 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 卷 第 期 年 月 电 网 技 术 我国汽轮发电机励磁系统发展概况 毛 国 光 电 力 工 业 部 成套设 备 局 , 北 京 , , 、 , 摘要 本 文介 绍 了汽轮发 电机 采用 的 种 励磁 系统 的优 缺 点和我国汽 轮发 电机励磁系统 发 展 的历 史 , 并指 出大 容量 汽 轮发 电机采用 自并励励磁 系统 是 发 展 趋 势 。 关键词 汽轮发 电机 励磁 系统 发 展 灭 磁 电阻 和 灭磁开关等部件 。 励磁机是 交流机 没有 换 向器 , 因此 , 励磁 容量 不会受 其限制 。 因有灭磁 回 路 , 当 系统或发 电机发生故障时能 尽快切除机组 , 减 轻 书故 。 它 的 灭 磁 时间较 短 , 切机 时 间较快 , 对 系统 稳 定有好 处 。 由于 旋转 部件较 多 , 励磁 系统发 生故 障 的可 能性 也较 多 。 轴 系长 、 轴承 座较 多 , 易引起 机组 振 动超 标 。 共与 概述 励磁 系统是 发 电机 的重 要 组 成部件 。 性 能 良好 、 可 靠性高 的励磁 系统 是 保证 发 电机 安 全 发 电 、 提 高 电力 系统 稳 定性 所必 需 的 。 近 几十年 来 , 随 着单 机 容 量 的增大 , 对 励磁 系统提 出 了新 的要求 , 如 励磁 容量 要增 大 , 可靠性要高 , 调 节速 度要快 , 稳 定性 要 好 。 可 以说 , 发 电机发展的历史也 是 励磁 系统 发展的历 史 。 几种主要 的励磁方式 直流励磁机励磁 系统 图 早 期 的 中小型 汽 轮 发 电 机 容 堂较 小 , 所 需 的 励 磁容 量也较 小 , 因此 采 用直 流 励 磁机 励磁 , 结构 较 简 单 , 操 作也较方便 。 直流 励磁 机是与主发 电机 同轴旋转 , 速 度较高 , 受换 向器 整 流子 的限制 , 容童 不能做得 太大 , 一 般 适 用 于 以 下 的汽轮 发 电机 。 交 流励磁机励磁 系统 图 交 流 励磁 机 励磁 系统 又 叫交 流 励磁机 静止 整流 器 励磁 系统 , 通 常称之 为 三 机 励 磁 系统 。 所谓三 机 励 磁 系统是 由发 电机 、 主 励磁 机 、 副 励磁 机三 者 在 同一 轴 上 一 起 旋 转 , 整 流 装 置 和 调 节 器 是 静 止 的 , 和 直流 励 磁 机 励 磁 系统 一 样 需 要 配 滑 环 、 炭 刷 、 公一 一 发 电机 定子 一 灭 磁 电阻 一一 调 节 电阻 一 发 电机 励 磁绕组 一 直流 励磁 机 一 一 强 励开关 一 灭磁 开关 一 直流 励磁机励磁绕组 图 直流励磁机励磁 系统简 图 这 种 励 磁方 式 原 苏联 的 发 电机 采 用较 多 , 我 国 及 以 上 的汽轮 发 电机 多数 也 是 采 用这 种 励 磁方 式 。 交流励磁机带旋转整 流器励磁 系统 图 交流 励磁 机 带旋转 整流器 励磁 系统 即无刷 励磁 系统 。 它 也 属三 机 励 磁 范 畴 , 但 整 流 装 置 等和 发 电 机 、 主 励磁 机 、 副 励磁 机 在 同一轴上旋转 。 无 刷励磁 系统 的特 点 ①励 磁 机 是 没 有换 向器 的交 流 发 电机 , 励 磁 容 量 可不受 其 限制 ②无 炭 刷 、 滑 环 、 整 流 子 等 , 因而 不 会有 炭 刷 的 冒火 问题 , 运 行维 护 方 便 ③不 会 产 生 炭 粉和 铜 末 , 因 而 不 会导致 电机 绕 组绝 缘污 染而 降低绝缘 水平 ①励 磁 回 路 中无 灭 磁 装 置 , 电机 或 系统 发 生 书 故 而 跳 闸后 , 电机 靠 自然灭 磁 , 时 间相对较 长 ③无法直接测量和 观察励磁 电流和 电压
第21卷第12期 电网技术 29 采用无刷励磁系统以美国西屋公司(W.H.)、 发电机都是配备这种励磁系统。加拿大新建大中型 日本三菱公司、德国西门子(KWU)公司、法国阿尔 火电机组全部采用自并励系统。英国也在推广采用。 斯通公司居多。我国引进西屋技术生产的300MW FLQ 和600MW发电机也是采用这种励磁方式。 起励 电游 B-C电啤( AVR 动磁调节器 1·一水磁副师磁机 整流系流 电流互感器 2一可控硅整流系统 发电机的酷绕组K火磁开关 KZ一可控硅整流装置LB一机端励磁变压器FLQ一发电机励磁 3--主励磁机刷磁绕组， 主发电机 R非浅性电阻 绕组【H一电流互感器F一发电机定子YH一电压互感器 4一一主刷磁机 8电压万感恭 图2。交流励磁机静止整流器励磁系统简图 图4自并励系统简图 (5)电压源可控整流励磁系统(Generrex-PSS) (图5) 电压源可控整流励磁系统属于静止励 磁系统范围，它是美国GE公司近年来开 发的一种新型励磁系统，但与自并励励磁 系统又有较大区别，这种励磁系统的特点 是 ①它的励磁功率是由定子绕组槽内的 AVR 三根附加“P"线棒提供的。“P”线棒分别放 置在定子相互为120·空间几何角度的三 个槽内，组成的线圈切割气隙磁通，产生基 1副励磁机转子场：，湖磁机定(电根)：3，主励机定子 (磁杨)：4.主城磁机转 旋转整流桥：6 发电机转子：7 频电势，接到励磁变压器一次侧，变压器二 发电机定子：8.电压互感器：9.电流互感器：10.副励磁机半控整流 桥，11.自动电压调整类 次侧接到可控整流装置，经整流桥整流后 图3无刷励磁系统原理图 整流价 (4)自并励励磁系统（图 发电机外亮 4) 自并励励磁系统又称静止 发电机接地保护 励磁系统。这种励磁系统的特 点是： ①无主、副励磁机.励磁电 源取自发电机机端，经整流变 压器及可控硅整流器供给发电 「断磁接地保护熔丝 机励磁绕组励磁： ②无旋转部件，结构简单. 转子 轴系短，轴承座少； ③励磁回路中有滑环、炭 电生调整器 刷、灭磁装置，响应速度快： 发电机出：！ ④可以提供较大的励磁功率。 图5 GENERREX-PSS励磁系统三线接线图 这种励磁方式国内外大中型水电机组都已普遍 供发电机励磁。因励磁电源取自发电机内部，因此， 采用。300MW及以上大容量汽轮发电机也在推广 它不受系统干扰的影响 应用，如ABB、日立、东芝等公司的600MW级汽轮 ②励磁变压器为三相式，置于发电机的一侧，与 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 卷 第 期 电 网 技 术 采 用 无 刷 励 磁 系统 以 美 国西 屋 公 司 、 日本三 菱公 司 、 德 国西 门子 公 司 、 法 国阿 尔 斯通 公 司 居 多 。 我 国 引进西 屋 技 术 生 产 的 和 发 电机 也是 采 用这 种 励磁方式 。 发 电机都是 配备这 种 励磁 系统 。 加拿大新建大 中型 火 电机组全部采用 自并励 系统 。 英 国也 在推 广采 用 。 起励 电睐 · 钱 励磁调 节器 水 磁 副励 磁机 整流 系统 电流互感 器 可控 硅 整流 系统 发 电机 的磁 绕组 灭磁开关 主 励磁机 励磁 绕组 王 发 电机 非线性 电阻 主 励 磁机 电压 互 感 器 图 交流励磁机静止整流器励磁系统简图 厂 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 可控 硅 整 流 装 置 绕组 一 电流互感器 图 一 机端励 磁 变 压 器 一 发 电机 励 磁 一 发 电机 定子 一 电压 互 感器 自并励系统简图 电 压 源可 控 整 流励磁 系 统 一 「一 一 一 一 扩 副励 磁 机 转子 磁 场 副励 磁 机 定 子 电枢 主 励 磁 机 定 子 磁 场 主 励磁 机 转 子 电枢 污 旋转整 流 桥 发 电机 转 子 发电机 定子 电压 互 感 器 电流 互 感 器 副 励 磁 机 半控 整流 桥 自动 电压调 整 器 图 无刷励磁 系统 原理图 图 电压源可控 整流 励磁 系统属 于 静止 励 磁 系统 范 围 , 它 是 美 国 公 司 近 年 来 开 发 的一 种新型 励磁 系统 , 但 与 自并励 励磁 系统 又 有较 大 区 别 , 这 种 励磁 系统 的特 点 是 ①它的励磁 功率是 由定子绕组 槽 内的 三 根 附加 “ ”线棒提供 的 。 “ ” 线棒分 别放 置 在 定子 相 互 为 ‘ 空 间 几何 角度 的三 个槽 内 , 组 成 的线 圈切割 气 隙磁通 , 产 生基 频 电势 , 接到 励磁变 压器 一次侧 。 变 压 器二 次侧接到 可控 整流 装置 , 经 整流桥整 流后 整流桥 、 自并 励 励 磁 系 统 图 自并 励励磁 系统 又 称 静止 励磁 系统 。 这种 励磁 系统 的特 点是 ①无 主 、 副 励磁 机 励磁 电 源 取 自发 电机 机 端 , 经 整 流 变 压器及 可控 硅整流 器 供给 发 电 机 励磁绕组 励磁 ②无旋转部 件 , 结构 简单 , 轴系短 , 轴承座少 ③励 磁 回 路 中有 滑 环 、 炭 刷 、 灭 磁 装置 , 响应速 度快 ④可 以提 供较大 的 励磁 功率 。 、 户 一一 一 、、 轰 、 ‘ 孟 有…… 甲 这 种 励磁方式 国 内外大 中型 水 电机 组都 已普遍 采 用 。 及 以 上 大 容量 汽轮 发 电机 也 在推 广 应 用 , 如 、 日立 、 东芝 等公 司的 级 汽 轮 发电机出 日 图 一 励磁系统三线接线图 供 发 电机 励 磁 。 因 励 磁 电源 取 自发 电机 内部 , 因此 , 它 不受 系统 干扰 的 影响 。 ②励磁 变 压器 为三 相式 , 置 于 发 电机的一侧 , 与
30 Power System Technology Vol.21 No.12 发电机外壳构成一体，与发电机同一冷却系统，也是 力工业作出了较大贡献，但也发生过不少问题，给电 采用氢气冷却。 力系统造成过不少事故。出现的主要问题是： ③它的灭磁方式与传统的不同，“P”线棒中性 (1)70年代副励磁机的设计和工艺水平较差，副 点的真空开关起到灭磁作用，当开关跳开时，“P”棒 励磁机为中频感应子交流发电机，定转子间隙太小 不再向整流装置供电，达到灭磁目的。另外在发电机 曾发生多起扫膛故，感应子转子上有凸轮，运行起 励磁绕组两端并联两只ˉ极管，当真空开关跳闸瞬 来噪音特别大，有的超过100B.对运行人员健康不 间，励磁绕组两端会产生较高的反向电压，二极管被 利。 击穿，起到消能作用。 (2)灭磁回路中采用国产DM2开关，质量差，经 ④Generrex-PSS励磁系统与自并励系统一样 常出故.其主要缺陷有机械部分动作不灵，需要断 无旋转部件，缩短了轴长，减少2~3个轴承座，可改 开时断不开；运行中稍受振动即会自动掉闸，有时甚 善轴系振动值，提高轴系稳定性。 至出现无故璋也掉闸；小电流时电弧不能进入灭弧 ⑤该励磁系统需滑环和炭制。 栅，造成过电压，根据1989年不完全统计，100MW 3我国汽轮发电机励磁系统发展的历史 及以上汽轮发电机的DM2开关拒动、误动等故障达 32次之多。 随着1954年和1956年上海电机厂和哈尔滨电机 (3)容其不满足要求，DM2灭磁开关最大额定 厂分别从捷克和前苏联引进技术生产6MW、12MW 容其为2500A,而300MW发电机的额定励磁容量为 和25MW汽轮发电机，同时引进了励磁系统。当时 3200A,连额定励磁电流都不能满足，更不能满足强 因机组容量小，当然励磁容堂也小。这几种容量发电 励要求了。即使200MW发电机的强励，它也不能满 机均是配置同轴直流机励磁系统。后来生产的 足（额定励磁电流1700A,强励电流为3520A)。 50MW的空冷和氢外冷的汽轮发电机均是采用同 (4)轴系长，轴承座多.易引起机组轴振和瓦振 轴直流励磁机励磁，如图1所示这种励磁方式致命 超标。以300MW发电机为例，哈尔滨厂、东方厂的 的弱点是直流励磁故障较多，尤其是整流子、滑环冒 发电机、励磁机、副励磁机总长有15m多，轴承座分 火维修工作量较大，容址受到限制。 别为4个和6个，目前有些发电机处于振动超标运行。 到50年代末期，我国发展了双水内冷和氢内冷 (5)副励磁机断轴，某电厂近年来有两台 汽轮发电机，发电机尺寸变化不大，由于改善了冷却 300MW发电机的副励磁机断轴（副励磁已改为永 条件，发电机容量翻一一番，有的达到翻两番，因此所 磁式)。 需励磁容量大大增加.当发电机容量达到50MW 80年代初，我国从美国西屋公司引进300MW 时，同轴直流励磁机会受到换向器（整流子）的限制， 和600MW机组，同时引进了无刷励磁系统（如图3 容量无法再增大了，后来采用不同轴直流发电机他 所示)。目前由上海电机厂按西屋技术生产的 励，同时研究采用离子励磁。这是将治金系统和市内300MW全氢冷和水氢氢发电机和哈尔滨厂生产的 电车用的水银整流器移植过来代替直流励磁机。60 600MW发电机均是采用无刷励磁系统。由北京重 年代初曾在上海南市电厂50MW双水内冷发电机 型电机厂与法国阿尔斯通公司合作生产的330MW 和辽宁电厂50MW氢冷汽轮发电机上应用过，因水 发电机也是采用无刷励磁系统。 银整流器体积太大，解体检修间隔短，维护上作址 近年来从法国阿尔斯通公司购进的北仑港2号 大，没有发展前途因而被自然淘汰。当时硅整流技 600MW发电机、从GE(-ALSTH(M购进的大亚湾 术在国内还未生产出能提供作励磁用的大功率管 900MW发电机也是采用无刷励磁系统。 子。 无刷励磁系统最大优点是无滑环和炭刷，不会 60年代后期我国开始设i计100MW汽轮发电产生炭制冒火问题，维护工作量少.最大缺点是灭磁 机，70年代初投入运行以后设i计生*了125MW、 时间长，对机组和系统稳定运行不利.故障后修复时 200MW和300MW的发电机，同时参照前苏联的技 间较长。 术，生产交流励磁机静止整流励磁系统（即·三机励磁 除引进无制励磁系统外，大港电厂进口的 系统)配置在100MW、125MW、200MW、300MW等 320MW机组和国内购买ABB公司和东芝公司、日 发电机上，一直沿用到现在这种励磁方式对我国电 立公司的600MW发电机也是配置的自并励励磁系 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
发 电机外壳构 成一体 , 与发 电机 同一冷却 系统 , 也是 采用氢气冷却 。 ③它 的 灭 磁 方 式 与 传 统 的 不 同 , “ ” 线 棒 中性 点 的真 空 开关 起 到 灭 磁 作 用 , 当开 关 跳 开 时 , “ ” 棒 不再 向整流 装 置供 电 , 达 到 灭 磁 目的 。 另外在发 电机 励磁 绕组 两端 并 联 两 只 二极 管 , 当真 空 开 关 跳 闸 瞬 间 , 励磁绕组两端会 产 生较高 的反 向电压 , 二极 管被 击穿 , 起到 消能 作用 。 ④ 一 励 磁 系统 与 自并 励 系统 一 徉 无旋 转 部 件 , 缩 短 了轴 长 , 减 少 一 个轴承 座 , 可 改 善轴 系振动值 , 提高轴 系稳 定性 。 ⑤该 励磁 系统需 滑 环和 炭 刷 。 我国汽轮发电机励磁 系统发展 的历 史 随 着 年 和 年 上 海 电机 厂和 哈 尔滨 电机 厂分 别从 捷 克和前 苏联 引进 技 术 生 产 、 和 汽 轮 发 电机 , 同 时 引进 了 励 磁 系统 。 当 时 因机组容量 小 , 当然 励 磁 容童 也 小 。 这 几 种 容垦 发 电 机 均 是 配 置 同 轴 直 流 机 励 磁 系 统 。 后 来 生 产 的 的 空 冷 和 氢外 冷 的 汽 轮 发 电机 均 是 采 用 同 轴 直 流 励磁 机 励 磁 , 如 图 所 示 这 种 励 磁 方 式 致 命 的弱 点是 直流 励磁故 障较 多 , 龙其是 整 流子 、 滑 环 冒 火维修工 作 量较 大 , 容 址 受到 限 制 。 到 年 代 末期 , 我 国 发 展 厂双 水 内冷 和 氢 内冷 汽轮发 电机 , 发 电机 尺 寸变 化不大 由于 改善 冷 却 条 件 , 发 电机 容 量 翻 一 番 , 有 的达 到 翻 两 番 , 因此 所 需 励 磁 容 量 大 大 增 加 当 发 电 机 容 量 达 到 时 , 同轴直流 励磁 机 会受到换 向器 整流子 的限制 容量 无法 再增 大 了 , 后 来 采 用不 同轴 直 流 发 电机 他 励 , 同时研 究采 用离子 励 磁 。 这 是将 冶金 系统和市 内 电车 用 的 水银 整 流 器 移 植 过 来 代 替直 流 励 磁 机 。 年 代 初 曾在 上 海 南 市 电 厂 双 水 内冷 发 电机 和 辽 宁 电厂 氢 冷 汽 轮 发 电 机 上 应 用过 水 银 整 流 器 体 积 太 大 , 解 体 检 修 间 隔 短 , 维 护 上 作 过 大 , 没 有发 展 前途 , 因 而 被 自然 淘 汰 。 当 时 硅 整流 技 术 在 国 内还 未 生 产 出能 提 供 作 励 磁 用 的 大 功 率 管 子 。 年 代 后 期 我 国 开 始 设 计 汽 轮 发 电 机 , 年 代 初 投 入 运 行 以 后 设 计 生 产 、 和 的 发 电机 。 同时 参照 前 苏联 的技 术 , 生 产 交 流 励磁机 静止 整 流 励 磁 系统 即 三 机 励磁 系统 配 置 在 、 一 、 、 等 发 电机上 , 一 直 沿用到 现 在 这 种 励磁方 式 对我国 电 力工业 作 出 了较大 贡献 , 但也 发 生过 不少 问题 , 给 电 力 系统造成过 不 少事故 。 出现 的主要 问题是 年 代副 励磁 机 的设 计和工 艺水平较差 , 副 励 磁机 为 中频 感应 子 交 流 发 电机 , 定转 子 间隙太 小 曾发 生 多起扫 膛 事故 , 感 应 子 转子上 有 凸轮 , 运 行起 来 噪音 特 别大 , 有 的 超过 , 对运 行 人 员 健康 不 利 。 灭 磁 回路 中采 用 国产 开关 , 质量差 , 经 常出 事故 。 其主要 缺 陷有机械部分动作不灵 , 需要断 开 时断不 开 运 行 中稍受振 动 即会 自动掉 闸 , 有时甚 至 出现 无 故 障也掉 闸 小 电流 时 电弧 不能进 入 灭 弧 栅 , 造 成 过 电 压 。 根 据 年 不 完 全 统 计 , 及 以 上 汽 轮 发 电机 的 开 关 拒 动 、 误 动等故 障达 次之 多 。 容 量 不 满 足 要 求 。 灭 磁 开 关 最 大 额 定 容量 为 , 而 发 电机 的额 定 励磁 容量 为 。。 , 连 额 定励磁 电流都不 能满足 , 更 不能满足强 励要 求 了 。 即 使 发 电机 的强 励 , 它也 不 能 满 足 额 定励磁 电流 , 强 励 电流 为 。 轴 系长 , 轴 承 座 多 , 易引 起 机组 轴 振 和 瓦 振 超 标 。 以 发 电机 为 例 , 哈 尔 滨 厂 、 东 方 厂 的 发 电机 、 励 磁机 、 副 励磁 机 总 长 有 多 , 轴 承 座 分 别 为 个和 个 , 目前有些发 电机 处 于 振 动超 标运 行 。 副 励 磁 机 断 轴 , 某 电 厂 近 年 来 有 两 台 发 电机 的 副 励 磁 机 断 轴 副 励 磁 已 改 为 永 磁式 。 年 代 初 , 我 国 从 美 国 西 屋 公 司 引 进 和 机 组 , 同时 引进 了无 刷 励 磁 系 统 如 图 所 示 。 目 前 由 上 海 电 机 厂 按 西 屋 技 术 生 产 的 全 氢冷 和水 氢 氢发 电机 和 哈 尔滨 厂 生 产 的 发 电机 均 是 采 用 无 刷 励 磁 系统 。 由北 京 重 型 电机 厂 与 法 国阿 尔斯通 公 司 合 作 生 产 的 发 电机也是 采 用无刷 励磁 系统 。 近 年来 从 法 国阿 尔斯通 公 司 购进 的 北 仑港 号 发 电机 、 从 一 购进 的大亚 湾 发 电机也 是采 用无 刷 励磁 系统 。 无 刷 励 磁 系统 最 大 优 点是 无 滑 环 和 炭 刷 , 不 会 产 生炭 刷 冒火问题 , 维 护工 作量少 。 最 大缺 点是灭 磁 时 间长 , 对机 组 和 系统 稳 定运 行不利 故 障后 修 复时 间较 长 。 除 引 进 无 刷 励 磁 系 统 外 , 大 港 电 厂 进 口 的 机组 和 国 内购 买 公 司和 东 芝 公 司 、 日 立公 司 的 发 电机也 是 配 置 的 自并 励 励磁 系
第21卷第12期 电网技术 31 统（如图4所示），这种励磁方式的特点已在第2节中 容量不够，旋转部件较多可靠性降低。 叙述了，这些发电机分别装在上海石洞口二厂、北仑 (2)交流励磁机带旋转励磁系统（无刷励磁系 电厂和邹县电厂，就励磁系统来说，没有发生过较大 统)不足之处是旋转部件较多，主、副励磁机、整流装 的故障。 置与大轴同时旋转，出故障概率较高，故障后停机检 80年代从美国GE公司购进4台350MW发电 修时间太长，灭磁时间较长而对稳定运行不利。 机，它所配置的是Generrex-PSS励磁系统（如图5所 由于单机容量的增大，要求励磁系统既简单又 示).这4台发电机分别装在南通电厂和上安电厂。这 要安全可靠，目前国际上除西屋系统维持无刷励磁 种励磁方式是GE公司近年来开发的专利不转让技 系统外，其他公司多在发展采用自并励励磁系统，例 术。 如加拿大不仅水轮发电机采用自并励励磁系统，汽 轮发电机大多数也采用自并励励磁系统。近10多年 4采用自并励励磁系统是发展趋势 来我国大中型水电机组都采用了这种系统。因此可 上面提到的几种励磁方式，我国各电力系统中 以说，国产大容量汽轮发电机采用自并励励磁系统 的机组都有应用。100MW及以上容其的发电机以 是今后发展的必然趋势。 交流励磁机静止整流励磁系统（三机励磁）和交流励 采用自并励励磁系统有以下优点： 磁机带旋转整流励磁系统（无制励磁）居多，而采用 (1)缩短机组轴系长度，减少轴承座，从而可以 静止励磁（自并励系统）和(ienerrex-PSS励磁系统 降低轴和轴承座，的振动值，提高机组安全运行水 机组较少。 平。例如目前国产300MW汽轮发电机有部分机组 根据有关方面对励磁系统故障的统计分析得 轴系振动值是在超标运行的，对机组安全不利，现将 出： 几台300MW机组实测振动值列于表1，根据西屋的 (1)交流励磁机静止整流励磁系统存在的主要○ 规定，轴振76m以下是合格的，超过125um则报 问题是灭磁开关DM2质量差.副励磁机扫膛、断轴， 警。 表1部分汽轮发电机组轴系振动实测值 瓦号和轴振值（μn) 电厂名称和机组编号 机组负 制造厂家 备 注 女1 #2#3#4 #5}6 #7 #8 #9#10荷MW 华德电」”#4机组 112.977.5128.3128.357.2 39.2 300 东方机电 1995年7月5日测址 嘉兴电厂#2机组 29 26 92 97 75 53 299 上海机电 1996年9月16日测量 背岛电厂#1机组 6 7 2 57 42 54 285 上海机电 1996年9月3日测其 外高桥电厂#2机组 72.32 45.417.695 59.916 318 上海机电 199年9月7日测址 沙岭子电)#4机组 8.6 3.1 17 22 6.1 7.9 2.3 296 东方机电 199年4月30测址（瓦振） 首阳山电厂#4机组 14.734.263. 17.7 270 口立机东方电 1996年10月7目湖量 嵩屿电厂女1机组 55 50 10g 115 72 125 29 上海机电 青山电厂技改机组 37 56 50 30 10 哈尔滨机电 哈尔滨、上海、东方三个电机厂（公司）生产的水 (2)可减少励磁系统故障，提高可常性。自并励 氢氢冷却的300MW发电机的轴长和轴承座分别为 系统取消了主、副励磁机、整流装置等旋转部件。根 15330mm、15483mm、15016mm和4个、3个、6个。如 据有关部门的统计，1984~1988年大型汽轮发电机 果采用自并励励磁系统，则可缩短轴长度减少轴承 励磁系统毕故中，旋转部件故占励磁系统事故的 座。以东方300MW发电机为例.改为自并励系统 28.29%,而功率整流器的中故仅为7.6%.这表明自 后，轴的长度15016mm可以缩短3500mm左右，减 并励系统的工作可靠性比有旋转部件的励磁系统的 少3个轴承座。这是解决大容量汽轮发电机轴振或瓦 可靠性高。 振超标的主要措施之一 加？大统计了汽轮发电机的交流励磁机励磁系 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 卷 第 期 电 网 技 术 统 如 图 所 示 , 这 种 励 磁 方 式 的特 点 已 在第 节 中 叙述 了 。 这些发 电机分 别装 在上 海石 洞 口 二 厂 、 北仑 电厂和邹县 电厂 。 就 励磁 系统来说 , 没有发 生过 较大 的故 障 。 。年 代 从 美 国 公 司 购 进 台 发 电 机 , 它 所 配置 的是 一 励磁 系统 如 图 所 示 。 这 台发 电机分 别装 在南通 电厂和 上安 电厂 。 这 种 励 磁方 式是 公 司近 年来开 发 的 专利 不转让 技 术 。 采 用 自并励励磁系统 是 发展趋势 上 面提 到 的几 种 励磁 方 式 , 我 国 各电 力系统 中 的 机 组 都 有 应 用 。 及 以 上 容 童 的 发 电机 以 交 流 励磁 机 静止 整 流 励磁 系统 三 机励 磁 和交 流 励 磁 机带旋 转 整流 励磁 系统 无 刷 励 磁 居 多 , 而 采 用 静 止 励 磁 自并 励 系统 和 一 励 磁 系统 机组较 少 。 根 据 有 关 方 面 对 励 磁 系统 故 障 的统 计分 析 得 出 交 流 励 磁 机 静止 整 流 励 磁 系统 存 在 的主要 问题是 灭 磁开关 质量差 , 副 励 磁机扫 膛 、 断 轴 , 容量不够 , 旋转部件较 多可靠性 降低 。 交 流 励 磁 机 带 旋 转 励 磁 系统 无 刷 励 磁 系 统 不 足之处 是 旋转 部 件较 多 , 主 、 副 励磁机 、 整 流装 置与大轴 同时旋 转 , 出故 障概率较高 , 故障后停 机检 修时 间太长 , 灭磁 时 间较 长 而对 稳 定运 行不利 。 由于 单 机 容量 的增 大 , 要 求 励 磁 系统 既 简单 又 要安 全可 靠 。 目前 国 际 上 除西 屋 系统维持 无刷 励磁 系统 外 , 其 他公司 多在发 展采 用 自并励励磁 系统 , 例 如 加拿大 不 仅水 轮 发 电机 采 用 自并 励励磁 系统 , 汽 轮 发 电机大 多数 也 采 用 自并 励励磁 系统 。 近 多年 来 我 国大 中型 水 电机 组 都 采 用 了这 种 系统 。 因此 可 以 说 , 国产 大 容量 汽轮发 电机 采 用 自并 励励 磁 系统 是 今 后发 展 的必然 趋势 。 采 用 自并 励励磁 系统 有 以 下优 点 缩 短机 组 轴 系 长 度 , 减 少 轴 承 座 , 从 而 可 以 降低 轴 和 轴承 座 , 的 振 动 值 , 提 高机 组 安 全 运 行 水 平 。 例 如 目前 国 产 汽 轮 发 电机 有 部 分 机 组 轴 系振 动值是 在超 标运 行的 , 对 机组 安 全 不利 , 现将 几 台 机 组 实测振 动值列 于 表 。 根 据 西屋 的 规 定 , 轴 振 拼 以 下 是 合 格 的 , 超 过 拜 则 报 够 表 部分汽轮发电机组轴系振动实测值 电厂 名称和 机组 编号 瓦 号和 轴振 值 拜 , 机组 负 制造 厂 家 备 注 牡 耸 过 荷 华德电 一 耸 机组 东方 机 电 年 月 日测 量 嘉兴 电厂 机组 别 三 仁海 机 电 年 月 日测 量 青岛电厂 机组 三 少 仁海 机 电 年 月 日测 里 外高桥 电厂 机组 上 海 机 电 年 月 日测 量 沙岭 子 电 一 机组 东方 机 电 年 月 测 谈 瓦 振 首 阳 山 电厂 机组 斗 冬 日立 机 东方 电 年 月 测 星 高屿 电厂 机组 口 、 , 〕 艺 上 海机 电 青山 电厂技改机组 生 哈 尔滨机 电 哈 尔滨 、 上海 、 东方 汽 个 电机 厂 公 司 生 产 的水 氢 氢冷 却 的 发 电机 的轴 长 和轴 承 座 分别 为 、 、 和 个 、 个 、 个 。 如 果 采 用 自并 励励 磁 系统 则 可缩 短 轴 长 度 减 少 轴 承 座 。 以 东 方 发 电 机 为 例 , 改 为 自并 励 系统 后 , 轴 的 长 度 一 可以 缩 短 左 右 , 减 少 个 轴承座 。 这 是 解决大 容童 汽轮发 电机轴振 或瓦 振超 标的主要措 施之 一 可减少 励 磁 系统 故 障 , 提 高 可 靠性 。 自并 励 系统取 消 主 、 副 励磁 机 、 整 流 装 置 等旋 转 部件 。 根 据 有 关 部 门的 统 计 , 一 年 大 型 汽轮 发 电机 励 磁 系统 卞故 中 , 旋 转 部 件 事故 占 励 磁 系统 事故 的 , 而功 率整流器 的 书故 仅 为 。 这 表 明 自 并 励 系统 的工 作可靠性 比有旋 转部 件 的励 磁 系统 的 可 靠性 高 。 加 拿大统 计 汽轮发 电机 的交流 励磁机 励磁 系
32 Power System Technology Vol.21 No.12 统和自并励励磁系统的强迫停机率和平均修复时 速度快，能很快增大发电机无功，保持系统不发生电 间，如表2所示。 压崩溃的能力比交流励磁机励磁系统优越。 表2加拿大汽轮发电机励磁系统的统计 ⑤当机组发生甩负荷情况，发电机电压会瞬时 由励磁系统造成的平均故每次事故后 升高，而自并励在抑制发电机电压的超调能力比交 励磁方式 机组数发电机强迫停机率障间隔平均修复时 (%) 时间(h)间(h) 流励磁机励磁系统的强。 交流励磁机 (4)可适当地缩短电站厂房跨距，不需要励磁机 20 0.12 1998 36 励磁系统 基础，节约投资。美国GE公司1982年计算过，取消 自并励励磁 13 0.04 3518 系统 9 交流励磁机采用静止励磁系统(Generrex-PSS)可节 省基础费用20万美元，节省厂房建筑费用15万美国 从表2可见，自并励励磁系统的强迫停机率仅为 (对350MW发电机的估算). 交流励磁系统的1/3，平均修复时间为交流励磁机励 (5)检修维护方便，因为没有旋转部件，检修工 磁系统的1/4。 作量较小。 美国GE公司的统计表明，励磁系统的故障，交 (6)价格方面，以300MW为例，如采用国产设 流励磁机励磁系统中的大部分是旋转部分生产的， 备，自并励系统比三机有刷和无刷励磁系统便宜，即 其强迫停机小时中80%是由这部分引起的。 使采用进口设备，其价格也持平。 根据最近对励磁系统的调查，在北仑港的两台 从以上分析来看，自并励励磁系统优于其他励 600MW级汽轮发电机中，1号发电机是日本东芝公 磁系统(Generrex-PSS除外)，因而值得推广应用。 司生产的，采用自并励励磁，自1991年投产至今运行 采用自并励励磁系统人们担心的问题： 良好，励磁系统未出过问题；2号机是法国AL (1)机端发生三相短路电压能否恢复的问题。大 STHOM公司生产的，采用无刷励磁，自1994年投运 。 容量汽轮发电机从出线端到主变压器低压侧均采用 以来，励磁系统发生了2次故，每次需停机10多天 封闭母线，短路的可能性是很小的。而在变压器高压 进行修复.大亚湾2号发电机(900MW)是英国GEC 侧外短路，变压器的短路阻抗和线路电抗起一定作 公司生产的，今年3月旋转整流装置发生故，停机 用。前面已经分析了自并励的特点，它对恢复故障系 更换，后将损坏部件运回英国去修复。 统稳定比其他励磁方式的强。 (3)可以提高电力系统的稳定性 (2)对国产设备不放心.认为可靠性低。近十多 ①自并励系统响应速度快，可大大提高电力系 年国产大中型水轮发电机几乎都是采用自并励励磁 统静态稳定，如配备PSS后，小干扰时其静态稳定 系统，设备也都是国产的，多年运行证明国产设备是 极限可比交流励磁系统提高30%一50%甚至以上。 可靠的。 ②配备PSS后可增大阻尼，抑制系统低频振荡 为慎重起见，如某厂采用自并励系统，可根据系 的能力比交流励磁机励磁系统的强，可提高电力系 统的具体接线进行核算。 统的稳定功率极限。 5参考文献 ③当发电机在高压侧发生三相突然短路时，因 转子电流暂态分量较大，对交流励磁机励磁系统来 1毛国光，方思立.国产大容址汽轮发电机励磁系统的选择.中国电 说，因交流励磁机电枢反应大，在短时内端电压跌落 力，1993：26(10》 2大型汽轮发电机采用自并励励磁系统的可行性分析.电力部电力 很大，影响交流励磁机的励磁电压上升速度。如某机 科学研究院系统所，1992 事故，三相短路后0.5s内强励倍数为2的交流励磁 3交流恸磁机励磁系统灭磁方式的建议.电力部电力科学研究院： 系统的励磁电压上升速度平均为1倍，而同样强励倍 1991 数的自并励系统，其平均上升速度为1.6倍，可见其 :电气设备试用)上册.华能国际电力开发公司，1992 暂态稳定优于交流励磁机励磁系统。 ④电力系统由于无功电源故障退出或突然增大 收筋日期：1997一10-20 毛国光教授级高级工程师，副总工程师， 无功负载，会造成系统电压解间下降，而自并励响应 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
统 和 自并 励 励 磁 系统 的强 迫 停 机 率 和 平 均 修复 时 间 , 如表 所 示 。 表 加拿大汽轮发电机励磁系统的统计 励磁方式 机组数 由励 磁 系 统 造 成 的 平 均 故 每 次 事 故 后 发 电机 强 迫 停 机 率 障 间 隔 平 均 修 复 时 时 旬 ’ 交 流 励 磁 机 励磁 系统 自并 励 励 磁 系统 从表 可 见 , 自并 励励 磁 系统 的强迫停 机率仅 为 交流 励磁 系统 的 , 平均 修 复时 间为交 流 励磁 机 励 磁 系统 的 。 美 国 公 司 的统计 表 明 , 励 磁 系统 的故 障 , 交 流 励磁 机 励磁 系统 中的大 部分 是 旋 转 部 分 生 产 的 , 其强迫停 机小 时 中 是 由这 部 分 引起 的 。 根 据最近 对 励磁 系统 的调 查 , 在北仑港 的两 台 级 汽轮 发 电机 中 , 号发 电机 是 日本 东 芝 公 司生产 的 , 采用 自并 励 励磁 , 自 年投 产 至 今运 行 良 好 , 励 磁 系 统 未 出 过 问 题 号 机 是 法 国 公 司生 产 的 , 采 用 无 刷 励磁 , 自 年 投运 以 来 , 励磁 系统 发 生 了 次 事故 , 每 次 需停 机 多 天 进 行修复 。 大 亚 湾 号 发 电机 是 英 国 公 司 生 产 的 , 今年 月 旋 转 整 流 装 置发 生 事故 , 停 机 更换 , 后将 损坏 部件运 回英 国去修 复 。 可 以 提 高 电力 系统 的稳 定性 ①自并 励 系统 响 应 速 度快 , 可 大 大 提 高 电 力 系 统 静态 稳 定 , 如 配 备 后 , 小干 扰 时 其静 态 稳 定 极 限 可 比交 流 励磁 系统提 高 一 甚至 以 上 。 ②配备 后 可增 大 阻 尼 , 抑制 系统 低 频 振 荡 的能 力 比交 流 励 磁 机 励 磁 系统 的强 , 可 提 高 电力 系 统 的 稳定功率极 限 。 ③当发 电机 在 高 压 侧发 生 三 相 突 然 短 路 时 , 因 转 子 电流 暂 态分 量 较 大 , 对 交 流 励 磁 机 励 磁 系统来 说 , 因交 流励磁 机 电枢 反 应大 , 在 短时 内端 电压跌 落 很大 , 影 响交流 励磁机 的励磁 电压上 升速度 。 如某机 事故 , 三相 短 路 后 内强 励倍 数 为 的交 流 励 磁 系统 的励磁 电压上 升速度平均 为 倍 , 而 同样强 励倍 数 的 自并 励 系统 , 其 平均 上 升速 度 为 倍 , 可 见 其 暂 态稳 定优于 交 流 励磁机 励磁 系统 。 ④电力 系统 由于 无功 电源 故 障退 出或 突 然增 大 无功 负载 , 会造 成 系统 电压 瞬 间 下降 , 而 自并 励 响 应 速 度快 , 能很快增大发 电机无功 , 保持 系统 不发 生 电 压崩 溃 的能力 比交流励磁 机 励磁 系统优越 。 ⑤当机 组 发 生 甩 负荷情 况 , 发 电机 电压 会 瞬时 升高 , 而 自并 励 在抑 制 发 电机 电压 的超 调 能 力 比 交 流 励磁机励 磁 系统 的强 。 可适 当地 缩 短 电站 厂房跨距 , 不需 要 励磁机 基 础 , 节 约投 资 。 美 国 公 司 年计算过 , 取 消 交 流 励磁机 采 用静止 励磁 系统 一 可节 省基础 费用 万美 元 , 节 省厂房 建筑 费用 巧 万美 国 对 发 电机 的估算 。 检修维 护 方 便 , 因 为 没 有 旋 转 部 件 , 检修工 作量 较 小 。 价 格 方 面 , 以 为 例 , 如 采 用 国 产 设 备 , 自并励 系统 比三 机有刷和 无刷 励磁 系统便宜 , 即 使采 用进 口 设 备 , 其价格 也持平 。 从 以 上 分析 来看 , 自并 励 励磁 系统 优 于 其 他 励 磁 系统 一 除外 , 因而值得推广应 用 。 采 用 自并 励励磁 系统 人 们担 心 的问题 机端发 生三 相短路 电压能 否恢 复的问题 。 大 容量汽轮发 电机从 出线端 到 主变压器 低 压侧均 采 用 封 闭母 线 , 短路 的可 能性 是很 小的 。 而 在 变压器 高 压 侧 外 短 路 , 变 压器 的短路 阻抗 和 线 路 电抗 起 一 定 作 用 。 前面 已 经分 析 了 自并 励的特 点 , 它 对恢 复故 障 系 统 稳 定 比其 他 励磁方 式 的强 。 对 国产设 备 不 放 心 , 认 为可 靠性 低 。 近 十 多 年 国产大 中型 水轮发 电机几 乎都是 采 用 自并励 励磁 系统 , 设备也都是 国产的 , 多年运 行证 明国产设备是 可 靠 的 。 为慎 重起 见 , 如 某厂 采用 自并 励 系统 , 可根据 系 统 的具体接线进 行核算 。 参考文献 毛 国光 , 方 思 立 国 产 大容量 汽轮 发 电机励 磁 系统 的选择 中国 电 力 , 大型 汽轮发电机 采用 自并励 励 磁 系统 的 可行性分析 电力部 电力 科学 研 究院 系统 所 交流 励 磁 机 励 磁 系统 灭 磁 方式 的建议 电力 部 电力科学 研 究 院 , 电气设 备 试 用 上 册 华能 国际 电力 开 发公 司 , 收 稿 日期 一 一 。 毛 国光 教授级 高级工程 师 , 副 总 工 程 师
