中华人民共和国国家标准

　　大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件  UDC 621.313.322

　　GB 7409-87

　　Fundamental requirements of excitation systems

　　for large and medium synchronous generator

　　国家标准局1987-03-16批准                              1987-11-01实施

　　本标准仅适用于与电力系统联接的10000kW及以上水轮发电机和6000kW及 以上汽轮发电机励磁系统。

　　1 一般要求

　　励磁系统除满足本标准规定之外，应符合GB755-81《电机 基本技术要 求》、GB7064-86《汽轮发电机通用技术条件》、GB1497-85《低压电器基本 标准》、GB3797-83《电控设备 第二部：装有电子器件的电控设备》等标准。

　　2 励磁系统型式

　　2.1 本标准仅适用于下列几种励磁系统：

　　a.直流励磁机励磁系统；

　　b.交流励磁机励磁系统；

　　c.静止励磁系统。

　　2.2 直流励磁机励磁系统可分为：

　　a.他励直流励磁机励磁系统；

　　b.并励直流励磁机励磁系统。

　　注：直流励磁机的拖动方式可采用与主发电机同轴或非同轴方式。

　　2.3 交流励磁机励磁系统可分为：

　　a.交流励磁机-静止整流器励磁系统；

　　b.交流励磁机-静止可控整流器励磁系统；

　　c.交流励磁机-旋转整流器励磁系统。

　　2.4 静止励磁系统可分为：

　　a.电压源-可控整流励磁系统；

　　b.复励-可控整流器励磁系统。

　　根据供电电源组合方式，复励-可控整流器励磁系统又可分为：

　　交流侧串联复励-可控整流器励磁系统；

　　交流侧并联复励-可控整流器励磁系统；

　　直流侧串联复励-可控整流器励磁系统；

　　直流侧并联复励-可控整流器励磁系统。

　　3 使用条件

　　3.1 海拔高度不超过1000m。

　　3.2 周围空气温度。

　　3.2.1 最高空气温度为40℃。

　　注：不同海拔高度时的环境温度的限值参照相应标准执行。

　　3.2.2 最低空气温度

　　a.  +5℃(适用于水冷装置)；

　　b.  -10℃(适用于其他冷却方式的装置)。

　　3.3 空气相对湿度。

　　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为25℃。

　　3.4 环境。

　　在无爆炸危险及干净的环境中，且空气中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体 及导电尘埃以及在无较大振动或颠簸的地方。

　　3.5 其他。

　　不包括在本标准规定中的特殊要求由制造厂与用户协商确定。

　　4 对励磁系统的性能要求

　　4.1 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电压和电流的1.1倍时，励 磁系统应保证能连续运行。

　　4.2 10万kW及以上的汽轮发电机励磁系统顶值电压倍数一般不低于1.8，5万 kW及以上水轮发电机一般不低于2，其他一般不低于1.6。另有特殊要求时由制 造厂与用户协商确定。

　　4.3 励磁系统允许强励时间应不小于10s，但不得超过：

　　a.空气冷却励磁绕组的同步发电机，2倍额定励磁电流，时间为50s；

　　b.水冷却或加强空气冷却励磁绕组的水轮发电机，2倍额定励磁电流，时间 为20s；

　　c.内冷汽轮发电机励磁绕组短时过电压的能力按表1规定。

　　表1  内冷汽轮发电机励磁绕组短时过电压的能力

　　4.4 当励磁电流小于1.1倍额定值时，磁场绕组两端所加的整流电压最大瞬时值不 应大于规定磁场绕组出厂试验电压幅值的30%。

　　4.5 励磁系统电压响应比。

　　水轮发电机及10万kW及以上的汽轮发电机常规励磁系统电压响应比一般不 低于2单位/s，其他不低于1单位/秒。

　　注：如有特殊要求时由制造厂与用户协商确定。

　　4.6 当发电厂厂用直流和交流电电压偏差不超过+10%～15%，频率偏差不超过 +4%～-6%时，励磁系统应保证同步发电机能在额定工况下连续运行。

　　4.7 励磁系统及其部件介电强度要求。

　　4.7.1 与磁场绕组直接或经整流器相联的电气组件(旋转励磁机除外)，当额定励磁 电压为500V及以下时，其出厂试验电压值为10倍额定励磁电压，最低不小于 1500V，而当额定励磁电压超过500V时，其出厂试验电压值为2倍额定励磁电压 +4000V。

　　4.7.2 现场验收试验电压为出厂试验电压的75%，允许反复的试验电压及维修后的 试验电压为出厂试验电压的65%。

　　4.7.3 试验电压以波形畸变系数不大于10%的工频交流正弦电压均方根值计。耐压 时间为1min。

　　4.7.4 不与励磁绕组直接连接的其余电气组件参照GB 1497-85《低压电器基本 标准》执行。

　　5 对励磁系统部件的要求

　　5.1 自动电压调节器应保证同步发电机能从空载电压额定值的70%～110%的范围 内稳定地平滑调节。

　　5.2 励磁系统可设手动控制单元，该单元应保证同步发电机励磁电压能从空载励 磁电压的20%到额定励磁电压的110%范围内稳定地平滑调节。

　　5.3 同步发电机在空载运行状态下，自动电压调节器和手动控制单元的给定电压 变化速度每秒不大于发电机额定电压的1%，不小于0.3%。

　　5.4 自动电压调节器应保证同步发电机端电压调差率可以在下列范围内可进行调 整：

　　a.半导体型--±10%；

　　b.电磁型--±5%。

　　5.5 自动电压调节器应保证同步发电机端电压静差率：

　　a.半导体型--＜1%；

　　b.电磁型--＜3%。

　　5.6 在空载额定电压情况下，当电压给定阶跃响应为±10%时，发电机电压超调 量应不大于阶跃量的50%。摆动次数不超过3次，调节时间不超过10s。

　　5.7 当同步发电机突然零起升压时，自动电压调节器应保证其端电压超调量不得 超过额定值的15%，调节时间应不大于10s，电压摆动次数不大于3次。

　　5.8 发电机空载运行状态下自动电压调节器应保证，频率变化1%时的同步发电机 和端电压变化率：

　　a.半导体型--不大于±0.25%；

　　b.电磁型--不大于±2%。

　　5.9 自动电压调节器应装设：

　　a.远方和就地给定装置；

　　b.电压互感器断线保护；

　　c.磁场过流限制器；

　　d.欠励限制器；

　　e.如用户需要可装设其他功能附加单元。

　　5.10 整流器励磁系统应设转子过电压保护并在运行可能发生的有害过电压情况下 可靠地动作。

　　5.11 励磁系统(旋转整流器励磁系统除外)应装设自动灭磁装置。运行在系统中的 同步发电机，当其磁场电流不超过额定值时，当同步发电机定子回路内部或外部 发生短路以及同步发电机空载和空载强励情况下，灭磁装置必须保证可靠灭磁。

　　5.12 整流器励磁系统中的功率整流器，当并联支路数等于或大于4，而有1/4支 路退出运行时，应保证包括强励在内的所有运行工况所需励磁电流。1/2支路退 出运行及并联支路数小于4而有一条支路退出运行时，应保证同步发电机额定工 况连续运行时所需励磁电流。

　　5.13 励磁系统中应设有必要的信号及保护装置，以防止和监视励磁系统各种故障 扩大。

　　5.14 同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各主要部位温升不得超过表2所 列数据。

　　表2  励磁系统各部位温升极限值

　　5.15 励磁系统强行切除率不应大于0.5%。

　　5.16 励磁系统控制柜的噪声应不大于80dB(A)。

　　5.17 在用户按照本技术条件和有关技术文件规定正确保管、安装和使用条件下， 装置投入运行后二年内或从制造厂起运日算起不超过三年内，因制造或元件质量 不良而发生损坏或不能正常工作时，制造厂应及时无偿地为用户修理、更换零件 或更换装置。

　　5.18 应提供下列随机文件：

　　a.装置技术条件；

　　b.产品合格证；

　　c.使用、维护及原理说明书；

　　d.装置及分单元原理接线图以及元器件参数规范；

　　e.装置及分装装配图；

　　f.装置及分装接线图；

　　g.其他安装维护所必要的技术资料(包括必要的试验记录及电站调试大纲)；

　　h.交货明细表。

　　6 试验

　　6.1 励磁系统的型式试验应包括：

　　6.1.1 励磁系统各部件的介电强度试验；

　　6.1.2 励磁机顶值电压，电压响应比及响应时间的测定；

　　6.1.3 励磁系统顶值电压、响应比及电压响应时间的测定；

　　6.1.4 自动电压调节器电压整定范围的测定；

　　6.1.5 手动控制单元调节范围的测定；

　　6.1.6 带自动电压调节器的同步发电机调差率的测定；

　　6.1.7 自动/手动切换试验；

　　6.1.8 励磁控制系统静差率的测定；

　　6.1.9 带自动电压调节器的同步发电机频率变化1%时端电压变化率的测定；

　　6.1.10 励磁控制系统超调量及调节时间测定，以及10%阶跃响应试验；

　　6.1.11 自动电压调节器各单元及辅助单元静态特性试验以及总体静态特性试验；

　　6.1.12 励磁系统的相频特性试验；

　　6.1.13 用模拟方法检验保护及监视装置；

　　6.1.14 同步发电机在空载、空载强励及额定工况下进行灭磁试验；

　　6.1.15 甩负荷试验；

　　6.1.16 整流器故障模拟试验及额定工况下的均流、均压试验；

　　6.1.17 励磁系统各部件温升试验；

　　6.1.18 噪声的测定；

　　6.1.19 转子过电压保护装置试验。

　　6.2 装置出厂试验：

　　6.2.1 励磁系统各部件介电强度试验；

　　6.2.2 自动电压调节器各单元及辅助单元静态特性试验以及总体静态特性试验；

　　6.2.3 操作控制回路动作试验；

　　6.2.4 励磁系统各部温升试验(见5.13条)；

　　6.2.5 噪声的测定；

　　6.2.6 功率整流器均压试验；

　　6.2.7 装置老化试验。

　　7 试验方法

　　7.1 励磁机顶值电压及电压响应比的测定

　　励磁机在额定转速下，其起始输出电压等于被励发电机额定励磁电压，然后 突然建立获得励磁机顶值电压的线路状态。

　　注：由于条件限制不便在负载状态下进行，则可在励磁机空载状态下进行此 试验，并用分析方法估算负载状态下的性能。

　　7.2 励磁系统顶值电压响应比和响应时间的现场试验

　　除另有规定，励磁系统负载顶值电压响应比和响应时间可在下述情况下确 定：同步发电机在额定工况下运行。励磁系统起始电压为被励同步发电机额定励 磁电压，待磁场绕组温度稳定后，突然将电压调节器的测量单元从100%降到 80%(如在不影响试验结果的条件下，可将测量单元电压给定值从100%降到 0。)，测定励磁系统输出电压时间响应函数。在实际可能的情况下，电压调节器 所有励磁控制系统稳定回路(但不包括电力系统稳定器)或其他反馈控制回路应按实 际运行条件整定。

　　注：①对电压源-可控整流器励磁系统，除另有规定，顶值电压应在机端正 序电压为80%额定值时测定。如在额定值时测定，应换算到机端正序电压为80% 额定值时的数值。

　　②对复励-整流器励磁系统，由制造 厂与用户协商确定测试条件。

　　③对高起始响应励磁系统只规定顶值电压与响应时间。

　　7.3 自动电压调节器电压整定范围的测定

　　同步发电机在空载额定工况下运行。改变自动电压调节器电压给定值，测定 同步发电机端电压变化范围。

　　7.4 手动控制单元调节范围的测定

　　同步发电机在空载额定工况下运行，改变手动控制电压给定值测定同步发电 机端电压变化范围。

　　7.5 调差率的测定

　　同步发电机带负载并网运行，自动电压调节器的电压给定值保持不变，调差 装置投入。调整系统或并联机组无功，测定被试发电机端电压与无功电流变化关 系曲线〔计算方法见附录A(补充件)中A.20〕。

　　7.6 静差率的测定

　　励磁控制系统在额定负载状态下运行，自动电压调节器的无功补偿单元退 出，电压给定值不变。将同步发电机负载从额定减到零，测定发电机端电压变化 〔计算方法见附录A(补充件)中A.18〕。

　　7.7 频率变化时同步发电机的端电压变化率的测定

　　发电机在空载情况下运行自动电压调节器投入，改变同步发电机转速，使频 率变化为±3Hz，测定同步发电机端电压对频率的变化率并以与空载额定电压之 比的百分率来表示。

　　7.8 阶跃响应时的超调量与调节时间的测定

　　同步发电机在空载额定工况下运行，自动电压调节器投入，电压给定量阶跃 变化±10%，录取发电机端电压变化曲线〔计算方法见附录A(补充件)中A.22〕。

　　7.9 零起升压时的超调量和调节时间的测定

　　同步发电机在空载额定转速下运行，突然投入励磁系统，使同步发电机端电 压从零升至额定值，录取发电机端电压变化曲线，确定超调量和调节时间〔计算 方法见附录A(补充件)中A.23〕。

　　8 标志、包装、运输及保管

　　8.1 装置铭牌上应标明的项目如下：

　　a.名称；

　　b.制造厂名；

　　c.技术条件编号；

　　d.出厂编号；

　　e.装置型号；

　　f.出厂年月。

　　8.2 装置按技术条件的要求，保证运输及包装质量，包装保证时间从出厂之日算 起为1年。

　　8.3 装置运到工地后，应贮存在有掩蔽的库房内，并要求贮存在符合3.1、3.3、 3.4条所规定要求的干燥库房内。长期存放时应按产品技术条件要求进行维护。

　　附 录 A

　　名 词 术 语

　　(补充件)

　　A.1 励磁系统

　　励磁系统是为同步发电机提供可调励磁电流装置的组合。它包括励磁电源(直 流励磁机、交流励磁机、励磁变压器及整流器等)、自动电压调节器、手动控制单 元、灭磁、保护、监视装置和仪表等。

　　A.2 励磁控制系统

　　包括同步发电机及其励磁系统的反馈控制系统。

　　A.3 反馈控制系统

　　是一种控制系统，它借助于被控制的系统变量与给定值的偏差值去影响控 制，以使这些变量达到预先规定的关系。

　　A.4 额定励磁电流(IfN)

　　同步发电机在额定工况下的励磁电流。

　　A.5 额定励磁电压(UfN)

　　同步发电机在额定工况下磁场绕组两端所加的直流电压。

　　A.6 空载励磁电流(IfO)

　　同步发电机在空载和额定转速时产生额定电压所需的励磁电流。

　　A.7 空载励磁电压(UfO)

　　同步发电机在空载、额定转速和额定电压下，磁场绕组两端所加的直流电 压。此时磁场绕组计算温度以25℃来计。

　　A.8 励磁系统顶值电压(UP)

　　在规定条件下，励磁系统能够提供的直流电压最大值。

　　注：①当励磁系统的电源决定于同步发电机的电压及电流时，电力系统扰动 的性质、励磁系统和同步电机的具体设计参数，将影响励磁系统的输出。对这种 系统，顶值电压的确定包括考虑适当的电压降和电流增加。

　　②对采用旋转励磁机的励磁系统，顶值电压在额定转速时确定。

　　③磁场绕组温度以对应于额定工况下的规定值来计。

　　A.9 励磁系统负载顶值电压(UPN)

　　当励磁系统提供顶值电流时，励磁系统能够输出直流电压最大值。此时磁场 绕组温度以对应于额定工况下的规定值来计。

　　A.10 励磁系统顶值电流(IP)

　　在一规定时间内，励磁系统能够提供的直流电流最大值。

　　注：①同A.8注①。

　　②同A.8注②。

　　③同A.8注③。

　　A.11 励磁系统空载顶值电压(UPO)

　　当励磁系统空载时，励磁系统能够提供的直流电压最大值。

　　A.12 励磁机空载顶值电压

　　励磁机在空载及额定转速下能够达到的直流电压最大值。

　　A.13 励磁机负载顶值电压

　　励磁机在下述情况下的顶值电压。

　　励磁机带负荷电阻，其欧姆值等于所要激励同步发电机额定工况下的磁场绕 组的电阻值。

　　A.14 励磁系统电压响应时间

　　在规定条件下，励磁系统达到顶值电压与额定负载磁场电压之差的95%所需 时间的秒数，该上升时间等于0.1s下降时间小于0.15s的励磁系统称为高起始响 应励磁系统。

　　A.15 励磁系统电压-时间响应

　　在规定条件下，用时间的函数来表示的励磁系统输出电压。

　　A.16 励磁系统电压响应比

　　励磁系统输出电压的增长率除以额定磁场电压所得值。如使该增长率保持不 变，则可获得电压-时间面积，其大小与实际曲线在第一个0.5s时间间隔产生电压 时间面积相同。

　　图A1 励磁系统(励磁机)电压响应曲线
　　Oa-UfN；af-0.95bd；oe-0.5s；
　　og-Uf达f所需时间；cd-ΔUs

　　响应曲线abd围成的面积等于三角形acd的面积。

　　注：①励磁系统电压响应比的确定应以励磁系统电压在起始等于同步发电机 额定励磁电压。此后迅速建立励磁系统顶值电压为回路条件。励磁系统响应比的 测定仅使用于常规励磁系统。
　　②励磁系统电压响应比的确定应在同步发电机在额定工况下，突然进行 强励的方法进行。测定时强励时间一般不得大于5s。
　　③当励磁系统的电源决定于同步发电机的电压及电流时，则电力系统拢 动的性质，励磁系统和同步发电机将影响励磁系统的输出，对这种系统，励磁系 统电压响应比的确定应包括考虑适当的电压降和电流增加。
　　④如果由于实际原因，试验只能在单独组件进行或虽为全部励磁控制系 统，但只能在轻载或空载进行，则可采用分析方法预测性能，此时的负载条件应 符合同步发电机的额定工况。
　　⑤对高起始响应励磁系统只规定顶值电压与响应时间。

　　A.17 励磁控制系统精度

　　在规定条件下(如负荷变化、环境温度、湿度、频率及电源电压变动等)，被控 量与理想值之间的不相符程度。数值上用理想值和被控变量之差值与理想值的比 值的百分比来表示。

　　A.18 励磁控制系统静差率(同步发电机负载变化时的励磁控制系统准确度)

　　无功补偿单元切除、原动机转速及功率因数在规定范围内变化，发电机负载 从额定变化到零时端电压变化率。即：

　　式中UN--额定工况下的发电机端电压；

　　U0--空载额定时发电机端电压。

　　A.19 整定电压

　　是由励磁控制系统自动保持的发电机端电压。

　　A.20 电压调差率

　　同步发电机在功率因数等于零的情况下，无功功率从零变化到额定定子电流 时发电机端电压的变化率。即：

　　式中U0--空载额定状态下发电机端电压；

　　U--发电机无功功率等于额定定了电流时发电机端电压。

　　A.21 励磁系统手动控制单元

　　是励磁系统中靠开环控制(运行人员参与下)，对同步发电机端电压进行调整的 那些部件。

　　A.22 励磁控制系统超调量和调节时间

　　发电机在空载额定工况下，突然改变电压给定值，使同步发电机端电压初始 值由U01变为U02，初始阶跃量(U02-U01)=10%初始值。发电机端电压的最大值与 稳态值之差与阶跃量之比的百分数为超调量。从阶跃信号开始到发电机端电压与 新的稳态值的差值对阶跃量之比不超过2%时，所需时间为调节时间(参阅图 A2)。

　　图A2 励磁控制系统阶跃响应曲线

　　Δ-偏差；ts-调节时间；tP-峰值时间；
　　Um-峰值电压；U0-稳态电压

　　A.23 励磁控制系统零起升压时的超调量和调节时间

　　发电机在额定转速下，突然投入励磁系统，使同步发电机端电压从零变为额 定值时，发电机端电压的最大值与稳态值之差对稳态值之比的百分数为零起升压 时的超调量，从给定信号到发电机端电压与稳态值之差值不超过稳态值的2%所需 时间为调节时间。

　　注：静止励磁系统的调节时间(ts)的起点，从发电机端电压稳态值的30%计 算起。

　　A.24 励磁系统强行切除：是指由于励磁系统故障导致同步发电机跳闸。

　　A.25 励磁系统强行切除率是在计算的间隔时间，用百分数来表示的励磁系统强行 切除小时数对投运小时数之比。

　　图A3 励磁控制系统零起升压时间端电压响应曲线

　　Δ-偏差；ts-调节时间；tP-峰值时间；ta-延迟时间；
　　Um-峰值电压；U0-稳态电压；tr-上升时间

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　　附加说明：

　　本标准由中华人民共和国机械工业部提出。

　　本标准由哈尔滨大电机研究所归口。

　　本标准由全国旋转电机标准化技术委员会起草。

　　本标准主要起草人安永重。