第8次課第3章(4節(jié))

電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理水電學(xué)院電力系王德意3.4勵(lì)磁功率單元的保護(hù)與滅磁3.4.1功率單元的保護(hù)短路保護(hù)過電壓保護(hù)過熱保護(hù)3.4.2功率單元的滅磁逆變滅磁線性電阻滅磁非線性電阻滅磁3.4.1功率單元的保護(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?？煽毓柚绷鱾?cè)短路時(shí)采用串聯(lián)快速熔斷器對(duì)可控硅進(jìn)行保護(hù)，如圖中的FU1－FU6，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)。

過電壓保護(hù)

勵(lì)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(duì)地短路時(shí)在勵(lì)磁繞組上產(chǎn)生的過電壓以及雷擊過電壓等。對(duì)于工作和操作過電壓危害，勵(lì)磁系統(tǒng)采取在整流器的交流側(cè)接△型阻容吸收電路，在可控硅兩端并聯(lián)阻容吸收電路和直流側(cè)阻容吸收回路的方法，組成交直流集中阻容吸收電路，對(duì)過電壓進(jìn)行吸收；過電壓保護(hù)對(duì)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；另外，對(duì)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)并接壓敏電阻的方法予以保護(hù)。

壓敏電阻伏安曲線過電壓保護(hù)－轉(zhuǎn)子過電壓檢測(cè)及保護(hù)電路

對(duì)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(cè)及保護(hù)電路雙斷口開關(guān)FMK配壓敏電阻RM4、二極管D及可控硅KP。一組壓敏電阻RM5兼作過壓保護(hù)和滅磁之用。正常工作時(shí)，KP處于截止?fàn)顟B(tài)，正向電壓主要降落在KP上，RM5承受電壓極小，荷電率極低，電阻Ra、Rb組成線性分壓器，在Ra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(cè)及保護(hù)原理圖過電壓保護(hù)－轉(zhuǎn)子過電壓檢測(cè)及保護(hù)電路當(dāng)過電壓襲來時(shí)，Ra上電壓升高，穩(wěn)壓管DW導(dǎo)通，繼而觸發(fā)KP；KP導(dǎo)通使RM5并接于轉(zhuǎn)子兩端，限制并吸收過電壓。過電壓消失后，RM5兩端電壓下降，電流也急劇下降。當(dāng)電流小于KP的維持電流時(shí)，KP自動(dòng)截止，壓敏電阻又處于“浮置”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(cè)及保護(hù)原理圖過電壓保護(hù)－滑極過電壓保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)因失磁或低勵(lì)造成失步后，轉(zhuǎn)子相對(duì)定子磁場(chǎng)產(chǎn)生滑行，這樣就會(huì)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(hào)，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(huì)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)，因可控硅電流方向的不可逆性，該能量無釋放回路，感應(yīng)電壓快速上升，會(huì)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。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(huì)觸發(fā)跨接器，導(dǎo)通非線性電阻釋放過電壓能量。

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、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，使可控硅組件在額定工況下實(shí)現(xiàn)自冷散熱。在功率柜體頂部安裝了軸流式風(fēng)機(jī)，組成冗余式強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)。功率單元還配有溫度檢測(cè)報(bào)警裝置，溫度檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)有兩級(jí)報(bào)警信號(hào)，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(cè)裝置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度故障報(bào)警開關(guān)量信號(hào)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)啟動(dòng)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)，溫度檢測(cè)裝置向調(diào)節(jié)器發(fā)出溫度事故報(bào)警開關(guān)量信號(hào)，調(diào)節(jié)器向機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)事故信號(hào)，啟動(dòng)事故停機(jī)過程，并切除勵(lì)磁功率單元。

3.4.2滅磁系統(tǒng)勵(lì)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(chǎng)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(chǎng)能量轉(zhuǎn)移到非線性電阻上滅磁。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)空載強(qiáng)勵(lì)情況）都能快速可靠的滅磁

滅磁方式：逆變滅磁線性電阻滅磁非線性電阻滅磁逆變滅磁三相橋式全控整流電路逆變工作狀態(tài)：指將三相橋式全控整流電路的控制角限制在90°－180°內(nèi)，而輸出平均電壓則為負(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(lì)磁系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)快速滅磁和減磁。逆變角：180°減去可控硅的控制角，其始終小于90°。逆變滅磁逆變滅磁逆變滅磁逆變失敗：

三相全控橋運(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：（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滅磁開關(guān)與滅磁電阻有機(jī)地組合，是勵(lì)磁系統(tǒng)在事故情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 的3—5倍。

線性電阻滅磁并聯(lián)滅弧柵式線性電阻滅磁非線性電阻滅磁非線性電阻的特性:非線性電阻滅磁整個(gè)滅磁過程可分為三個(gè)時(shí)段，即：建壓、移能（換流）和耗能，三個(gè)環(huán)節(jié)緊緊相連；其中，磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)移是滅磁成功的關(guān)鍵，若能量轉(zhuǎn)移不成功，氧化鋅非線性電阻

Rf不能參與滅磁，則整個(gè)磁場(chǎng)能量將由K單獨(dú)消耗，易燒壞開關(guān)。非線性電阻滅磁二極管D為正向阻斷二極管，它的作用有二：一是在正常運(yùn)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的反向阻斷作用，使得氧化鋅非線性電阻Rf

上不承受正向電壓，降低其正向荷電率，以延長(zhǎng)Rf的使用壽命；二是保證只在發(fā)電機(jī)勵(lì)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Rf

的殘壓為1280V（電流為50A時(shí)）。

正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)MK合上，可控硅整流橋SCR輸出整流電壓Ud和整流電流Id，轉(zhuǎn)子電壓UL正壓即上正下負(fù)。葛洲壩6號(hào)機(jī)組滅磁系統(tǒng)

雙斷口磁場(chǎng)斷路器配高能氧化鋅非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁事故時(shí)，F(xiàn)MK跳閘，雙斷口同時(shí)斷開，觸頭拉弧并快速將電弧吹入滅弧罩內(nèi)，在FMK雙斷口形成斷口電壓UK1和UK2，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(shì)，即轉(zhuǎn)子電壓UL由正壓變?yōu)樨?fù)壓，當(dāng)UL大于或等于1280V時(shí)，勵(lì)磁電流IL開始流經(jīng)Rf，轉(zhuǎn)子磁能由FMK開始往Rf上轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)子電壓UL被限制在1280V以內(nèi)，此時(shí)，磁場(chǎng)斷路器斷口電弧很快熄滅，轉(zhuǎn)子電流IL繼續(xù)并全部流過Rf并由Rf將磁場(chǎng)能量消耗掉，直到IL為零，滅磁成功。葛洲壩6號(hào)機(jī)組滅磁系統(tǒng)

雙斷口磁場(chǎng)斷路器配高能氧化鋅非線性電阻滅磁非線性電阻滅磁曲線1為線性電阻滅磁過程曲線2為非線性電阻滅磁過程線性電阻和非線性電阻滅磁效果對(duì)比DZL電子組合型非線性電阻滅磁電子組合型磁場(chǎng)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K1和輔助觸頭K2閉合，電子換流器和移能器因K1的短接而未工作（不承受電壓）。DHQ:電子換流器YNQ:電子移能器GB：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V－A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(chǔ)在電感線圈中的能量。DZL電子組合型非線性電阻滅磁正常或事故跳開關(guān)滅磁時(shí)，先跳開開關(guān)主觸頭K1，磁場(chǎng)電流由K1主電路換流至K2支路（第一次換流），因K2支路中的電子換流器（DHQ）為初始電阻很小的高能PTC組件（約0.1Ω），以開斷1000A的磁場(chǎng)電流為例，在K1兩端產(chǎn)生的電壓僅為100V，所以K1能實(shí)現(xiàn)不燒損主觸頭的無電弧分閘；在磁場(chǎng)電流的作用下，PTC做功發(fā)熱，其阻值急劇上升、迅速阻斷并在其兩端建立起足夠的斷口電壓UK，當(dāng)UK超過移能器中的高能ZnO非線性電阻的閥值電壓時(shí)，磁場(chǎng)電流開始第二次換流，由移能器消耗掉電感線圈中儲(chǔ)存的能量，實(shí)現(xiàn)快速滅磁。DZL電子組合型非線性電阻滅磁輔助觸頭K