6 发电机励磁系统概述
6.2.2 对同步发电机励磁系统的要求
在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求：
1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平。
2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。
3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。
6.3 同步发电机励磁系统的分类及其性能特点
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。同步发电机的励磁电源实质上是一个可控的直流电源。为了满足正常运行发电机励磁电源必须具备足够的调节容量，并且要有一定的强励倍数和励磁电压响应速度，在设计励磁系统方案时，首先应考虑他的可靠性。为了防止系统电网故障对他的影响，励磁功率单元往往作为发电机的专用电源，另外，它的起励方式也应力求简单方便。
6.3.1 直流励磁机励磁系统
在电力系统发展初期，同步发电机容量不大，励磁电流由与发电机组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，当励磁电流过大时，换向就很困难，所以这种方式只能在10万kW以下小容量机组中采用。直流励磁机是靠剩磁来建立电压的，按励磁机励磁绕组供电方式的不同，又可分为自励式和他励式。还有一个特点就是系统简单[11]。
自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的，他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机，因此所用设备增多，占用空间大，投资大，但是提高了励磁机的电压增长速度，因而减小了励磁机的时间常数，他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上。
6.3.2 交流励磁机励磁系统
随着发电机容量的提高，所需励磁电流也相应增大，机械整流在换流方面遇到了困难，而大功率半导体整流元件制造工艺却日益成熟，于是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。目前容量在100MW以上的同步发电机组普遍采用交流励磁机励磁系统，同步发电机的励磁机也是一台交流同步发电机，其输出电压经大功率整流器整流后供给发电机转子。该系统的核心是励磁机，它的频率、电压等参数是根据需要特殊设计的，其频率一般为100Hz或更高。
交流励磁机励磁系统根据励磁机电源整流方式及整流器状态的不同又可分为他励交流励磁机励磁系统（2台励磁机）和自励交流励磁机励磁系统（1台励磁机），其中他励又分为交流励磁机静止
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整流器励磁系统和交流励磁机旋转整流器励磁系统；自励分为资自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统和自励交流励磁机静止整流器励磁系统。
6.3.3 发电机自并励系统（没有励磁机）
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。为了缩短主轴张度，降低价格，减少环节，又出现用发电机自身作为励磁电源的方法，即发电机自并励系统，又称为静止励磁系统。该类励磁装置采用大功率晶闸管元件，没有转动部分，故称静止励磁系统。由于励磁电源是由发电机本身提供，故又称发电机自并励系统。
静止励磁系统原理接线如图所示。它由机端励磁变压器供电给整流器电源，经三相全控整流桥直接控制发电机的励磁。它具有明显的优点，被广泛用于大型发电机组，特别是水轮发电机组。国外某些公司把这种方式列为大型机组的定型励磁方式。我国已在一些机组上主要是在一些大型机组上，采用静止励磁方式[5]。
VSG滑环启励元件励磁调节器启励电源TTV静止励磁系统原理接线
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8 调速器系统
7 水电厂直流系统概述
7.1 配置简介
全厂设置一套220V直流电源系统，带2组蓄电池。蓄电池每组容量为300AH(103只电池)，选用荷贝克(HOPPECKE)免维护铅酸蓄电池。充电／浮充电装置采用高频开关整流装置。直流电源作为电站设备的控制、保护、事故照明、灭磁开关跳合闸、断路器跳合闸及起励备用电源。直流系统采用单母线分段，配置一套充电/浮充电装置和一组蓄电池，2段直流母线之间设置联络开关，以放射状从直流母线向负荷供电，重要直流负荷分别2段母线上供电。采用微机监控仪完成充放电控制、母线及各馈电支路绝缘监测、电池容量监测等功能。
7.2 直流系统简介
7.2.1 直流系统的作用及重要性
为供给继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、交流不间断电源等直流负荷，220－500KV变电站应装设由蓄电池供电的直流系统。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。
7.2.2 基本概念
1、均衡充电：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。
2、浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。
3、正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电转到浮充电的过程。
4、定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。
5、限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电. 6、恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电[15]。
7.3 直流系统的组成及各部件的作用
7.3.1 直流系统组成
主要由高屏开关电源（即充电屏）和蓄电池组成。高屏开关电源又由充电模块、交流配电、直流馈电、配电监控、监控模块、绝缘检测仪、电池监测仪组成。
7.3.2 各组成部件的作用
1、充电模块：完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能（配有过电流、过电压、欠电压、过热等保护）；
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2、交流配电：将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换（正常工作时，交流电压切换小开关打在“自动”位，第一路交流作为主工作电源，第二路做辅助，当第一路因故停电时，第二路自动投入，当第一路恢复时，自动切换回第一路供电；当交流电压切换小开关打到“I”或“II”时，则第一路或第二路交流作为唯一的交流输入电源）；
3、直流模块：将直流输出电源分配到每一路输出；
4、配电监控：将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警；
5、监控模块：进行系统管理，主要为电池管理和后台远程监控；对下级智能设备实施数据采集并加以显示；
6、绝缘监测仪：实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块显示故障详细情况（无论是母线平衡接地，还是不平衡接地；同一支路的单侧接地，还是正负极同时接地；不同支路的单侧接地还是双侧同时接地；以及所有支路的混合接地；都可做出正确判断）；
7、电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警；对电池端电压，充放电电流，电池房温度及其他参数做实时在线监测[16]。
7.3.3 高频电源开关的特点
1、采用模块化结构，系统可靠性高，维护简单迅速； 2、整流模块采用高频变换，体积小，重量轻；
3、采用微机监控模块实现电源系统的监控和电池的自动充放电管理，并通过串行通信实现多个电源系统的远地集中监控。
7.4 直流系统接线方式
本站直流供电网采用辐射状供电，采用主、分屏二级供电方式。直流主屏至直流分屏以双回馈线供电。各安装单位所需要的控制、保护、跳闸等电源均由直流分屏单独供电。直流母线的接线方式为单母线分段接线，特点是每回路只需一组母线刀开关、设备少、接线简单、清晰，直流屏内布线方便，能方便的形成两个互不联系的直流系统，有益于提高直流系统的可靠性，方便查找接地。
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8 调速器系统
8 调速器系统
8.1 配置简介
电站调速器采用奥地利贝加莱的高品质可编程控制器的双微机调速器。调速器由机械柜及电气柜组成。调速器采用残压及齿盘测频，转速信号取自发电机机端PT及装于发电机大轴上的齿盘。调速器具有PID调节规律，具有频率—出力调整、转速调整、开度控制、电力系统频率自动跟踪、自诊断和容错及稳定等功能。调速器除能在现地和远方进行机组的自动开、停机和事故停机外，还能在现地进行手动开/停机和事故停机。
8.2 水轮机调速器的任务
水轮发电机是将水能转换成电能的机械装臵，水轮机调速器是控制水轮发电机组在各种工况下，安全运行的控制设备之一，它的任务是：控制水轮发电机组自动开机、停机、转速调节、负荷调整、机组各种运行工况的转换、机组或电力系统故障时紧急停机。必要时还可以通过调速器的手动方式操作机组运行。
调速器在作转速调节和负荷调整时，其任务的实质时维持进入水轮机的能量和发电机组输出的电能之间的平衡。
8.3 调速器维持发电机组输入和输出能量平衡途径
因此在水轮机中，设臵有便于控制的导水叶，调整导水时的开度，就改变进入水轮机的流量，改变了动力矩，维持能量平衡，从而使机组持速保持在规定的范围里。
8.4 水轮机调节系统的组成
压力引水系统调节机构水轮机发电机电力网水轮发电机组频率（转速）被控系统执行机构调节决策水轮机调速器测量图8-1 水轮机调节系统的组成水利电力学院
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