励磁系统是水轮发电机的重要组成部分，其主要作用是调节发电机的电压和无功功率。当电力系统发生事故而使发电机端电压下降时，对发电机进行强行励磁，以提高继电保护动作的可靠性并加强发电机并列运行的稳定性；在发电机甩负荷电压升高时，对发电机进行强行减磁，以限制由于转速升高而引起的过电压；当发电机内部及其引出线上发生短路时，迅速进行灭磁，以限制事故的扩大。随着水电事业的发展和中小型电网的逐渐增多，对电站的自动控制设备尤其是励磁和调速器技术性能和可靠性提出更高要求。早期的励磁方式已不再满足要求，微机励磁的出现，大大地提高了电网的质量。

2 中小型水轮发电机励磁的现状

2.1 直流励磁机的励磁方式

该方式用一台直流发电机作为励磁机，是早期中小型水轮发电机采用最多的一种励磁方式。其励磁系统的自动调节方式可分为两类：

(1)通过改变励磁机磁场回路中的电阻值来调节励磁电流。

(2)励磁回路中引入一个由自动调节器送来的附加励磁电流来调整发电机的励磁。

S-F型复式励磁装置及S-IKZ-1型快速相复励励磁调节装置都属于这种类型。快速相复励励磁系统的调节器属电磁式，参数调整比较复杂，许多电站由于参数调整不当，调节器无法投入运行。同时由于励磁系统时间常数大，反应速度慢，技术指标均较落后。

2.2 无刷励磁系统

该励磁系统把半导体整流器和交流发电机(励磁机)的电枢绕组一起装在转子中，这样，经过整流的电压就可以直接供给发电机转子绕组而不需任何滑动接触部分。该系统取消了碳刷和滑环，提高了励磁系统的可靠性。但是由于转子和定子没有任何接触系统，故不能直接测量转子各量。另外，由于励磁功率取自交流励磁机，随着机组容量的加大，励磁功率的增加，导致交流励磁机电枢直径加大，使无刷励磁系统的应用受到限制。

2.3 静止式可控硅励磁系统

该励磁系统分他励和自励。自励系统的励磁功率取自发电机端电压，发电机转子励磁电流由可控硅元件和整流元件组成的可控桥提供，可控桥输出的电压和电流由调节器控制。整个励磁调节器由测量放大单元、移相触发单元、调差单元、稳压电源等基本控制单元和一些辅助单元如：励磁过流限制单元、最小励磁限制单元以及各种信号、保护和远控单元组成。这些功能均由分立元件组成的模拟电路来完成。因此该系统惯性极小，反应速度快，调节灵敏迅速，具有高顶值强励电压以及较高的励磁电压响应比，有效地改善电力系统运行条件，提高稳定性。同时取消直流励磁机，减少故障机会，维护工作简单，经济性、可靠性、通用性较强。

2.4 微机励磁

由于同步发电机和电力系统非线性因素的影响，以及运行方式和网络参数可能发生较大范围的改变，要求励磁系统有更好的控制调节性能，更多更灵活的控制、限制、报警等附加功能。模拟励磁调节器实现起来有一定困难，加上科学技术的迅猛发展，特别是计算机技术的发展，微机励磁调节器便应运而生。它可以进一步改善励磁系统的静态和动态品质，具有更高的技术性能指标。

微机励磁与传统的模拟励磁调节器相比，有许多特点：

(1)较强的通用性和灵活性。可根据用户的不同要求灵活地组装软件的功能模块。

(2)以全数字电路为基础，不用电位器，消除了放大器零点漂移及系统频率和幅值变化所带来的非线形失真，消除了模拟式通道间由于分立元件造成的不一致性，提高同步移相的精确度，保证可控硅触发对称性。

(3)采用软件数字给定，取消了给定电位器和机械运动部件，能够方便地改变整定方式，并能够经受一定宽度的峰值电压的干扰信号而不误动作，具有数字滤波功能，能够防止增减磁操作时因继电器触点粘连引起的失磁和误强励。

(4)能够灵活地和电厂计算机监控系统接口。

(5)可靠性高。采用微处理机的励磁调节器后，许多功能均由软件完成，因而印刷电路板数量少、焊点少、接插件少。

(6)操作、调试和维护方便。励磁系统投电和停机后将自动回到初始状态，等待下次开机。励磁调节器不设可调电位器，具有人机界面，在线显示和修改参数的能力，以便对不同机组励磁投运前调试时修改有关参数(如调差、PID调节参数)用。具有故障录波功能，便于查找故障原因，维修时只需通过各模板的检测插孔观察其波形正确与否即可。

自1985年南京自动化所第1台微机励磁在福建池潭投入运行至今，微机励磁在国内已经过几十年研究，技术上已臻成熟，电站运行亦积累一定的经验，完全能适应电站“无人值班，少人值守”的需要。

3 对中小型励磁动向的几点看法

(1)目前，中小型励磁面临更新换代，除了新建的电站应采用新一代的励磁装置，一些处于电网运行比较重要的老电站，也面临更新改造。

(2)新投标的电站，用户对励磁装置都有一致要求：

①简单可靠。调试简便，运行维护简单，故障率小。

②应能适应微机监控系统的需要且能与上微机通讯。

③具有满足国标的一些技术性能。

④外型美观，结构新颖，更换元器件方便。

(3)对于并入小电网运行和孤立运行的中小型水电站，对励磁的动态和静态特性要求比较高。

4 结束语

总之，采用微机励磁，能在县城中心调度所或远距离控制中心随时观察到电站内发电机的运行情况、励磁系统当前状态等信息，并进行远距离控制和调整。作为一种新型的励磁方式，微机励磁所具有的特点，使它完全能适应现代化电站对发电机计算机监控的需要。

参考文献

1.李基成.现代同步发电机整流器励磁系统.北京：水利电力出版社，1987.

2.戴延年，强尧臣.小型水电站机电设计手册.北京：水利电力出版社，1989.

3.电力部电力自动化研究院.发电机自并励微机励磁系统.