摘要：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。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
关键词：汽轮发电机 静止自励励磁系统
一、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：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。
3、无励磁机的励磁方式：在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。
研究结果表明：当在系统故障条件下，如发电机有可能与主网发生震荡时采用自励励磁系统的机组一定要注意，因系统短路故障会导致发电机失磁时，不宜采用自励系统，对位于系统负载中心或受电端的发电机组，因故障会导致系统的电压恢复较慢，影响到自励系统强励能力的发挥，会导致功角震荡加大或系统电压过低导致电压崩溃的情况发生，此研究结果表明采用他励励磁系统的机组在同样系统故障条件下可保证系统稳定的运行。
二、自励励磁系统的组成和技术规范
对于现代大型汽轮发电机的自励静止励磁系统，就装置构成而言，概括的说可以分为励磁变压器、功率整流柜、灭磁柜和励磁调节柜等四个主要部分所组成。自励励磁装置技术标准可参照GB7409-87《大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件》。
1、励磁变压器
励磁变压器的主要作用是接于发电机的出口经过变压、整流后为转子提供励磁电流。开始时一般为油冷式变压器，后来采用了环氧树脂浇注的新型干式变压器，由于运行情况良好以及随生产技术的进步，使得环氧树脂干式变压器的价格与油浸式和普通干式变的价格比较差距已大大缩小，为环氧树脂励磁变压器的推广使用提供了条件。
环氧树脂干式变压器的主要技术规范包括：
（1）、额定容量：变压器的额定容量取决于励磁系统应提供的直流额定功率值，对于自励系统一次电压与发电机端电压相同，二次电压由励磁系统的顶值电压所决定，二次电流由发电机励磁绕组的最大持续电流所决定，简单的估算三相励磁变压器的额定功率值。
（2）额定电压值：一次及二次额定电压值，应考虑到在一次电压为0.8额定电压值时仍能保证所须顶值电压值。
（3）接线组别：为改善接有可控硅整流器负载的励磁变压器的波形，一般多采用Δ/Ｙ接线，接线组别影响到励磁调节器的相位配合。
（4）过载能力：对励磁变压器也有过电压和过载能力的要求，因为电压过载将导致铁心损耗及励磁电流的增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际的使用当中，在发电机大修后或启动时，如用自励系统中的励磁变压器进行零起升压试验时，励磁变压器将承受1.15倍额定电压的发电机匝间耐压试验。
2、励磁功率柜
励磁功率柜是自励静止励磁系统的重要组成部分，其功能是将来自励磁变压器的交流功率变换为作为发电机励磁的直流功率电源。此外，根据运行方式的要求，调节可控硅元件的控制角相应的改变发电机的励磁电压值。
近年来，随着大容量静止励磁装置的发展，大容量、高参数的励磁功率柜相续应用到生产实际当中，这些装置的特点之一是：在单个可控硅元件的选择上日益趋向于大电流、高电压的方向发展，以简化由过多的串、并联元件组成的整流桥。
3、灭磁柜
灭磁柜内装有灭磁开关和非线性过电压吸收装置。灭磁开关采用灭弧栅灭磁，灭弧栅中的灭弧电阻实质上是一种非线性电阻。当燃弧时，其两端电压与电流大小无关，基本维持一定值不变。当熄弧时，其值为无穷大。同时发电机还可以采用静止灭磁方式，发电机静止灭磁方式和动态灭磁方式不同，灭磁时贮藏在转子绕组中的磁场能量是通过静止控制的方法转移到电阻吸能回路或交流电网中，这样在灭磁回路中就不需要动态灭磁开关，灭磁过程中也不产生电弧，没有触头磨损和维修问题，因此静止灭磁机构和动态的比较，有结构简单、可靠性高、维护方便、动作快速等一系列优点。静止灭磁方式分为静止电阻灭磁和静止逆变灭磁。
发电机灭磁时，其转子电压也要升高。对于大容量的机组，其转子电感和转子电流都很大，储能较多，通常靠灭磁开关FMK单独承担灭磁任务，故灭磁开关负责担过重，还必须依靠其他转子过电压保护措施来配合，以减轻灭磁开关FMK的负担，提高灭磁的可靠性。因此转子过电压保护装置实际上还承担着配合灭磁开关FMK进行发电机灭磁的任务。事实上有些转子过电压保护装置就是发电机灭磁装置的一部分，如非线性电阻，即作为转子过电压保护的浪涌电压抑制装置，又作为灭磁电阻。
发电机灭磁的核心问题如同转子过电压保护一样，也是如何限制转子过电压（当然还要求灭磁速度尽量快）的问题。产生转子过电压的根本原因是，转子绕组中原积聚的电磁能量或由定子绕组通过电动势耦合传递到转子绕组中的电磁能量不能及时地转换或消耗掉所致。而防止转子过电压的根本措施就是设法将上述能量及时转换或消耗掉。常用的方法是，设置有效地消耗或转换这些能量的元件及通路。
4、励磁调节器
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流，厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源；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；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；励磁变过流，失磁，励磁装置异常等。励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关，助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外，还必须灭磁，把转子磁场尽快地减弱到最小程度，保证转子不过的情况下，使灭磁时间尽可能缩短，是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。
发电机励磁控制系统能否连续稳定、安全可靠地运行，能否完成所应承担的基本任务，在很大程度上取决于自动励磁调节器技术性能的优劣。与励磁系统主回路相比，自动励磁调节器的控制线路复杂，环节较多，运行时发生故障的可能性相对较大，维护工作量也较大。一般为提高其工作的可靠性，都设计自动和手动两套励磁调节器构成双通道结构，通常一套主用，一套备用，并能自动跟踪切换；或者设计两套独立的励磁调节器，正常运行时，双回路一起控制励磁，由两个并联运行的晶闸管桥供励磁机建立磁场，每个晶闸管桥都由其对应的励磁调节器继续维持运行，如果另一套也不能使用，则切换到手动励磁控制。
自动励磁调节器有模拟型和数字型两类。目前大型汽轮发电机的自动励磁调节器仍多采用模拟型励磁调节器。数字型微机励磁调节器性能优良，发展迅速，有广阔的应用前景。自动励磁调节器各环节的电路种类繁多，但其基本构成和工作原理大同小异。
参考文献：
[1] 杨旭，刘立瑞，莫钰英. 大中型汽轮发电机自并励静止励磁系统设计、选型应注意的问题. 广东电力，1999， 6：20-24
论文作者:徐博
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/22
标签：励磁论文; 发电机论文; 过电压论文; 转子论文; 电压论文; 电流论文; 调节器论文; 《电力设备》2018年第13期论文;