發(fā)電機(jī)滅磁分解

1、發(fā) 電 機(jī) 滅 磁發(fā)電機(jī)滅磁就是消滅發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部儲(chǔ)存的能量的過程， 它的主要目的是加快正常的停 機(jī)速度， 特別地， 當(dāng)降低因?yàn)榘l(fā)電機(jī)故障時(shí)可能導(dǎo)致的損壞， 把故障造成的損失減小到最小 程度。發(fā)電機(jī)的正常滅磁都應(yīng)該采用逆變滅磁， 只有事故時(shí)保護(hù)動(dòng)作才啟動(dòng)跳滅磁開關(guān)等滅磁 方式， 甚至在許多大的機(jī)組的滅磁設(shè)計(jì)中， 當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組故障仍然首先采用逆變滅磁， 然后 再啟動(dòng)跳開關(guān)滅磁的滅磁時(shí)序 。1滅磁方式的發(fā)展過程11 串聯(lián)耗能滅磁滅磁最初就是直接利用耗能開關(guān)吸收發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的能量。 比如俄羅斯生產(chǎn)的耗能 開關(guān)利用弧間隔燃燒來耗能。但是這種方式存在如下缺點(diǎn)：a. 體積大b. 不易維護(hù)c. 滅磁成功

2、與否取決于弧的形成d. 容易引起事故e. 產(chǎn)品根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)組容量需要特殊訂制，不易規(guī)?；盗谢?由于這些缺點(diǎn)的存在，采用耗能開關(guān)的滅磁方式逐漸被并聯(lián)移能滅磁方式代替。12 機(jī)械開關(guān)并聯(lián)移能滅磁機(jī)械開關(guān)串聯(lián)于勵(lì)磁主回路、 滅磁耗能電阻并聯(lián)在轉(zhuǎn)子兩端是這類滅磁的接線方式。圖 4-1 所示：圖 4-1 機(jī)械開關(guān)并聯(lián)滅磁ANSI/IEEEC37.18-1979 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般機(jī)械開關(guān)需要有至少一對(duì)主觸頭（ MK1 ）、一對(duì)滅磁常閉觸頭（ MK2 ）。 20 年來，隨著國內(nèi) ZnO 電阻耗能在滅磁系統(tǒng)中的應(yīng)用，滅磁觸頭 也并非必要了。但值得注意的是，在不采用滅磁觸頭的滅磁系統(tǒng)中，需認(rèn)真核算 ZnO 的

3、滅 磁殘壓與荷電率。這類滅磁方式在國內(nèi)是主要的滅磁方式。 主回路有明顯的開斷觸頭， 在勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故 障時(shí)， 可以開斷勵(lì)磁主回路，切斷故障源，快速地消滅發(fā)電機(jī)主磁場，將發(fā)電機(jī)損失控制在最小范圍內(nèi)。目前使用的機(jī)械開關(guān)主要有DM2 、DM4 、DMX 、E3H、E4H、UR、PHB 、MM74 、 CEX 等。這類滅磁方式的主要問題是滅磁開關(guān)選型比較困難。小機(jī)組選大的開關(guān)，成本比較高； 選小開關(guān)滿足不了工況要求；大型尤其是巨型水力發(fā)電機(jī)機(jī)組開關(guān)選擇更為困難。13 電子開關(guān)并聯(lián)移能滅磁前些年， 國內(nèi)一些廠家將滅磁開關(guān)建壓任務(wù)轉(zhuǎn)移到電力電子器件上來。其原理是利用電4-2：容的放電過程，使可控硅的電流降

4、到零，并形成反壓使之關(guān)斷。具體回路如圖圖 4-2 電子開關(guān)并聯(lián)滅磁這類方式下開關(guān)動(dòng)作時(shí)間短， 因此開關(guān)在開斷過程中所需遮斷能容就小， 并且建壓速度 快，利于快速滅磁。但其缺點(diǎn)是開關(guān)動(dòng)作的可靠性取決于電子回路工作的可靠性。與機(jī)械開關(guān)比較它沒有觸頭磨損， 易于維護(hù)， 成本也低。 但目前在大電流系統(tǒng)中不宜采 用。它存在兩個(gè)問題：發(fā)熱問題及器件選型問題。 然而值得注意的是， 隨著電力電子器件的 快速發(fā)展， 高電壓大電流的全控器件也會(huì)在不久投入商業(yè)運(yùn)行。 電力電子器件將在滅磁中發(fā) 揮更大的作用。但是長期通流帶來的發(fā)熱仍是采用這種方法需解決的首要問題。為克服上述兩種滅磁方式的缺點(diǎn)，人們開始在材料科學(xué)領(lǐng)域探

5、索，尋找一種既不發(fā)熱， 又可以建壓的材料。將 PTC 電阻或鉬棒與開關(guān)并聯(lián)，利用材料在溫度升高時(shí)電阻急劇增加 的特點(diǎn)， 建立比較高的電壓， 打通滅磁電阻回路， 實(shí)現(xiàn)滅磁。 也可以采用超導(dǎo)材料串入回路， 在需要滅磁時(shí)使超導(dǎo)材料失超。 但是若要建立比較高的電壓， 超導(dǎo)體的長度相應(yīng)比較長， 體 積比較大。由于以上滅磁方式的缺陷， 業(yè)內(nèi)人士希望能夠?qū)⒖煽毓枵鳂蛑苯雨P(guān)斷， 將機(jī)械開關(guān)移至勵(lì) 磁變低壓側(cè)。 這樣解決了勵(lì)磁系統(tǒng)具有明顯開路點(diǎn)的問題、 又解決了機(jī)械并聯(lián)滅磁方式開關(guān) 難選擇的問題。14 交流滅磁與水輪發(fā)電機(jī)相比，滅磁對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)要相對(duì)容易一些。主要因?yàn)檗D(zhuǎn)子電感值較小， 阻尼繞組作用比較明顯，

6、 因此交流滅磁在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用較多。 交流滅磁是將直流 開關(guān)難開斷、難建壓的問題轉(zhuǎn)移到勵(lì)磁源的交流側(cè)。如圖4-3。圖 4-3 交流滅磁接線圖圖 4-4 交流滅磁勵(lì)磁電壓錄波圖交流滅磁是利用可控硅陽極電源負(fù)半周輔助實(shí)現(xiàn)的一種滅磁方式， 交流滅磁勵(lì)磁電壓波 形如圖 4-4 所示。 滅磁開關(guān)既可以安裝在交流側(cè)也可以安裝在直流側(cè)， 但都必須配合封脈沖 的措施 （由于交流滅磁開關(guān)跳開過程中同步電源缺相而導(dǎo)致的自動(dòng)封鎖脈沖等效于封脈沖），否則都不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。當(dāng)滅磁開關(guān)裝在交流側(cè)時(shí)， 可以利用在滅磁開關(guān)打開的過程中一相無電流而自動(dòng)分?jǐn)嗟?特點(diǎn)，并借助可控硅的自然續(xù)流將可控硅陽極的交流電壓引入到滅

7、磁過程中去。 即使在發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子電流換流到滅磁電阻支路前，有可控硅的觸發(fā)脈沖使得某個(gè)橋臂的兩個(gè)可控硅直通， 形成轉(zhuǎn)子回路短接滅磁， 仍然可以保證交流側(cè)滅磁開關(guān)的分?jǐn)喽鴮?shí)現(xiàn)自然續(xù)流滅磁。 當(dāng)然這 樣滅磁時(shí)間會(huì)比較長，按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) Td0 進(jìn)行衰減，而且滅磁過程中最多只能利用滅磁 開關(guān)兩個(gè)斷口的弧壓。當(dāng)滅磁開關(guān)安裝在直流側(cè)時(shí)， 必須配合封脈沖措施， 否則不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。 滅磁開關(guān) 安裝在直流側(cè)的好處是滅磁過程中可以充分利用滅磁開關(guān)串聯(lián)斷口的弧壓。 事實(shí)上， 封脈沖 是一種簡便易行的方法， 而其作用非常顯著， 因此在采用交流滅磁的場合， 封脈沖措施是必須的。值得注意的是，交流滅磁需要考慮以下兩種

8、情況：第一， 需要考慮機(jī)端三相短路。 當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路時(shí)， 只能夠靠滅磁開關(guān)的斷口弧 壓滅磁， 如果滅磁電阻換流需要的電壓大于交流滅磁開關(guān)的斷口電壓， 則不能成功滅磁， 就 會(huì)損壞交流開關(guān)。 考慮到這種情況， 一般在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置電子跨接器或機(jī)械跨接器， 甚至兩 者都設(shè)置。第二， 需要考慮到可控硅整流橋臂是否存在可控硅損壞， 是否有橋臂短路的情況， 以及 在交流側(cè)短路的異常情況下可否可靠滅磁。當(dāng)然， 采用封閉母線的發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)端短路可以認(rèn)為基本不存在，一般勵(lì)磁變到整流橋之間短路幾率也比較小。 若整流裝置交流側(cè)故障， 只要整流橋臂熔斷器選擇合理， 是能 夠降低此類故障幾率的， 所以這些異常

9、工況也不必考慮。 即使機(jī)端短路也能夠利用短路點(diǎn)比 較低的電壓進(jìn)行電流轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)滅磁。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能比較小， 電感比較小， 加之阻尼比較大， 參與滅磁過程作用比 較大， 采用短接轉(zhuǎn)子滅磁，也是能夠接受的。 所以在配備了跨接器的情況下，可以單獨(dú)采用 交流滅磁。 然而通常建議在水輪發(fā)電機(jī)滅磁中不選擇單獨(dú)的交流滅磁。 而是選擇機(jī)械開關(guān)并 聯(lián)移能滅磁或下面介紹的冗余滅磁方案。15 冗余滅磁所謂冗余滅磁，是同時(shí)采用兩種及兩種以上的方法滅磁，如在交流、直流側(cè)分別設(shè)置 開關(guān)， 在滅磁過程中同時(shí)分?jǐn)啵?共同建壓，在跳滅磁開關(guān)的同時(shí)封鎖脈沖， 利用封脈沖后可 控硅續(xù)流形成的交流電壓輔助滅磁等等， 這類滅磁

10、方式的好處是， 當(dāng)一種滅磁不能正常工作 時(shí)，另外的滅磁方式仍然能夠可靠地實(shí)現(xiàn)滅磁， 當(dāng)多種滅磁都正常時(shí)， 可以大大降低對(duì)開關(guān) 的要求。如三峽滅磁設(shè)計(jì)甚至可以在兩重以上故障情況下可靠滅磁。實(shí)現(xiàn)交直流冗余滅磁可以采用多種方法2 ，不同的方法結(jié)果可能相差很大，或者需要高性能的交 /直流滅磁開關(guān)作為必要的保障。采用以下的滅磁時(shí)序可以最大限度地降低對(duì)交/直流滅磁開關(guān)的要求，實(shí)現(xiàn)多種工況下的可靠滅磁，即：正常情況下采用逆變滅磁；故障時(shí)首先采用約 1-2 個(gè)調(diào)節(jié)器控制周期的逆 變滅磁， 然后采用硬件封脈沖手段閉鎖調(diào)節(jié)器輸出脈沖， 如果有交流滅磁開關(guān)可以同時(shí)跳交 流滅磁開關(guān) （一般情況交流滅磁并非必須設(shè)置交流

11、滅磁開關(guān)， 但對(duì)于大型發(fā)電機(jī)配備交流滅 磁開關(guān)是有益的） ，最后延時(shí) 6 到 7 毫秒（對(duì)于 50 赫茲而言）跳直流滅磁開關(guān) 3 。2 滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則由于當(dāng)今大多采用氧化鋅非線性電阻滅磁，所以以下的討論都是基于氧化鋅非線性電 阻。采用碳化硅滅磁時(shí)與氧化鋅非線性電阻滅磁設(shè)計(jì)的原則類似。而對(duì)于線性電阻的滅磁， 所要考慮的僅僅是滅磁電阻以及電阻功率的選取， 標(biāo)準(zhǔn)中有確切規(guī)定， 在此也不作詳細(xì)論述。2 陳小明，章俊“三峽電廠左岸勵(lì)磁裝置滅磁時(shí)序分析” ，水電站機(jī)電技術(shù) 2004 年第四期 （專集） PP25-273 許其品，朱曉東 許其質(zhì)等“關(guān)于發(fā)電機(jī)滅磁方案的探討” ，大電機(jī)技術(shù)21 滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

12、考慮工況滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需考慮的工況， 目前在國內(nèi)有些爭議。 一是建議按照額定負(fù)載下， 發(fā)電 機(jī)機(jī)端三相短路的工況考核滅磁系統(tǒng)電流、 能容以及需要建立的弧壓。 二是認(rèn)為在空載發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)的工況來考核。通常認(rèn)為最危險(xiǎn)的工況是空載勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)。 此時(shí)開關(guān)面臨應(yīng)對(duì)整流輸出直流電壓和 滅磁殘壓的疊加，并且電流也上升到失控強(qiáng)勵(lì)的電流（此電流值不會(huì)比三相短路電流?。?， 而且可以證明此時(shí)發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存的能量比三相短路的能量要大。 因而采用此工況是合適的。 具 體參見附錄 4 。滅磁系統(tǒng)的任務(wù)是以盡快的速度消滅磁場能量， 使發(fā)電機(jī)電壓消失， 使事故程度降低到 最小。那么滅磁設(shè)計(jì)的原則就是： a）能夠轉(zhuǎn)

13、移電流實(shí)現(xiàn)滅磁、 b）安全轉(zhuǎn)移能量、 c）快速消耗 能量， 其重要性依次遞減。所以，選擇滅磁方式、考核滅磁參數(shù)和配置首要的前提是考慮能 夠在最惡劣工況下滅磁，否則快速都是空談。2.2 滅磁設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問題 567ZnO（這里以及文中其他地方所提到的ZnO 均是指低場強(qiáng)高能量的非線性 ZnO 電阻）與 SiC 相比有較強(qiáng)的非線性特性， 在滅磁過程中磁場電壓幾乎不變， 滅磁速度快， 可以使發(fā) 電機(jī)的滅磁更接近于理想滅磁，因此在我國得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì) ZnO 滅磁設(shè) 計(jì)中值得注意的問題展開討論。在滅磁主回路確定的前提下， ZnO 滅磁的設(shè)計(jì)中主要考慮的問題包括：滅磁能容的估 算、滅

14、磁閥片最大允許通流能力、滅磁裝置最大允許電流、滅磁電阻的殘壓、滅磁電阻正反 向荷電率、并聯(lián)支路滅磁電阻的均流和均能等。2.2.1 滅磁容量的計(jì)算文獻(xiàn)1討論了大型水力發(fā)電機(jī)機(jī)組滅磁能量的估算，文獻(xiàn) 4主要討論了帶阻尼繞組的火力發(fā)電機(jī)機(jī)組滅磁容量的估算，根據(jù)文獻(xiàn) 1到4 可以正確地估算出滅磁設(shè)計(jì)中所需的ZnO 非線性滅磁電阻的容量。事實(shí)上根據(jù) ZnO 閥片的試驗(yàn)結(jié)果， ZnO 閥片的最大能容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其標(biāo)稱容量。 ZnO 非 線性電阻的能容量不是設(shè)計(jì)中最重要的因素，因?yàn)?ZnO 容量基本能夠滿足滅磁支路最大允 許電流時(shí)的能容， 而非線性滅磁電阻的損壞主要是由短時(shí)過電流以及長期老化引起。 以火電 13

15、5MW 自并激機(jī)組為例，根據(jù)能容的計(jì)算，一般都在 2MJ 以下，而發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流 一般在 1300A 以上。 IEC37.18 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機(jī)最大可能產(chǎn)生的勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流 的 3 倍，即 3900A 以上。一般非線性滅磁電阻的并聯(lián)支路數(shù)在 32 路以上，甚至不少于 40 支路，當(dāng)采用兩個(gè)閥片串聯(lián)時(shí)，則閥片數(shù)量不少于 80 片。而閥片的實(shí)際能容都在 30KJ 以 上，大多數(shù)閥片的最大能容在 50-60KJ 以上。也就是說，當(dāng) ZnO 并聯(lián)支路數(shù)滿足要求時(shí)， 一般閥片的總能容都遠(yuǎn)遠(yuǎn)在滅磁能容的計(jì)算值之上。這里有兩點(diǎn)值得大家注意： 第一， 在我們?cè)诳紤]最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)， 滅磁閥片的能

16、容不 應(yīng)該簡單地考慮閥片的標(biāo)稱能容， 而應(yīng)該考慮閥片的最大能容， 在此基礎(chǔ)上考慮均能、 均流 因素以及一定的裕量。 也就是說， 在考慮發(fā)電機(jī)最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)， 閥片的每片能容按 30KJ 計(jì)算是可行的。 第二， 理論上同樣配比的材料燒制出的閥片的能容與閥片的體積成正比，所以同樣截面的 ZnO 閥片，殘壓較高的閥片應(yīng)該具有較大的能容。2.2.2 滅磁閥片的最大通流能力使用 ZnO 非線性電阻，必須了解 ZnO 閥片自身的最大通流能力，并做好各個(gè)支路的均 流措施，以保證在最惡劣的工況滅磁時(shí)，流過滅磁裝置的任何一個(gè) ZnO 支路的最大電流值 不超過它允許通過的最大電流值。我國目前生產(chǎn) ZnO 的廠家

17、生產(chǎn)的閥片標(biāo)稱電流一般都在 100A ，而實(shí)際的最大通流能力 一般都不小于 200A ，但在采用 ZnO 非線性電阻時(shí)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中的均流和安全裕量， 一般按每支路 100A 考慮，并根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流確定所需要并聯(lián)的 ZnO 非線性電 阻的支路數(shù)。例如，當(dāng)一個(gè)機(jī)組的額定勵(lì)磁電流為 3000A 時(shí)，考慮到最嚴(yán)重的情況下，發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流可能達(dá)到 3*3000=9000A ，據(jù)此選擇并聯(lián)的 ZnO 支路數(shù)應(yīng)該不少于 9000/100=90。2.2.3 滅磁裝置最大允許電流只有這樣才能保證當(dāng)發(fā)ZnO 非線性電阻支路滅磁裝置的最大允許電流應(yīng)該大于三倍的發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流， 電機(jī)發(fā)生空載誤

18、強(qiáng)勵(lì)或者三相短路這樣的最惡劣的工況時(shí)，流過每個(gè) 的電流都不大于其最大允許電流，即保證在任何工況下能夠?qū)崿F(xiàn)可靠滅磁。 確定了滅磁裝置的最大電流以后， 我們便可以根據(jù)滅磁閥片的最大通流能力和并聯(lián) ZnO 支路的均流情況選擇合理的支路數(shù)，從而保證每個(gè) ZnO 支路都是安全的。所以 ZnO 各個(gè)并 聯(lián)支路的均流是個(gè)很重要的指標(biāo)， 因?yàn)槿绻?ZnO 并聯(lián)支路均流不好， 即使 ZNO 閥片的通流 能力很強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)行在較大的滅磁工況時(shí)，可能會(huì)因?yàn)?ZnO 支路的均流問題，而使得一些支 路流過的電流超過其允許的最大電流而損壞， 而另一些支路卻只有很小的電流通過， 沒有能 夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。2.2.4 滅磁

19、電阻的殘壓在設(shè)計(jì) ZnO 非線性滅磁時(shí)，要考慮到 ZnO 非線性電阻通過較大電流時(shí)的殘壓。僅僅知 道 10 毫安的殘壓是不充分的，事實(shí)上也沒有太大的意義。作為滅磁裝置的設(shè)計(jì)人員最應(yīng)該 關(guān)心的是 ZnO 通過較大電流時(shí)各個(gè)支路的殘壓是否非常接近， 為了使并聯(lián)的 ZnO 支路能夠 在比較惡劣的工況下有好的均流效果， ZnO 的殘壓在最大允許工作電流附近應(yīng)該盡可能相 等。因?yàn)槿绻?ZnO 支路僅僅在 10 毫安時(shí)殘壓非常接近， 那么在滅磁電流很小時(shí)， 并聯(lián) ZnO支路可能有較好的均流效果，而當(dāng)滅磁電流較大時(shí)，則會(huì)因?yàn)?ZnO 各支路在大電流時(shí)的殘 壓有較大差別而導(dǎo)致并聯(lián) ZnO 支路均流惡化。事實(shí)上

20、我們知道， 在小電流時(shí)即使并聯(lián) ZnO 支路均流很差也是無關(guān)緊要的， 因?yàn)楦?ZnO 支路通過的電流都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其允許通過的最大電流，不會(huì)對(duì) ZnO 造成損壞，也不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán) 重的老化不均勻；更重要的是，正常情況下的滅磁均采用逆變滅磁，因此采用 ZnO 滅磁時(shí)， 小滅磁電流的工況少有發(fā)生。而真正采用 ZnO 滅磁往往是在故障情況下，一般此時(shí)的滅磁 電流都比較大。 所以， 正如滅磁電阻能容不應(yīng)該簡單地考慮標(biāo)稱能容一樣，滅磁設(shè)計(jì)更多的應(yīng)該考慮大電流的工況。2.2.5 滅磁電阻的荷電率非線性電阻的荷電率包括正向荷電率和反向荷電率， 但對(duì)滅磁電阻來說一般正向荷電率 都比較高，為可控硅陽極電壓的最大值，所以

21、在 ZnO 非線性滅磁電阻的支路里都有反向二 極管以阻止 ZnO 非線性電阻的正向泄露。當(dāng)然當(dāng)二極管的泄露電流比較大，而 ZnO 的并聯(lián) 支路又比較少時(shí)，如果平均每個(gè) ZnO 支路的泄露電流大于 50 微安，還應(yīng)在 ZnO 支路旁并 聯(lián)線性電阻以減小 ZnO 支路的泄露電流，防止 ZnO 的老化。由上述可得，非線性電阻荷電 率一般考慮的多為反向荷電率。而對(duì)于過電壓保護(hù)支路的 ZnO 非線性電阻，由于它的殘壓 設(shè)計(jì)都比滅磁的非線性電阻要高，所以其反向荷電率不需要考慮，而只需考慮正向荷電率。所以， 在滅磁設(shè)計(jì)中， 對(duì)于滅磁支路， 還應(yīng)注意校驗(yàn)可控硅整流輸出的反向電壓的最大 值是否大于 ZnO 非線

22、性滅磁電阻允許長期施加的電壓值， 即要保證滅磁用 ZnO 非線性電阻 的反向荷電率不大于 0.6。換句話說，當(dāng)調(diào)節(jié)裝置的控制角小于空載控制角時(shí)，可控硅整流 裝置輸出電壓的最小瞬時(shí)值 （即負(fù)的最大值） 不應(yīng)該大于滅磁用 ZnO 閥片 10 毫安時(shí)殘壓的 60%。對(duì)于過壓保護(hù)支路，則需要校驗(yàn)可控硅陽極電壓的最大值是否大于ZnO 過壓保護(hù)電阻允許長期施加的電壓值， 即要保證過壓用 ZnO 非線性電阻的正向荷電率不大于 0.6，或可 控硅陽極電壓的最大值不大于 ZnO 閥片 10 毫安殘壓的 60%，如果不能滿足條件， 則需要在 ZnO 過壓保護(hù)支路的正方向增加跨接器。2.2.6 并聯(lián)的 ZnO非線性

23、電阻支路的均流和均能ZnO 閥首先應(yīng)當(dāng)說明的是，均流是指無論何種滅磁工況下，同一臺(tái)機(jī)組采用的 ZnO 并聯(lián)支路 間的電流近似相等；均能則是指無論何種滅磁工況下，同一臺(tái)機(jī)組所有參與滅磁的片單位體積吸收的能量近似相等。為了保證并聯(lián) ZnO 支路的均流和均能，選擇伏安特性完全相同的 ZnO 支路并聯(lián)是最理 想的辦法，但實(shí)際應(yīng)用中很難做到這一點(diǎn)，所以在選擇伏安特性盡可能相近的 ZnO 閥片以 后，為了達(dá)到均流和均能的目的，通常還需要采用一定的均流措施。目前普遍采用的均流措施主要有：a. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)小阻值的線性電阻b. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)快熔c. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)

24、 PTC 支路其中方法 a、b 的實(shí)現(xiàn)原理基本相同，都是利用電阻或者快熔上的壓降實(shí)現(xiàn)均流，同時(shí) 靠電阻或者快熔實(shí)現(xiàn)支路的過流保護(hù)；方法 c 則是利用 PTC 的正溫度特性實(shí)現(xiàn)均流，當(dāng)某 個(gè)支路 ZnO 的殘壓較低時(shí)，流過該支路的電流就比其他支路要大，這樣與之串聯(lián)的 PTC 將 產(chǎn)生更多的熱量， 引起其阻值上升， 從而起到使該支路電流減小的目的。 這是一種負(fù)反饋式 的動(dòng)態(tài)均流方法， 理論上講它最有效， 而且安裝比較容易。 目前這種方法之所以沒有得到廣 泛應(yīng)用，是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)還不夠成熟， PTC 電阻選擇比較困難，成本也較高。2.2.7 ZnO 閥片的選擇實(shí)際上， 目前 ZnO 的配料和燒制工藝已

25、經(jīng)比較成熟。 在 ZnO 的配料和制造工藝確定后， ZnO 閥片的最大允許工作場強(qiáng)和最大通流能力也隨之確定，所以 ZnO 閥片的殘壓只與其厚 度有關(guān)，換句話說 ZnO 的能容只與 ZnO 的厚度和橫向有效截面積有關(guān)。所以在可能的情況 下應(yīng)該減少 ZnO 閥片的串聯(lián)數(shù)量，而且盡量選擇厚度較厚，有效截面積較大的閥片（當(dāng)然 還要考慮大電流時(shí)的集膚效應(yīng)） 。此外由于 ZnO 的配料和燒制工藝直接影響到 ZnO 閥片的性能， 同一批閥片如果厚度不 一樣，則其燒制效果就可能有差別； 同樣不是同一批的閥片則可能因?yàn)榕淞虾蜔频牟町惗?使得材料系數(shù)不盡相同。 所以我們應(yīng)該盡量選用同一批殘壓相近（厚度接近）的閥

26、片， 因?yàn)?只有這樣的閥片，其特性最為相近，才最容易實(shí)現(xiàn)均流。特別地， 對(duì)于具有相同非線性特性的閥片， 只要保證各并聯(lián)支路間有非常接近的非線性 特性，它們就很容易在全范圍內(nèi)均流， 而且在并聯(lián)支路實(shí)現(xiàn)均流的同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了閥片間按 單位體積的均能； 對(duì)于不同非線性特性的閥片， 盡管它們有可能保證不同并聯(lián)支路串聯(lián)疊加 后的非線性特性在全范圍內(nèi)非常接近， 即可以實(shí)現(xiàn)不同支路閥片間在全范圍內(nèi)的的單位體積均能，但它不能保證串聯(lián)閥片間的單位體積均能。在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)， ZnO 的擊穿大多為 ZnO 閥片的邊緣表面放電所致，而很少發(fā) 生邊緣擊穿，所以雖然低密度高場強(qiáng)的 ZnO 材料研究已經(jīng)取得了大的突破，

27、但就目前應(yīng)用 來看，低密度高場強(qiáng)的 ZnO 的材料系數(shù)還有待于進(jìn)一步降低。23滅磁系統(tǒng)參數(shù)復(fù)核為了保證滅磁設(shè)計(jì)的可靠性，在滅磁設(shè)計(jì)完成以后還必須按下述原則復(fù)核滅磁系統(tǒng)參數(shù)：a. 按照能夠轉(zhuǎn)移電流為前提的原則， 要求磁場斷路器在最惡劣工況下分?jǐn)啻艌鲭娏鲿r(shí) 能夠建立足夠高的弧壓，以確保換流成功；b. 滅磁殘壓要求按最大可能滅磁電流復(fù)核，避免額定參數(shù)與惡劣參數(shù)相矛盾；c. 滅磁能容需要考慮到滅磁電阻損壞的情況，保證一定的冗余度。3 滅磁系統(tǒng)用部件介紹31 磁場斷路器關(guān)鍵參數(shù)滅磁系統(tǒng)的主要部件是直流磁場斷路器或交流斷路器。 目前國內(nèi)對(duì)于交流真空開關(guān)的研 究比較多。其主要問題是交流開關(guān)在交流滅磁系統(tǒng)中能

28、否承受一個(gè)或兩個(gè)周波的連續(xù)燃弧過 程真空開關(guān)觸頭之間的間隙比較小， 容易形成燃弧， 問題在于電流過零時(shí)能否熄弧， 熄弧后 是否會(huì)重燃，另外反向恢復(fù)電壓能否將之擊穿。交流滅磁中， 只要能夠順利轉(zhuǎn)移電流， 開關(guān) 一般不存在反向恢復(fù)電壓； 因此關(guān)鍵問題是開關(guān)能否連續(xù)進(jìn)行兩周波的燃弧， 即開關(guān)的遮斷 能容多大。對(duì)于容量較小的機(jī)組，諸如勵(lì)磁電源交流側(cè)電壓不超過 1000V 的勵(lì)磁系統(tǒng)，完 全可以采用額定工作電壓為 1000V 的 ABB 低壓交流開關(guān)，它有一定遮斷容量，比較適合在 中型機(jī)組交流滅磁中采用。直流磁場斷路器考核的參數(shù)比較多。 主要涉及開關(guān)的額定工作電流、 電壓、 主觸頭在額 定電流下的分?jǐn)嚯?/p>

29、壓 （區(qū)別于通常說的建壓能力） 、最大電流下的額定分?jǐn)嚯妷?（建壓能力） 、 短時(shí)允許電流（開關(guān)過載能力） 、滅磁觸頭的短時(shí)通流能力等。直流滅磁開關(guān)接線主要有兩 種方式， 即兩對(duì)開關(guān)觸頭放在轉(zhuǎn)子正負(fù)極各一對(duì)或串聯(lián)在一極，目前由于考慮到滅磁開關(guān)的 飛弧安全距離， 一般將其觸頭設(shè)置在勵(lì)磁回路的一極。 通常在選擇開關(guān)時(shí)也需考核開關(guān)的飛 弧安全距離，避免弧的短接造成滅磁事故。磁場斷路器的燃弧過程是非線性的， 研究較為困難。 一般情況， 假定轉(zhuǎn)子電流沒有任何 衰減，從滅磁開關(guān)燃弧到完成電流轉(zhuǎn)移的過程中， 認(rèn)為滅磁開關(guān)建立的電壓與弧電流的乘積 是一常數(shù)。 但是在電弧形成、 尤其是在陰極表面氣化的金屬等離子

30、體形成、 以及氣筒吹弧或 磁場引弧的過程， 都不滿足乘積定常數(shù)定律， 同樣在熄弧的過程也不滿足定常數(shù)定律。 因?yàn)?這兩過程在時(shí)間上都是微秒級(jí)， 研究非常復(fù)雜， 一般認(rèn)為是一個(gè)突變的瞬間， 只是滿足弧電 流保持原電流初值，熄弧電流突然到零，如圖 4-5 所示。QF+UbUbUhRIbUdLUd0tn t圖 4-5 滅磁開關(guān)建壓過程波形32 滅磁電阻滅磁電阻的選擇需要根據(jù)滅磁能容、滅磁殘壓、滅磁電流等因素綜合考核。線性電阻滅磁問題較少， 主要考慮滅磁殘壓的核查， 避免轉(zhuǎn)子回路的過電壓。 為了快速滅磁，選擇的電阻可以為轉(zhuǎn)子電阻的3-5 倍。但事實(shí)上并不需要選擇如此高的倍數(shù)，一般3倍比較合理。非線性電

31、阻滅磁主要有 SiC 和 ZnO 。目前國內(nèi)主要采用 ZnO 滅磁，因?yàn)閮r(jià)格較低、采 購容易、滅磁殘壓容易控制、滅磁速度比較快。而 SiC 采購不方便，主要從國外進(jìn)口，同時(shí) 價(jià)格也高； 而且在滅磁殘壓的控制上， 選擇 SiC 需要額外的小心， 避免開關(guān)配合不合理導(dǎo)致 滅磁事故。但由于它不存在均流的問題，加之壓接要比 ZnO 容易，安裝方便，體積較小， 所以在國內(nèi)也有小范圍的應(yīng)用。非線性電阻需要考慮長期工作電壓下漏電流與壽命的問題， ZnO 需要進(jìn)行荷電率的復(fù) 核。一般額定（最大）工作電壓為閥片 10mA 下電壓的 60%的工況， ZnO 的壽命在 20 年左 右，而在 70%以上的卻只有平均幾

32、年的壽命。然而對(duì)于SiC，考慮到使用壽命，由于其漏電 流比較大，則需要配備滅磁常閉觸頭或電子跨接器，使發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行過程中， SiC 支路 處于開路狀態(tài)。非線性電阻還需進(jìn)行閥片能量的核查。一般閥片的最大能容是工作一次的沖擊焦耳數(shù)。 閥片進(jìn)行了一次沖擊后一般需要進(jìn)行一段時(shí)間散熱， 才能夠進(jìn)行第二次沖擊。 所以在實(shí)際操 作過程中需要合理安排勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度， 并且配備滅磁的可能性的預(yù)報(bào)， 以避免滅磁電阻燒 毀的事故。汽輪發(fā)電機(jī)不必要選擇過快的滅磁方案，過快的滅磁方案實(shí)際上對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不利。 因?yàn)樵跍绱胚^程中， 阻尼繞組 （由渦流效應(yīng)等價(jià)的繞組） 承受過大的電流可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的過 熱，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子毀壞。33 電