NB/T 42163-2018
基本信息
标准号： NB/T 42163-2018
中文名称：小水电机组自并励励磁系统技术条件
标准类别：能源标准(NB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
NB/T 42163-2018.Technical specification for self-shunt excitation system of small hydropower units.
1范围
NB/T 42163规定了小水电机组自并励励磁系统的基本技术要求、试验、技术文件、供货范围、包装、运输和产品质量保证期等内容。
NB/T 42163适用于单机容量小于10MW的小水电机组的自并励励磁系统。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 191包装储运 图示标志
GB/T 1094 (所有部分)电力变压器
GB/T 2900.1电工术语 基本术语
GB/T 2900.25电工术语旋转电机
GB/T 2900.32电工术语电力半 导体器件
GB/T 2900.71电工术语 电气装置
GB/T 4208外壳防护等级(IP 代码)
GB/T 7409.1同步电机励磁系统 定义
GB/T 7409.2同步 电机励磁系统电力 系统研究用模型
GB/T 7409.3同步电机励磁系统 大、 中型同步发电机励磁系统技术要求
GB/T 10585中小型同步电机励磁 系统基本技术要求
GB/T 13384机电产 品包装通用技术条件
GB/T 17626 (所有部分)电磁兼容试验和测量技术 [IEC 61000-4 (所有部分)]
3术语和定义
GB/T 2900.1、GB/T 2900.25、GB/T 2900.32、GB/T 2900.71.、GB/T 7409.1.、GB/T 7409.3和DL/T 583界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1自并励励磁系统self-shunt excitation system
通过励磁变压器从发动机机端取得励磁能源，经晶闸管或由晶闸管和二极管组成的全控整流桥或半控整流桥构成的功率单元向发电机提供励磁电流的励磁系统。
1范围
NB/T 42163规定了小水电机组自并励励磁系统的基本技术要求、试验、技术文件、供货范围、包装、运输和产品质量保证期等内容。
NB/T 42163适用于单机容量小于10MW的小水电机组的自并励励磁系统。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 191包装储运 图示标志
GB/T 1094 (所有部分)电力变压器
GB/T 2900.1电工术语 基本术语
GB/T 2900.25电工术语旋转电机
GB/T 2900.32电工术语电力半 导体器件
GB/T 2900.71电工术语 电气装置
GB/T 4208外壳防护等级(IP 代码)
GB/T 7409.1同步电机励磁系统 定义
GB/T 7409.2同步 电机励磁系统电力 系统研究用模型
GB/T 7409.3同步电机励磁系统 大、 中型同步发电机励磁系统技术要求
GB/T 10585中小型同步电机励磁 系统基本技术要求
GB/T 13384机电产 品包装通用技术条件
GB/T 17626 (所有部分)电磁兼容试验和测量技术 [IEC 61000-4 (所有部分)]
3术语和定义
GB/T 2900.1、GB/T 2900.25、GB/T 2900.32、GB/T 2900.71.、GB/T 7409.1.、GB/T 7409.3和DL/T 583界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1自并励励磁系统self-shunt excitation system
通过励磁变压器从发动机机端取得励磁能源，经晶闸管或由晶闸管和二极管组成的全控整流桥或半控整流桥构成的功率单元向发电机提供励磁电流的励磁系统。
标准图片预览
标准内容
ICS27.140
备案号：64698-2018
中华人民共和国能源行业标准
NB/T42163—2018
小水电机组自并励励磁系统技术条件Technical specification for self-shunt excitation system of small hydropowerunits2018-06-06发布
国家能源局
2018-10-01实施
规范性引用文件
术语和定义…
基本技术要求
技术文件
供货范围
标志、包装、运输及储存
产品质量保证期
......
附录A（规范性附录）
参考文献
电磁兼容试验等级及其标准
NB/T42163—2018
NB/T42163-2018
本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业小水电机组标准化技术委员会（NEA/TC14）归口。本标准起草单位：广东南丰电气自动化有限公司、河北工业大学、天津电气科学研究院有限公司、武汉市陆水自动控制技术有限公司、昆明电机厂有限责任公司。本标准主要起草人：刘绍聪、韩雪晶、曹文杰、荀国、曹武怀、刘东文、郭嘉、黄炜。1
1范围
小水电机组自并励励磁系统技术条件NB/T42163—2018
本标准规定了小水电机组自并励励磁系统的基本技术要求、试验、技术文件、供货范围、包装、运输和产品质量保证期等内容。
本标准适用于单机容量小于10MW的小水电机组的自并励励磁系统。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。包装储运图示标志
GB/T191
GB/T1094（所有部分）电力变压器GB/T2900.1
电工术语基本术语
电工术语旋转电机
GB/T2900.25
GB/T2900.32
GB/T2900.71
电工术语电力半导体器件
电工术语电气装置
GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T7409.1
GB/T7409.2
GB/T7409.3
同步电机励磁系统定义
同步电机励磁系统电力系统研究用模型同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T10585中小型同步电机励磁系统基本技术要求机电产品包装通用技术条件
GB/T13384
GB/T17626（所有部分）电磁兼容试验和测量技术［IEC61000-4（所有部分）]GB/Z17799.6电磁兼容通用标准发电厂和变电站环境中的抗扰度DL/T489大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程DL/T583大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件NB/T42034孤网运行的小水电机组设计导则NB/T42055小水电低压机组自动化控制技术规范NB/T42079小水电机组励磁功率单元技术条件IEEEstd421.5电力系统稳态研究用励磁系统数学模型（Recommendedpracticeforexcitationsystemmodelsforpowersystemstabilitystudies）3术语和定义
GB/T2900.1、GB/T2900.25、GB/T2900.32、GB/T2900.71、GB/T7409.1、GB/T7409.3和DL/T583界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
自并励励磁系统self-shuntexcitationsystem通过励磁变压器从发动机机端取得励磁能源，经晶闸管或由晶闸管和二极管组成的全控整流桥或半控整流桥构成的功率单元向发电机提供励磁电流的励磁系统。1
NB/T42163—2018
励磁调节器excitationregulator按照某种调节规律对同步发电机机端电压、无功功率、功率因数、转子电流进行实时闭环调节的装置。
4基本技术要求
4.1使用条件
4.1.1小水电机组自并励励磁系统应适用于下述环境条件：a）海拔不超过2500m；
b）环境最高温度为+40℃；
c）环境最低温度：功率整流器采用强迫风冷方式，环境最低温度为-10℃；d）最湿月的月平均最大相对湿度为90%（无凝露）；安装地点应无爆炸危险的介质，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体，无水淋、日晒并保证周围清洁；e）
振动频率在10Hz～150Hz时，振动加速度不大于5m/s2。f）
4.1.2小水电机组自并励励磁系统适用于下述供电电源条件：a）在下述供电电源电压及频率偏差范围内，励磁系统应能保证发电机在额定工况下长期连续稳定运行：交流系统，电压充许偏差为额定值的-20%～+15%，频率充许偏差为土5%；直流系统电压充许偏差为额定值的一20%～+15%。b）励磁系统交流工作电源电压在短时间（不大于强行励磁持续时间）内波动范围为55%～130%额定值的情况下，励磁系统应能维持正常工作。c
当工作电压波动超出上述范围时，应采用备用工作电源保证上述要求。d）当发电机的机端频率下降至额定频率的90%，或上升至额定频率的165%时，励磁系统应能继续为发电机提供励磁电流。
4.1.3当使用条件不符合上述情况或用户有特殊要求时，由供需双方商定。4.2系统性能要求
4.2.1励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。
4.2.2励磁顶值电压倍数不小于1.6。励磁顶值电流倍数与励磁顶值电压倍数相同。4.2.3励磁系统在输出顶值电流的情况下，允许持续时间应不小于10s。励磁系统电压响应时间不大于0.1s。4.2.4
5励磁系统应保证发电机机端电压的调压精度优于土1.0%。4.2.5
4.2.6励磁系统应保证发电机机端电压调差整定范围为土15%，级差不大于1%。4.2.7励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%时，发电机电压的变化值不大于额定值的土0.25%。
4.2.8励磁系统应满足下列要求
a）空载土10%阶跃响应，电压超调量不大于额定电压的10%（低压机组为15%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s;
b）发电机转速达到0.95倍～1.05倍额定转速范围内，突然投入励磁系统，使发电机机端电压从零上升至额定值时，电压超调量不大于额定电压的10%（低压机组为15%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s；
c）在额定功率因数下，当发电机突然甩掉额定负载后，发电机电压超调量不大于15%额定值（低2
压机组为20%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s。NB/T42163—2018
4.2.9恒发电机端电压调节功能（AVR）应能保证在发电机空载额定电压（U%）70%~110%范围内稳定平滑地调节，而恒励磁电流调节功能（FCR）应能保证在发电机空载额定电压（U%）10%110%范围内稳定平滑地调节，
4.2.10在发电机空载运行状态下，AVR和FCR的电压给定值变化速度应不大于（1%U~）/s，不小于（0.3%U~）/s。
4.2.11励磁系统的功率整流器应满足下列要求：保证满足发电机所有工况的运行（包括强励）；a）
b）风冷功率整流器在停风情况下应发出故障信号，并保持平稳运行时间不小于30min；过电压保护器应使得整流器的输出过电压瞬时值不超过励磁绕组对地耐压试验电压幅值的c
30%。
4.2.12励磁系统应装设励磁回路直流侧过电压保护装置。过电压保护动作整定值的选择原则如下：a）应高于最大整流电压的峰值，低于整流器的最大允许电压值：b）应高于灭磁装置正常动作时产生的过电压值c）应保证励磁绕组两端过电压时的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70%4.2.13励磁系统的灭磁装置应满足：灭磁过程中，励磁绕组反向电压应控制在不低于出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的30%，不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的50%。4.2.14励磁系统的起励电流应不大于发电机空载额定励磁电流的10%。4.2.15励磁系统的年强迫停运率应不大于0.1%。4.3系统功能要求
4.3.1励磁系统除保证发电机在并列、并网等工况下正常平稳运行外，还应按NB/T42034的规定，在单机或孤网运行的工况下安全运行。4.3.2励磁系统的调节器视发电机的功率大小设置调节通道的数量，发电机功率为5MW及以下的设置一个调节通道；发电机功率大于5MW的设置两个调节通道。用户有特殊要求时，由供需双方商定。4.3.3采用两个调节通道时，两个调节通道应互为热备用、相互自动跟踪，应能自动或手动切换：运行通道故障时［包括设在通道输入端的电压互感器（TV）断线时」能自动切换至备用通道。切换时发电机机端电压或无功功率应无明显波动。4.3.4每个调节通道内应设恒发动机端电压调节功能（AVR）和恒励磁电流调节功能（FCR），两种调节功能相互独立，应能自动或手动平稳切换。根据需要还可以增设恒无功调节功能或恒功率因数（cos）调节功能。
4.3.5每个调节通道内的AVR调节功能的电压给定器或FCR调节功能的励磁电流给定器都应采用数字给定器，并具有限位功能，发电机解列后应能自动返回空载额定的给定位置。4.3.6励磁调节器除应有开关量的直接输出/输入接口外，还应具有通信接口与上位计算机进行通信，接口方式为RS-485或以太网，宜采用标准协议传输信息。4.3.7根据用户需要，励磁系统可增加电力系统稳定器（PSS）辅助功能。4.3.8励磁系统的功率整流器应具有切除脉冲控制功能及风机停风、快速熔断器熔断、脉冲故障等报警功能。
4.3.9励磁系统应能可靠起励。
4.3.10励磁系统应具有下列检测功能：a）触发脉冲检测；
b）TV断线检测；
c）功率整流器停风检测；
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d）功率整流器快熔熔断检测：
调节通道故障检测。
4.3.11励磁系统故障情况下应能发出下列信号：调节器电源消失；
励磁系统操作控制回路电源消失：c）
励磁绕组回路过电压保护动作：功率整流器柜风机电源故障；
功率整流器熔断器熔断；
触发脉冲消失：
起励失败：
调节通道切换动作；
欠励磁限制器动作；
过励磁限制器动作；
最大励磁电流限制器动作：
TV断线：
励磁变压器温度过高；
电压/频率限制器动作。
励磁系统在现场应能指示如下参数：a)
励磁电流；
励磁电压；
机端电压；
d）无功功率；
功率柜直流电流。
防护等级应满足以下要求：
励磁调节器柜防护等级应在IP30以上；励磁功率整流器柜防护等级应在IP20以上：b)
如果调节器柜与功率整流器柜共柜安装，防护等级应在IP30以上；c）
励磁变压器外罩的防护等级室内安装应在IP20以上，室外安装应在IP23以上。具体要求见GB/T4208。
4.4装置技术要求
4.4.1励磁调节器
励磁调节器宜采用具有人机界面的微机调节器。励磁调节器一般采用PID调节规律进行调节，其数学模型参照GB/T7409.2。励磁调节通道除了应具有自动恒发电机端电压调节（AVR）、自动恒励磁电流调节（FCR）、调差等基本调节功能外，还应具有下列辅助功能：a）最大励磁电流限制功能。限制励磁电流不超过允许的励磁项值电流。功率整流器部分支路退出或冷却系统故障时，应将励磁电流限制到预设的允许值内。强励反时限限制功能。在强行励磁到达允许持续时间时，限制器应自动将励磁电流减到长期连b）
续运行充许的最大值。强励充许持续时间和强励电流值按反时限规律确定。限制器应和发电机转子热容量特性相匹配，且在强励原因消失后，应能自动返回到强励前状态。c）过励磁限制功能。发电机滞相运行情况下，调节器应能保证发电机在其无功功率（Q）与有功4
NB/T42163—2018
功率（P）的关系曲线（又称P-Q曲线，下同）的过励限制范围内运行，当发电机运行点因为某种原因超出该限制范围时，调节器应能限制励磁输出，确保自动将发电机运行点拉回到P-Q曲线的过励限制范围内。过励原因消失后，应能自动返回到过励前状态。过励磁限制器可延时动作，以保证故障情况下机组尽可能地出力。欠励磁限制功能。发电机进相运行情况下，调节器应能保证发电机在P-9曲线的欠励限制范d)
围内运行，当发电机运行点因为某种原因超出该限制范围时，调节器应能立刻自动地将发电机运行点限制在P-Q曲线的欠励限制范围内。欠励磁限制器为瞬时动作，以防止故障情况下机组失步；欠励磁限制要与失磁保护配合，欠励磁限制动作应先于失磁保护。其他限制、保护功能：
1）TV断线保护功能：
2）电压/频率限制功能；
3）系统电压跟踪功能。
PSS附加控制。其数学模型应符合IEEEstd421.5中的规定。同时，励磁调节器应具有PSS所f)
需的保护、控制和限制功能，并配有PSS试验用输入、输出测试口。g）
微机励磁调节器的人机界面应具有以下功能1）励磁系统参数的在线显示和整定；2）故障的在线检测和诊断；
3）现场的调试和试验功能：
4）励磁系统事故的记录和追忆功能（可选）。h)
励磁调节器应有两路输入供电电源，其中一路由厂用蓄电池组供电。励磁调节器应通过相应等级的电磁兼容试验（见附录A），并满足GB/T17626、GB/Z17799.6的相关规定。
低压发电机的励磁调节器相对简单，可根据需要有选择地参照上述技术要求执行。4.4.2功率整流器
功率整流器要求如下：
功率整流器应采用晶闸管三相全控桥式整流器，以提高动态响应性能和实现逆变灭磁功能。低a)
压发电机的功率整流器可采用晶闸管三相半控桥式整流器。功率整流器冷却方式为风机冷却，并配有风机运行状态信号。整流器柜噪声在离柜1m处不大b）
于70dB
功率整流器应设置必要的保护器，包括交流侧阳极过电压吸收和保护器、直流侧过电压保护器、功率元件换相过电压保护器、功率元件快速熔断器等。d）晶闸管、二极管、快速熔断器和各项过电压保护器等的选型规定见NB/T42079等规范。4.4.3转子过电压保护器
为防止发电机运行和操作过程中产生危及励磁绕组的过电压，应装设励磁绕组过电压保护装置a）过电压保护装置采用非线性电阻：b）过电压保护装置动作应可靠，并能自动恢复，采用的元件容量应有足够的裕度。4.4.4灭磁装置
4.4.4.1励磁系统励磁绕组回路应装设灭磁装置。在任何需要灭磁的工况下（包括误强励），灭磁装置应保证可靠灭磁。灭磁时间应尽可能短。4.4.4.2励磁装置应提供如下灭磁方式：a）正常停机采用逆变灭磁，要求连续、稳定，不发生颠覆。5
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b）故障情况下，通过磁场断路器快速投入灭磁电阻实现移能式灭磁：1）磁场断路器应为直流断路器，其额定参数按生产厂家给出的规范进行选择。磁场断路器应设有自动和现地手动两种分合闸操作，其自动控制应纳入机组自动控制的程序之中。自动合闸操作应由机组开机指令联动，自动分闸操作应由电气事故引出触点或逆变失败引出触点联动。此外，励磁装置应设置磁场断路器分合闸状态信号。灭磁电阻分线性电阻和非线性电阻两种。当发电机额定励磁电流为500A及以下时，采用2）
线性电阻，线性电阻的阻值按75℃时发电机励磁绕组电阻的3倍5倍选取。当发电机额定励磁电流大于500A时，采用非线性电阻，非线性电阻的特性和参数按生产厂家给出的选型方法进行选择。
c）低压发电机的功率整流器为三相半控桥式整流器时，其灭磁方式一般采用续流灭磁（见GB/T10585)。
4.4.5起励装置
起励装置要求如下：
起励方式采用外加直流电源起励：发电机残压达到功率元件自励条件时，也可采用残压起励。起励装置的电源采用带蓄电池组的厂用直流电源或交流整流电源。b）
起励装置输出端应装设防止电流反充的二极管。c）
起励装置应具有手动、自动投切功能：自动投切纳入机组自动开机程序之中。起励装置应具有起励失败报警功能，无论起励成功或失败，起励装置都应自动复归。e）
4.4.6励磁变压器
励磁变压器要求如下：
励磁变压器高压侧不应安装自动开关或快速熔断器；a)
励磁变压器应采用干式变压器，干式变压器的性能应符合GB/T1094第11部分的规定，低压机b）
组的励磁变压器宜采用普通干式变压器：c
变压器绝缘的耐热等级一般考虑B级及以上：励磁变压器的三相电压不对称度不应大于5%d)
承受2倍额定励磁电流下的过载时间应符合4.2.3的要求；制造厂设计时应考虑绕组中谐波电流引起的发热，并留有裕量；绕组间应有屏蔽并接地：
励磁变压器短路阻抗一般在系统短路阻抗的4%～8%范围内（系统短路阻抗由电力部门或设计部门提供），具体要求见GB/T1094第5部分的规定；励磁变压器根据用户要求可装于铝合金箱内，铝合金箱还装有冷却风机、温度显示及湿度控制装置。
4.4.7装置及系统各部温升要求
同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各部位的极限温升不得超过表1中所列数据（详见DL/T583)。
表1励磁系统各部位极限温升
极限温升
各部位名称
变压器
A级绝缘
B级绝缘
F级绝缘
单位：K
测量方法
电阻法
变压器
铜母线及导电
螺钉连接处
铝母线
各部位名称
连接处
铜母线
无保护层
锡保护层
银保护层
连接处
距表面30mm处的空*
印刷电路板上的电阻表面
塑料、橡皮、漆布绝缘导线
整流管与散热器交接处下载标准就来标准下载网
晶闸管与散热器交接处
熔断器连接处
5试验
表1（续）
A级绝缘
极限温升
B级绝缘
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F级绝缘
测量方法
电阻法
5.1机端电压为6.3kV或10.5kV、频率为50Hz（国外用户的机端电压和频率按所在国电力系统的规定）的发电机的励磁系统，其试验参照DL/T489的规定进行。5.2机端电压400V的低压发电机的励磁系统，其试验参照NB/T42055的规定进行。6技术文件
供方应按项目的进度，分阶段向用户提供下列技术文件：a)
产品技术条件；
使用说明书；
出厂试验报告和合格证；
励磁系统单元和整体调试大纲；部件原理接线图：
零件明细表及屏柜配线图：
装置外形图及安装图；
交货明细表；
分包商产品的技术资料；
其他安装、运行、维护所必需的技术资料。供货范围
7.1励磁柜（包括励磁调节单元、功率单元、灭磁单元、起励单元、保护单元、柜体以及各单元各柜间的连接线）和励磁变压器，由励磁装置生产厂家根据供需双方签订的供货合同提供。7.2供励磁装置取样的发电机电压互感器（TV）和电流互感器（TA），按设计院设计的电站主接线图装7
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于发电机开关柜中，由开关柜生产厂家提供。7.3与发电机励磁有关的一、二次电缆（含励磁柜至励磁变压器之间的一、二次电缆），由用户根据设计院提供的一、二次电缆清册自行采购。8标志、包装、运输及储存
一般要求
标志、包装、运输及储存应符合GB/T191、GB/T13384的相关规定。8.2标志
8.2.1产品标志
产品铭牌内容应包括：
a）产品名称：
b）产品型号：
c）技术标准代号；
d）额定输出电压，V；
额定输出电流，A；
操作控制电压，交流（AC)、直流（DC)，V；f)
出厂编号：
制造年月：
制造厂名。
包装标志
包装箱外部应注明下列标志：
收货单位名称；
b）收货单位地址；
c）产品名称：
d）出厂编号；
制造厂名称；
制造厂地址；
标注防潮、防雨、防振、防撞击位置等标记8.3包装
产品包装应保证产品在储存、运输过程中不受机械损伤，并有防潮、防雨、防尘能力。8.3.1
8.3.2随机技术文件要求见第6章。8.4运输及储存
8.4.1产品运输过程中不应有激烈振动、撞击和倒置。某些部件对运输温度有特殊要求时应注明，以便运输时采取措施。
8.4.2产品运到工地后，应按制造厂规定储存。无制造厂规定的，应储存在掩蔽干燥的库房内。8
9产品质量保证期
NB/T42163—2018
用户应按照本标准的要求和制造厂有关技术文件的规定正确保管、安装和使用。产品质量保证期为装置投运之后一年，或从制造厂起运日算起两年（以先到期为准）。产品质量保证期内因制造或元器件质量不良而发生损坏或不能正常工作时，制造厂应无偿地为用户修理、更换零部件或更换产品。9
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2018-10-01实施
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术语和定义…
基本技术要求
技术文件
供货范围
标志、包装、运输及储存
产品质量保证期
......
附录A（规范性附录）
参考文献
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NB/T42163—2018
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本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业小水电机组标准化技术委员会（NEA/TC14）归口。本标准起草单位：广东南丰电气自动化有限公司、河北工业大学、天津电气科学研究院有限公司、武汉市陆水自动控制技术有限公司、昆明电机厂有限责任公司。本标准主要起草人：刘绍聪、韩雪晶、曹文杰、荀国、曹武怀、刘东文、郭嘉、黄炜。1
1范围
小水电机组自并励励磁系统技术条件NB/T42163—2018
本标准规定了小水电机组自并励励磁系统的基本技术要求、试验、技术文件、供货范围、包装、运输和产品质量保证期等内容。
本标准适用于单机容量小于10MW的小水电机组的自并励励磁系统。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。包装储运图示标志
GB/T191
GB/T1094（所有部分）电力变压器GB/T2900.1
电工术语基本术语
电工术语旋转电机
GB/T2900.25
GB/T2900.32
GB/T2900.71
电工术语电力半导体器件
电工术语电气装置
GB/T4208外壳防护等级（IP代码）GB/T7409.1
GB/T7409.2
GB/T7409.3
同步电机励磁系统定义
同步电机励磁系统电力系统研究用模型同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T10585中小型同步电机励磁系统基本技术要求机电产品包装通用技术条件
GB/T13384
GB/T17626（所有部分）电磁兼容试验和测量技术［IEC61000-4（所有部分）]GB/Z17799.6电磁兼容通用标准发电厂和变电站环境中的抗扰度DL/T489大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程DL/T583大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件NB/T42034孤网运行的小水电机组设计导则NB/T42055小水电低压机组自动化控制技术规范NB/T42079小水电机组励磁功率单元技术条件IEEEstd421.5电力系统稳态研究用励磁系统数学模型（Recommendedpracticeforexcitationsystemmodelsforpowersystemstabilitystudies）3术语和定义
GB/T2900.1、GB/T2900.25、GB/T2900.32、GB/T2900.71、GB/T7409.1、GB/T7409.3和DL/T583界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
自并励励磁系统self-shuntexcitationsystem通过励磁变压器从发动机机端取得励磁能源，经晶闸管或由晶闸管和二极管组成的全控整流桥或半控整流桥构成的功率单元向发电机提供励磁电流的励磁系统。1
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励磁调节器excitationregulator按照某种调节规律对同步发电机机端电压、无功功率、功率因数、转子电流进行实时闭环调节的装置。
4基本技术要求
4.1使用条件
4.1.1小水电机组自并励励磁系统应适用于下述环境条件：a）海拔不超过2500m；
b）环境最高温度为+40℃；
c）环境最低温度：功率整流器采用强迫风冷方式，环境最低温度为-10℃；d）最湿月的月平均最大相对湿度为90%（无凝露）；安装地点应无爆炸危险的介质，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体，无水淋、日晒并保证周围清洁；e）
振动频率在10Hz～150Hz时，振动加速度不大于5m/s2。f）
4.1.2小水电机组自并励励磁系统适用于下述供电电源条件：a）在下述供电电源电压及频率偏差范围内，励磁系统应能保证发电机在额定工况下长期连续稳定运行：交流系统，电压充许偏差为额定值的-20%～+15%，频率充许偏差为土5%；直流系统电压充许偏差为额定值的一20%～+15%。b）励磁系统交流工作电源电压在短时间（不大于强行励磁持续时间）内波动范围为55%～130%额定值的情况下，励磁系统应能维持正常工作。c
当工作电压波动超出上述范围时，应采用备用工作电源保证上述要求。d）当发电机的机端频率下降至额定频率的90%，或上升至额定频率的165%时，励磁系统应能继续为发电机提供励磁电流。
4.1.3当使用条件不符合上述情况或用户有特殊要求时，由供需双方商定。4.2系统性能要求
4.2.1励磁系统应保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。
4.2.2励磁顶值电压倍数不小于1.6。励磁顶值电流倍数与励磁顶值电压倍数相同。4.2.3励磁系统在输出顶值电流的情况下，允许持续时间应不小于10s。励磁系统电压响应时间不大于0.1s。4.2.4
5励磁系统应保证发电机机端电压的调压精度优于土1.0%。4.2.5
4.2.6励磁系统应保证发电机机端电压调差整定范围为土15%，级差不大于1%。4.2.7励磁系统应保证在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%时，发电机电压的变化值不大于额定值的土0.25%。
4.2.8励磁系统应满足下列要求
a）空载土10%阶跃响应，电压超调量不大于额定电压的10%（低压机组为15%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s;
b）发电机转速达到0.95倍～1.05倍额定转速范围内，突然投入励磁系统，使发电机机端电压从零上升至额定值时，电压超调量不大于额定电压的10%（低压机组为15%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s；
c）在额定功率因数下，当发电机突然甩掉额定负载后，发电机电压超调量不大于15%额定值（低2
压机组为20%），振荡次数不超过3次，调节时间不大于5s。NB/T42163—2018
4.2.9恒发电机端电压调节功能（AVR）应能保证在发电机空载额定电压（U%）70%~110%范围内稳定平滑地调节，而恒励磁电流调节功能（FCR）应能保证在发电机空载额定电压（U%）10%110%范围内稳定平滑地调节，
4.2.10在发电机空载运行状态下，AVR和FCR的电压给定值变化速度应不大于（1%U~）/s，不小于（0.3%U~）/s。
4.2.11励磁系统的功率整流器应满足下列要求：保证满足发电机所有工况的运行（包括强励）；a）
b）风冷功率整流器在停风情况下应发出故障信号，并保持平稳运行时间不小于30min；过电压保护器应使得整流器的输出过电压瞬时值不超过励磁绕组对地耐压试验电压幅值的c
30%。
4.2.12励磁系统应装设励磁回路直流侧过电压保护装置。过电压保护动作整定值的选择原则如下：a）应高于最大整流电压的峰值，低于整流器的最大允许电压值：b）应高于灭磁装置正常动作时产生的过电压值c）应保证励磁绕组两端过电压时的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70%4.2.13励磁系统的灭磁装置应满足：灭磁过程中，励磁绕组反向电压应控制在不低于出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的30%，不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的50%。4.2.14励磁系统的起励电流应不大于发电机空载额定励磁电流的10%。4.2.15励磁系统的年强迫停运率应不大于0.1%。4.3系统功能要求
4.3.1励磁系统除保证发电机在并列、并网等工况下正常平稳运行外，还应按NB/T42034的规定，在单机或孤网运行的工况下安全运行。4.3.2励磁系统的调节器视发电机的功率大小设置调节通道的数量，发电机功率为5MW及以下的设置一个调节通道；发电机功率大于5MW的设置两个调节通道。用户有特殊要求时，由供需双方商定。4.3.3采用两个调节通道时，两个调节通道应互为热备用、相互自动跟踪，应能自动或手动切换：运行通道故障时［包括设在通道输入端的电压互感器（TV）断线时」能自动切换至备用通道。切换时发电机机端电压或无功功率应无明显波动。4.3.4每个调节通道内应设恒发动机端电压调节功能（AVR）和恒励磁电流调节功能（FCR），两种调节功能相互独立，应能自动或手动平稳切换。根据需要还可以增设恒无功调节功能或恒功率因数（cos）调节功能。
4.3.5每个调节通道内的AVR调节功能的电压给定器或FCR调节功能的励磁电流给定器都应采用数字给定器，并具有限位功能，发电机解列后应能自动返回空载额定的给定位置。4.3.6励磁调节器除应有开关量的直接输出/输入接口外，还应具有通信接口与上位计算机进行通信，接口方式为RS-485或以太网，宜采用标准协议传输信息。4.3.7根据用户需要，励磁系统可增加电力系统稳定器（PSS）辅助功能。4.3.8励磁系统的功率整流器应具有切除脉冲控制功能及风机停风、快速熔断器熔断、脉冲故障等报警功能。
4.3.9励磁系统应能可靠起励。
4.3.10励磁系统应具有下列检测功能：a）触发脉冲检测；
b）TV断线检测；
c）功率整流器停风检测；
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d）功率整流器快熔熔断检测：
调节通道故障检测。
4.3.11励磁系统故障情况下应能发出下列信号：调节器电源消失；
励磁系统操作控制回路电源消失：c）
励磁绕组回路过电压保护动作：功率整流器柜风机电源故障；
功率整流器熔断器熔断；
触发脉冲消失：
起励失败：
调节通道切换动作；
欠励磁限制器动作；
过励磁限制器动作；
最大励磁电流限制器动作：
TV断线：
励磁变压器温度过高；
电压/频率限制器动作。
励磁系统在现场应能指示如下参数：a)
励磁电流；
励磁电压；
机端电压；
d）无功功率；
功率柜直流电流。
防护等级应满足以下要求：
励磁调节器柜防护等级应在IP30以上；励磁功率整流器柜防护等级应在IP20以上：b)
如果调节器柜与功率整流器柜共柜安装，防护等级应在IP30以上；c）
励磁变压器外罩的防护等级室内安装应在IP20以上，室外安装应在IP23以上。具体要求见GB/T4208。
4.4装置技术要求
4.4.1励磁调节器
励磁调节器宜采用具有人机界面的微机调节器。励磁调节器一般采用PID调节规律进行调节，其数学模型参照GB/T7409.2。励磁调节通道除了应具有自动恒发电机端电压调节（AVR）、自动恒励磁电流调节（FCR）、调差等基本调节功能外，还应具有下列辅助功能：a）最大励磁电流限制功能。限制励磁电流不超过允许的励磁项值电流。功率整流器部分支路退出或冷却系统故障时，应将励磁电流限制到预设的允许值内。强励反时限限制功能。在强行励磁到达允许持续时间时，限制器应自动将励磁电流减到长期连b）
续运行充许的最大值。强励充许持续时间和强励电流值按反时限规律确定。限制器应和发电机转子热容量特性相匹配，且在强励原因消失后，应能自动返回到强励前状态。c）过励磁限制功能。发电机滞相运行情况下，调节器应能保证发电机在其无功功率（Q）与有功4
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功率（P）的关系曲线（又称P-Q曲线，下同）的过励限制范围内运行，当发电机运行点因为某种原因超出该限制范围时，调节器应能限制励磁输出，确保自动将发电机运行点拉回到P-Q曲线的过励限制范围内。过励原因消失后，应能自动返回到过励前状态。过励磁限制器可延时动作，以保证故障情况下机组尽可能地出力。欠励磁限制功能。发电机进相运行情况下，调节器应能保证发电机在P-9曲线的欠励限制范d)
围内运行，当发电机运行点因为某种原因超出该限制范围时，调节器应能立刻自动地将发电机运行点限制在P-Q曲线的欠励限制范围内。欠励磁限制器为瞬时动作，以防止故障情况下机组失步；欠励磁限制要与失磁保护配合，欠励磁限制动作应先于失磁保护。其他限制、保护功能：
1）TV断线保护功能：
2）电压/频率限制功能；
3）系统电压跟踪功能。
PSS附加控制。其数学模型应符合IEEEstd421.5中的规定。同时，励磁调节器应具有PSS所f)
需的保护、控制和限制功能，并配有PSS试验用输入、输出测试口。g）
微机励磁调节器的人机界面应具有以下功能1）励磁系统参数的在线显示和整定；2）故障的在线检测和诊断；
3）现场的调试和试验功能：
4）励磁系统事故的记录和追忆功能（可选）。h)
励磁调节器应有两路输入供电电源，其中一路由厂用蓄电池组供电。励磁调节器应通过相应等级的电磁兼容试验（见附录A），并满足GB/T17626、GB/Z17799.6的相关规定。
低压发电机的励磁调节器相对简单，可根据需要有选择地参照上述技术要求执行。4.4.2功率整流器
功率整流器要求如下：
功率整流器应采用晶闸管三相全控桥式整流器，以提高动态响应性能和实现逆变灭磁功能。低a)
压发电机的功率整流器可采用晶闸管三相半控桥式整流器。功率整流器冷却方式为风机冷却，并配有风机运行状态信号。整流器柜噪声在离柜1m处不大b）
于70dB
功率整流器应设置必要的保护器，包括交流侧阳极过电压吸收和保护器、直流侧过电压保护器、功率元件换相过电压保护器、功率元件快速熔断器等。d）晶闸管、二极管、快速熔断器和各项过电压保护器等的选型规定见NB/T42079等规范。4.4.3转子过电压保护器
为防止发电机运行和操作过程中产生危及励磁绕组的过电压，应装设励磁绕组过电压保护装置a）过电压保护装置采用非线性电阻：b）过电压保护装置动作应可靠，并能自动恢复，采用的元件容量应有足够的裕度。4.4.4灭磁装置
4.4.4.1励磁系统励磁绕组回路应装设灭磁装置。在任何需要灭磁的工况下（包括误强励），灭磁装置应保证可靠灭磁。灭磁时间应尽可能短。4.4.4.2励磁装置应提供如下灭磁方式：a）正常停机采用逆变灭磁，要求连续、稳定，不发生颠覆。5
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b）故障情况下，通过磁场断路器快速投入灭磁电阻实现移能式灭磁：1）磁场断路器应为直流断路器，其额定参数按生产厂家给出的规范进行选择。磁场断路器应设有自动和现地手动两种分合闸操作，其自动控制应纳入机组自动控制的程序之中。自动合闸操作应由机组开机指令联动，自动分闸操作应由电气事故引出触点或逆变失败引出触点联动。此外，励磁装置应设置磁场断路器分合闸状态信号。灭磁电阻分线性电阻和非线性电阻两种。当发电机额定励磁电流为500A及以下时，采用2）
线性电阻，线性电阻的阻值按75℃时发电机励磁绕组电阻的3倍5倍选取。当发电机额定励磁电流大于500A时，采用非线性电阻，非线性电阻的特性和参数按生产厂家给出的选型方法进行选择。
c）低压发电机的功率整流器为三相半控桥式整流器时，其灭磁方式一般采用续流灭磁（见GB/T10585)。
4.4.5起励装置
起励装置要求如下：
起励方式采用外加直流电源起励：发电机残压达到功率元件自励条件时，也可采用残压起励。起励装置的电源采用带蓄电池组的厂用直流电源或交流整流电源。b）
起励装置输出端应装设防止电流反充的二极管。c）
起励装置应具有手动、自动投切功能：自动投切纳入机组自动开机程序之中。起励装置应具有起励失败报警功能，无论起励成功或失败，起励装置都应自动复归。e）
4.4.6励磁变压器
励磁变压器要求如下：
励磁变压器高压侧不应安装自动开关或快速熔断器；a)
励磁变压器应采用干式变压器，干式变压器的性能应符合GB/T1094第11部分的规定，低压机b）
组的励磁变压器宜采用普通干式变压器：c
变压器绝缘的耐热等级一般考虑B级及以上：励磁变压器的三相电压不对称度不应大于5%d)
承受2倍额定励磁电流下的过载时间应符合4.2.3的要求；制造厂设计时应考虑绕组中谐波电流引起的发热，并留有裕量；绕组间应有屏蔽并接地：
励磁变压器短路阻抗一般在系统短路阻抗的4%～8%范围内（系统短路阻抗由电力部门或设计部门提供），具体要求见GB/T1094第5部分的规定；励磁变压器根据用户要求可装于铝合金箱内，铝合金箱还装有冷却风机、温度显示及湿度控制装置。
4.4.7装置及系统各部温升要求
同步发电机在额定工况下运行时，励磁系统各部位的极限温升不得超过表1中所列数据（详见DL/T583)。
表1励磁系统各部位极限温升
极限温升
各部位名称
变压器
A级绝缘
B级绝缘
F级绝缘
单位：K
测量方法
电阻法
变压器
铜母线及导电
螺钉连接处
铝母线
各部位名称
连接处
铜母线
无保护层
锡保护层
银保护层
连接处
距表面30mm处的空*
印刷电路板上的电阻表面
塑料、橡皮、漆布绝缘导线
整流管与散热器交接处下载标准就来标准下载网
晶闸管与散热器交接处
熔断器连接处
5试验
表1（续）
A级绝缘
极限温升
B级绝缘
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F级绝缘
测量方法
电阻法
5.1机端电压为6.3kV或10.5kV、频率为50Hz（国外用户的机端电压和频率按所在国电力系统的规定）的发电机的励磁系统，其试验参照DL/T489的规定进行。5.2机端电压400V的低压发电机的励磁系统，其试验参照NB/T42055的规定进行。6技术文件
供方应按项目的进度，分阶段向用户提供下列技术文件：a)
产品技术条件；
使用说明书；
出厂试验报告和合格证；
励磁系统单元和整体调试大纲；部件原理接线图：
零件明细表及屏柜配线图：
装置外形图及安装图；
交货明细表；
分包商产品的技术资料；
其他安装、运行、维护所必需的技术资料。供货范围
7.1励磁柜（包括励磁调节单元、功率单元、灭磁单元、起励单元、保护单元、柜体以及各单元各柜间的连接线）和励磁变压器，由励磁装置生产厂家根据供需双方签订的供货合同提供。7.2供励磁装置取样的发电机电压互感器（TV）和电流互感器（TA），按设计院设计的电站主接线图装7
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于发电机开关柜中，由开关柜生产厂家提供。7.3与发电机励磁有关的一、二次电缆（含励磁柜至励磁变压器之间的一、二次电缆），由用户根据设计院提供的一、二次电缆清册自行采购。8标志、包装、运输及储存
一般要求
标志、包装、运输及储存应符合GB/T191、GB/T13384的相关规定。8.2标志
8.2.1产品标志
产品铭牌内容应包括：
a）产品名称：
b）产品型号：
c）技术标准代号；
d）额定输出电压，V；
额定输出电流，A；
操作控制电压，交流（AC)、直流（DC)，V；f)
出厂编号：
制造年月：
制造厂名。
包装标志
包装箱外部应注明下列标志：
收货单位名称；
b）收货单位地址；
c）产品名称：
d）出厂编号；
制造厂名称；
制造厂地址；
标注防潮、防雨、防振、防撞击位置等标记8.3包装
产品包装应保证产品在储存、运输过程中不受机械损伤，并有防潮、防雨、防尘能力。8.3.1
8.3.2随机技术文件要求见第6章。8.4运输及储存
8.4.1产品运输过程中不应有激烈振动、撞击和倒置。某些部件对运输温度有特殊要求时应注明，以便运输时采取措施。
8.4.2产品运到工地后，应按制造厂规定储存。无制造厂规定的，应储存在掩蔽干燥的库房内。8
9产品质量保证期
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用户应按照本标准的要求和制造厂有关技术文件的规定正确保管、安装和使用。产品质量保证期为装置投运之后一年，或从制造厂起运日算起两年（以先到期为准）。产品质量保证期内因制造或元器件质量不良而发生损坏或不能正常工作时，制造厂应无偿地为用户修理、更换零部件或更换产品。9
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