發(fā)電機(jī)勵(lì)磁之滅磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、南京南瑞繼保公司：吳龍 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)培訓(xùn)系列之滅磁及過電壓保護(hù)簡(jiǎn)介滅磁及過電壓保護(hù)簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的定義發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的定義為發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組提供可調(diào)直流電流以建立磁場(chǎng)的所有有關(guān)為發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組提供可調(diào)直流電流以建立磁場(chǎng)的所有有關(guān)設(shè)備的總和。設(shè)備的總和。建立磁場(chǎng)是發(fā)電機(jī)能夠發(fā)電的前提條件建立磁場(chǎng)是發(fā)電機(jī)能夠發(fā)電的前提條件磁場(chǎng)可調(diào)，是發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況可調(diào)的前提條件磁場(chǎng)可調(diào)，是發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況可調(diào)的前提條件勵(lì)磁系統(tǒng)基本構(gòu)成勵(lì)磁系統(tǒng)基本構(gòu)成1 1、 功率部分功率部分2 2、 滅磁部分滅磁部分3 3、 控制調(diào)節(jié)部分控制調(diào)節(jié)部分 4 4、 輔助部分輔助部分RCS9410(AVR)RCS-9420RCS-9

2、430EPS發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組特征發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組特征發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組為典型電感發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組為典型電感+ +電阻負(fù)載：電阻負(fù)載：穩(wěn)態(tài)時(shí)（電流不變時(shí)）表現(xiàn)為電阻和磁場(chǎng)儲(chǔ)能：穩(wěn)態(tài)時(shí)（電流不變時(shí)）表現(xiàn)為電阻和磁場(chǎng)儲(chǔ)能：dtdILRIUfffd*ffdIRU221fILE滅磁系統(tǒng)要求滅磁系統(tǒng)要求 當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障，在繼電保護(hù)動(dòng)作切斷主當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障，在繼電保護(hù)動(dòng)作切斷主斷路器后，還要求快速地熄滅故障點(diǎn)電弧，故障電斷路器后，還要求快速地熄滅故障點(diǎn)電弧，故障電弧由磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)切割定子繞組產(chǎn)生，熄滅電弧即要消弧由磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)切割定子繞組產(chǎn)生，熄滅電弧即要消除勵(lì)磁電源及磁場(chǎng)儲(chǔ)能，對(duì)滅磁系統(tǒng)的要求：除勵(lì)磁電源及磁場(chǎng)

3、儲(chǔ)能，對(duì)滅磁系統(tǒng)的要求： 可靠切斷發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源；可靠切斷發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源； 快速消耗磁場(chǎng)繞組儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量；快速消耗磁場(chǎng)繞組儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量；滅磁系統(tǒng)重要性滅磁系統(tǒng)重要性 滅磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障后最后一道防護(hù)滅磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障后最后一道防護(hù)措施，可靠而安全的滅磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)安全至關(guān)重措施，可靠而安全的滅磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)安全至關(guān)重要，分享兩個(gè)滅磁系統(tǒng)故障案例：要，分享兩個(gè)滅磁系統(tǒng)故障案例： 空載誤強(qiáng)勵(lì)滅磁失敗的案例；空載誤強(qiáng)勵(lì)滅磁失敗的案例； 發(fā)電機(jī)端部短路時(shí)滅磁失敗的案例；發(fā)電機(jī)端部短路時(shí)滅磁失敗的案例；滅磁回路特征滅磁回路特征分?jǐn)啻艌?chǎng)繞組供電回路分?jǐn)啻艌?chǎng)繞組供電回路分?jǐn)鄤?lì)磁回

4、路分?jǐn)鄤?lì)磁回路接通轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組的滅磁支路接通轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組的滅磁支路投入耗能回路投入耗能回路PKLiTTPdtRRiKLidtRRiELtffftff*2)(21)(2020dtdiLULL滅磁特點(diǎn)滅磁特點(diǎn)勵(lì)磁回路分?jǐn)噙^程中產(chǎn)生的電壓將在開關(guān)斷口處產(chǎn)生電勵(lì)磁回路分?jǐn)噙^程中產(chǎn)生的電壓將在開關(guān)斷口處產(chǎn)生電弧，這不僅延遲勵(lì)磁電源分?jǐn)嗟臅r(shí)間，也影響開關(guān)分弧，這不僅延遲勵(lì)磁電源分?jǐn)嗟臅r(shí)間，也影響開關(guān)分?jǐn)嗟目煽啃?。斷的可靠性。滅磁過程中平均滅磁功率越大，磁場(chǎng)消除得越快，故障滅磁過程中平均滅磁功率越大，磁場(chǎng)消除得越快，故障電流所存在的時(shí)間就越短，所產(chǎn)生損害就越小。電流所存在的時(shí)間就越短，所產(chǎn)生損害就越小。平均

5、滅磁功率為滅磁過程中瞬時(shí)功率平均值，瞬時(shí)功率平均滅磁功率為滅磁過程中瞬時(shí)功率平均值，瞬時(shí)功率為：為：P=UP=U* *I I，滅磁越快，滅磁等效電阻就越大，滅磁過程中所產(chǎn)生反滅磁越快，滅磁等效電阻就越大，滅磁過程中所產(chǎn)生反向過電壓就越高，對(duì)設(shè)備有產(chǎn)生絕緣損壞的危險(xiǎn)。向過電壓就越高，對(duì)設(shè)備有產(chǎn)生絕緣損壞的危險(xiǎn)。理想滅磁過程理想滅磁過程在整個(gè)滅磁過程中，在最大滅磁電壓作用下，在整個(gè)滅磁過程中，在最大滅磁電壓作用下，滅磁電壓維持不變，即滅磁電壓維持不變，即U UL L=Umax,=Umax,滅磁瞬時(shí)功滅磁瞬時(shí)功率率P=UmaxP=Umax* *i if f即為最大滅磁功率，那么平均即為最大滅磁功率，

6、那么平均滅磁功率為最大滅磁功率，滅磁時(shí)間最短且滅磁功率為最大滅磁功率，滅磁時(shí)間最短且滅磁電壓滿足要求。滅磁電壓滿足要求。滅磁主要技術(shù)指標(biāo)滅磁主要技術(shù)指標(biāo)1 1）勵(lì)磁回路可靠開斷技術(shù)）勵(lì)磁回路可靠開斷技術(shù)2 2）滅磁過電壓控制技術(shù)）滅磁過電壓控制技術(shù)3 3）滅磁容量設(shè)計(jì)技術(shù)）滅磁容量設(shè)計(jì)技術(shù)4 4）過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)）過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)滅磁系統(tǒng)分類滅磁系統(tǒng)分類GGGGSRSRSRSRq 逆變滅逆變滅磁磁q 直流側(cè)磁場(chǎng)斷路器滅磁直流側(cè)磁場(chǎng)斷路器滅磁q 交流側(cè)滅磁開關(guān)滅磁交流側(cè)滅磁開關(guān)滅磁q 可控硅跨接器滅可控硅跨接器滅磁磁分?jǐn)鄤?lì)磁電流的條件分?jǐn)鄤?lì)磁電流的條件0RfkRdMKIIIUUU封鎖觸發(fā)脈沖

7、的結(jié)果封鎖觸發(fā)脈沖的結(jié)果 整流橋封鎖脈沖后，由于轉(zhuǎn)子電流不可突變，整流橋封鎖脈沖后，由于轉(zhuǎn)子電流不可突變，整流橋轉(zhuǎn)換為一個(gè)直通電路，整流橋輸出電整流橋轉(zhuǎn)換為一個(gè)直通電路，整流橋輸出電壓變化為交流電壓，正半波輸出電壓為正，壓變化為交流電壓，正半波輸出電壓為正，負(fù)半波輸出電為負(fù)。負(fù)半波輸出電為負(fù)。直流側(cè)斷路器滅磁直流側(cè)斷路器滅磁q 滅磁滅磁條件：條件：U Uk k= =U Ufmaxfmax+U+UR Rq 優(yōu)點(diǎn)：無需外部設(shè)備配合，操作簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：無需外部設(shè)備配合，操作簡(jiǎn)單q 缺點(diǎn)：對(duì)斷路器建壓能力要求高，斷路器造價(jià)高缺點(diǎn)：對(duì)斷路器建壓能力要求高，斷路器造價(jià)高GMKSCRMKRUkUscrUr直流側(cè)

8、開關(guān)滅磁直流側(cè)開關(guān)滅磁GSCRMKRUkUscrUrq 滅磁滅磁條件：條件：U UK KUUR R-U-U2 2且且主主回路為可控硅整流回路為可控硅整流q 優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)建壓能力要求低，開關(guān)造價(jià)低優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)建壓能力要求低，開關(guān)造價(jià)低q 缺點(diǎn)：交流側(cè)開關(guān)分開前，必須閉鎖可控硅觸缺點(diǎn)：交流側(cè)開關(guān)分開前，必須閉鎖可控硅觸發(fā)脈沖且當(dāng)機(jī)端短路故障時(shí)發(fā)脈沖且當(dāng)機(jī)端短路故障時(shí)U2=0U2=0，換流更困難，換流更困難交流側(cè)開關(guān)滅磁交流側(cè)開關(guān)滅磁q 滅磁滅磁條件：條件：UkUkUUR R-U-U2 2且且主主回路為可控硅整流回路為可控硅整流q 優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)建壓能力要求低，開關(guān)造價(jià)低優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)建壓能力要求低，開關(guān)造價(jià)低

9、q 缺點(diǎn)：交流側(cè)開關(guān)分開前，必須閉鎖可控硅觸發(fā)脈沖缺點(diǎn)：交流側(cè)開關(guān)分開前，必須閉鎖可控硅觸發(fā)脈沖且當(dāng)機(jī)端短路故障時(shí)且當(dāng)機(jī)端短路故障時(shí)U2=0U2=0，換流更困難，換流更困難GRdLdRbZ1Z2dxCBSCRACUkUrUac跨接器滅磁跨接器滅磁q 滅磁條件：滅磁條件：U UR RUU2 2且封鎖觸發(fā)脈沖且封鎖觸發(fā)脈沖q 優(yōu)點(diǎn)：主回路簡(jiǎn)潔，維護(hù)量少優(yōu)點(diǎn)：主回路簡(jiǎn)潔，維護(hù)量少q 缺點(diǎn)：滅磁電壓低，滅磁速度慢，短路故缺點(diǎn)：滅磁電壓低，滅磁速度慢，短路故障時(shí)無法進(jìn)行正常滅磁障時(shí)無法進(jìn)行正常滅磁RdLdZ1Z2SCRCrowBar滅磁開關(guān)滅磁開關(guān)任務(wù)：可靠開斷勵(lì)磁回路，可靠接通滅磁回路任務(wù)：可靠開斷勵(lì)

10、磁回路，可靠接通滅磁回路1 1、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠，動(dòng)作速度快、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠，動(dòng)作速度快2 2、有足夠的分?jǐn)嗄芰?，滅弧能力、有足夠的分?jǐn)嗄芰?，滅弧能力dtdiLUUUUdtdiLULiELdLdFBKLLL221滅磁開關(guān)指標(biāo)要求滅磁開關(guān)指標(biāo)要求p 額定工作電壓：額定工作電壓： 大于轉(zhuǎn)子上的最大工作電壓（按照大于轉(zhuǎn)子上的最大工作電壓（按照130%130%變壓器額定電壓產(chǎn)生的最大輸出直流電壓）。變壓器額定電壓產(chǎn)生的最大輸出直流電壓）。p 額定工作電流：額定工作電流： 大于轉(zhuǎn)子最大長(zhǎng)期連續(xù)工作電流大于轉(zhuǎn)子最大長(zhǎng)期連續(xù)工作電流（按照（按照110%110%發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流計(jì)算）發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁

11、電流計(jì)算）p 開斷電流能力：開斷電流能力： 大于轉(zhuǎn)子強(qiáng)勵(lì)電流和短路電流大于轉(zhuǎn)子強(qiáng)勵(lì)電流和短路電流p 開斷電壓能力：開斷電壓能力： 大于滅磁電阻上電壓和可控硅整流大于滅磁電阻上電壓和可控硅整流橋輸出電壓之和。橋輸出電壓之和。滅磁電阻要求滅磁電阻要求滅磁電阻的任務(wù)：消耗轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)儲(chǔ)能滅磁電阻的任務(wù)：消耗轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)儲(chǔ)能 a. a. 滅磁電阻值越大，滅磁耗能功率越大，滅磁時(shí)間越短；滅磁電阻值越大，滅磁耗能功率越大，滅磁時(shí)間越短；b. b. 滅磁電阻值越大，滅磁時(shí)反向電壓越高；滅磁電阻值越大，滅磁時(shí)反向電壓越高；c. c. 滅磁電阻接入回路應(yīng)簡(jiǎn)單可靠；滅磁電阻接入回路應(yīng)簡(jiǎn)單可靠；RdFBKRRUUUiRUm

12、AdFBKmAFRFRdFBKUUUUUUUU1010滅磁電阻種類滅磁電阻種類氧化鋅非線性電阻，其伏安氧化鋅非線性電阻，其伏安特性的表達(dá)式為：特性的表達(dá)式為：式中：式中：UU非線性電阻兩端的電壓非線性電阻兩端的電壓II過非線性電阻的電流過非線性電阻的電流CC材料系數(shù)材料系數(shù)非線性電阻的系數(shù)非線性電阻的系數(shù)CIU 滅磁電阻特性比較滅磁電阻特性比較q 氧化鋅電阻非線性特性最優(yōu)氧化鋅電阻非線性特性最優(yōu)（0.046），碳化硅次之），碳化硅次之(0.3)，線性電阻線性電阻(1.0)q 熱容量碳化硅比氧化鋅大，同熱容量碳化硅比氧化鋅大，同樣容量，碳化硅體積小得多樣容量，碳化硅體積小得多q 非線性電阻壽命用

13、額定容量消非線性電阻壽命用額定容量消耗次數(shù)限制，線性電阻電氣壽耗次數(shù)限制，線性電阻電氣壽命最長(zhǎng)，不受滅磁次數(shù)限制。命最長(zhǎng)，不受滅磁次數(shù)限制。iuLRZnOSiC線性滅磁電阻線性滅磁電阻線性電阻滅磁時(shí)，其電壓與通過電流成正比，設(shè)計(jì)線性線性電阻滅磁時(shí)，其電壓與通過電流成正比，設(shè)計(jì)線性滅磁電阻以滅磁電阻通過最大滅磁電流（以短路時(shí)流過滅磁電阻以滅磁電阻通過最大滅磁電流（以短路時(shí)流過磁場(chǎng)繞組電流：約為磁場(chǎng)繞組電流：約為3倍額定勵(lì)磁電流）時(shí)滅磁電阻兩端倍額定勵(lì)磁電流）時(shí)滅磁電阻兩端電壓在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的滅磁電壓范圍（電壓在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的滅磁電壓范圍（30%至至50%轉(zhuǎn)子絕緣轉(zhuǎn)子絕緣耐壓的幅值）為準(zhǔn)。耐壓的幅值）為準(zhǔn)

14、。fNMfNfNMfNMfNMMMRRRUUIRUIRU3.24.1*2*53*2*3max特性表達(dá)式：氧化鋅滅磁電阻氧化鋅滅磁電阻氧化鋅非線性電阻的非線性特性，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流氧化鋅非線性電阻的非線性特性，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流在大范圍變化時(shí)，電壓基本保持不變，滅磁過程中能夠在大范圍變化時(shí)，電壓基本保持不變，滅磁過程中能夠保持滅磁電壓僅有較小的變化，設(shè)計(jì)氧化鋅滅磁電阻以保持滅磁電壓僅有較小的變化，設(shè)計(jì)氧化鋅滅磁電阻以串聯(lián)的片數(shù)殘壓之和作為滅磁電壓即可。串聯(lián)的片數(shù)殘壓之和作為滅磁電壓即可。VUAIVUAIVUmAIIU16461001332100152820133220107701.013321

15、01332046.0046.0046.0046.0時(shí)，時(shí)，時(shí)，特性表達(dá)式：碳化硅滅磁電阻碳化硅滅磁電阻碳化硅滅磁電阻非線性特性稍弱，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流碳化硅滅磁電阻非線性特性稍弱，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流在大范圍變化時(shí)，電壓變化幅度較大，設(shè)計(jì)碳化硅滅磁在大范圍變化時(shí)，電壓變化幅度較大，設(shè)計(jì)碳化硅滅磁電阻以滅磁電阻通過最大滅磁電流（以短路時(shí)流過磁場(chǎng)電阻以滅磁電阻通過最大滅磁電流（以短路時(shí)流過磁場(chǎng)繞組電流：約為繞組電流：約為3倍額定勵(lì)磁電流）時(shí)滅磁電阻兩端電壓倍額定勵(lì)磁電流）時(shí)滅磁電阻兩端電壓不超過發(fā)電機(jī)允許最大滅磁電壓為準(zhǔn)。不超過發(fā)電機(jī)允許最大滅磁電壓為準(zhǔn)。VUAIVUAIVUmAIIU1500100

16、37710092620377209501.0377103773.03.03.03.0時(shí)，時(shí)，時(shí)，特性表達(dá)式：滅磁電阻容量計(jì)算滅磁電阻容量計(jì)算q 滅磁容量計(jì)算涉及到非線性模滅磁容量計(jì)算涉及到非線性模型計(jì)算，采用仿真方法。型計(jì)算，采用仿真方法。q 模型采用發(fā)電機(jī)六階模型，考模型采用發(fā)電機(jī)六階模型，考慮磁場(chǎng)飽和、阻尼繞組、渦流慮磁場(chǎng)飽和、阻尼繞組、渦流反應(yīng)等因數(shù)，計(jì)及滅磁開關(guān)動(dòng)反應(yīng)等因數(shù)，計(jì)及滅磁開關(guān)動(dòng)作過程，采用電力系統(tǒng)綜合仿作過程，采用電力系統(tǒng)綜合仿真程序。真程序。q 滅磁工況考慮空載誤強(qiáng)勵(lì)及發(fā)滅磁工況考慮空載誤強(qiáng)勵(lì)及發(fā)電機(jī)端部短路故障，取最大的電機(jī)端部短路故障，取最大的滅磁能容作為滅磁電阻容量

17、的滅磁能容作為滅磁電阻容量的工程選擇依據(jù)工程選擇依據(jù)滅磁開關(guān)與滅磁電阻的配合滅磁開關(guān)與滅磁電阻的配合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓為：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓為：UlnUln根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，滅磁控制電壓為：（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，滅磁控制電壓為：（4 47 7）UlnUln可控硅整流橋輸出的誤強(qiáng)勵(lì)電壓為：可控硅整流橋輸出的誤強(qiáng)勵(lì)電壓為：(2.5) Uln(2.5) Uln可控硅整流橋失控輸出的最大電壓為：可控硅整流橋失控輸出的最大電壓為：(1.3(1.31.351.352.05) Uln=3.6 Uln2.05) Uln=3.6 UlnVVUVUUU：，UUUUMKFRMKFRdMK53003800500)74(00)6 .106 . 7(lnln，則壓假設(shè)大型機(jī)組，轉(zhuǎn)子電則勵(lì)磁變副邊電壓為發(fā)電機(jī)端部短路時(shí)磁開關(guān)斷口上的電壓：整流橋失控滅磁時(shí)，滅滅磁的困難及對(duì)策滅磁的困難及對(duì)策困難：對(duì)于巨大型機(jī)組，很多勵(lì)磁電壓達(dá)至困難：對(duì)于巨大型機(jī)組，很多勵(lì)磁電壓達(dá)至600V600V，則，則要全部滿足滅磁的要求，滅磁開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)斷口弧壓要全部滿足滅磁的要求，滅磁開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)斷口弧壓要求超過要求超過6000V6000V，開關(guān)選型非常困難。，開關(guān)選型非常困難。對(duì)策對(duì)策1 1：選擇換流相對(duì)容易的線性電阻滅磁，且選擇：選擇換流相對(duì)容易的線性電阻滅磁，且選擇電阻阻值相對(duì)較低，增加滅磁時(shí)間；電阻阻值相對(duì)較低，增加滅磁