发展历程

励磁方式

同步发电机

最近30多年来，随着电力系统的互联和发电机单机容量的增大，电力电子技术日新月异发展，同步发电机的励磁系统已经发生了很大的变化。在电力系统发展初期，同步发电机的容量不大，励磁电流由与发电机同轴的直流发电机供给，即所谓直流励磁机励磁系统。由于它是靠机械整流子换向整流的，故励磁容量受到限制。

按照励磁绕组供电方式的不同，又可分为自励式和他励式两种。在自励直流励磁机励磁系统中，发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电。而在他励式直流励磁机励磁系统中，他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电，即通常所说的“三机励磁”。随着发电机容量的提高，所需励磁电流也相应增大，大容量机组的励磁功率单元就采用了交流发电机和半导体整流元件组成的交流励磁机励磁系统。交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流状态的不同又可分为他励交流励磁机系统及自励交流励磁机励磁系统。

图1

不论是直流励磁机励磁系统还是交流励磁机励磁系统，一般都是与主机同轴旋转。为了缩短主轴长度，降低造价，减小环节，又出现了用发电机自身作为励磁机电源的方法，即发电机自并励系统，又称为静止励磁系统，发电机端的励磁变压器作为励磁功率电源，通过整流桥向发电机转子供电。如图1。

晶闸管

静止自并励系统的主要特点有：励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用低，可靠性高，不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，减少基建投资，同时能改善发电机轴系稳定性；直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度；由发电机机端取得能量，机组甩负荷时相对同轴励磁机系统机组过电压低；配置PSs，可以提高系统的稳定性。虽然自并励磁系统与三机励磁系统或两机励磁系统比有这些特点，但自并励励磁系统机组近距离三相短路时有机端电压下降更低而引起发电机失磁的可能，然而由于大型机组采用单元接线，励磁系统有快速强励功能及配以快速的保护，能有效切除故障线路≈。正因为以上特点，在国内外机组中，越来越多地采用自并励的励磁方式。

自并励励磁系统在主回路上采用可控硅全桥控制，在国内外发电机组中得到越来越广泛的应用。国内外新建电厂及绝大部分改造机组都采用自并励形式。容量从几百kw到百万kw，机组类型包括水轮发电机组、抽水蓄能发电机组、火电机组，甚至新建的百万千瓦级核电机组都采用自并励系统。如三峡单机70万kw水轮发电机组、龙滩单机70万kw水轮发电机组、白山15万kw抽水蓄能机组。新建的100万kW火电机组、100万kw核电机组等都采用了自并励励磁的形式。目前还未有文献提出更新的励磁方式，这种现状及趋势在未来一段时间内不会改变。

励磁变压器

励磁变压器

当前，应用在大型水电、火电机组励磁系统中的励磁变压器就绝缘方式而言，主要有以下几种绝缘型式：以环氧树脂为绝缘材料的树脂浇注干式变压器；无碱玻璃纤维缠绕浸渍的干式变压器；MORA型干式变压器；NOMEx型干式变压器；新型合成脂油渍变压器。在上述几种变压器绝缘方式中，以树脂浇注式及缠绕干式两种绝缘方式在当前应用最为广泛，在三峡700Mw机组、龙滩700Mw机组励磁系统中都采用了氧树脂型绝缘材料的干式变压器。

励磁调节器

励磁技术发展到现在可以说经历了三个阶段：即模拟励磁调节器，简单微机励磁调节器，全数字式励磁系统。以中国电器研究院有限公司(原广州电器科学研究院擎天电气控制公司)励磁产品为例。

公司从70年代开始晶闸管励磁系统研制出分立元件设计的调节器，首台励磁应用于广东韶关电厂。

励磁调节器

其后10多年，到20世纪80年代研制出基于集成电路的模拟励磁调节器，限制保护功能有了进一步的完善，包括基于集成芯片的数字给定电位器等。到80年后期，该模拟励磁调节器技术成熟并得到广泛的应用。

到80年代末，由于计算机技术在工业领域的应用，公司开始研制微机励磁装置，并于90年代初开发了第一代微机励磁调节器，采用STD总线工控机，首套励磁调节器LTW3000在新丰江电站投运。此后数年进行优化升级，型号从LTW3000，LTW6000再到LTW6200，由于硬件限制已发展到调节器的极限，尽管增加了调试软件及PSS功能等，但仍不能满足新的励磁技术的需要，产品逐渐失去竞争力，产品维持近十年的生命周期逐渐退出市场。