发电机灭磁及过电压保护介绍(NR)

1、发电机灭磁及转子过电压保护发电机灭磁及转子过电压保护报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍2 灭磁主要任务灭磁主要任务灭磁主要任务及要件3灭磁定义：灭磁定义：灭磁就是把转子励磁绕组中磁场储能尽快灭磁就是把转子励磁绕组中磁场储能尽快地衰减到可能小的程度。最简单的办法是将励磁回路断地衰减到可能小的程度。最简单的办法是将励磁回路断开，但励磁绕组具有很大的电感，突断断开，会在两端开，但励磁绕组具有很大的电感，突断断开，会在两端产生很高的过电压，因此，在断开励磁电源的同时，还产生很高的过电压，因此，在断开励磁电源的同时，还应将转子励磁

2、绕组自动接入至放电电阻或其它吸收能量应将转子励磁绕组自动接入至放电电阻或其它吸收能量装置上去，把磁场中储存的能量迅速消耗掉。装置上去，把磁场中储存的能量迅速消耗掉。灭磁任务：灭磁任务：断开励磁电源，保证励磁电源不再向转子断开励磁电源，保证励磁电源不再向转子供能量；接通放电设备，将转子励磁电流由开关强迫转供能量；接通放电设备，将转子励磁电流由开关强迫转移至放电设备；消耗磁场能量，快速消耗磁场能量，保移至放电设备；消耗磁场能量，快速消耗磁场能量，保证机组故障电源维持时间最短证机组故障电源维持时间最短 灭磁速度评价灭磁速度评价灭磁主要任务及要件4（a a）发电机电压衰减的时间常数）发电机电压衰减的时

3、间常数T TEDED；（b b）也有用灭磁等值时间）也有用灭磁等值时间T TEQEQ表示：表示： 式中式中I Ia a 为发电机灭磁时的静子电流，即电弧中流为发电机灭磁时的静子电流，即电弧中流过的电流，过的电流，i iaoao为其超始电流。为其超始电流。V Va a为灭磁时的电机电势，它与为灭磁时的电机电势，它与i ia a成正比。成正比。（c c）从开始灭磁到发电机静子电压小于维持电从开始灭磁到发电机静子电压小于维持电弧电压的时间弧电压的时间T TM M； 000011dtvVTdtiITaaEQaaEQ 灭磁装置基本要求灭磁装置基本要求灭磁主要任务及要件5-保证安全可靠灭磁。保证安全可靠灭

4、磁。 a.a.灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力灭磁开关应有足够的分断发电机转子电流能力 b.b.灭磁反电压不超过规定的倍数灭磁反电压不超过规定的倍数 c.c.灭磁装置的电路和结构应简单可靠灭磁装置的电路和结构应简单可靠 d. d.灭磁装置要有足够的容量灭磁装置要有足够的容量-灭磁时间应尽可能地短暂灭磁时间应尽可能地短暂 报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍6 线性电阻耗能方式线性电阻耗能方式灭磁耗能方式7常规线性电阻灭磁，简单可靠。如忽略阻尼绕组，常规线性电阻灭磁，简单可靠。如忽略阻尼绕组，发电机空载额定电压灭磁时

5、，其端电压按指数衰减。发电机空载额定电压灭磁时，其端电压按指数衰减。如发电机额定电压为如发电机额定电压为18000V18000V，R=0R=0时，下降到峰值为时，下降到峰值为200V200V的时间需的时间需T TM0M0=4.84T=4.84T1 1，R=5rR=5r时，时，T TM1M1=0.8T=0.8T1 1，T T1 1=L/r=L/r发电机励磁回路时间常数。发电机励磁回路时间常数。 线性电阻耗能方式线性电阻耗能方式灭磁耗能方式8 考虑阻尼绕组后，发电机空载额定电压按灭磁考虑阻尼绕组后，发电机空载额定电压按灭磁回路时间常数和阻尼绕组回路时间常数之和指数衰回路时间常数和阻尼绕组回路时间常

6、数之和指数衰减，时间较长。减，时间较长。 控制灭磁过程中磁场绕组过电压，近年来趋向控制灭磁过程中磁场绕组过电压，近年来趋向取较小的灭磁电阻值，从灭磁电阻取较小的灭磁电阻值，从灭磁电阻R R为为5 5倍磁场电阻倍磁场电阻r r，减小到减小到R=(1R=(1)r)r。 线性电阻不能直接与转子并联，必须配备常闭线性电阻不能直接与转子并联，必须配备常闭灭磁主触头或电子触发的跨接器，在灭磁时，常闭灭磁主触头或电子触发的跨接器，在灭磁时，常闭灭磁主触头闭合或跨接器导通，线性电阻接入灭磁灭磁主触头闭合或跨接器导通，线性电阻接入灭磁回路。回路。 非线性电阻耗能方式非线性电阻耗能方式灭磁耗能方式9灭磁过程中转子

7、两端电压不变，电流直线下降，非灭磁过程中转子两端电压不变，电流直线下降，非线性电阻阻值随流过电流减小而增大，非线性电阻线性电阻阻值随流过电流减小而增大，非线性电阻特性为：特性为： 称为非线性系数，称为非线性系数，愈小，电流衰减过程中励磁愈小，电流衰减过程中励磁电压的变化愈小。电压的变化愈小。 KiU 非线性电阻耗能方式非线性电阻耗能方式灭磁耗能方式10灭磁用非线性电阻主要是灭磁用非线性电阻主要是S Si iC C和和Z Zn nO O，Z Zn nO O国内生产，国内生产，S Si iC C国外进口，国外进口，Z Zn nO O非线性系数为非线性系数为0.0460.046，S Si iC C非

8、线性系非线性系数为数为0.30.3，就非线性性能看，就非线性性能看，Z Zn nO O非线性灭磁电阻要优非线性灭磁电阻要优越得多。越得多。Z Zn nO O非线性灭磁电阻，采购容易，价格便宜，非线性灭磁电阻，采购容易，价格便宜，灭磁残压容易控制，灭磁速度快灭磁残压容易控制，灭磁速度快。S Si iC C非线性灭磁电阻体积比较小非线性灭磁电阻体积比较小，耐用性较好。采用非线性电阻，耐用性较好。采用非线性电阻在灭磁残压的控制上，需要格外在灭磁残压的控制上，需要格外小心，避免开关的配合不合理，小心，避免开关的配合不合理，导致灭磁的事故。导致灭磁的事故。 非线性电阻耗能方式非线性电阻耗能方式灭磁耗能方

9、式11 对于汽轮发电机，因整体铸造的转子阻尼很强，对于汽轮发电机，因整体铸造的转子阻尼很强，即即T T2 2较大，因此不强调快速灭磁，采用线性电阻作为较大，因此不强调快速灭磁，采用线性电阻作为灭磁电阻，可靠性高，更为合适。国内高能氧化锌灭磁电阻，可靠性高，更为合适。国内高能氧化锌非线性电阻发展较快。而且选择过快的灭磁方案实非线性电阻发展较快。而且选择过快的灭磁方案实际上对发电机转子会带来不利因素，因为在灭磁的际上对发电机转子会带来不利因素，因为在灭磁的过程，如果励磁电流下降过快，可能导致阻尼绕组过程，如果励磁电流下降过快，可能导致阻尼绕组（由涡流效应等价的绕组）感应电流过大，从而导（由涡流效应

10、等价的绕组）感应电流过大，从而导致转子铁芯过热。致转子铁芯过热。 在水轮发电机上非线性电阻特别是在水轮发电机上非线性电阻特别是Z Zn nO O非线性灭非线性灭磁电阻，除作为灭磁电阻外，还兼作转子过电压保磁电阻，除作为灭磁电阻外，还兼作转子过电压保护，因此，应用广泛护，因此，应用广泛 灭弧栅耗能方式灭弧栅耗能方式灭磁耗能方式12灭弧栅灭磁就是利用开关灭磁弧直接吸收发电机转灭弧栅灭磁就是利用开关灭磁弧直接吸收发电机转子的能量，灭弧栅栅片间隙中的电弧压降基本上是子的能量，灭弧栅栅片间隙中的电弧压降基本上是定值，不随电弧电流变化，因此有很好的灭磁效果。定值，不随电弧电流变化，因此有很好的灭磁效果。国

11、内曾广泛采用的引进自前苏联的国内曾广泛采用的引进自前苏联的DM-2DM-2开关，就是开关，就是在灭磁时将电弧吹入灭弧栅灭在灭磁时将电弧吹入灭弧栅灭弧。灭弧栅由很多铜片组成串弧。灭弧栅由很多铜片组成串联间隙，每个间隙压降为联间隙，每个间隙压降为252530V30V。发电机空载额定电压灭。发电机空载额定电压灭磁时，计及阻尼绕组影响，励磁时，计及阻尼绕组影响，励磁绕组、阻尼绕组电流、发电磁绕组、阻尼绕组电流、发电机机端电压的衰减见图机机端电压的衰减见图 逆变灭磁方式逆变灭磁方式灭磁耗能方式13如果给发电机转子提供直流电流的变流器采用可控如果给发电机转子提供直流电流的变流器采用可控硅全控桥型式，当控制

12、角大于硅全控桥型式，当控制角大于9090时，整流装置输时，整流装置输出电压为负，励磁电流也相应的从正到负，但当励出电压为负，励磁电流也相应的从正到负，但当励磁电流衰减到零时，由于整流装置不能反向导通而磁电流衰减到零时，由于整流装置不能反向导通而截止。灭磁过程中相当于在转子绕组上加固定反向截止。灭磁过程中相当于在转子绕组上加固定反向电压，磁场能量通过可控硅换流装置反馈回励磁电电压，磁场能量通过可控硅换流装置反馈回励磁电源。源。 逆变灭磁方式逆变灭磁方式灭磁耗能方式14 逆变灭磁较机械灭磁的优点是没有机械操作，逆变灭磁较机械灭磁的优点是没有机械操作，动作可靠，而且没有延时。灭磁时转子过电压低。动作

13、可靠，而且没有延时。灭磁时转子过电压低。因此可控硅励磁以逆变灭磁为正常工况下主要灭磁因此可控硅励磁以逆变灭磁为正常工况下主要灭磁方式。方式。 为了提高灭磁可靠性，避免变流器故障时发电为了提高灭磁可靠性，避免变流器故障时发电机无法灭磁，一般都采用正常时逆变灭磁及故障时机无法灭磁，一般都采用正常时逆变灭磁及故障时灭磁开关灭磁开关+ +灭磁电阻灭磁两种灭磁方式灭磁电阻灭磁两种灭磁方式。 Q Q轴磁通衰减轴磁通衰减灭磁耗能方式15发电机在带负载工况灭磁时，除发电机在带负载工况灭磁时，除轴磁通分量外，轴磁通分量外，还有还有轴磁通分量，该分量的衰减决定于轴磁通分量，该分量的衰减决定于轴阻尼，轴阻尼，目前采

14、用的快速灭磁只能影响目前采用的快速灭磁只能影响轴磁通，不能加速轴磁通，不能加速轴磁通的衰减，因此提出来了在灭磁时将发电机轴磁通的衰减，因此提出来了在灭磁时将发电机出口三相短路，使磁通移向出口三相短路，使磁通移向轴，以加快灭磁速度轴，以加快灭磁速度的方案。这个措施使灭磁过程复杂，而且误动作将的方案。这个措施使灭磁过程复杂，而且误动作将造成严重后果，所以在工业上未有采用。造成严重后果，所以在工业上未有采用。 报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍16 励磁电源分断条件励磁电源分断条件开关及移能方式17 灭磁开关灭磁开关MKMK分

15、断时，由发电机励磁绕组大电感的分断时，由发电机励磁绕组大电感的作用，将在作用，将在MKMK常开主断口间产生高电压并形成电弧常开主断口间产生高电压并形成电弧击穿，也就是说励磁电源并没有与发电机励磁绕组击穿，也就是说励磁电源并没有与发电机励磁绕组断开，而是通过电弧连接在一起，只有电弧熄灭后，断开，而是通过电弧连接在一起，只有电弧熄灭后，才能算真正意义上的断开。才能算真正意义上的断开。 GMKSCRMKRUkUscrUmIkIfIm0mfKIII SCRmKSCRKmUUUUUU 励磁电源分断条件励磁电源分断条件开关及移能方式18灭磁开关能否真正分断励磁电源，成功将灭磁电流灭磁开关能否真正分断励磁电

16、源，成功将灭磁电流转移至灭磁电阻，本质取决于灭磁开关断口弧压与转移至灭磁电阻，本质取决于灭磁开关断口弧压与可控硅变流器的电压之差是否大于灭磁时电流流过可控硅变流器的电压之差是否大于灭磁时电流流过灭磁电阻所产生的灭磁电压，常规设计可控硅变流灭磁电阻所产生的灭磁电压，常规设计可控硅变流器为交流电压最大值的器为交流电压最大值的1.351.35倍，按此要求，对于大倍，按此要求，对于大型发电机组要求灭磁开关弧型发电机组要求灭磁开关弧压要达到很高的数值才能保压要达到很高的数值才能保证安全分断励磁电源，完成证安全分断励磁电源，完成能量转移能量转移 GMKSCRMKRUkUscrUmIkIfIm 励磁电源分断

17、辅助措施励磁电源分断辅助措施开关及移能方式19 灭弧栅电压是一个常数，不随电流改变而改变，灭弧栅电压是一个常数，不随电流改变而改变，也就是说，灭磁开关所产生的弧压是一个常数，与也就是说，灭磁开关所产生的弧压是一个常数，与灭磁电流大小无关。而灭磁电压灭磁电流大小无关。而灭磁电压U Um m是按最恶劣灭磁工是按最恶劣灭磁工况下设计，实际上也是一个常数。改变可控硅换流况下设计，实际上也是一个常数。改变可控硅换流器（而且必须是可控硅换流器）输出的电压，就可器（而且必须是可控硅换流器）输出的电压，就可影响灭磁电流的转换条件，有两种改善灭磁换流的影响灭磁电流的转换条件，有两种改善灭磁换流的两个技术措施：两

18、个技术措施： 一是逆变灭磁，分断开关时控制脉冲触发角度突一是逆变灭磁，分断开关时控制脉冲触发角度突变至逆变角，可控硅换流器输出电压平均值为负值，变至逆变角，可控硅换流器输出电压平均值为负值，这样，即使灭磁开关弧压小于将灭磁电流转移至灭这样，即使灭磁开关弧压小于将灭磁电流转移至灭磁电阻的电压磁电阻的电压U Um m，也可完成能量转移。，也可完成能量转移。 励磁电源分断辅助措施励磁电源分断辅助措施开关及移能方式20 二是中断脉冲，控制励磁调节器突然中断可控二是中断脉冲，控制励磁调节器突然中断可控硅换流器触发脉冲，脉冲中断后，在励磁绕组电感硅换流器触发脉冲，脉冲中断后，在励磁绕组电感反电势作用下，原

19、导通可控硅继续导通，其它可控反电势作用下，原导通可控硅继续导通，其它可控硅不再导通，则励磁电源硅不再导通，则励磁电源U Uacac与发电机励磁绕组串联与发电机励磁绕组串联的电路，则的电路，则U USCRSCR变为交流正弦波，叠加上开关弧压后，变为交流正弦波，叠加上开关弧压后，灭磁电阻两端电压呈大小交替变换，当为灭磁电阻两端电压呈大小交替变换，当为U Uacac正半波正半波时，时，U Um m比弧压比弧压U UK K小，不易换流；小，不易换流；当当U Uacac负半波时，负半波时，U Um m比弧压比弧压U UK K大，大，容易换流。容易换流。 GMKSCR1MKRUkUscrUr(a)SCR2

20、GSCRMKRUscrUrUACUscr(b)(c) 励磁电源分断辅助措施励磁电源分断辅助措施开关及移能方式21采取中断脉冲措施可改善灭磁时移能条件，但是采取中断脉冲措施可改善灭磁时移能条件，但是工程设计时校核灭磁开关弧压时，要以最严重条工程设计时校核灭磁开关弧压时，要以最严重条件考虑，如果励磁电源短路时，励磁交流电压为件考虑，如果励磁电源短路时，励磁交流电压为0 0，灭磁移能条件转化为：，灭磁移能条件转化为：即只要灭磁开关断口弧压大于最大灭磁电流所需即只要灭磁开关断口弧压大于最大灭磁电流所需灭磁电阻电压，就可励磁电源分断，并完成能量灭磁电阻电压，就可励磁电源分断，并完成能量转移。由此可见采取

21、中断脉冲措施，可以降低灭转移。由此可见采取中断脉冲措施，可以降低灭磁开关弧压要求，但同时中断脉冲措施的可靠执磁开关弧压要求，但同时中断脉冲措施的可靠执行，也成为安全灭磁的条件。行，也成为安全灭磁的条件。 KmUU 直流侧灭磁开关直流侧灭磁开关开关及移能方式22 对于线性电阻或对于线性电阻或SiCSiC非线性电阻，则必须常闭主非线性电阻，则必须常闭主触头，如果灭磁开关没有常闭主触头，则线性电阻或触头，如果灭磁开关没有常闭主触头，则线性电阻或SiCSiC非线性电阻必须串联一个跨接器（非线性电阻必须串联一个跨接器（CrowBarCrowBar），正），正常运行时，跨接器常运行时，跨接器CBCB断开，

22、流过电流为零，灭磁时，断开，流过电流为零，灭磁时，控制跨接器导通，完成灭磁。这样，必须保证电子跨控制跨接器导通，完成灭磁。这样，必须保证电子跨接器可靠动作才能可靠灭磁接器可靠动作才能可靠灭磁 。 GSCRMKUkUscrUmIkIfImRmLmCB 直流侧灭磁开关直流侧灭磁开关开关及移能方式23 对于非线性特性优良对于非线性特性优良ZnOZnO非线性电阻，灭磁常闭主非线性电阻，灭磁常闭主触头不一定必要，但需要认真核算氧化锌触头不一定必要，但需要认真核算氧化锌ZnOZnO的灭磁的灭磁残压与氧化锌残压与氧化锌ZnOZnO的荷电率，如果荷电率不能满足要的荷电率，如果荷电率不能满足要求，则一般将非线性

23、电阻与逆止二极管求，则一般将非线性电阻与逆止二极管D D串联后，并串联后，并接至发电机励磁绕组接至发电机励磁绕组 。 GMKSCRMKRUkUscrUmIkIfImGSCRMKZnOUkUscrUmIkIfImD 直流侧灭磁开关直流侧灭磁开关开关及移能方式24直流侧灭磁开关灭磁方式在国内是主要的灭磁方式，直流侧灭磁开关灭磁方式在国内是主要的灭磁方式，回路简洁，操作简单，运行可靠。主回路有明显的开回路简洁，操作简单，运行可靠。主回路有明显的开断触头，在励磁系统内部故障的时候，可以开断励磁断触头，在励磁系统内部故障的时候，可以开断励磁主回路，切断故障源，快速的衰减发电机励磁绕组磁主回路，切断故障源

24、，快速的衰减发电机励磁绕组磁场，将发电机保护在最小事故内。场，将发电机保护在最小事故内。 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开关及移能方式25对于汽轮发电机，一转子电感较小，储存能量小一些；对于汽轮发电机，一转子电感较小，储存能量小一些；同时转子涡流形成的阻尼作用较强，同时考虑轴磁同时转子涡流形成的阻尼作用较强，同时考虑轴磁通的影响，快速灭磁效果不显著。因此，汽轮发电机通的影响，快速灭磁效果不显著。因此，汽轮发电机组灭磁时可以选择较低的灭磁电压组灭磁时可以选择较低的灭磁电压U Um m，甚至可以采用，甚至可以采用零灭磁电压（短路灭磁）方式，从而降低灭磁开关弧零灭磁电压（短路灭磁）方式，从而降低灭磁开

25、关弧压的要求，这样可以将压的要求，这样可以将灭磁开关布置在交流侧，灭磁开关布置在交流侧，以交流侧开关代替直流以交流侧开关代替直流侧开关，也称为侧开关，也称为交流灭磁交流灭磁 GRdLdRbZ1Z2dxCBSCRACUkUrUac 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开关及移能方式26 交流灭磁本质上与直流侧开关没有不同，对于交流灭磁本质上与直流侧开关没有不同，对于功率变流器来说，在任一时刻，交流侧有两相与发功率变流器来说，在任一时刻，交流侧有两相与发电机励磁绕组形成直流回路，交流侧开关不论在何电机励磁绕组形成直流回路，交流侧开关不论在何时分断，其分断的仍是直流电流，而不是交流电流，时分断，其分断的仍是

26、直流电流，而不是交流电流，这与配电系统的交流开关分断性质完全不同（负载这与配电系统的交流开关分断性质完全不同（负载电流有过零点），如果励磁电流电流有过零点），如果励磁电流i if f不能转移发生转不能转移发生转移，同样在交流开关断口处（同一时刻只有两个断移，同样在交流开关断口处（同一时刻只有两个断口有弧，另一个断口无电流断开）产生电弧和形成口有弧，另一个断口无电流断开）产生电弧和形成弧压，只时弧压后续发展与直流侧开关不同。弧压，只时弧压后续发展与直流侧开关不同。 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开关及移能方式271 1）在交流侧开关分断时中断换流器触发脉冲，由）在交流侧开关分断时中断换流器触发脉冲

27、，由于不能够进行换流，励磁电流将一直在中断脉冲前于不能够进行换流，励磁电流将一直在中断脉冲前导通的两个可控硅中流通（如前分析），直接将励导通的两个可控硅中流通（如前分析），直接将励磁变压器的交流电压串入直流回路，使得在交流电磁变压器的交流电压串入直流回路，使得在交流电压负半波的时候，弧压与交流压负半波的时候，弧压与交流电压幅值之后大于灭磁电压电压幅值之后大于灭磁电压U Um m，使电流转入灭磁电阻回路，流使电流转入灭磁电阻回路，流过交流开关的电流衰减至零，过交流开关的电流衰减至零，断口电弧熄灭，交流开关切断断口电弧熄灭，交流开关切断励磁电源励磁电源 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开关及移能方式2

28、82 2）在交流侧开关分断后仍保存触发脉冲或变流元在交流侧开关分断后仍保存触发脉冲或变流元件为整流二极管，假设当前导通的桥臂为件为整流二极管，假设当前导通的桥臂为+A+A和和-C-C，开关开关B B相没有电流直接分断，如果弧压没有将电流相没有电流直接分断，如果弧压没有将电流转移到灭磁电阻回路，经过转移到灭磁电阻回路，经过6060度后，经过脉冲触发，度后，经过脉冲触发，要将电流换至要将电流换至+B+B相，相，B B相断口已分断，换相失败，相断口已分断，换相失败，仍在仍在+A+A和和-C-C中流通，再过中流通，再过6060度后，度后，-A-A相触发脉冲，相触发脉冲，电流由电流由-C-C相转至相转至

29、-A-A相，最终形成相，最终形成A A相上下桥臂直通，相上下桥臂直通，形成转子回路短接灭磁（形成转子回路短接灭磁（U Um m=0=0），流过交流开关电），流过交流开关电流衰减至零，断口电弧熄灭，但由于零电压灭磁，流衰减至零，断口电弧熄灭，但由于零电压灭磁，灭磁时间会比较长，按转子时间常数进行衰减。灭磁时间会比较长，按转子时间常数进行衰减。 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开关及移能方式29 对于交流侧开关灭磁，为保证励磁电流能正确对于交流侧开关灭磁，为保证励磁电流能正确转移至灭磁电阻回路中，在跳开交流侧开关之前，转移至灭磁电阻回路中，在跳开交流侧开关之前，必须配合中断可控硅的触发脉冲措施。必须配

30、合中断可控硅的触发脉冲措施。 但如果考虑到机端三相短路，不能够串入交流但如果考虑到机端三相短路，不能够串入交流电压，如果交流开关弧压不能大于灭磁电压电压，如果交流开关弧压不能大于灭磁电压U Um m，就，就不成功能够进行灭磁，开关断口电弧不能很快熄灭，不成功能够进行灭磁，开关断口电弧不能很快熄灭，就会损坏交流开关。因此，采用交流开关灭磁方式就会损坏交流开关。因此，采用交流开关灭磁方式时，灭磁电压时，灭磁电压U Um m设计较低，或者采用跨接器短路灭设计较低，或者采用跨接器短路灭磁。保证交流开关弧压大于灭磁电压磁。保证交流开关弧压大于灭磁电压U Um m KmUU 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关开

31、关及移能方式30 仅在汽轮发电机灭磁中选择单独的交流灭磁，仅在汽轮发电机灭磁中选择单独的交流灭磁，汽轮发电机可以选择很低的灭磁电压，而且一般采汽轮发电机可以选择很低的灭磁电压，而且一般采用线性电阻或短路灭磁方式，交流侧灭磁开关较容用线性电阻或短路灭磁方式，交流侧灭磁开关较容易选择，特别地，对跨接器短路灭磁方式，一般地易选择，特别地，对跨接器短路灭磁方式，一般地空气开关或真空开关即可满足要求。空气开关或真空开关即可满足要求。 对于交流灭磁方式，对于交流灭磁方式，多采用先进行逆变后进行多采用先进行逆变后进行交流开关灭磁的方式，既交流开关灭磁的方式，既可保证绝大部分正常运行可保证绝大部分正常运行逆变

32、快速灭磁，又可保证逆变快速灭磁，又可保证故障时灭磁可靠性。故障时灭磁可靠性。 机械开关机械开关+ +电子开关移能电子开关移能开关及移能方式31 1 1）辅助快熔分断辅助快熔分断，将快熔并联在开关断口两端，将快熔并联在开关断口两端，正常时电流从开关流过，灭磁时，分开灭磁开关，正常时电流从开关流过，灭磁时，分开灭磁开关，励磁电流瞬间转移至快速熔断器，断口没有电流，励磁电流瞬间转移至快速熔断器，断口没有电流，不会产生电弧，很容易分断，大电流流过快熔，快不会产生电弧，很容易分断，大电流流过快熔，快熔很快熔断，产生弧压，弧压强迫励磁电流转移到熔很快熔断，产生弧压，弧压强迫励磁电流转移到灭磁电阻灭磁电阻

33、机械开关机械开关+ +电子开关移能电子开关移能开关及移能方式32 2 2）可控硅强迫判断产生弧压可控硅强迫判断产生弧压，将可控硅元件串，将可控硅元件串联在励磁绕组回路，正常时可控硅元件开通，流过联在励磁绕组回路，正常时可控硅元件开通，流过励磁电流，并对电容量储能，灭磁时突然将电容储励磁电流，并对电容量储能，灭磁时突然将电容储能向可控硅反向充电，强迫可控硅截止，从而关断能向可控硅反向充电，强迫可控硅截止，从而关断励磁电流，发电机励磁电流反电势强迫励磁电流转励磁电流，发电机励磁电流反电势强迫励磁电流转移至灭磁电阻中移至灭磁电阻中 机械开关机械开关+ +电子开关移能电子开关移能开关及移能方式33 3

34、 3）人工过零技术人工过零技术，将可控硅，将可控硅KPKP并接至励磁绕组并接至励磁绕组两组，正常运行时可控硅关断，灭磁时，分开灭磁两组，正常运行时可控硅关断，灭磁时，分开灭磁开关同时触发可控硅开关同时触发可控硅KPKP导通，先启动零电压灭磁，导通，先启动零电压灭磁，灭磁开关弧压先将励磁电流转移至可控硅元件灭磁开关弧压先将励磁电流转移至可控硅元件KPKP中，中，然后利用控制回路电感和电容自激振荡，在可控硅然后利用控制回路电感和电容自激振荡，在可控硅KPKP两端产生反电势，强迫两端产生反电势，强迫可控硅可控硅KPKP判断，发电机励判断，发电机励磁电流反电势强迫励磁电磁电流反电势强迫励磁电流转移至灭

35、磁电阻中。流转移至灭磁电阻中。 机械开关机械开关+ +电子开关移能电子开关移能开关及移能方式34 4 4）柔性灭磁技术柔性灭磁技术，本质与人工过零相似，灭磁，本质与人工过零相似，灭磁时，通过控制电路在励磁绕组两端产生反电势，强时，通过控制电路在励磁绕组两端产生反电势，强迫所可控硅换流器判断，利用励磁绕组电感反电势迫所可控硅换流器判断，利用励磁绕组电感反电势强迫励磁电流转移至灭磁电阻，最后分断灭磁开关。强迫励磁电流转移至灭磁电阻，最后分断灭磁开关。 Z1314Z111220151617 机械开关机械开关+ +电子开关移能电子开关移能开关及移能方式35 5 5）可关断电力电子器件可关断电力电子器件

36、，将可关断电力电子器，将可关断电力电子器件（件（GTOGTO、IGBTIGBT、IGCTIGCT）串联在励磁直流回路中，）串联在励磁直流回路中，直接控制可关断电力电子器件关断，利用励磁绕组直接控制可关断电力电子器件关断，利用励磁绕组电感反电势强迫励磁电流转移至灭磁电阻。这类方电感反电势强迫励磁电流转移至灭磁电阻。这类方式开关动作时间快，电压的建立速度快，利于快速式开关动作时间快，电压的建立速度快，利于快速灭磁；比较机械开关没有触头磨损，易于维护。灭磁；比较机械开关没有触头磨损，易于维护。 6 6）材料电阻并联移能材料电阻并联移能，利用，利用PTCPTC电阻或钼棒与开电阻或钼棒与开关并联，利用材

37、料在温度升高的时候，电阻急剧增关并联，利用材料在温度升高的时候，电阻急剧增加，建立比较高的电压，打通灭磁电阻回路，实现加，建立比较高的电压，打通灭磁电阻回路，实现灭磁。灭磁。 交直流冗余方式交直流冗余方式开关及移能方式36 在交流、直流侧都分别设置开关，在灭磁过程中同时在交流、直流侧都分别设置开关，在灭磁过程中同时分断，共同建压。有两种工作方式，一种在灭磁开关分断分断，共同建压。有两种工作方式，一种在灭磁开关分断时需要中断脉冲，同时利用交流开关、直流开关和交流电时需要中断脉冲，同时利用交流开关、直流开关和交流电压负半波强迫励磁电流转移，控制逻辑较为复杂，对同时压负半波强迫励磁电流转移，控制逻辑

38、较为复杂，对同时性要求较高，对开关要求不高；另一种在灭磁开关分断时性要求较高，对开关要求不高；另一种在灭磁开关分断时脉冲不中断，利用交流灭磁的脉冲不中断，利用交流灭磁的短路灭磁方式和直流侧开关弧短路灭磁方式和直流侧开关弧压强迫移能，操作较为简单，压强迫移能，操作较为简单，对同时性要求不高，对开关要对同时性要求不高，对开关要求较高。求较高。 GETSCR+-UfIfFBUmRmUscrUkFBImIkB1B2B3B4B5B6报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍37 灭磁最严重工况灭磁最严重工况灭磁装置设计38 灭磁装置设计要

39、素：灭磁装置设计要素：1 1、最严重工况确定、最严重工况确定、2 2、安全可靠、安全可靠转移能量，实现灭磁、转移能量，实现灭磁、3 3、快速消耗能量；、快速消耗能量； 灭磁最严重工况，在国内外有些争议，国外认为额定负灭磁最严重工况，在国内外有些争议，国外认为额定负载下发电机机端三相短路工况最严重；国内认为空载发电载下发电机机端三相短路工况最严重；国内认为空载发电机励磁失控误强励工况最严重。机励磁失控误强励工况最严重。 实际上，两种方法侧重点不一样，针对灭磁不同要件作实际上，两种方法侧重点不一样，针对灭磁不同要件作出的合乎逻辑的要求，灭磁装置两种严重工况均考虑：出的合乎逻辑的要求，灭磁装置两种严

40、重工况均考虑： 1 1）灭磁电阻能容量按额定负载下发电机机端三相短路灭磁电阻能容量按额定负载下发电机机端三相短路工况下仿真结果配置，仿真结果显示此时最严重；工况下仿真结果配置，仿真结果显示此时最严重； 2 2）灭磁开关分断，安全转移能量条件按空载时励磁失灭磁开关分断，安全转移能量条件按空载时励磁失控误强励进行考核，此时灭磁开关分断负担最严重。控误强励进行考核，此时灭磁开关分断负担最严重。 灭磁最严重工况灭磁最严重工况灭磁装置设计39灭磁还与保护装置动作定值相关，在工程设计时，灭磁装灭磁还与保护装置动作定值相关，在工程设计时，灭磁装置能够满足上述两种最严重灭磁工况的要求当然最好，但置能够满足上述

41、两种最严重灭磁工况的要求当然最好，但对于大型发电机组，特别是大型水轮发电机，在灭磁装置对于大型发电机组，特别是大型水轮发电机，在灭磁装置设计上存在困难，可以从以下方面进行考虑降低要求：设计上存在困难，可以从以下方面进行考虑降低要求： 1 1）结合发变组保护定值（三相短路定值和过电压保护）结合发变组保护定值（三相短路定值和过电压保护定值），必然时可以在允许范围更改保护定值，进行计算定值），必然时可以在允许范围更改保护定值，进行计算机仿真计算，确定灭磁电阻容量和灭磁开关弧压要求。机仿真计算，确定灭磁电阻容量和灭磁开关弧压要求。 2 2）灭磁开关不管布置在什么位置，灭磁开关分断时均）灭磁开关不管布置

42、在什么位置，灭磁开关分断时均增加中断脉冲措施。增加中断脉冲措施。 3 3）由于概率极微，可以不考虑可控硅全部故障失控的）由于概率极微，可以不考虑可控硅全部故障失控的故障工况。故障工况。 灭磁开关设计灭磁开关设计灭磁装置设计40 1 1）磁场断路器电压的选择磁场断路器电压的选择具体公式如式：具体公式如式： 式中：式中：U UN N：磁场断路器额定工作电压值：磁场断路器额定工作电压值 U Ufmaxfmax：最大磁场绕组电压：最大磁场绕组电压根据励磁变压器及保护定值，最大磁场绕组电压对根据励磁变压器及保护定值，最大磁场绕组电压对应于发电机应于发电机1.31.3倍额定电压时，整流桥全开放的电倍额定电

43、压时，整流桥全开放的电压，计算如下：压，计算如下： maxfNUU)0cos(35. 13 . 120maxUUf 灭磁开关设计灭磁开关设计灭磁装置设计41 2 2）磁场断路器电流的选择磁场断路器电流的选择具体公式如式：具体公式如式： 式中：式中：I IN N：磁场断路器额定工作电流值：磁场断路器额定工作电流值 I IfNfN：发电机最大磁绕组电流：发电机最大磁绕组电流 fNNII1 . 1 3 3）磁场断路器分断电流及弧电压的选择磁场断路器分断电流及弧电压的选择 磁场断路器在最大磁场电压、发电机端三相短磁场断路器在最大磁场电压、发电机端三相短路或空载误强励情况下能成功地断开发电机磁场电路或空

44、载误强励情况下能成功地断开发电机磁场电流及可靠地投入灭磁电阻对发电机进行灭磁，并能流及可靠地投入灭磁电阻对发电机进行灭磁，并能分断转子正、负极回路短路电流，即：分断转子正、负极回路短路电流，即： 灭磁开关设计灭磁开关设计灭磁装置设计42 式中：式中：U UArcArc：磁场断路器分断灭磁时弧电压值：磁场断路器分断灭磁时弧电压值U Ufmaxfmax：发电机最大磁场绕组电压：发电机最大磁场绕组电压U URmaxRmax：最大灭磁电流对应的灭磁电组两端电压：最大灭磁电流对应的灭磁电组两端电压I IDmaxDmax：转子正、负极短路电流（最大电流）：转子正、负极短路电流（最大电流）按标准要求灭磁电压

45、介于额定励磁电压的按标准要求灭磁电压介于额定励磁电压的3 3至至5 5倍，倍，即：即： maxmaxmaxmaxDKRfArcIIUUUfNRfNRUUUU664max 灭磁开关设计灭磁开关设计灭磁装置设计43 4 4）磁场断路器短时耐受电流的计算及的选择磁场断路器短时耐受电流的计算及的选择 励磁系统保证输出励磁系统保证输出2 2倍额定励磁电流，持续时间倍额定励磁电流，持续时间大于大于2020秒，即磁场断路器流过强励电流时间不能小秒，即磁场断路器流过强励电流时间不能小于于2020秒秒 5 5）正常灭磁原理及动作顺序正常灭磁原理及动作顺序 正常灭磁时以启动逆变灭磁为主，尽量不带正常灭磁时以启动逆

46、变灭磁为主，尽量不带负荷分断灭磁开关负荷分断灭磁开关 6 6）发变组短路故障时灭磁原理及动作顺序发变组短路故障时灭磁原理及动作顺序发电机保护装置检测到发电机或变压器故障，作用发电机保护装置检测到发电机或变压器故障，作用于发电机解列和灭磁开关跳闸命令，开关弧压强迫于发电机解列和灭磁开关跳闸命令，开关弧压强迫励磁电流转移开至灭磁电阻励磁电流转移开至灭磁电阻 灭磁电阻设计灭磁电阻设计灭磁装置设计44 1 1）灭磁电压计算灭磁电压计算 标准要求强励时灭磁电压介于额定励磁电压的标准要求强励时灭磁电压介于额定励磁电压的4 4至至6 6倍，实际工程中灭磁电压考虑流过倍，实际工程中灭磁电压考虑流过3 3倍额定

47、励磁电倍额定励磁电流，对于非线性电阻，按照其伏安特性确定非线性电流，对于非线性电阻，按照其伏安特性确定非线性电阻的组成结构（并、串联），对于线性灭磁电阻，主阻的组成结构（并、串联），对于线性灭磁电阻，主要确定其阻值。要确定其阻值。 ffNfNMMfNfNfNfMfMRIURRIUIIRIU0 . 23 . 10 . 23 . 1*364*3*max 灭磁电阻设计灭磁电阻设计灭磁装置设计45 1 1）电阻热容计算电阻热容计算 灭磁能量的计算是采用专用灭磁系统仿真计算软灭磁能量的计算是采用专用灭磁系统仿真计算软件计算获得，基于发电机六阶模型、灭磁装置动作及件计算获得，基于发电机六阶模型、灭磁装置动

48、作及耗能模型，仿真两个严重工况下的能容量：耗能模型，仿真两个严重工况下的能容量： 励磁绕组电压方程励磁绕组电压方程 阻尼绕组电压方程阻尼绕组电压方程 发电机空载特性曲线发电机空载特性曲线 0 ULdidtLdidtiRMfDDffff0 LdidtLdidtifDfDDD D f i ( ) 灭磁电阻设计灭磁电阻设计灭磁装置设计46 1 1）电阻热容计算电阻热容计算 报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍47 过电压来源过电压来源转子过电压保护48 1 1）功率换流器换相过电功率换流器换相过电 对于三相全控桥式整流线路，阳极

49、及阴极组可控对于三相全控桥式整流线路，阳极及阴极组可控硅存在着周期性换相，换相过程中，换相元件电流变硅存在着周期性换相，换相过程中，换相元件电流变化率取决于换相时两端电压差和励磁变压器换相电感化率取决于换相时两端电压差和励磁变压器换相电感数值，换相过程中最高过电压为换相电感与最大电流数值，换相过程中最高过电压为换相电感与最大电流变化率的乘积：变化率的乘积： 式中：式中：L Lr r为励磁变压器换相电感为励磁变压器换相电感 i ir r为换相电流为换相电流 dtdiLurr 过电压来源过电压来源转子过电压保护49 2 2）发电机异步运行时产生的滑差过电压发电机异步运行时产生的滑差过电压 当同步发

50、电机的有功负载、功角突然发生变化以及当同步发电机的有功负载、功角突然发生变化以及运行在失步振荡过程中时，将在发电机励磁绕组中引运行在失步振荡过程中时，将在发电机励磁绕组中引起滑差频率的正弦波感应过电压，其幅值为：起滑差频率的正弦波感应过电压，其幅值为： 式中：式中：E Esmsm为发电机励磁绕组中引起的滑差过电压为发电机励磁绕组中引起的滑差过电压f f2 2为相对于定子侧的转子滑差频率为相对于定子侧的转子滑差频率为定子电流产生的旋转磁场主磁通为定子电流产生的旋转磁场主磁通K KW W为发电机励磁绕组系数为发电机励磁绕组系数 WsmKWfE244. 42 过电压来源过电压来源转子过电压保护50

51、3 3）发电机定子三相负载不对称或缺相运行形成定发电机定子三相负载不对称或缺相运行形成定子三相电流不平衡子三相电流不平衡 依对称分量法可将其分解为正序、负序及零序电依对称分量法可将其分解为正序、负序及零序电流，流过定子绕组的三相电流在空间上形成相隔流，流过定子绕组的三相电流在空间上形成相隔120120电角度的对称电流。正序及负序电流产生的合成磁场电角度的对称电流。正序及负序电流产生的合成磁场分别在空间作正向及反向的同步转速旋转，称作正序分别在空间作正向及反向的同步转速旋转，称作正序磁通及负序磁通。而励磁绕组是以正向同步转速旋转磁通及负序磁通。而励磁绕组是以正向同步转速旋转的，其对正序磁通相对静

52、止，对负序磁通以两倍同步的，其对正序磁通相对静止，对负序磁通以两倍同步转速相对运动。该过电压幅值也可用前式计算，不过，转速相对运动。该过电压幅值也可用前式计算，不过，式中式中f f2 2= =100Hz100Hz，为定子不对称电流产生的负序磁通。为定子不对称电流产生的负序磁通。 过电压来源过电压来源转子过电压保护51 4 4）发电机运行中如发生短路、失步、非全相或非发电机运行中如发生短路、失步、非全相或非同期合闸等故障，则发电机励磁绕组中会产生很高的同期合闸等故障，则发电机励磁绕组中会产生很高的感应过电压，危及可控硅励磁系统换流器的安全运行感应过电压，危及可控硅励磁系统换流器的安全运行 过电压

53、抑制过电压抑制转子过电压保护52 1 1）换相过电压抑制由集中阻断式阻容保护完成，换相过电压抑制由集中阻断式阻容保护完成，集中阻断式阻容不仅接线简单，综合吸收换流器各种集中阻断式阻容不仅接线简单，综合吸收换流器各种过电压，减轻可控硅开通的负担，增强可控硅的过压过电压，减轻可控硅开通的负担，增强可控硅的过压保护可靠性，而且能够缩短整流桥换相重叠时间，加保护可靠性，而且能够缩短整流桥换相重叠时间，加速换流过程速换流过程 2 2）对于由定子侧感应过来的过电压主要由压敏电对于由定子侧感应过来的过电压主要由压敏电阻完成，国内采用的压敏电阻主要为氧化锌非线性电阻完成，国内采用的压敏电阻主要为氧化锌非线性电

54、阻，国外采用的压敏电阻主要为碳化硅非线性电阻。阻，国外采用的压敏电阻主要为碳化硅非线性电阻。 压敏电阻具有抑制过电压能力强、漏电流及损耗压敏电阻具有抑制过电压能力强、漏电流及损耗小、对浪涌电压反应快、寿命长、运行可靠等优点，小、对浪涌电压反应快、寿命长、运行可靠等优点，是一种较好的过电压保护元件是一种较好的过电压保护元件 过电压抑制过电压抑制转子过电压保护53 励磁电源FLFiring2FR2Firing1FR1RDXCBMK-INILI2A2A1-UMU3A3A4+ULMULU1 U2+INM-ULM 过电压抑制过电压抑制转子过电压保护54压敏电阻一般与跨接器串联后并接在发电机励磁绕组压敏电

55、阻一般与跨接器串联后并接在发电机励磁绕组两组。发电机运行中，过电压保护非线性电阻两组。发电机运行中，过电压保护非线性电阻FR1FR1和和FR2FR2原工作点在原工作点在A1A1处。如果产生过电压能量，如正向处。如果产生过电压能量，如正向过电压，则当该能量积累使得正向过电压超过过电压过电压，则当该能量积累使得正向过电压超过过电压动作整定值后，则压敏电阻动作整定值后，则压敏电阻FR1FR1和和FR2FR2的控制触发回路的控制触发回路启动，跨接器导通非线性电阻两端所加的电压，因超启动，跨接器导通非线性电阻两端所加的电压，因超过非线性电阻过非线性电阻FR1FR1和和FR2FR2的压敏电压值而快速导通，

56、消的压敏电压值而快速导通，消耗转子过电压能量。这时非线性电阻耗转子过电压能量。这时非线性电阻FR1FR1和和FR2FR2的工作的工作点由原点由原A1A1点移至点移至A2A2点，当过电压能量被释放后，过电点，当过电压能量被释放后，过电压值下降，则工作点又回复到正常工作点压值下降，则工作点又回复到正常工作点A1A1，这时发，这时发电机转子电压回复正常。电机转子电压回复正常。 过电压抑制过电压抑制转子过电压保护55如发生反向过电压，由压敏电阻如发生反向过电压，由压敏电阻FR1FR1和和FR2FR2的工作点沿的工作点沿着伏着伏/ /安特性曲线向负横轴方向移动，当反向过电压安特性曲线向负横轴方向移动，当

57、反向过电压值超过压敏电阻值超过压敏电阻FR1FR1和和FR2FR2动作压敏电压拐点后压敏电动作压敏电压拐点后压敏电阻阻FR1FR1和和FR2FR2反向开通，运行工作点在反向开通，运行工作点在A3A3，当过电压能，当过电压能释放完毕后，过电压降低直至消失，压敏电阻释放完毕后，过电压降低直至消失，压敏电阻FR1FR1和和FR2FR2的工作点又由的工作点又由A3A3移回至移回至A1A1点，由上面的分析可知，点，由上面的分析可知，因发电机转子过电压能量有限，只要压敏电阻因发电机转子过电压能量有限，只要压敏电阻FR1FR1和和FR2FR2能量足够大，则发电机转子的电压被有效地限制能量足够大，则发电机转子的电压被有效地限制在在-U-ULMLM+U+ULMLM之间，这就保护了转子的绝缘。之间，这就保护了转子的绝缘。 报告内容 灭磁主要任务及要件 灭磁耗能方式 灭磁开关及移能方式 灭磁装置设计 转子过电压保护 轴电压抑制介绍56 轴电压来源轴电压来源轴电压抑制装置57 1 1）发电机转子励磁端发电机转子励磁端发电机转子大轴与励磁系统之间通过转子绕组就形成发电机转子大轴与励磁系统之间通过转子绕组就形成了如图的模型，（了如图的模型，（a a）为物理模型，（）为物理模型，（b b）为等值电路）为等值电路模型。模型。 可控硅变换装置直流电机Ciq