1、NARIIEEE勵磁系統規范準備指南 IEEE Std 421.4-1990IEEE電力工程學會，發電委員會勵磁系統分委員會 提出 IEEE標淮局 1990,5,31批準 國電自動化研究院 電氣控制技術研究所 譯 2003 年 5 月 目錄1 引言.4.1.1 用途和范圍41.2 參考文獻51.3 定義.52 概述.62.1 基本情況.62.2 運行方式.62.3 安裝.62.4 規約.62.5 絕緣系統.62.6 二極管及晶閘管72.7 利用率72.8 設備的冗余.72.9 備件.73、勵磁系統定額考慮.73.1 總則.73.2 定額.73.3瞬態要求.84、勵磁電源考慮.94.1 總則.9

2、4.2 旋轉直流勵磁機.104.3 旋轉交流勵磁機.104.4 靜止勵磁.105、勵磁系統性能和同步電機調節器考慮.115.1 手動控制性能.125.2 自動控制性能（包括同步電機）.125.3 輔助控制功能.146、控制考慮.166.1 滅磁.166.2 機組手動控制176.3 機組自動控制176.4 機組自動起動/停機176.5 機組自動電壓跟蹤.176.6 設定點調整器.176.7 設定點跟蹤186.8 控制電路和電廠電路連接.187、保護考慮.187.1 一般要求.187.2 保護動作.187.3 報警動作198、環境和密封考慮198.1 環境198.2 機柜198.3 遠方安裝的儀表

3、和控制器209、制造廠應提供的信息219.1 一般要求.219.2 投標時要提供的信息219.3發送設備前應提供的信息.219.4發送設備時應提供的信息.219.5 照片.229.6 設計階段圖紙評審過程229.7 設備安裝后的圖紙修正2210、試驗.2210.1 例行工廠試驗.2210.2 專門工廠試驗.2510.3 現場試驗.2810.4 其它部件的例行試驗.29附錄：交流直流功率變換器.30IEEE勵磁系統規范(*)準備指南1、引言 本指南打算為規范編制者提供必要的資料，來準備一個采購同步電機勵磁系統的規范（技術條件）。本指南中的信息是以敘事文形式，給出在準備規范時，應受檢驗的具體條款的

4、說明和功用。* 譯者注(Specification 可譯作技術條件、技術要求及規范等，從國人習慣講前兩者更合適些，但為了節省篇幅，采用規范一詞)1.1 用途和范圍本指南用途是幫助準備同步電機勵磁系統采購規范。本指南適用于5000KVA或以上的同步電機勵磁系統。在本指南中有些信息對某個勵磁系統不適用時，可從編寫的規范中去掉。貫穿于本指南的名詞是“勵磁控制系統”，勵磁控制系統是包括同步電機和它的勵磁系統的反饋控制系統。圖1是勵磁控制系統的方框圖。圖1 勵磁控制系統部件方框圖勵磁系統是向同步電機提供磁場電流的設備，它包括所有電源、調節、控制和保護單元，勵磁機是向同步電機勵磁提供磁場電流的設備。同步電

5、機調節器是通過反饋和正向控制單元耦合同步電機輸出變量和勵磁機輸入的調節器，用于調節同步電機輸出變量（見IEEEStd421.1-19869）。當同步電機連接到電力系統時，必須考慮勵磁控制系統對電力系統的影響。1.2 參考文獻 本標準要用到下述出版物：1 ANSI C50.10-1977 同步電機的一般要求；2 ANSI C50.12-1982(1989重申) 水輪機用的凸極同步發電機和發電機/電動機的要求；3 ANSI C50.13-1989 圓柱形轉子的同步發電機要求；4 ANSI C50.14-1977(1989重申)燃氣輪機驅動的圓柱形轉子的同步發電機要求；5 IEEE C37.18-1

6、979旋轉電機(ANSI)用的IEEE標準密閉式磁場放電電路開關；6 IEEE C57.12.00-1980浸液式配電，電力和調節變壓器（ANSI）的一般要求；7 IEEE C57.12.91-1979干式配電和電力變壓器IEEE測試規范；8 IEEE Std100-1988 電氣和電子學名詞IEEE標準辭典；9 IEEE Std421.1-1986 IEEE同步電機勵磁系統用標準定義；10 IEEE Std421.2-1990 IEEE 勵磁控制系統動態性能的鑒別，試驗和評估指南；11 IEEE Std421B-1979（1984重申） IEEE勵磁系統高壓試驗要求標準；12 IEEE委員會

7、報告：用于電力系統穩定研究的勵磁系統模型。 IEEE Trans. on PAS-100 1981 第494-509頁1.3 定義 本指南要用到下述定義：勵磁控制系統包括同步電機及它的勵磁系統的反饋控制系統；勵磁系統向同步電機提供磁場電流的設備，包括所有電源，調節、控制和保護單元；勵磁系統穩定器用于穩定勵磁控制系統的控制單元；勵磁機為同步電機勵磁直接提供磁場電流的設備；負荷調整率因負荷變化導致電壓變化的大小；電力系統穩定器（PSS）用來阻尼和電力系統頻率有關的當地或聯絡線方式振蕩；同步電機調節器通過反饋和正向控制單元耦合同步電機輸出變量到勵磁機輸入，以調節同步電機輸出變量為目的的調節器（見IE

8、EEStd421.1-19869）。2、概述2.1 基本情況勵磁系統的主要功能是為同步電機提供磁場電流，以滿足在規定范圍內的電力系統運行條件，除了滿足上述要求外，買家在編制勵磁系統規范時，還應該考慮其它的許多因素。在識別動態性能要求時，已經發現電力系統穩定研究是很有用的。對這些性能的評估，有助于確定要求的響應特性、和是否需要電力系統穩定器。現代勵磁系統除了基本的電壓調節外，可能包括各種輔助控制單元及保護元件，規范應對要包括在勵磁系統內的所有輔助控制設備（補償器、限制器、電力系統穩定器等）和保護設備（V/F保護、過勵保護）進行功能性的鑒別。規范應包括關系到勵磁系統設計，甚至不直接影響電壓調節性能

9、的一些條款。為幫助制造廠認清適用的標準和可能的設計限制，應包括設備類型的說明在內，例如是核電站，燃煤火電站或水電站等等。2.2 運行方式 在設計勵磁系統時一個重要的考慮是，弄清電廠的型式及運行方式，規范應清楚地說明所有可能的運行方式，如發電、抽水蓄能、同步調相等，對每種可能的運行方式應提供最重要的負荷率。此外，規范應指出對無人值守運行的要求，如自動啟動、遙控等。2.3 安裝勵磁系統的規范應清楚地說明，所用的勵磁控制設備應裝在戶內還是戶外。在規范中應包括勵磁系統安裝前的貯存要求、運輸及裝卸要求。如果存在著較好的運輸路徑，規范應另行指出，所有已知的路徑的最小運輸尺寸和最大重量限制，此外規范應說明對

10、安裝地點的吊車起重量和可用性要求。2.4 規約勵磁系統規范應考慮對系統有用的規約和適用的標準。它應包括所有適用于設計、建筑和安裝的當地法律和規約。應指出任何要用的測量單位，并且應指定書寫安裝、運行、維護和修理手冊適用的語言。規范亦應確定勵磁系統的國產化程度，包括設計、安裝子系統、部件和勞動量等。規范應說明適用的繪圖標準。2.5 絕緣系統 旋轉勵磁系統的規范應規定絕緣系統滿足在ANSI C50.10-19771 中定義的B級或F級系統，IEEE Std421B-19791 中規定的耐壓試驗應包括在內。2.6 二極管與晶閘管對二極管與晶閘管應規定其電壓定額為數倍（不必是整數）最大預期電壓，在重要串

11、聯元件應用中，可以規定每個元件的耐壓定額。2.7 利用率 勵磁系統的可靠性和可維護性，應和電廠要求的可靠性和服務相協調，有些電廠要求有最小停機時間，在這種情況下，應考慮用冗余單元，在極其重要的應用中，規范編制者可以對勵磁系統提出如MTTR（最小修理時間）、MTBF（二次故障間最小時間）和MTTF（故障平均時間）的要求。2.8 設備的冗余足夠的冗余度應允許元件故障和更換，不危及要求的發電機利用率。2.9 備件 應仔細地考慮備件的選用，保證有足夠數目的另件可用，以支持所要求的可靠性和利用率。在寫規范前可以和有希望的供應者接觸，以得到一些建議。在招標過程中要給備件以專門的注意，使所有投標者都計及。3

12、 勵磁系統定額考慮3.1 總則影響到勵磁系統定額的所有參數，應經協調和明確地規定。因為定額決定了主要部件的價格，規范編制者應小心地只規定定額一次，避免和規范的其它部分發生矛盾。有些參數和穩態運行有關，另一些和瞬態運行有關。當勵磁系統和同步電機同時向同一制造廠訂貨時，許多設計參數能自動協調，不需要向不同供貨者訂貨時那么詳細的規定。3.2 定額3.2.1 額定電流連續電流定額應規定為等于和大于同步電機在任何允許連續運行下的磁場電流最大值。注意有些電機有連續過負荷的定額。此外，ANSI C50.12-19822、ANSI C50.13-19893和ANSI C50.14-19774 允許所有電機在5

13、%端電壓變化下運行在額定的千伏安，有些電機可能要求更寬的運行范圍。在確定定額時亦有必要考慮，額定頻率偏移的需要。某些電機，例如燃氣透平驅動的機組，其定額取決于環境溫度，這類電機的勵磁系統可以有隨溫度而變化的定額。過去，有些勵磁系統曾有過小的連續負向電流定額，這用在當電機運行在同步補償機時，此負向磁場電流允許有稍大于輸電線充電容量的能力。負電流比較容易從稍會復雜的直流勵磁機得到。現代的利用固態整流器的勵磁系統，通常不產生負電流。要產生它就相當復雜，帶來很小的性能改善，是不合算的（除了同步補償機外），有些現代勵磁系統能產生瞬時的負電壓，強迫勵磁電流衰減到零，但這不應該和上面提到的連續負電流定額相混

14、淆。對帶有冗余電流路徑或冗余冷卻元件的勵磁系統，連續電流定額應在冗余部分退出時仍適用。勵磁系統效率和損失應在額定電流和電壓下，冗余部分投入時測量，因為這是它的正常運行方式。3.2.2 額定電壓勵磁系統連續電壓定額是指該電壓足以供給同步電機磁場必需的連續電流，且磁場繞組處在額定負荷下的最高溫度。此外連續電壓應能允許同步電機在端電壓在5%內變化時額定千伏安運行（除非另有規定）。在確定連續運行要求的電壓和下面提到的瞬態定額時，所有的電壓降包括直到磁場繞組的端子的互聯母線，電纜走線都應考慮。電刷壓降應考慮為同步電機磁場電路壓降的一部分。3.3 瞬態要求3.3.1頂值電流 低頂值電壓（通常小于150%額

15、定值）的勵磁系統，通常允許到達它對應的最終的頂值電流，為改善瞬態性能用的高頂值電壓，其頂值電流如不加限制會達到很高的值，并且要求過大的勵磁容量。應考慮用磁場電流限制器來限制它到規定的值。頂值電壓仍可適用，來強迫電流快速變化。磁場系統頂值電流應有等于或大于它所聯接的同步電機短時過負荷的瞬態（持續）時間。ANSI C50.13-19893和ANSI C50.14-19774 給出了磁場繞組短時過負荷發熱的要求。注意：這些過負荷基于加在磁場繞組上的電壓，而不是電流。目前在ANSI C50.12-19822 對凸極電機還無相應的要求。3.3.2 頂值電壓 勵磁系統頂值電壓正常不直接規定，但它是勵磁系統

16、額定響應要求的一個功能。這是一個容易產生矛盾的地方，規范編制者應小心保證一些涉及頂值電壓提法不和響應要求衡突。響應應由用戶規定，而頂值電壓的選擇留給制造廠家。對從交流電源得到能量的勵磁系統，應該規定此電源的單位電壓和電流（如適用），能滿足額定響應的要求。現在的標準奠基于勵磁系統連續輸出參數的定額和對瞬態變化的時間響應。可理解為勵磁設備必須在瞬態方式下起作用，且對頂值輸出情況沒有任何不利的影響。頂值和正常運行電壓的比值，隨著規定要較高的額定響應而增加。在某些情況下為控制電機過電壓，可能要求一個負的頂值電壓。由于可控硅勵磁系統觸發角裕量要求，負的頂值通常規定不超過70%正的頂值，否則，有可能要求更

17、大尺寸的設備。3.3.3 事故和滑極勵磁系統必須經受住同步電機的任何故障和非正常運行而不損壞。同步電機交流端的故障，會在磁場中感應出大的正向電流（加于正常勵磁電流上）。此外，感應電流中會有電網頻率的交流分量。當涉及到整流器勵磁系統，由電網頻率的電源供電時，這是重要的，因峰值電流在每周的相同點發生，會使整流器的一個相過負荷。這個感應電流的大小和持續時間，是電機和系統阻抗的函數。參照IEEE C37.18-1979(ANSI)5 的對各類電機結構建議的感應電流值的表。在事故下，除了正向感應磁場電流外，也可能會有負向感應電流（從正向磁場電流中減去）。在滑極發生時，磁場電路可能感應出這類負電流，當負的

18、感應電流大到使總的磁場電流變負，并且如這負電流不允許流通，則會產生極高的電壓。利用固態整流器的勵磁系統正常只讓正向電流流通。有些電機由于在轉子有附加路徑，能固有地自我保護。它們可能是阻尼繞組或實心鋼轉子。在可能產生高電壓的電機，應配備保護設備，用以保護勵磁系統及電機磁場電路。感應的負的磁場電流的大小是與電機設計有關，負電流流過的時間是滑極周波數、系統運行過程和有關繼電保護的設定的函數。潛在的破壞性的負磁場電流允許流過的最大時間應作規定，以保證保護設備有足夠能容。4 勵磁電源考慮4.1 總則新發電機的勵磁機規格，通常不僅有功率定額及需要的響應特性，并且還要選擇運行人員和電廠控制的接口，勵磁電源的

19、種類，起動容量要求，設備地點及可靠性等，制造廠通常應進行后者的一些協調。這些對將整個勵磁機密封在發電機外罩內，和勵磁電源繞組放置發電機繞組槽內的情況是特別真確。對更新或重建的勵磁系統規范是更難準備的，因為不僅要提供足夠的信息使勵磁系統能和發電機協調，并且要保證配備足夠的控制和保護系統。許多老的系統勵磁設備和同步發電機原有設計圖紙已丟失，或不足以為新的勵磁系統提供必要的數據，在這種情況必須對發電機進行試驗和測定。4.2 旋轉直流勵磁機大多數直流勵磁機是并激發電機，有的帶一些串激繞組，勵磁機輸出連到主發電機的滑環。通常勵磁機有多個磁場繞組，用于有升-降雙支調節器運行，和磁場變阻器控制。有些勵磁機還

20、有能保證連續磁偏置的繞組。有些勵磁機是他激，從付勵磁機串變阻器來勵磁的，還有些勵磁機是由馬達驅動，不是由主發電機同軸驅動。由于有滑環，替換這些直流勵磁機是很容易的。裝一臺新的永磁發電機或一臺交流勵磁機到主發電機軸上，需大量的工作連接新軸及提供適當的支撐，新的靜止勵磁可離開發電機很遠，用導線聯到滑環。如果愿意，老的勵磁機可從發電機處移走。在這種情況，對透平-發電機機軸的動力學特性要重新評估。還應提供一臺勵磁（功率）變壓器，不管勵磁電源來自同步電機機端或廠用電，變壓器提供了電氣隔離，諧波抑制，和故障限制，當勵磁是從同步電機機端供電，勵磁系統必須配備從廠用電或廠用蓄電池來的某種形式的起勵功率。這些系

21、統的可靠性必須考慮，因為老廠設計是假定為自起動的勵磁機。如果起勵功率來自廠用電，許多不直接屬于勵磁的控制和保護電路必須修正。最后，新的勵磁設備在老廠的安放地點必須小心選擇。4.3 旋轉交流勵磁機旋轉交流勵磁機，可用旋轉的或靜止整流器（帶電刷/集電環）系統。功率轉換器可為可控整流器，大多數系統，勵磁機端電壓調節是通過控制勵磁機磁場電流，勵磁機磁場的功率可來自永磁機或勵磁機本身，或輔助電源。4.4 靜止勵磁4.4.1 電壓源整流器勵磁電壓源勵磁的功率來自電壓源（可以是同步電機機端），用的是靜止可控整流器。在選擇勵磁機功率源時應作專門考慮。必需的母線管道或電纜和變壓器都屬勵磁規范中的一部分。如用了廠

22、用電，必須考慮瞬態時勵磁負荷，和廠用電傳輸電路的瞬態效應。磁場起勵設備也很重要，對不需輔助冷卻的，可規定它有足夠的自冷卻能力。額定響應應在規定的額定電源電壓的百分數下確定。這個值最好由電力系統仿真研究確定。在這樣的研究不可行時，這個值可根據選定的故障后第一個0.5秒的電壓得到。常用的范圍是70%80%額定電源電壓。勵磁系統在事故情況，降到了規定百分數（通常建議為同步電機端電壓的25%）的額定電壓降仍應能運行。隨著電源電壓的復原，勵磁系統應能立即恢復。并提供最大可用電壓來恢復系統電壓。4.4.2 復勵整流器勵磁復式勵磁系統的電源來自電壓和電流源（均和同步電機機端有關），額定響應應在規定的端電壓下

23、降和電流增加來確定。這個系統常用于要求同步電機有持續短路電流時。在這種情況下應規定持續短路電流的大小。5 勵磁系統性能和同步電機調節器考慮本節涉及到勵磁系統規定性能的常用判據。IEEE 421.2-199010 對所用到的參數作了詳細討論。影響勵磁系統性能的大多數可調參數，包含在如電壓調節器的誤差檢測器、補償器，勵磁系統穩定器和限制器等的勵磁控制單元中。規范編制者必須小心地區分作為勵磁系統自動控制一部分的輔助控制功能，和有關的勵磁系統與電廠運行間的接口控制電路。而且許多輔助控制功能容易和其緊密相關的保護功能混淆。輔助控制功能的規范是放在本節中。控制和保護要求在隨后兩節中討論。應該注意，單靠電壓

24、調節器參數是不足以得到所需的性能。頂值電壓，勵磁系統穩定器增益和時間常數，同步電機參數，電力系統阻抗等參數對勵磁控制系統性能有很大影響。同步電機調節器主要功能是控制穩態的端電壓。調節器可能影響本地模式下的同步電機穩定，或互聯網的頻率，取決于包括同步電機調節器、勵磁機、同步電機和電力系統的勵磁控制系統的帶寬，增益和強勵能力。電力系統穩定器PSS可包括在同步電機調節器內的附加控制功能中。性能的規定只適用到被買成套設備的終端。設備供應者只能對性能負責不超過供應設備的終端。例如在大擾動下同步電機端電壓偏差不能由同步電機調節器或勵磁機來完全控制。5.1 手動控制性能手動控制器通常調節同步電機磁場電壓從3

25、0%空載磁場電壓到同步電機帶負荷下要求的最大磁場電壓。手動控制器通常在起動時，提供勵磁使機端電壓達到予定值。它也作為自動控制失效時的備用控制器。傳統上對手動控制的要求很低，控制器常常很簡單，以便成為高可靠的備用系統。通常由制造廠確定其參數及有關的控制系統響應。5.2 自動控制性能（包括同步電機）同步電機調節器，包括它的限制和穩定功能，是用加于勵磁系統的控制信號來調節同步電機的端電壓。調節器、勵磁機、同步電機和電力系統都對端電壓的響應有作用。能包括所有這些影響的控制系統就是“勵磁控制系統”。規范編制者必須確定購買設備的動態性能要求，在IEEE Std421.2-199010中討論了動態性能的分類

26、，本節中涉及的材料屬于一般性質。應作詳細的模型研究來確定對某個系統的性能要求。為幫助制造廠提供滿足用戶需要的系統，應規定“最壞情況下”勵磁系統的運行和專門條件。5.2.1 穩態性能勵磁系統對負荷、頻率、環境溫度的緩慢變化的響應，就是它的穩態性能“負荷調整率”，該術語是指負荷變化引起電壓變化的大小。除非專門指出，所謂負荷變化是指同步發電機從空載到滿載，負荷調整率的典型值是額定端電壓的0.5%，電力系統運行負荷圖的經常性變化和允許的電壓變化，通常導致負荷調整率無關重要。由頻率和環境溫度變化引起的電壓變化的允許值另有說明。5.2.2 小信號性能小信號特性是指可以不計勵磁控制系統中的非線性的那些響應。

27、反饋控制系統的瞬態和頻率響應，是規定的小信號性能的基礎，在規定的瞬態響應中，上升時間，超調量，調節時間是主要的性能指標。開環頻率響應特性提供了穩定裕量，而主要關心的特性有低頻段增益，切割頻率，相角裕量和增益裕量。另一方面閉環頻率響應特性關聯著瞬態響應特性，提供了小信號響應的指標。有用的特性是頻帶寬，幅值響應的峰值，以及峰值發生時的頻率。IEEE Std421.2-199010包含了瞬態響應和頻率響應特性的詳細說明，給出了典型值的表。為調諧勵磁控制系統使滿足具體的應用要求，并且能適應電力系統要求的變化，隔一段時間可重新調諧，大多數同步電機勵磁系統都設計成參數可調整的。如果同步電機、勵磁機、調節器

28、是從同一制造廠購買，那末用瞬態和頻率響應參數來規定勵磁控制系統的離線動態性能。但如果購買的是勵磁控制系統的一部分，對購買部分動態性能規定一個方法，允許沒有勵磁控制系統余下部分的情況，由制造廠在廠內展示它是符合規范的。例如，當前的目的是更換老的調節器，而保留勵磁機和同步電機，在這種情況可規定調節器的參數和調節器的瞬態和頻率響應要求。這些參數或響應必須從模型研究中確定。通常，參數的范圍或響應有規定。在大多數應用中，用對照模型研究的要求和制造廠的資料，來規定在制造廠設備標準包中之一。在某些簡單的電力系統應用中，建議將全套勵磁控制系統要求的動態性能判據提供給制造廠，使其可能對系統中某個單元的要求更好的

29、理解。5.2.2.1 帶高起始響應的系統高起始響應勵磁系統是能在0.1秒內，達到頂值電壓和額定負荷下勵磁電壓差的95%的系統，當要用這些系統時，它們的性能可用從端電壓參考值到最終的勵磁機輸出的頻率響應特性來規定。它們固有地基本是個平坦的頻率響應，從直流到增益從直流下降3分貝處對應的規定的頻率。相角響應在最大相角對應頻率處是很小的角度。在重要的電力系統應用中，為使發電機或系統的穩定，常常希望用高起始響應勵磁系統。高起始響應適用在交流勵磁機系統和復式勵磁系統中。也是電壓源靜止勵磁系統的一個特性。頻率響應可用后面5.2.2.3節解釋的勵磁穩定器應用來修正。5.2.2.2 非高起始響應的系統雖然一些用

30、旋轉勵磁機的勵磁系統比高起始響應勵磁系統有較慢的響應，主要差別是在大信號性能上，而不是在小信號性能上。減小額定反饋或瞬態增益可用于增加閉環增益和相角裕量，類似于高起始響應機組這個要求，通常用頻率響應表示。帶直流勵磁機的同步電機，特別是更新勵磁系統時保留直流勵磁機，其性能會受限于勵磁系統的時間常數。這些系統的頻率響應是很難予決的，規定頻率響應是不切合實際的，規定階躍變化下超調量，調節時間是更實際些。5.2.2.3 勵磁穩定器（額定反饋）對當前許多設計的和安裝的勵磁系統，小信號響應決定于同步電機調節器增益、勵磁穩定器增益和時間常數的設置，傳統上，特別對帶有旋轉勵磁機的系統，用某些形式的額定反饋來提

31、供穩定作用。5.2.2.4 勵磁穩定器（瞬態增益減小）在有些勵磁系統中，勵磁穩定器的功能是用減小瞬態增益實現的，同時使用額定反饋和瞬態增益減小是很少見的。瞬態增益減小，是專門用于減小電力系統不穩定的頻帶內的增益。5.2.3 大信號性能大信號性能特性是指系統負荷突然的大變化下，端電壓的響應，其特點是勵關控制系統已處于非線性段的運行。勵磁系統對第一波搖擺或瞬態穩定改善的程度，取決于勵磁系統正向強勵電壓、同步電機磁場電流的抵抗效應和電機磁場時間常數延遲的效果。通常對高起始響應系統要規定的參數是勵磁系統額定響應，電壓源勵磁系統的電源電壓，此外對復勵勵磁系統還有電源電流，在確定規定的參數時，電流限制器的

32、作用應預考慮。這些參數，如果規定，應能經得起最不利的情況（Should be under the most adverse conditions）對非高起始響應系統，只需規定勵磁系統額定響應。應該指出，如果同時規定頂值和勵磁系統額定響應，會出現對電壓的矛盾要求。應該考慮在某個具體應用中，勵磁控制系統響應在某種可能的運行，甩負荷和引起過速便是這類運行之一，特別對水力發電機言，勵磁控制系統應在過速導致的頻率上升時，能保證端電壓仍在可接受的限值內。對帶直流勵磁機的系統，在甩負荷時，調節器的功放需有提供負電壓和負電流的能力，對旋轉勵磁機提供強減。應考慮起動和停機為例行操作，有關這些操作的具體要求應有規

33、定。電力系統故障情況，低頻運行和它們對勵磁電源要求的影響也應予考慮。這些對規定對的電壓源整流器勵磁系統的情況是特別重要（如前面4.4.2節所說明的，需要有持續的故障電流時）。5.3 輔助控制功能有許多輔助控制功能會影響勵磁控制系統的功能，它們是輔助的，因它們可能不包括在所有應用中，或者只在某種情況下起作用，通常它們包括在同步電機勵磁系統內，但它們不起保護作用，雖然它們完成的作用和某種保護功能緊密相關。現代勵磁系統經常同時包括輔助控制和同步電機保護功能。在某些情況下兩者功能可被整合在共同體內，常用的組合功能是過勵、欠勵和V/F限制器。5.3.1 補償器大多數勵磁系統有幾類補償可用，最常用的是同步

34、電機有功和無功電流補償。可以用無功壓降補償或線路壓降補償的連接，來仿真阻抗降和有效地調節電機機端外某點的電壓，必須規定補償的類型和及阻抗調整范圍。5.3.2 電力系統穩定器（PSS）勵磁系統用有幾種類型的穩定器，勵磁系統穩定器是指（前面5.2.2節說明）用于穩定勵磁系統的控制單元。電力系統穩定器是用來阻尼和電力系統頻率有關的區域或聯絡線振蕩，在IEEE Std 421.2-199010 中PSS參數有詳細的解釋。規范中應包括對其應用的說明，包括涉及的頻率范圍，電力系統穩定器的輸入信號源，如PT、CT、測速發電機等應指明。規范編制者應該意識到電力系統穩定器和電機機械軸系扭振的自然頻率可能有不希望

35、的相互作用。為防止產生這種情況，需要濾波器和保護裝置，來平息扭振信號和當控制電路故障時斷開PSS。5.3.3 扭振穩定器在輸電線上用串聯電容器會形成電氣諧振電路，它的自然頻率可能會和同步電機機械軸的自然扭振頻率重合，有足夠寬帶的頻率響應勵磁系統，可配備能提供這些頻率下正阻尼轉矩的控制系統，這些控制（常稱次同步勵磁阻尼控制）通常是相當復雜。它們必須組合控制、監視和保護電路，因控制的誤動會造成電機的嚴重破壞。5.3.4 欠勵限制器欠勵限制器在大多數應用中，防止引起同步電機定子端部過熱或失穩和失去同步，它的性能通常是用同步電機(P,Q)曲線，規定限制器作用的范圍。它的性能應和同步電機失步保護相協調。

36、5.3.5 過勵限制器過勵限制器主要用來避免同步電機磁場繞組過熱，磁場繞組允許的熱過負荷是和時間成反比，因此限制器的動作可延時，但對高頂值的勵磁系統可提供附加的瞬時動作限制器，這種限制器往往整合在多級控制和磁場繞組的保護設備內。5.3.6 V/F限制器V/F限制器用于防止低頻運行時過高的磁通或過電壓引起的過熱。通常同步電機是通過變壓器和斷路器聯到電力系統的，變壓器在同步電機起動和停機是有電的，因此會使變壓器低頻運行。它亦用來保護同步電機在空載時可能產生的過高磁通。此外它亦用于二臺同步電機一起使用或啟動，一臺當電動機，另一臺當發電機用時。在這類使用中，V/F限制器使端電壓在頻率上升時增大。限制器

37、動作的V/F比值必須要規定。5.3.7 勵磁機輔助控制功能類似于前面敘述的輔助功能，亦可像對同步電機提供的一樣向勵磁機提供，如果制造廠認為必須，亦可提供勵磁機的低電壓限制器，V/F限制器或其它限制器。6 控制考慮許多和勵磁系統控制有關的器件必須加以考慮，如制造廠提供了全部器件，它們應包括在規范內，一般講，其目的是從制造廠得到用在電站安裝和接線要求的完整的資料。 控制設備的設計和制造廠、監控硬件和勵磁系統性能規范的協調，是十分重要的。6.1 滅磁同步電機需要有一個有效、可靠的滅磁方法，對帶有滑環的同步電機可以利用帶放電電阻的主磁場開關。對帶有直流或交流勵磁機的系統，可用帶放電電阻的勵磁機磁場開關

38、。對電壓源的靜止勵磁系統，用交流功率開關亦是合適的。有些復勵式靜止勵磁系統允許用短路開關。 在大多數系統中可用專門的勵磁控制迫使勵磁輸出為零。為防止磁場開關失效，經常用后備的停機方法。6.2 機組手動控制在直流勵磁機的情況下，手動控制可用磁場變阻器來實現。在旋轉整流器勵磁機，經常用基本調整器系統（a base adjuster system）。在其它的大多數勵磁機都有某種形式的直流調節器，以控制勵磁電壓。馬達驅動的勵磁機過速保護，或過勵磁（過電流，過電壓）會導致自動切換到手動控制，運行人員的轉移手動常用在交流調節器的維護，更換整流器和熔絲時。6.3 機組自動控制 如規定用自動控制，應確定用戶提

39、供的和制造廠提供的設備間相互關系。對制造廠的一個典型要求是設定用觸點每次閉合，使端電壓或無功有規定的變化。觸點每次閉合的時間也應規定。如勵磁系統設定值是模擬或數字量，而不是用上升或下降觸點輸入，則應規定設定值的單位變化引起端電壓或無功的變化應考慮對勵磁系統遠方控制和監視需要，甚至在全自動的系統，應謹慎地配有某種形式的遠方手動操作的能力，證實通信聯接是完好的措施也是有價值的。為對勵磁設備提供現地操作，配備指示燈和儀表等也是常用的做法。最好能從現地或遠方對勵磁系統運行作在線測試，在這種情況買主最好規定要測量的參數，而制造廠應該提供在控制電路中方便連接點。6.4 機組自動起動/停機如規定用自動起動和

40、（或）停機，應規定用戶提供的設備和制造廠提供的設備間聯接方法。典型規范應要求制造廠提供勵磁系統投入運行（或退出運行），必須的所有設備細節，直到觸點的閉合。應該說明所有可調控制的設定點的自動設定。通常這對自動起動前或自動停機后的控制的予置是必需的。保留手動控制的現場操作是很重要的，選擇現地和遠方自動控制或現地手動控制的設備是有用的。6.5 機組自動電壓跟蹤通常配合自動同期裝置的自動電壓調節也包括在勵磁調節內，應給出自動同期裝置和勵磁設備間的接口要求。6.6 設定點調整器 操作勵磁設備使電壓或無功上升或下降可由幾個方法來實現，最常用方法是用馬達操作設定點調整器，在有些應用中可能要求從自動監控設備得

41、到模擬或數字信號，用戶提供的和制造廠提供的設備之間的接口的條款必須要規定。規定用端電壓表示設定范圍是重要的，在用升、降觸點操作時，在規定閉合時間和閉合次數下，提供一個規定的端電壓或無功的變化，設定點的遠方操作需要和在勵磁設備處的現地操作一起考慮。在自動化系統，也應考慮手動和自動操作的需要。6.7 設定點跟蹤許多應用中，設定點跟蹤的設備是重要的，這些設備使手動設定跟蹤同步電機運行點的勵磁要求，所以當自動控制失效時，勵磁系統會有合適的手動設定。 6.8 控制電路和電廠電路的連接 勵磁控制和電廠電路間的連接可能會是不同的電壓和電流。用戶和制造廠必須協調以便於設計。在控制電路用的寬范圍的直流電壓，包括

42、標準蓄電池電路的48，125或250vdc，直流電壓的額定范圍應有規定。因負荷或電池充電情況引起變化的典型范圍是80%到115%。在控制電路中用的寬范圍的交流電壓，包括標準電壓120，240，480和600V。單相和三相的都用，電壓變化的典型范圍應規定為90%至110%。有的用戶可以允許控制電源瞬時中斷，另一些要求提供連續的電流，歷史上，這類意外由指定的機械閂鎖繼電器來應付，對有些裝置，磁場起勵點火是必須的，可以用直流或交流電壓，也可用控制電路用的電壓，或者用獨立的電源。這個點火電流及其最大持續時間應有規定。規范也應有用戶電廠技術人員故障診斷和維護的內容，例如簡單地使控制電路斷電和接隔離地的過

43、程。為勵磁系統提供交流電壓和電流信號的儀用互感器的數量和型號，應在規范中給出，還應給出監控勵磁系統參數所需的變送器的數量和型號。如控制電路電源需用電路開關，則應作出規定，如必要還應包括放置地點。7 保護考慮7.1 一般要求 比起老的勵磁系統來近代勵磁系統，要求更高程度的保護，通常保護可分成二類：保護勵磁系統本身和保護勵磁系統外部的設備。應考慮用非正常情況的報警，把即將來臨的設備保護的動作通知運行人員。7.2 保護動作勵磁系統規范應和用來檢測外部設備情況(可能引起勵磁系統和同步電機損壞)的器件相協調，這些情況包括發電機過電壓、發電機失磁、發電機磁場過勵、滑極反向電流、磁場接地和同步電機及其升壓變

44、壓器的過大的V/F值。在勵磁系統內部要求保護的器件包括整流器冷卻停風，勵磁系統斷相（三相不平衡），可以考慮勵磁系統內的保護電路，等過勵一定時間后返回到予定值。也可包括將勵磁切換到手動控制。7.3 報警動作勵磁系統內部報警，提醒運行人員考慮潛在的問題，幫助確定可能引起勵磁系統跳閘或減少設備故障查找時間的情況。除了在7.2節提到的保護動作的報警外，有時報警會提供控制電源消失，調節器的檢測失靈，晶閘管、二極管、熔斷器或勵磁柜內高溫等情況。雖然幾個這類報警功能成組地傳送到遠方操作人員，但在當地務必要有各自的報警。8 環境和密封考慮8.1 環境勵磁系統所安放的環境必須明確規定，并符合規定的要求，勵磁系統

45、所在的環境，對電磁瞬變，無線電干擾，溫度極限，濕度，海拔高度，振動，腐蝕氣體或任何異常情況應有規定，也要考慮由勵磁系統產生的干擾。任何特殊要求如濕熱帶（用封裝來防止潮氣，老鼠，昆蟲）或地震亦應指出。詳細的冷卻信息，包括主要的冷卻介質，冷卻劑最大、最小溫度及壓力，冷卻管材料，陰極防腐和任何必要的電廠聯系務必詳細通知制造廠。8.2 機柜當在電廠內安放的最后地點確定后，應由用戶規定適當機柜，其適用性取決于幾個因素，它的一個極端例子是機柜靠墻可接近性。具體應提到能容易接近和移走機柜內的某個設備零件。如果機柜從各方面都能接近，為便于維護，要指定各方向的門。為必須的冷卻或通風，或兩者，特別用了冷卻風扇時，

46、要有適當的冷卻通風口及天窗。其它的考慮應包括濾塵器，防嚙齒動物屏蔽窗。具體的電廠的附加考慮可以是下述諸項中的一些。1） 用戶為運行、試驗和調整裝設的監控儀表。2） 用戶為手動/自動控制切換裝的按鈕和開關。3） 油漆/涂料4） 結構a) 端子/連接器b) 接線/線標、絕緣可燃性、危險材料，例如石棉，聚氯乙烯等。c) 名牌d) 防火e) 戶外/戶內（NEMA型）、緊密度，防水，防塵，防濺等、熱交換器，空調器。f) 尺寸限制g) 地震h) 加熱器/熱電偶i) 門/面板/可接近性j) 手柄/鎖/閂k) 電纜入口地點，密封方法l) 按裝和拋錨m) 斷路器互鎖n) 接地o) 人身保護p) 電路隔離/擋板q

47、) 內部照明/插座孔/通信r) 噪聲分貝，電磁干擾（EMI），無線電頻率干擾（RFI），電話受擾系數（TIF）。8.3 遠方按裝的儀表和控制器要求在遠方安裝的開關板上的儀表，開關，按鈕或控制器應有其它廠家提供。如果勵磁系統設備設計成遠方控制，它應包括下述功能：1） 發電機電壓給定的控制；2） 手動給定的控制；3） 勵磁系統投入或退出運行；4） 勵磁系統運行試驗；5） 勵磁系統電壓，磁場電流及制造廠認為有關勵磁運行的重要參數的指示。6） 由制造廠向用戶推薦的必需的指示燈。在復審廠家圖紙時，如果遠方設備是由其它廠家提供和安裝，勵磁系統制造廠應提供足夠資料，并保證適當的協調。1） 要安裝儀表的參數，

48、如控制電壓和電流的要求，此外，其型號和信號范圍；2） 控制開關功能；3） 控制，起動，停機和控制電路關閉；4） 指示燈電路的類別和數目。9 制造廠應提供的信息9.1 一般要求要求的勵磁系統信息能有效地指導該項目的工程、安裝、試驗和勵磁系統所有元件的運行和故障查找。規范要求應針對某個項目，包括圖紙，數據和提交下面各節提到的說明性資料。隨著合同的簽訂，制造廠應提出，發貨的時間表，并應和所有設備和電廠設計的時間表協調。9.2 投標時應提交的信息如果要求，制造廠應提供勵磁系統性能數據以及工作原理的說明書，通常這些要求包括帶近似尺寸的勵磁部件的典型外形圖。9.3 發送設備前應提供的信息 制造廠應提供下列

49、圖紙和說明書給買主供檢查。1） 合同生效后，應在規定時間內提供該工程的主要勵磁系統部件的帶外形尺寸及重量的圖紙。2） 合同生效后，應在規定時間內提供該工程下列圖紙： 完整和詳細的基礎要求，母線圖（如用），接線圖，用于計算機動態仿真研究的數學模型，勵磁系統所用零件的電路圖，包括整個系統要求的所有接口部件及輔助器件。9.4 發送設備時應提供的信息制造廠應提供使用和維護手冊，用以介紹設備的細節和勵磁系統及其部件的裝配，安裝規程，折卸，維護，故障診斷和運行的細節。買主應明確，他們是否要求這些手冊得到認可，或者滿意地接受這些制造廠家的標準手冊。通常這些手冊至少應包括：1） 所有主要部件的技術數據，包括重

50、量；2） 所有有關賣主的公告，指令性手冊，圖紙或者由各個部件分包商提供的資料；3） 勵磁系統的裝配，折卸，調整，運行，故障查找和維護的順序包括推薦的附加備件；4） 潤滑要求，包括所有需潤滑的部件的推薦潤滑劑表；5） 制造廠規定的選定組部件的物理布置，電路圖及勵磁系統接線圖。可以縮小尺寸，以適合頁面格式的說明手冊；6） 表示出全套設備另件的一組裝配圖紙或印刷物，并列出了每個另件的項號，包括常用的商業牌號。9.5 照片 全部或部分設備的照片(如有)應包括在使用或/和維護手冊內，如果照片僅僅是用來幫助運行和維護人員表明外形，則不能作為重要的要求。9.6 設計階段圖紙評審過程 應按照提出的時間表，制造

51、廠按時提交在9.3節中規定的圖紙和說明材料給買主，買主應評審提交的圖紙，適當地批注它們，并在收到它們后，在規定的時期返回。9.7 設備按裝后的圖紙修正 制造廠應在有關圖紙上加進所有現場的變化，或者提供一份附錄，或對以前標有“發貨”的有關圖紙作修正，這些圖紙應標有“安裝”字樣。10、試驗10.1 例行工廠試驗例行工廠試驗可不要求勵磁系統完全在工廠內總裝好。建議對勵磁系統的每個單元作下述例行試驗。10.1.1 勵磁控制設備1） 肉眼檢查，以證實主要部件或分裝配的身份，位置和安裝符合廠家圖紙；2） 按IEEE Std421B-197911規定的耐壓試驗；3） 對所有的控制開關，控制，保護，切換繼電器

52、，凸輪開關，接觸器，電路開關驗證其電氣和機械操作的正確性，檢查接線的正確性；4） 驗證各個勵磁控制單元輸入輸出的靜態傳遞特性；5） 調節器功放部分在額定電源電壓、和在電阻電感下帶和實際相等的電流運行，用以證實其輸入輸出傳遞特性，頂值電壓的能力，控制的穩定性和均壓均流；6） 如有規定，調節器功放部分應在規定的環境溫度下，在規定時間內帶額定負荷電流及電壓運行的老化試驗。10.1.2 直流勵磁機例行試驗應包括下述測量和驗證：1） 絕緣電阻（用兆歐表量）；2） 在規定溫度下，測所有繞組的電阻；3） （如果適用）所有外部限流電阻器及磁場變阻器電阻；4） 氣隙；5） 空載飽和曲線，從剩磁到勵磁機頂值電壓；6） 按IEEE Std421B-197911 的高壓試驗。10.1.3 交流勵磁機整流器1) 絕緣電阻；2) 在規定溫度下，測所有繞組的電阻；3)（如果適用）所有外部限流電阻器及磁場變阻器電阻；4) 氣隙；5) 空載飽