第8次課第3章(4節(jié))

1、電力系統(tǒng)自動裝置原理 水電學(xué)院電力系 王德意3.4 勵磁功率單元的保護(hù)與滅磁勵磁功率單元的保護(hù)與滅磁3.4.1 功率單元的保護(hù)功率單元的保護(hù) 短路保護(hù)短路保護(hù) 過電壓保護(hù)過電壓保護(hù) 過熱保護(hù)過熱保護(hù)3.4.2 功率單元的滅磁功率單元的滅磁 逆變滅磁逆變滅磁 線性電阻滅磁線性電阻滅磁 非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁3.4.1 功率單元的保護(hù)功率單元的保護(hù)FU1SCR3SCR1FU3FU5SCR5SCR6FU6SCR2FU2SCR4FU4BAC交流側(cè)阻容吸收電路交流側(cè)壓敏電阻可控硅阻容吸收電路壓敏電阻滅磁電阻FMKFMKFMK短路保護(hù)短路保護(hù)短路保護(hù)：可控硅產(chǎn)生過電流的原因中以直流側(cè)短路最為嚴(yán)重。可

2、控硅直流側(cè)短路時(shí)采用串聯(lián)快速熔斷器對可控硅進(jìn)行保護(hù)，如圖中的FU1FU6，這種保護(hù)措施具有分?jǐn)嚯娏骺於謹(jǐn)嗨a(chǎn)生的電壓低的特點(diǎn)。 FU1SCR3SCR1FU3FU5SCR5SCR6FU6SCR2FU2SCR4FU4BAC交流側(cè)阻容吸收電路交流側(cè)壓敏電阻可控硅阻容吸收電路壓敏電阻滅磁電阻FMKFMKFMK過電壓保護(hù)過電壓保護(hù) 勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓的原因主要有換相過電壓、操作過電壓、發(fā)電機(jī)失步、相間短路、相對地短路時(shí)在勵磁繞組上產(chǎn)生的過電壓以及雷擊過電壓等。對于工作和操作過電壓危害，勵磁系統(tǒng)采取在整流器的交流側(cè)交流側(cè)接型阻容吸收電路接型阻容吸收電路，在可控硅兩端并聯(lián)阻容吸收電路可控硅兩端并聯(lián)阻容吸收

3、電路和直流直流側(cè)阻容吸收回路側(cè)阻容吸收回路的方法，組成交直流集中阻容吸收電路，對過電壓進(jìn)行吸收；FU1SCR3SCR1FU3FU5SCR5SCR6FU6SCR2FU2SCR4FU4B AC交流側(cè)阻容吸收電路交流側(cè)壓敏電阻可控硅阻容吸收電路壓敏電阻滅磁電阻FMKFMKFMK過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)對于因雷擊或從電網(wǎng)侵入很大的浪涌電壓時(shí)，采用整流橋交流側(cè)的接法的氧化鋅壓敏電阻保護(hù)電路接法的氧化鋅壓敏電阻保護(hù)電路；另外，對于在直流側(cè)快速開關(guān)斷開時(shí)，或當(dāng)整流器某兩橋臂的可控硅在導(dǎo)通時(shí)突然阻斷(如過電流引起快速熔斷器熔斷)而在直流側(cè)產(chǎn)生的過電壓，采取在直流側(cè)并接壓敏電阻直流側(cè)并接壓敏電阻的方法予以保護(hù)。 F

4、U1SCR3SCR1FU3FU5SCR5SCR6FU6SCR2FU2SCR4FU4B AC交流側(cè)阻容吸收電路交流側(cè)壓敏電阻可控硅阻容吸收電路壓敏電阻滅磁電阻FMKFMKFMK壓敏電阻伏安曲線過電壓保護(hù)轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)電路過電壓保護(hù)轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)電路 對于較大容量的發(fā)電機(jī)組，應(yīng)設(shè)有專用的轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保對于較大容量的發(fā)電機(jī)組，應(yīng)設(shè)有專用的轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)電路護(hù)電路雙斷口開關(guān)雙斷口開關(guān)FMK配壓敏電阻配壓敏電阻RM4、二極管二極管D及可控硅及可控硅KP。一一組壓敏電阻組壓敏電阻RM5兼作過壓保護(hù)和滅磁之用。兼作過壓保護(hù)和滅磁之用。正常工作時(shí)正常工作時(shí)，KP處于截止?fàn)顟B(tài)，正向電壓主要

5、降落在處于截止?fàn)顟B(tài)，正向電壓主要降落在KP上，上，RM5承受電壓極小，荷電率極低，電阻承受電壓極小，荷電率極低，電阻Ra、Rb組成線性分壓組成線性分壓器，在器，在Ra上取得一較低電壓；上取得一較低電壓；RM4RM5DDWKPRaRbLQ接整流橋直流輸出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子FMKFMK+ +- -轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)原理圖過電壓保護(hù)轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)電路過電壓保護(hù)轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)電路當(dāng)過電壓襲來時(shí)，當(dāng)過電壓襲來時(shí)，Ra上電壓升高，穩(wěn)壓管上電壓升高，穩(wěn)壓管DW導(dǎo)通，繼導(dǎo)通，繼而觸發(fā)而觸發(fā)KP；KP導(dǎo)通使導(dǎo)通使RM5并接于轉(zhuǎn)子兩端，限制并吸收并接于轉(zhuǎn)子兩端，限制并吸收過電壓。過電壓消失后，過電壓。過電壓

6、消失后，RM5兩端電壓下降，電流也急兩端電壓下降，電流也急劇下降。當(dāng)電流小于劇下降。當(dāng)電流小于KP的維持電流時(shí)，的維持電流時(shí)，KP自動截止，壓自動截止，壓敏電阻又處于敏電阻又處于“浮置浮置”狀態(tài)。狀態(tài)。 RM4RM5DDWKPRaRbLQ接整流橋直流輸出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子FMKFMK+ +- -轉(zhuǎn)子過電壓檢測及保護(hù)原理圖過電壓保護(hù)滑極過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)滑極過電壓保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)因失磁或低勵造成失步后，轉(zhuǎn)子相對定子磁場當(dāng)發(fā)電機(jī)因失磁或低勵造成失步后，轉(zhuǎn)子相對定子磁場產(chǎn)生滑行，這樣就會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出頻率同滑差頻產(chǎn)生滑行，這樣就會在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出頻率同滑差頻率的交流電壓信號，當(dāng)交流電壓同可控硅輸出電壓同

7、向率的交流電壓信號，當(dāng)交流電壓同可控硅輸出電壓同向時(shí)，該感應(yīng)電壓能量會經(jīng)過可控硅整流橋進(jìn)行釋放，當(dāng)時(shí)，該感應(yīng)電壓能量會經(jīng)過可控硅整流橋進(jìn)行釋放，當(dāng)交流電壓同可控硅輸出電壓反向時(shí)，因可控硅電流方向交流電壓同可控硅輸出電壓反向時(shí)，因可控硅電流方向的不可逆性，該能量無釋放回路，感應(yīng)電壓快速上升，的不可逆性，該能量無釋放回路，感應(yīng)電壓快速上升，會達(dá)到轉(zhuǎn)子繞組耐壓試驗(yàn)電壓的數(shù)倍，嚴(yán)重威脅轉(zhuǎn)子和會達(dá)到轉(zhuǎn)子繞組耐壓試驗(yàn)電壓的數(shù)倍，嚴(yán)重威脅轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子所連設(shè)備的安全。轉(zhuǎn)子所連設(shè)備的安全。 在滅磁非線性電阻上加上過電壓觸發(fā)跨接器，當(dāng)發(fā)生滑在滅磁非線性電阻上加上過電壓觸發(fā)跨接器，當(dāng)發(fā)生滑極運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子上的過電壓會觸

8、極運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子上的過電壓會觸發(fā)跨接器，導(dǎo)通非線性發(fā)跨接器，導(dǎo)通非線性電阻釋放過電壓能量。電阻釋放過電壓能量。 過熱保護(hù)過熱保護(hù) 可控硅元件采用一體化功率組件，該組件將可控硅元件采用一體化功率組件，該組件將可控硅、整流管芯片與熱管散熱器組成一體，可控硅、整流管芯片與熱管散熱器組成一體，采用汽水分離式熱管散熱技術(shù)，傳熱迅速，采用汽水分離式熱管散熱技術(shù)，傳熱迅速，使可控硅組件在額定工況下實(shí)現(xiàn)使可控硅組件在額定工況下實(shí)現(xiàn)自冷散熱自冷散熱。在功率柜體頂部安裝了在功率柜體頂部安裝了軸流式風(fēng)機(jī)軸流式風(fēng)機(jī)，組成冗，組成冗余式強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)。余式強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)。功率單元還配有功率單元還配有溫度檢測報(bào)警裝置溫

9、度檢測報(bào)警裝置，溫度檢，溫度檢測報(bào)警裝置設(shè)有兩級報(bào)警信號，當(dāng)可控硅功測報(bào)警裝置設(shè)有兩級報(bào)警信號，當(dāng)可控硅功率組件溫度超過故障報(bào)警值時(shí)，溫度檢測裝率組件溫度超過故障報(bào)警值時(shí)，溫度檢測裝置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度故障報(bào)警開關(guān)量信號，置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度故障報(bào)警開關(guān)量信號，調(diào)節(jié)器自動啟動強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；當(dāng)可控硅功調(diào)節(jié)器自動啟動強(qiáng)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)；當(dāng)可控硅功率組件溫度繼續(xù)升高達(dá)到溫度事故報(bào)警值時(shí)，率組件溫度繼續(xù)升高達(dá)到溫度事故報(bào)警值時(shí)，溫度檢測裝置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度事故報(bào)警開溫度檢測裝置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度事故報(bào)警開關(guān)量信號，調(diào)節(jié)器向機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)勵磁系關(guān)量信號，調(diào)節(jié)器向機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)勵磁系統(tǒng)事故信號，啟動事故停機(jī)過程，并切

10、除勵統(tǒng)事故信號，啟動事故停機(jī)過程，并切除勵磁功率單元。磁功率單元。 3.4.2 滅磁系統(tǒng)滅磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí)采用逆變滅磁，無需跳滅勵磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí)采用逆變滅磁，無需跳滅磁開關(guān)，轉(zhuǎn)子磁場能量轉(zhuǎn)移到交流電源系統(tǒng)；在事故狀磁開關(guān)，轉(zhuǎn)子磁場能量轉(zhuǎn)移到交流電源系統(tǒng)；在事故狀態(tài)下跳滅磁開關(guān)，將轉(zhuǎn)子磁場能量轉(zhuǎn)移到非線性電阻上態(tài)下跳滅磁開關(guān)，將轉(zhuǎn)子磁場能量轉(zhuǎn)移到非線性電阻上滅磁。滅磁。 滅磁裝置可保證在任何需要滅磁的情況下（包括發(fā)電機(jī)滅磁裝置可保證在任何需要滅磁的情況下（包括發(fā)電機(jī)空載強(qiáng)勵情況）都能快速可靠的滅磁空載強(qiáng)勵情況）都能快速可靠的滅磁 滅磁方式：滅磁方式：逆變滅磁逆變滅磁線性

11、電阻滅磁線性電阻滅磁非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁逆變滅磁逆變滅磁三相橋式全控整流電路逆變工作狀態(tài)：指將三相橋式全三相橋式全控整流電路逆變工作狀態(tài)：指將三相橋式全控整流電路的控制角限制在控整流電路的控制角限制在90180內(nèi)，而輸出平均內(nèi)，而輸出平均電壓則為負(fù)值。電壓則為負(fù)值。由于電感是蓄能元件，因此在逆變工作狀態(tài)電路將直流由于電感是蓄能元件，因此在逆變工作狀態(tài)電路將直流電能變換為交流電能，并反饋回到交流電網(wǎng)中。電能變換為交流電能，并反饋回到交流電網(wǎng)中。在同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)快速滅磁和減磁。在同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)快速滅磁和減磁。逆變角：逆變角：180減去可控硅的控制角，其始終小于減去可

12、控硅的控制角，其始終小于90。逆變滅磁逆變滅磁eaebecidudVS1VS3VS5VS6VS2VS4R113355624246eaeaebecett1t0t2t3t4t5t6eabeacebcebaecaecbeabeactul00afedcbgh0ugug1ug3ug50ugug6ug2ug4ug1ug3ug5ug2ug4ug6tt56ug5ug6由60轉(zhuǎn)150逆變滅磁逆變滅磁1.35cos(180)1.35cos2:180:llRMlluEEUEE 三相全控橋在逆變工作狀態(tài)下的反向直流平均電壓：逆變狀態(tài)可控硅元件主要承受的是正向電壓：逆變角（- ）交流側(cè)線電壓有效值。逆變滅磁逆變滅磁逆變

13、失?。耗孀兪。喝嗳貥蜻\(yùn)行在逆變工作狀態(tài) 時(shí)，該關(guān)斷的前一只元件不能關(guān)斷而繼續(xù)導(dǎo)通，該導(dǎo)通的后一只元件不能開通而繼續(xù)截止。逆變失敗的原因：逆變失敗的原因：（1）觸發(fā)電路工作不正常。（2）可控硅元件損壞。（3）交流電源發(fā)生異?，F(xiàn)象。（4）逆變角過小。逆變滅磁逆變滅磁1626261800abttcbVVVV過小時(shí)，若 ，即 時(shí)當(dāng) 相 ， 相導(dǎo)通，時(shí)刻換相時(shí)，需時(shí)間關(guān)斷，在后， 相電位高于 相電位，無法關(guān)斷，導(dǎo)致逆變失敗。另外，三相觸發(fā)脈沖丟失，電源異常等也會引起逆變失敗。逆變滅磁逆變滅磁minminminmin1804510 逆變角的限制：在工程實(shí)際中是不允許將控制角調(diào)至180，即必須限制逆變

14、角 ，使其不小于某一極小值，也就是控制角不能大于最小逆變角： （：3035）式中：可控硅元件的換流角（兩個相鄰元件在換流期間所對應(yīng)的電角度，一般為1520）：可控硅元件關(guān)斷時(shí)間所對應(yīng)的電角度，約 ：安全裕量，一般取線性電阻滅磁線性電阻滅磁：利用滅磁開關(guān)和線性滅磁電阻滅磁線性電阻滅磁：利用滅磁開關(guān)和線性滅磁電阻滅磁滅磁開關(guān)與滅磁電阻有機(jī)地組合，是勵磁系統(tǒng)在事故情滅磁開關(guān)與滅磁電阻有機(jī)地組合，是勵磁系統(tǒng)在事故情況下能否可靠滅磁的關(guān)鍵。況下能否可靠滅磁的關(guān)鍵。線性電阻一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻線性電阻一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的的35倍。倍。 線性電阻滅磁并聯(lián)滅弧柵式線性電阻滅磁并聯(lián)滅弧柵式線性電阻滅磁非線性電

15、阻滅磁非線性電阻的特性非線性電阻的特性:非線性電阻滅磁整個滅磁過程可分為三個時(shí)段，即：整個滅磁過程可分為三個時(shí)段，即：建壓、移能（換流）和耗能建壓、移能（換流）和耗能，三個環(huán)，三個環(huán)節(jié)緊緊相連；其中，磁場能量的轉(zhuǎn)移節(jié)緊緊相連；其中，磁場能量的轉(zhuǎn)移是滅磁成功的關(guān)鍵，若能量轉(zhuǎn)移不成是滅磁成功的關(guān)鍵，若能量轉(zhuǎn)移不成功，氧化鋅非線性電阻功，氧化鋅非線性電阻 Rf不能參與滅不能參與滅磁，則整個磁場能量將由磁，則整個磁場能量將由K單獨(dú)消耗，單獨(dú)消耗，易燒壞開關(guān)。易燒壞開關(guān)。非線性電阻滅磁 二極管二極管D為正向阻斷二極管，它的作用有二：一是在正常運(yùn)為正向阻斷二極管，它的作用有二：一是在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組兩

16、端的電壓為上正下負(fù)，由于二極管行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組兩端的電壓為上正下負(fù)，由于二極管D的反向的反向阻斷作用，使得氧化鋅非線性電阻阻斷作用，使得氧化鋅非線性電阻Rf 上不承受正向電壓，降上不承受正向電壓，降低其正向荷電率，以延長低其正向荷電率，以延長Rf的使用壽命；二是保證只在發(fā)電機(jī)的使用壽命；二是保證只在發(fā)電機(jī)勵磁電壓勵磁電壓UL反向時(shí)即下正上負(fù)時(shí)投入。氧化鋅非線性電阻反向時(shí)即下正上負(fù)時(shí)投入。氧化鋅非線性電阻Rf 的殘壓為的殘壓為1280V（電流為電流為50A時(shí)）。時(shí)）。 正常運(yùn)行時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)MK合上，可控硅整流橋合上，可控硅整流橋SCR輸出整流電壓輸出整流電壓Ud和整流電流和整流電流Id，轉(zhuǎn)子

17、電壓轉(zhuǎn)子電壓UL正壓即上正下負(fù)。正壓即上正下負(fù)。葛洲壩葛洲壩6號機(jī)組滅號機(jī)組滅磁系統(tǒng)磁系統(tǒng) 雙斷口磁場斷路器配雙斷口磁場斷路器配高能氧化鋅非線性電高能氧化鋅非線性電阻滅磁阻滅磁非線性電阻滅磁事故時(shí)，事故時(shí)，F(xiàn)MK跳閘，雙斷口同時(shí)斷開，觸頭拉弧并快速將電跳閘，雙斷口同時(shí)斷開，觸頭拉弧并快速將電弧吹入滅弧罩內(nèi)，在弧吹入滅弧罩內(nèi)，在FMK雙斷口形成斷口電壓雙斷口形成斷口電壓UK1和和UK2，與與此同時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組因電流突然下降而在其兩端產(chǎn)生反電勢，即此同時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組因電流突然下降而在其兩端產(chǎn)生反電勢，即轉(zhuǎn)子電壓轉(zhuǎn)子電壓UL由正壓變?yōu)樨?fù)壓，當(dāng)由正壓變?yōu)樨?fù)壓，當(dāng)UL大于或等于大于或等于1280V時(shí)，勵磁時(shí)

18、，勵磁電流電流IL開始流經(jīng)開始流經(jīng)Rf，轉(zhuǎn)子磁能由轉(zhuǎn)子磁能由FMK開始往開始往Rf上轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)子電上轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)子電壓壓UL被限制在被限制在1280V以內(nèi)，此時(shí)，磁場斷路器斷口電弧很快熄以內(nèi)，此時(shí)，磁場斷路器斷口電弧很快熄滅，轉(zhuǎn)子電流滅，轉(zhuǎn)子電流IL繼續(xù)并全部流過繼續(xù)并全部流過Rf并由并由Rf將磁場能量消耗掉，將磁場能量消耗掉，直到直到IL為零，滅磁成功。為零，滅磁成功。葛洲壩6號機(jī)組滅磁系統(tǒng) 雙斷口磁場斷路器配高能雙斷口磁場斷路器配高能氧化鋅非線性電阻滅磁氧化鋅非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁曲線曲線1為線性電為線性電阻滅磁過程阻滅磁過程曲線曲線2為非線性為非線性電阻滅磁過程電阻滅磁過程線性電阻和非線

19、性電阻滅磁效果對比線性電阻和非線性電阻滅磁效果對比DZL電子組合型非線性電阻滅磁電子組合型磁場斷路器的工作原理：電子組合型磁場斷路器的工作原理：正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)械開關(guān)的主觸頭正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)械開關(guān)的主觸頭K1和輔助觸頭和輔助觸頭K2閉合，閉合，電子換流器和移能器因電子換流器和移能器因K1的短接而未工作（不承受電壓）。的短接而未工作（不承受電壓）。CD2YNQGBRK1D1K2DHQDHQ:電子換流器電子換流器YNQ:電子移能器電子移能器GB：過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)ZNOPTCPTC+ZNODZL電子組合型非線性電阻滅磁PTC電阻通過的電流I遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SiC和ZnO通過的電流。圖中粗線為高能PTC和ZnO非線性電阻組合器件所呈現(xiàn)的VA特性，我們利用這種特性制成的電子換流器（DHQ）和移能器（YNQ）并接在開關(guān)主觸頭的兩端，就能很好的實(shí)現(xiàn)開關(guān)的換流、建壓并吸收掉存儲在電感線圈中的能量。DZL電子組合型非線性電阻滅磁正?；蚴鹿侍?/p>