新聞主題	同步發(fā)電機的滅磁含義和方法

一、滅磁的含義

 

當發(fā)電機或發(fā)電機一變壓器組發(fā)生故障時(shí)，繼電保護動(dòng)作在跳開(kāi)發(fā)電機的同時(shí)，還應迅速將發(fā)電機滅磁。所謂滅磁就是將發(fā)電機勵磁繞組的磁場(chǎng)盡快地減弱到最小限度，最快的方法是將勵磁繞組斷開(kāi)，但因勵磁繞組是一個(gè)大的電感，突然斷開(kāi)必將在直流側產(chǎn)生很高的電壓，危及轉子繞組絕緣、整流橋的安全。因此，實(shí)用方法是在斷開(kāi)勵磁繞組與勵磁電源回路的同時(shí)，將一個(gè)電阻接入勵磁繞組，讓磁場(chǎng)儲能迅速耗盡。整個(gè)過(guò)程由自動(dòng)滅磁裝置來(lái)實(shí)現。

 

對發(fā)電機的滅磁要求有兩點(diǎn)，首先滅磁時(shí)間應盡可能短；其次勵磁繞組兩端的過(guò)電壓不應超過(guò)額定勵磁電壓的4～5倍。

 

為同時(shí)滿(mǎn)足上述要求，假設滅磁開(kāi)始時(shí)的轉子勵磁電流為I_fd0且以某一變化率di_fd／dt衰減，而磁通的變化率在轉子滑環(huán)間（即勵磁繞組兩端）產(chǎn)生的電壓值剛好等于允許值，以后電流i_fd保持這一速率直線(xiàn)衰減到零，如圖1中直線(xiàn)1所示，為理想滅磁曲線(xiàn)。實(shí)際的滅磁曲線(xiàn)可能是直線(xiàn)2或直線(xiàn)3等。根據它們與理想曲線(xiàn)接近的程度，可以評價(jià)滅磁方案的優(yōu)劣。

 

圖1 不同方案的滅磁曲線(xiàn)

 

二、滅磁的方法

 

滅磁方法種類(lèi)較多，如單獨勵磁機滅磁、對線(xiàn)性電阻放電滅磁、對非線(xiàn)性電阻放電滅磁、采用滅弧柵滅磁，當采用全控橋的半導體勵磁系統時(shí)，還可利用全控橋逆變滅磁。其中，單獨勵磁機滅磁方法只用于小型機組，它的滅磁時(shí)間較長(cháng)。下面介紹幾種常用滅磁方法。

（1）線(xiàn)性放電電阻滅磁

當發(fā)電機內部發(fā)生短路故障時(shí)，即使把發(fā)電機從母線(xiàn)上斷開(kāi)了，短路電流依然存在，使故障造成的損壞繼續擴大；只有將轉子回路的電流也降為零，使發(fā)電機的感應電動(dòng)勢盡快地減至最小，才能將故障損壞限制在最小的范圍內。最常用的方法是在轉子回路內加裝滅磁開(kāi)關(guān)，利用放電電阻滅磁。

利用放電電阻滅磁的接線(xiàn)如圖2所示。同步發(fā)電機正常運行時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)Q處于合閘狀態(tài)。Q的主觸頭Q1閉合，使勵磁機能正常地向發(fā)電機轉子提供勵磁電流；觸頭Q2斷開(kāi)滅磁電阻R回路。

當滅磁時(shí)，Q跳閘，Q2先閉合，使發(fā)電機轉子的勵磁繞組接入R；然后Q斷開(kāi)，這就保證勵磁繞組接入放電電阻R（即滅磁電阻）時(shí)沒(méi)有開(kāi)路狀態(tài)出現，避免了過(guò)電壓的產(chǎn)生。發(fā)電機轉子繞組并聯(lián)了滅磁電阻R后，轉子繞組的電流就按照指數曲線(xiàn)衰減，并將轉子繞組中的磁場(chǎng)能量幾乎全部轉變成熱能，消耗在R上。

在滅磁過(guò)程中，滅磁的時(shí)間與R有關(guān)，R越大，滅磁過(guò)程越快，反之，滅磁過(guò)程就慢些。手冊規定R的數值一般為轉子繞組熱狀態(tài)電阻值的4～5倍，滅磁時(shí)間為5～7s。

 

圖2 線(xiàn)性放電電阻滅磁示意圖

 

（2）非線(xiàn)性電阻滅磁

由于放電電阻R不能取得很大，從而加長(cháng)了滅磁時(shí)間。當將R改為非線(xiàn)性電阻，其特性是通過(guò)其中的電流較大時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻??；電流較小時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻大。合適選擇非線(xiàn)性電阻，可以做到滅磁初態(tài)時(shí)，轉子電壓不超過(guò)容許值，而滅磁時(shí)間減小。

（3）采用滅弧柵滅弧

以上方法中，滅磁開(kāi)關(guān)并不承受耗能的主要任務(wù)。應用最廣泛的滅磁方法是利用帶有滅磁柵的快速滅磁開(kāi)關(guān)，它利用串聯(lián)短弧的端電壓不變的特性控制滅弧過(guò)程，將磁場(chǎng)儲能主要消耗在滅磁開(kāi)關(guān)內，滅磁速度較快，幾乎接近理想滅磁。

應用滅磁開(kāi)關(guān)滅磁的原理示意圖如圖3所示。在滅磁過(guò)程中，DM的主觸頭1-2先斷開(kāi)，3-4仍關(guān)閉，故不產(chǎn)生電??；經(jīng)極短的時(shí)間以后，滅弧觸頭3-4斷開(kāi)，在它上面產(chǎn)生了電弧。由于橫向磁場(chǎng)的作用，電弧被驅入滅弧柵中，并被分割成很多串聯(lián)的短弧，在滅弧柵內燃燒，直到勵磁繞組中電流下降到零時(shí)才熄滅。在產(chǎn)生容許的過(guò)電壓倍數條件下，利用滅弧柵滅磁的滅磁時(shí)間僅為放電電阻方式滅磁時(shí)間的24％左右。

 

圖3 同步發(fā)電機滅磁原理示意圖

 

近年來(lái)，國內外已普遍采用雙斷口直流開(kāi)關(guān)（雙斷口磁場(chǎng)斷路器），配以非線(xiàn)性電阻的方法來(lái)滅磁。非線(xiàn)性電阻采用氧化鋅元件，有良好的壓敏特性，滅磁過(guò)程中兩端電壓始終維持在滅磁電壓控制值上，因此非常接近理想滅磁，滅磁速度快；氧化鋅元件作為過(guò)電壓保護元件，過(guò)電壓動(dòng)作值可靈活整定；氧化鋅元件非線(xiàn)性電阻系數很小，正常電壓下漏電流很小，可直接跨接在勵磁繞組兩端，滅磁可靠；采用雙斷口直流開(kāi)關(guān)，滅磁過(guò)程中勵磁電源與勵磁繞組完全斷開(kāi)，有利于加快滅磁過(guò)程；可靠滅磁，非線(xiàn)性電阻的總電能量應大于勵磁繞組的最大儲能。因此，這種滅磁方法具有滅磁速度快、滅磁可靠、結構簡(jiǎn)單、運行維護方便、滅磁過(guò)電壓動(dòng)作值可靈活整定等特點(diǎn)。

圖4示出了雙斷口直流開(kāi)關(guān)、非線(xiàn)性電阻滅磁的原理圖。圖中DM為雙斷口直流開(kāi)關(guān)，NR1、NR2、NR3為氧化鋅非線(xiàn)性電阻，NR1的動(dòng)作電壓低于NR2、NR3的動(dòng)作電壓。

 

圖4 非線(xiàn)性電阻滅磁的原理圖

 

正常運行時(shí)，發(fā)電機的勵磁電壓為U_fd，晶閘管 VSO2、VSO3不導通，二極管V1、V2、V3不導通，所以NR1、NR2、NR3中無(wú)電流。勵磁繞組發(fā)生正向過(guò)電壓，當達到觸發(fā)晶閘管的動(dòng)作整定值時(shí)，VSO2、VSO3導通，能量迅速消耗在非線(xiàn)性電阻NR2、NR3中，過(guò)電壓值限制由正向過(guò)電壓保護整定值確定，能量被吸收后，過(guò)電壓消失；勵磁繞組發(fā)生反向過(guò)電壓，V1迅速導通，能量迅速消耗在非線(xiàn)性電阻NR1中，反向過(guò)電壓值限制由NR1動(dòng)作值確定，過(guò)電壓能量被吸收后，反向過(guò)電壓即消失，在此過(guò)程中，因NR1的動(dòng)作值低，所以NR2、NR3不承擔反向過(guò)電壓保護任務(wù)。

發(fā)電機正常停機時(shí)，通過(guò)可控整流橋逆變滅磁，并不需要斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)DM。發(fā)電機事故緊急停機時(shí)，跳滅磁開(kāi)關(guān)DM，DM斷開(kāi)后，勵磁電流I_fd強迫分斷，勵磁繞組發(fā)生反向過(guò)電壓，極性是d端為正、f端為負，此時(shí)磁場(chǎng)能量通過(guò)二極管V1消耗在NR1中，完成滅磁過(guò)程。需要指出，滅磁過(guò)程中NR1上電壓基本不變，所以很接近理想滅磁，滅磁速度快。DM斷開(kāi)后，整流橋側的正向過(guò)電壓或反向過(guò)電壓，均由非線(xiàn)性電阻NR3吸取過(guò)電壓能量，直到過(guò)電壓消失，過(guò)電壓值受NR3動(dòng)作值的限制。

（4）利用全控橋逆變滅磁

如果采用晶閘管整流橋向轉子供應勵磁電流時(shí)，就可以應用逆變滅磁。在主回路內不增添設備就能進(jìn)行快速滅磁。這一方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、無(wú)觸點(diǎn)，得到了廣泛采用。

在現代發(fā)電機的自動(dòng)勵磁調節系統中，幾乎都采用了三相全控橋對AER的輸出信號進(jìn)行功率放大，實(shí)現對發(fā)電機勵磁的自動(dòng)調節。三相全控橋的負載是發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機的勵磁繞組，符合逆變條件。當發(fā)電機故障或停機需要滅磁時(shí)，只要將控制角α增大到某一合適的角度（如140°）就可進(jìn)行逆變滅磁。當勵磁機或發(fā)電機有他勵電源時(shí)，由于逆變滅磁過(guò)程中交流電壓不變，勵磁電流等速減小，滅磁過(guò)程相當迅速。當勵磁機或發(fā)電機采用自勵方式時(shí)，隨著(zhù)滅磁過(guò)程的進(jìn)行，交流電壓隨之降低，滅磁速度也就減慢。

事實(shí)上，逆變滅磁到一定程度時(shí)，負載電感L中的能量不能維持逆變，此時(shí)要借助滅磁電阻（與勵磁繞組并接）使L中的儲能釋放，以進(jìn)行滅磁。如前所述，在現代大型發(fā)電機自并勵磁方式中，逆變滅磁只是在發(fā)電機正常停機時(shí)使用，發(fā)電機故障進(jìn)行滅磁是采用滅磁裝置或非線(xiàn)性電阻進(jìn)行滅磁的。

 

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