發(fā)電機(jī)滅磁及過電壓保護(hù)介紹(NR)

報(bào)告內(nèi)容滅磁主要任務(wù)及要件滅磁耗能方式滅磁開關(guān)及移能方式滅磁裝置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)軸電壓抑制介紹1當(dāng)前第1頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁主要任務(wù)滅磁主要任務(wù)及要件2滅磁定義：滅磁就是把轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中磁場(chǎng)儲(chǔ)能盡快地衰減到可能小的程度。最簡(jiǎn)單的辦法是將勵(lì)磁回路斷開，但勵(lì)磁繞組具有很大的電感，突斷斷開，會(huì)在兩端產(chǎn)生很高的過電壓，因此，在斷開勵(lì)磁電源的同時(shí)，還應(yīng)將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組自動(dòng)接入至放電電阻或其它吸收能量裝置上去，把磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量迅速消耗掉。滅磁任務(wù)：斷開勵(lì)磁電源，保證勵(lì)磁電源不再向轉(zhuǎn)子供能量；接通放電設(shè)備，將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流由開關(guān)強(qiáng)迫轉(zhuǎn)移至放電設(shè)備；消耗磁場(chǎng)能量，快速消耗磁場(chǎng)能量，保證機(jī)組故障電源維持時(shí)間最短

當(dāng)前第2頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁速度評(píng)價(jià)滅磁主要任務(wù)及要件3（a）發(fā)電機(jī)電壓衰減的時(shí)間常數(shù)TED；（b）也有用滅磁等值時(shí)間TEQ表示：

式中Ia

為發(fā)電機(jī)滅磁時(shí)的靜子電流，即電弧中流過的電流，iao為其超始電流。Va為滅磁時(shí)的電機(jī)電勢(shì)，它與ia成正比。（c）從開始滅磁到發(fā)電機(jī)靜子電壓小于維持電弧電壓的時(shí)間TM；

當(dāng)前第3頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁裝置基本要求滅磁主要任務(wù)及要件4保證安全可靠滅磁。

a.滅磁開關(guān)應(yīng)有足夠的分?jǐn)喟l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流能力

b.滅磁反電壓不超過規(guī)定的倍數(shù)

c.滅磁裝置的電路和結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠d.滅磁裝置要有足夠的容量滅磁時(shí)間應(yīng)盡可能地短暫

當(dāng)前第4頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)報(bào)告內(nèi)容滅磁主要任務(wù)及要件滅磁耗能方式滅磁開關(guān)及移能方式滅磁裝置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)軸電壓抑制介紹5當(dāng)前第5頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)線性電阻耗能方式滅磁耗能方式6常規(guī)線性電阻滅磁，簡(jiǎn)單可靠。如忽略阻尼繞組，發(fā)電機(jī)空載額定電壓滅磁時(shí)，其端電壓按指數(shù)衰減。如發(fā)電機(jī)額定電壓為18000V，R=0時(shí)，下降到峰值為200V的時(shí)間需TM0=4.84T1，R=5r時(shí)，TM1=0.8T1，T1=L/r發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路時(shí)間常數(shù)。

當(dāng)前第6頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)線性電阻耗能方式滅磁耗能方式7考慮阻尼繞組后，發(fā)電機(jī)空載額定電壓按滅磁回路時(shí)間常數(shù)和阻尼繞組回路時(shí)間常數(shù)之和指數(shù)衰減，時(shí)間較長?？刂茰绱胚^程中磁場(chǎng)繞組過電壓，近年來趨向取較小的滅磁電阻值，從滅磁電阻R為5倍磁場(chǎng)電阻r，減小到R=(1～３)r。線性電阻不能直接與轉(zhuǎn)子并聯(lián)，必須配備常閉滅磁主觸頭或電子觸發(fā)的跨接器，在滅磁時(shí)，常閉滅磁主觸頭閉合或跨接器導(dǎo)通，線性電阻接入滅磁回路。

當(dāng)前第7頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)非線性電阻耗能方式滅磁耗能方式8滅磁過程中轉(zhuǎn)子兩端電壓不變，電流直線下降，非線性電阻阻值隨流過電流減小而增大，非線性電阻特性為：

β稱為非線性系數(shù)，β愈小，電流衰減過程中勵(lì)磁電壓的變化愈小。

當(dāng)前第8頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)非線性電阻耗能方式滅磁耗能方式9滅磁用非線性電阻主要是SiC和ZnO，ZnO國內(nèi)生產(chǎn)，SiC國外進(jìn)口，ZnO非線性系數(shù)為0.046，SiC非線性系數(shù)為0.3，就非線性性能看，ZnO非線性滅磁電阻要優(yōu)越得多。ZnO非線性滅磁電阻，采購容易，價(jià)格便宜，滅磁殘壓容易控制，滅磁速度快。SiC非線性滅磁電阻體積比較小，耐用性較好。采用非線性電阻在滅磁殘壓的控制上，需要格外小心，避免開關(guān)的配合不合理，導(dǎo)致滅磁的事故。

當(dāng)前第9頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)非線性電阻耗能方式滅磁耗能方式10對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，因整體鑄造的轉(zhuǎn)子阻尼很強(qiáng)，即T2較大，因此不強(qiáng)調(diào)快速滅磁，采用線性電阻作為滅磁電阻，可靠性高，更為合適。國內(nèi)高能氧化鋅非線性電阻發(fā)展較快。而且選擇過快的滅磁方案實(shí)際上對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)帶來不利因素，因?yàn)樵跍绱诺倪^程，如果勵(lì)磁電流下降過快，可能導(dǎo)致阻尼繞組（由渦流效應(yīng)等價(jià)的繞組）感應(yīng)電流過大，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鐵芯過熱。

在水輪發(fā)電機(jī)上非線性電阻特別是ZnO非線性滅磁電阻，除作為滅磁電阻外，還兼作轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)，因此，應(yīng)用廣泛

當(dāng)前第10頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅弧柵耗能方式滅磁耗能方式11滅弧柵滅磁就是利用開關(guān)滅磁弧直接吸收發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的能量，滅弧柵柵片間隙中的電弧壓降基本上是定值，不隨電弧電流變化，因此有很好的滅磁效果。國內(nèi)曾廣泛采用的引進(jìn)自前蘇聯(lián)的DM-2開關(guān)，就是在滅磁時(shí)將電弧吹入滅弧柵滅弧。滅弧柵由很多銅片組成串聯(lián)間隙，每個(gè)間隙壓降為25～30V。發(fā)電機(jī)空載額定電壓滅磁時(shí)，計(jì)及阻尼繞組影響，勵(lì)磁繞組、阻尼繞組電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的衰減見圖

當(dāng)前第11頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)逆變滅磁方式滅磁耗能方式12如果給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流的變流器采用可控硅全控橋型式，當(dāng)控制角大于90°時(shí)，整流裝置輸出電壓為負(fù)，勵(lì)磁電流也相應(yīng)的從正到負(fù)，但當(dāng)勵(lì)磁電流衰減到零時(shí)，由于整流裝置不能反向?qū)ǘ刂?。滅磁過程中相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子繞組上加固定反向電壓，磁場(chǎng)能量通過可控硅換流裝置反饋回勵(lì)磁電源。

當(dāng)前第12頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)逆變滅磁方式滅磁耗能方式13逆變滅磁較機(jī)械滅磁的優(yōu)點(diǎn)是沒有機(jī)械操作，動(dòng)作可靠，而且沒有延時(shí)。滅磁時(shí)轉(zhuǎn)子過電壓低。因此可控硅勵(lì)磁以逆變滅磁為正常工況下主要滅磁方式。為了提高滅磁可靠性，避免變流器故障時(shí)發(fā)電機(jī)無法滅磁，一般都采用正常時(shí)逆變滅磁及故障時(shí)滅磁開關(guān)+滅磁電阻滅磁兩種滅磁方式。

當(dāng)前第13頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)Q軸磁通衰減滅磁耗能方式14發(fā)電機(jī)在帶負(fù)載工況滅磁時(shí)，除Ｄ軸磁通分量外，還有Ｑ軸磁通分量，該分量的衰減決定于Ｑ軸阻尼，目前采用的快速滅磁只能影響Ｄ軸磁通，不能加速Ｑ軸磁通的衰減，因此提出來了在滅磁時(shí)將發(fā)電機(jī)出口三相短路，使磁通移向Ｄ軸，以加快滅磁速度的方案。這個(gè)措施使滅磁過程復(fù)雜，而且誤動(dòng)作將造成嚴(yán)重后果，所以在工業(yè)上未有采用。

當(dāng)前第14頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)報(bào)告內(nèi)容滅磁主要任務(wù)及要件滅磁耗能方式滅磁開關(guān)及移能方式滅磁裝置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)軸電壓抑制介紹15當(dāng)前第15頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)勵(lì)磁電源分?jǐn)鄺l件開關(guān)及移能方式16滅磁開關(guān)MK分?jǐn)鄷r(shí)，由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組大電感的作用，將在MK常開主斷口間產(chǎn)生高電壓并形成電弧擊穿，也就是說勵(lì)磁電源并沒有與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組斷開，而是通過電弧連接在一起，只有電弧熄滅后，才能算真正意義上的斷開。

當(dāng)前第16頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)勵(lì)磁電源分?jǐn)鄺l件開關(guān)及移能方式17滅磁開關(guān)能否真正分?jǐn)鄤?lì)磁電源，成功將滅磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻，本質(zhì)取決于滅磁開關(guān)斷口弧壓與可控硅變流器的電壓之差是否大于滅磁時(shí)電流流過滅磁電阻所產(chǎn)生的滅磁電壓，常規(guī)設(shè)計(jì)可控硅變流器為交流電壓最大值的1.35倍，按此要求，對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組要求滅磁開關(guān)弧壓要達(dá)到很高的數(shù)值才能保證安全分?jǐn)鄤?lì)磁電源，完成能量轉(zhuǎn)移

當(dāng)前第17頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)勵(lì)磁電源分?jǐn)噍o助措施開關(guān)及移能方式18滅弧柵電壓是一個(gè)常數(shù)，不隨電流改變而改變，也就是說，滅磁開關(guān)所產(chǎn)生的弧壓是一個(gè)常數(shù)，與滅磁電流大小無關(guān)。而滅磁電壓Um是按最惡劣滅磁工況下設(shè)計(jì)，實(shí)際上也是一個(gè)常數(shù)。改變可控硅換流器（而且必須是可控硅換流器）輸出的電壓，就可影響滅磁電流的轉(zhuǎn)換條件，有兩種改善滅磁換流的兩個(gè)技術(shù)措施：

一是逆變滅磁，分?jǐn)嚅_關(guān)時(shí)控制脈沖觸發(fā)角度突變至逆變角，可控硅換流器輸出電壓平均值為負(fù)值，這樣，即使滅磁開關(guān)弧壓小于將滅磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻的電壓Um，也可完成能量轉(zhuǎn)移。

當(dāng)前第18頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)勵(lì)磁電源分?jǐn)噍o助措施開關(guān)及移能方式19二是中斷脈沖，控制勵(lì)磁調(diào)節(jié)器突然中斷可控硅換流器觸發(fā)脈沖，脈沖中斷后，在勵(lì)磁繞組電感反電勢(shì)作用下，原導(dǎo)通可控硅繼續(xù)導(dǎo)通，其它可控硅不再導(dǎo)通，則勵(lì)磁電源Uac與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組串聯(lián)的電路，則USCR變?yōu)榻涣髡也?，疊加上開關(guān)弧壓后，滅磁電阻兩端電壓呈大小交替變換，當(dāng)為Uac正半波時(shí)，Um比弧壓UK小，不易換流；當(dāng)Uac負(fù)半波時(shí)，Um比弧壓UK大，容易換流。

當(dāng)前第19頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)勵(lì)磁電源分?jǐn)噍o助措施開關(guān)及移能方式20采取中斷脈沖措施可改善滅磁時(shí)移能條件，但是工程設(shè)計(jì)時(shí)校核滅磁開關(guān)弧壓時(shí)，要以最嚴(yán)重條件考慮，如果勵(lì)磁電源短路時(shí)，勵(lì)磁交流電壓為0，滅磁移能條件轉(zhuǎn)化為：即只要滅磁開關(guān)斷口弧壓大于最大滅磁電流所需滅磁電阻電壓，就可勵(lì)磁電源分?jǐn)啵⑼瓿赡芰哭D(zhuǎn)移。由此可見采取中斷脈沖措施，可以降低滅磁開關(guān)弧壓要求，但同時(shí)中斷脈沖措施的可靠執(zhí)行，也成為安全滅磁的條件。

當(dāng)前第20頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)直流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式21對(duì)于線性電阻或SiC非線性電阻，則必須常閉主觸頭，如果滅磁開關(guān)沒有常閉主觸頭，則線性電阻或SiC非線性電阻必須串聯(lián)一個(gè)跨接器（CrowBar），正常運(yùn)行時(shí)，跨接器CB斷開，流過電流為零，滅磁時(shí)，控制跨接器導(dǎo)通，完成滅磁。這樣，必須保證電子跨接器可靠動(dòng)作才能可靠滅磁。

當(dāng)前第21頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)直流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式22對(duì)于非線性特性優(yōu)良ZnO非線性電阻，滅磁常閉主觸頭不一定必要，但需要認(rèn)真核算氧化鋅ZnO的滅磁殘壓與氧化鋅ZnO的荷電率，如果荷電率不能滿足要求，則一般將非線性電阻與逆止二極管D串聯(lián)后，并接至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組。

當(dāng)前第22頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)直流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式23直流側(cè)滅磁開關(guān)滅磁方式在國內(nèi)是主要的滅磁方式，回路簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。主回路有明顯的開斷觸頭，在勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故障的時(shí)候，可以開斷勵(lì)磁主回路，切斷故障源，快速的衰減發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組磁場(chǎng)，將發(fā)電機(jī)保護(hù)在最小事故內(nèi)。

當(dāng)前第23頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式24對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，一轉(zhuǎn)子電感較小，儲(chǔ)存能量小一些；同時(shí)轉(zhuǎn)子渦流形成的阻尼作用較強(qiáng)，同時(shí)考慮Ｑ軸磁通的影響，快速滅磁效果不顯著。因此，汽輪發(fā)電機(jī)組滅磁時(shí)可以選擇較低的滅磁電壓Um，甚至可以采用零滅磁電壓（短路滅磁）方式，從而降低滅磁開關(guān)弧壓的要求，這樣可以將滅磁開關(guān)布置在交流側(cè)，以交流側(cè)開關(guān)代替直流側(cè)開關(guān)，也稱為交流滅磁

當(dāng)前第24頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式25交流滅磁本質(zhì)上與直流側(cè)開關(guān)沒有不同，對(duì)于功率變流器來說，在任一時(shí)刻，交流側(cè)有兩相與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組形成直流回路，交流側(cè)開關(guān)不論在何時(shí)分?jǐn)?，其分?jǐn)嗟娜允侵绷麟娏鳎皇墙涣麟娏?，這與配電系統(tǒng)的交流開關(guān)分?jǐn)嘈再|(zhì)完全不同（負(fù)載電流有過零點(diǎn)），如果勵(lì)磁電流if不能轉(zhuǎn)移發(fā)生轉(zhuǎn)移，同樣在交流開關(guān)斷口處（同一時(shí)刻只有兩個(gè)斷口有弧，另一個(gè)斷口無電流斷開）產(chǎn)生電弧和形成弧壓，只時(shí)弧壓后續(xù)發(fā)展與直流側(cè)開關(guān)不同。

當(dāng)前第25頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式261）在交流側(cè)開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)中斷換流器觸發(fā)脈沖，由于不能夠進(jìn)行換流，勵(lì)磁電流將一直在中斷脈沖前導(dǎo)通的兩個(gè)可控硅中流通（如前分析），直接將勵(lì)磁變壓器的交流電壓串入直流回路，使得在交流電壓負(fù)半波的時(shí)候，弧壓與交流電壓幅值之后大于滅磁電壓Um，使電流轉(zhuǎn)入滅磁電阻回路，流過交流開關(guān)的電流衰減至零，斷口電弧熄滅，交流開關(guān)切斷勵(lì)磁電源

當(dāng)前第26頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式272）在交流側(cè)開關(guān)分?jǐn)嗪笕员４嬗|發(fā)脈沖或變流元件為整流二極管，假設(shè)當(dāng)前導(dǎo)通的橋臂為+A和-C，開關(guān)B相沒有電流直接分?jǐn)啵绻簺]有將電流轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路，經(jīng)過60度后，經(jīng)過脈沖觸發(fā)，要將電流換至+B相，B相斷口已分?jǐn)?，換相失敗，仍在+A和-C中流通，再過60度后，-A相觸發(fā)脈沖，電流由-C相轉(zhuǎn)至-A相，最終形成A相上下橋臂直通，形成轉(zhuǎn)子回路短接滅磁（Um=0），流過交流開關(guān)電流衰減至零，斷口電弧熄滅，但由于零電壓滅磁，滅磁時(shí)間會(huì)比較長，按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)進(jìn)行衰減。

當(dāng)前第27頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式28對(duì)于交流側(cè)開關(guān)滅磁，為保證勵(lì)磁電流能正確轉(zhuǎn)移至滅磁電阻回路中，在跳開交流側(cè)開關(guān)之前，必須配合中斷可控硅的觸發(fā)脈沖措施。但如果考慮到機(jī)端三相短路，不能夠串入交流電壓，如果交流開關(guān)弧壓不能大于滅磁電壓Um，就不成功能夠進(jìn)行滅磁，開關(guān)斷口電弧不能很快熄滅，就會(huì)損壞交流開關(guān)。因此，采用交流開關(guān)滅磁方式時(shí)，滅磁電壓Um設(shè)計(jì)較低，或者采用跨接器短路滅磁。保證交流開關(guān)弧壓大于滅磁電壓Um

當(dāng)前第28頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交流側(cè)滅磁開關(guān)開關(guān)及移能方式29僅在汽輪發(fā)電機(jī)滅磁中選擇單獨(dú)的交流滅磁，汽輪發(fā)電機(jī)可以選擇很低的滅磁電壓，而且一般采用線性電阻或短路滅磁方式，交流側(cè)滅磁開關(guān)較容易選擇，特別地，對(duì)跨接器短路滅磁方式，一般地空氣開關(guān)或真空開關(guān)即可滿足要求。

對(duì)于交流滅磁方式，多采用先進(jìn)行逆變后進(jìn)行交流開關(guān)滅磁的方式，既可保證絕大部分正常運(yùn)行逆變快速滅磁，又可保證故障時(shí)滅磁可靠性。

當(dāng)前第29頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)機(jī)械開關(guān)+電子開關(guān)移能開關(guān)及移能方式30

1）輔助快熔分?jǐn)?，將快熔并?lián)在開關(guān)斷口兩端，正常時(shí)電流從開關(guān)流過，滅磁時(shí)，分開滅磁開關(guān)，勵(lì)磁電流瞬間轉(zhuǎn)移至快速熔斷器，斷口沒有電流，不會(huì)產(chǎn)生電弧，很容易分?jǐn)?，大電流流過快熔，快熔很快熔斷，產(chǎn)生弧壓，弧壓強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移到滅磁電阻

當(dāng)前第30頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)機(jī)械開關(guān)+電子開關(guān)移能開關(guān)及移能方式31

2）可控硅強(qiáng)迫判斷產(chǎn)生弧壓，將可控硅元件串聯(lián)在勵(lì)磁繞組回路，正常時(shí)可控硅元件開通，流過勵(lì)磁電流，并對(duì)電容量?jī)?chǔ)能，滅磁時(shí)突然將電容儲(chǔ)能向可控硅反向充電，強(qiáng)迫可控硅截止，從而關(guān)斷勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流反電勢(shì)強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻中

當(dāng)前第31頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)機(jī)械開關(guān)+電子開關(guān)移能開關(guān)及移能方式32

3）人工過零技術(shù)，將可控硅KP并接至勵(lì)磁繞組兩組，正常運(yùn)行時(shí)可控硅關(guān)斷，滅磁時(shí)，分開滅磁開關(guān)同時(shí)觸發(fā)可控硅KP導(dǎo)通，先啟動(dòng)零電壓滅磁，滅磁開關(guān)弧壓先將勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至可控硅元件KP中，然后利用控制回路電感和電容自激振蕩，在可控硅KP兩端產(chǎn)生反電勢(shì)，強(qiáng)迫可控硅KP判斷，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流反電勢(shì)強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻中。

當(dāng)前第32頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)機(jī)械開關(guān)+電子開關(guān)移能開關(guān)及移能方式33

4）柔性滅磁技術(shù)，本質(zhì)與人工過零相似，滅磁時(shí)，通過控制電路在勵(lì)磁繞組兩端產(chǎn)生反電勢(shì)，強(qiáng)迫所可控硅換流器判斷，利用勵(lì)磁繞組電感反電勢(shì)強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻，最后分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)。

當(dāng)前第33頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)機(jī)械開關(guān)+電子開關(guān)移能開關(guān)及移能方式34

5）可關(guān)斷電力電子器件，將可關(guān)斷電力電子器件（GTO、IGBT、IGCT）串聯(lián)在勵(lì)磁直流回路中，直接控制可關(guān)斷電力電子器件關(guān)斷，利用勵(lì)磁繞組電感反電勢(shì)強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移至滅磁電阻。這類方式開關(guān)動(dòng)作時(shí)間快，電壓的建立速度快，利于快速滅磁；比較機(jī)械開關(guān)沒有觸頭磨損，易于維護(hù)。6）材料電阻并聯(lián)移能，利用PTC電阻或鉬棒與開關(guān)并聯(lián)，利用材料在溫度升高的時(shí)候，電阻急劇增加，建立比較高的電壓，打通滅磁電阻回路，實(shí)現(xiàn)滅磁。

當(dāng)前第34頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)交直流冗余方式開關(guān)及移能方式35在交流、直流側(cè)都分別設(shè)置開關(guān)，在滅磁過程中同時(shí)分?jǐn)?，共同建壓。有兩種工作方式，一種在滅磁開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)需要中斷脈沖，同時(shí)利用交流開關(guān)、直流開關(guān)和交流電壓負(fù)半波強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移，控制邏輯較為復(fù)雜，對(duì)同時(shí)性要求較高，對(duì)開關(guān)要求不高；另一種在滅磁開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)脈沖不中斷，利用交流滅磁的短路滅磁方式和直流側(cè)開關(guān)弧壓強(qiáng)迫移能，操作較為簡(jiǎn)單，對(duì)同時(shí)性要求不高，對(duì)開關(guān)要求較高。

當(dāng)前第35頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)報(bào)告內(nèi)容滅磁主要任務(wù)及要件滅磁耗能方式滅磁開關(guān)及移能方式滅磁裝置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)軸電壓抑制介紹36當(dāng)前第36頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁最嚴(yán)重工況滅磁裝置設(shè)計(jì)37滅磁裝置設(shè)計(jì)要素：1、最嚴(yán)重工況確定、2、安全可靠轉(zhuǎn)移能量，實(shí)現(xiàn)滅磁、3、快速消耗能量；滅磁最嚴(yán)重工況，在國內(nèi)外有些爭(zhēng)議，國外認(rèn)為額定負(fù)載下發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路工況最嚴(yán)重；國內(nèi)認(rèn)為空載發(fā)電機(jī)勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)工況最嚴(yán)重。

實(shí)際上，兩種方法側(cè)重點(diǎn)不一樣，針對(duì)滅磁不同要件作出的合乎邏輯的要求，滅磁裝置兩種嚴(yán)重工況均考慮：1）滅磁電阻能容量按額定負(fù)載下發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路工況下仿真結(jié)果配置，仿真結(jié)果顯示此時(shí)最嚴(yán)重；2）滅磁開關(guān)分?jǐn)?，安全轉(zhuǎn)移能量條件按空載時(shí)勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)進(jìn)行考核，此時(shí)滅磁開關(guān)分?jǐn)嘭?fù)擔(dān)最嚴(yán)重。

當(dāng)前第37頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁最嚴(yán)重工況滅磁裝置設(shè)計(jì)38滅磁還與保護(hù)裝置動(dòng)作定值相關(guān)，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，滅磁裝置能夠滿足上述兩種最嚴(yán)重滅磁工況的要求當(dāng)然最好，但對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，特別是大型水輪發(fā)電機(jī)，在滅磁裝置設(shè)計(jì)上存在困難，可以從以下方面進(jìn)行考慮降低要求：1）結(jié)合發(fā)變組保護(hù)定值（三相短路定值和過電壓保護(hù)定值），必然時(shí)可以在允許范圍更改保護(hù)定值，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，確定滅磁電阻容量和滅磁開關(guān)弧壓要求。2）滅磁開關(guān)不管布置在什么位置，滅磁開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)均增加中斷脈沖措施。3）由于概率極微，可以不考慮可控硅全部故障失控的故障工況。

當(dāng)前第38頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁開關(guān)設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)39

1）磁場(chǎng)斷路器電壓的選擇具體公式如式：

式中：UN：磁場(chǎng)斷路器額定工作電壓值

Ufmax：最大磁場(chǎng)繞組電壓根據(jù)勵(lì)磁變壓器及保護(hù)定值，最大磁場(chǎng)繞組電壓對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)1.3倍額定電壓時(shí)，整流橋全開放的電壓，計(jì)算如下：

當(dāng)前第39頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁開關(guān)設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)40

2）磁場(chǎng)斷路器電流的選擇具體公式如式：

式中：IN：磁場(chǎng)斷路器額定工作電流值

IfN：發(fā)電機(jī)最大磁繞組電流

3）磁場(chǎng)斷路器分?jǐn)嚯娏骷盎‰妷旱倪x擇磁場(chǎng)斷路器在最大磁場(chǎng)電壓、發(fā)電機(jī)端三相短路或空載誤強(qiáng)勵(lì)情況下能成功地?cái)嚅_發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流及可靠地投入滅磁電阻對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁，并能分?jǐn)噢D(zhuǎn)子正、負(fù)極回路短路電流，即：

當(dāng)前第40頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁開關(guān)設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)41

式中：UArc：磁場(chǎng)斷路器分?jǐn)鄿绱艜r(shí)弧電壓值Ufmax：發(fā)電機(jī)最大磁場(chǎng)繞組電壓URmax：最大滅磁電流對(duì)應(yīng)的滅磁電組兩端電壓IDmax：轉(zhuǎn)子正、負(fù)極短路電流（最大電流）按標(biāo)準(zhǔn)要求滅磁電壓介于額定勵(lì)磁電壓的3至5倍，即：

當(dāng)前第41頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁開關(guān)設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)42

4）磁場(chǎng)斷路器短時(shí)耐受電流的計(jì)算及的選擇勵(lì)磁系統(tǒng)保證輸出2倍額定勵(lì)磁電流，持續(xù)時(shí)間大于20秒，即磁場(chǎng)斷路器流過強(qiáng)勵(lì)電流時(shí)間不能小于20秒5）正常滅磁原理及動(dòng)作順序

正常滅磁時(shí)以啟動(dòng)逆變滅磁為主，盡量不帶負(fù)荷分?jǐn)鄿绱砰_關(guān)6）發(fā)變組短路故障時(shí)滅磁原理及動(dòng)作順序發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)到發(fā)電機(jī)或變壓器故障，作用于發(fā)電機(jī)解列和滅磁開關(guān)跳閘命令，開關(guān)弧壓強(qiáng)迫勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)移開至滅磁電阻

當(dāng)前第42頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁電阻設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)43

1）滅磁電壓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)要求強(qiáng)勵(lì)時(shí)滅磁電壓介于額定勵(lì)磁電壓的4至6倍，實(shí)際工程中滅磁電壓考慮流過3倍額定勵(lì)磁電流，對(duì)于非線性電阻，按照其伏安特性確定非線性電阻的組成結(jié)構(gòu)（并、串聯(lián)），對(duì)于線性滅磁電阻，主要確定其阻值。

當(dāng)前第43頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁電阻設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)44

1）電阻熱容計(jì)算滅磁能量的計(jì)算是采用專用滅磁系統(tǒng)仿真計(jì)算軟件計(jì)算獲得，基于發(fā)電機(jī)六階模型、滅磁裝置動(dòng)作及耗能模型，仿真兩個(gè)嚴(yán)重工況下的能容量：

勵(lì)磁繞組電壓方程

阻尼繞組電壓方程

發(fā)電機(jī)空載特性曲線

當(dāng)前第44頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)滅磁電阻設(shè)計(jì)滅磁裝置設(shè)計(jì)45

1）電阻熱容計(jì)算

當(dāng)前第45頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)報(bào)告內(nèi)容滅磁主要任務(wù)及要件滅磁耗能方式滅磁開關(guān)及移能方式滅磁裝置設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)軸電壓抑制介紹46當(dāng)前第46頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓來源轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)47

1）功率換流器換相過電

對(duì)于三相全控橋式整流線路，陽極及陰極組可控硅存在著周期性換相，換相過程中，換相元件電流變化率取決于換相時(shí)兩端電壓差和勵(lì)磁變壓器換相電感數(shù)值，換相過程中最高過電壓為換相電感與最大電流變化率的乘積：

式中：Lr為勵(lì)磁變壓器換相電感

ir為換相電流

當(dāng)前第47頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓來源轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)48

2）發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的滑差過電壓當(dāng)同步發(fā)電機(jī)的有功負(fù)載、功角突然發(fā)生變化以及運(yùn)行在失步振蕩過程中時(shí)，將在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中引起滑差頻率的正弦波感應(yīng)過電壓，其幅值為：

式中：Esm為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中引起的滑差過電壓

f2為相對(duì)于定子側(cè)的轉(zhuǎn)子滑差頻率

Ф為定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)主磁通

KW為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組系數(shù)

當(dāng)前第48頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓來源轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)49

3）發(fā)電機(jī)定子三相負(fù)載不對(duì)稱或缺相運(yùn)行形成定子三相電流不平衡依對(duì)稱分量法可將其分解為正序、負(fù)序及零序電流，流過定子繞組的三相電流在空間上形成相隔120電角度的對(duì)稱電流。正序及負(fù)序電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)分別在空間作正向及反向的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，稱作正序磁通及負(fù)序磁通。而勵(lì)磁繞組是以正向同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，其對(duì)正序磁通相對(duì)靜止，對(duì)負(fù)序磁通以兩倍同步轉(zhuǎn)速相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該過電壓幅值也可用前式計(jì)算，不過，式中f2=100Hz，Ф為定子不對(duì)稱電流產(chǎn)生的負(fù)序磁通。

當(dāng)前第49頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓來源轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)50

4）發(fā)電機(jī)運(yùn)行中如發(fā)生短路、失步、非全相或非同期合閘等故障，則發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組中會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓，危及可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)換流器的安全運(yùn)行

當(dāng)前第50頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓抑制轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)51

1）換相過電壓抑制由集中阻斷式阻容保護(hù)完成，集中阻斷式阻容不僅接線簡(jiǎn)單，綜合吸收換流器各種過電壓，減輕可控硅開通的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)可控硅的過壓保護(hù)可靠性，而且能夠縮短整流橋換相重疊時(shí)間，加速換流過程2）對(duì)于由定子側(cè)感應(yīng)過來的過電壓主要由壓敏電阻完成，國內(nèi)采用的壓敏電阻主要為氧化鋅非線性電阻，國外采用的壓敏電阻主要為碳化硅非線性電阻。壓敏電阻具有抑制過電壓能力強(qiáng)、漏電流及損耗小、對(duì)浪涌電壓反應(yīng)快、壽命長、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，是一種較好的過電壓保護(hù)元件

當(dāng)前第51頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓抑制轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)52

當(dāng)前第52頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓抑制轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)53壓敏電阻一般與跨接器串聯(lián)后并接在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組兩組。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，過電壓保護(hù)非線性電阻FR1和FR2原工作點(diǎn)在A1處。如果產(chǎn)生過電壓能量，如正向過電壓，則當(dāng)該能量積累使得正向過電壓超過過電壓動(dòng)作整定值后，則壓敏電阻FR1和FR2的控制觸發(fā)回路啟動(dòng)，跨接器導(dǎo)通非線性電阻兩端所加的電壓，因超過非線性電阻FR1和FR2的壓敏電壓值而快速導(dǎo)通，消耗轉(zhuǎn)子過電壓能量。這時(shí)非線性電阻FR1和FR2的工作點(diǎn)由原A1點(diǎn)移至A2點(diǎn)，當(dāng)過電壓能量被釋放后，過電壓值下降，則工作點(diǎn)又回復(fù)到正常工作點(diǎn)A1，這時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓回復(fù)正常。

當(dāng)前第53頁\共有60頁\編于星期六\2點(diǎn)過電壓抑制轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)54如發(fā)生反向過電壓，由壓敏電阻FR1和FR2的工作點(diǎn)沿著伏/安特性曲線向負(fù)橫軸方向移動(dòng)，當(dāng)反向過電壓值超過壓敏電阻FR1和FR2動(dòng)作壓敏電壓拐點(diǎn)后壓敏電阻FR1和FR2反向開通，運(yùn)行工作點(diǎn)在A3，當(dāng)過電壓能釋放完畢后，過電壓降低直至消失，壓敏電阻FR1和FR2的工作點(diǎn)又由A3移回至A1點(diǎn)，由上面的分析可知，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓能量有限，只要壓敏電阻FR1和FR2能量足夠大，則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓被有效地限制在-ULM～+UL