大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念

1、大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念摘要：結(jié)合三峽水電廠700MW水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)投運經(jīng)驗和現(xiàn)場的實測結(jié)果，從大系統(tǒng)角度出發(fā)論述了兼顧電力系統(tǒng)穩(wěn)定需求和保證勵磁系統(tǒng)安全性合理選擇勵磁參數(shù)的必要性。對大型水輪發(fā)電機組滅磁系統(tǒng)，從新理念出發(fā)提出了滅磁安匝平衡理念，可為今后滅磁系統(tǒng)設(shè)計提供有益的依據(jù)與借鑒。：三峽機組；靜止自勵勵磁系統(tǒng)；勵磁變壓器；滅磁大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念主要內(nèi)容0. 概述 1. 水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)的選擇 2. 滅磁系統(tǒng)設(shè)計理念的演繹與發(fā)展 3. 結(jié)語 大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念0. 概 述 近年來，我國水電建設(shè)事業(yè)得到了飛躍的發(fā)展，以三峽水電廠建成與投運

2、為表征的左岸14臺，右岸12臺單機容量為700MW水輪發(fā)電機組已相繼投運?！笆晃濉逼陂g，我國將又有一批大容量水輪發(fā)電機組投入運行，為此，及時總結(jié)已投運的大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的設(shè)計及運行經(jīng)驗，結(jié)合國際勵磁控制技術(shù)的最新進展，進一步探討勵磁系統(tǒng)設(shè)計及參數(shù)選擇方面一些關(guān)鍵性技術(shù)問題，已成為一項重要和迫切的課題。 從新的設(shè)計理念出發(fā)，開拓新思維，擴大新視野，重點對大型水電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計的理念進行分析與探討，并期望文中的結(jié)論和建議，在優(yōu)化大型水電機組勵磁系統(tǒng)性能及提高運行可靠性方面有所裨益。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念1. 水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)的選擇11 頂值電壓倍數(shù)的選擇 在確定強勵頂

3、值電壓倍數(shù)時，多以正序電壓標(biāo)么值作為評價勵磁頂值電壓倍數(shù)的基礎(chǔ)，因為勵磁調(diào)節(jié)器的作用是以機端電壓平均值作為控制量的。 受前蘇聯(lián)技術(shù)觀點的影響，對頂值電壓倍數(shù)的選擇多趨向于高參數(shù)，運行結(jié)果表明：高頂值勵磁電壓往往對系統(tǒng)穩(wěn)定影響并未呈現(xiàn)明顯實際效果，卻為正常運行帶來了事故不斷的后果。例如白山水電廠300MW水輪發(fā)電機組原采用的自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)，其勵磁變壓器二次側(cè)電壓高達1320V，由于二次電壓過高，多次造成脈沖變壓器及滅磁開關(guān)燒毀事故，最終不得不將其勵磁變壓器二次電壓降低到1000V以下，以保證勵磁系統(tǒng)的安全運行。類似的事故亦多次發(fā)生在葛洲壩大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念水電廠，造成滅磁開關(guān)大量

4、燒毀，最終以降低勵磁變壓器二次電壓的措施保證勵磁系統(tǒng)的安全運行。 另外，三峽水電廠左岸機組亦發(fā)生了類似情況，由于在標(biāo)書中選用了過高的勵磁頂值電壓倍數(shù)，機端正序電壓為0.8 p.u.時，保證倍強勵頂值電壓，正序電壓為1.0 p.u.時頂值勵磁電壓為倍，其勵磁變壓器二次額定電壓高達1243V，投運后了發(fā)現(xiàn)整流電壓波形中尖峰電壓過高，在倍以上，危及正常安全運行。為此，三峽水電廠不得不采用在功率整流柜交流輸入端加設(shè)RC濾波器，以降低尖峰過電壓的幅值。如果在設(shè)計中考慮到勵磁頂值電壓倍數(shù)選擇對全局的影響，取一適宜值，上述情況將會有根本性的改善。 事實上，勵磁頂值電壓倍數(shù)的選擇，不僅取決于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求

5、，而且還受到其他諸多因素的制約，例如：頂值大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念電壓的選擇影響到功率整流柜、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁系統(tǒng)的安全運行。為此，應(yīng)全面兼顧到各方面，以便對頂值電壓倍數(shù)做出正確和合理的選擇。12 受頂值電壓倍數(shù)影響的因素121 整流橋尖峰過電壓 整流陽極電壓，即勵磁變壓器的二次額定電壓取值越高，在額定狀態(tài)下整流器將處于控制角值較大的深控狀態(tài)，由此引起危及整流元件安全運行的尖峰過電壓也越高。從運行安全角度出發(fā)，期望對陽極電壓的選擇在滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求的同時，應(yīng)兼顧到勵磁系統(tǒng)安全運行的各種因數(shù)。當(dāng)前對我國引進機組的勵磁設(shè)備運行參數(shù)而言，當(dāng)整流橋陽極電壓超過1000V時，可認為已進入高

6、參數(shù)范圍。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 對于大功率晶閘管整流元件反電壓參數(shù)應(yīng)用水平而言，用于三峽機組勵磁系統(tǒng)中的晶閘管元件最高反向重復(fù)峰值電壓為5200V，可認為是高參數(shù)元件。 另按我國水電機組勵磁系統(tǒng)標(biāo)書編制準(zhǔn)則，晶閘管元件所能承受的反向重復(fù)峰值電壓應(yīng)不小于倍勵磁變壓器二次側(cè)最大峰值電壓，依此可求出采用上述反向峰值電壓為5200V元件的條件下，允許的勵磁變壓器二次電壓有效值為U=5200/(2.751.414)=1337V，對三峽水電廠右岸阿爾斯通機組而言，其勵磁變壓器額定電壓已應(yīng)用到1264V，接近于極限值，從安全角度而言，顯然是不期望的。1.2.2 RC阻容緩沖器的選擇大型水輪發(fā)電

7、機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 在自勵磁系統(tǒng)中，勵磁變壓器二次額定電壓（以下簡稱陽極電壓）的選擇取決于強勵頂值電壓的倍數(shù)，頂值電壓倍數(shù)越高，陽極電壓值也越高。另外，接在勵磁變壓器二次繞組側(cè)的功率整流橋中的晶閘管元件，在換相中存儲的能量將由與整流元件并聯(lián)的RC阻容緩沖器旁路并消耗，存儲與消耗能量之間應(yīng)達到平衡并有一定的吸收容量儲備，否則將導(dǎo)致吸收換相能量的阻容元件的燒毀，進而引起整流橋相間短路等嚴(yán)重事故。這類事故在國內(nèi)水、火電廠中曾多次發(fā)生。例如：揚州第二發(fā)電廠美國西屋公司600MW汽輪發(fā)電機組以及珠海發(fā)電廠美國西屋公司740MW汽輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)均發(fā)生過由上述原因?qū)е抡鞴駠?yán)重?zé)龤У氖鹿省?由阻容阻

8、尼器吸收的能量Wu，根據(jù)美國西屋公司推薦的計算表達式為：大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 式中: C為阻尼器中電容值，F(xiàn)； f為電源頻率，Hz；U為勵磁變壓器二次額定線電壓，V。 由式（1）可看出，阻容阻尼器吸收的換相磁場能量與外加電壓的平方成正比，如分別取勵磁變壓器二次電壓值為1000V及1243V（三峽右岸阿爾斯通機組勵磁數(shù)據(jù)），此時由阻尼器吸收的能量比將為 倍。 由此可見，勵磁變壓器二次側(cè)的陽極電壓越高，與整流元件并聯(lián)的吸收換相能量阻尼器的容量也越大，而且其容量與勵磁變壓器二次額定電壓的平方成正比，一旦換相阻尼器的允許容量小于阻尼器吸收的能量Wu，將引起阻容緩沖器元件大型水輪發(fā)電機組勵

9、磁系統(tǒng)設(shè)計新理念的燒毀，進而導(dǎo)致整流柜相間短路的嚴(yán)重事故。在諸多大型水電機組勵磁系統(tǒng)的標(biāo)書中，多的是片面強調(diào)強勵頂值電壓倍數(shù)的高參數(shù)選擇，而極少考慮到由此引起的危及勵磁系統(tǒng)安全且運行的其他方面的影響。 1.2.3 對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS參數(shù)的影響 選用過高的強勵電壓倍數(shù)，還將引起由勵磁系統(tǒng)提供的負阻尼轉(zhuǎn)矩進一步增長，從而給電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的頻率參數(shù)整定帶來更多的困難。對此，在當(dāng)前還未被國內(nèi)勵磁界同仁所重視并認識到其負面的影響。1.2.4 發(fā)電機空載誤強勵轉(zhuǎn)子電流的影響大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 對于大型水輪發(fā)電機組，目前基本上選用靜止自勵勵磁系統(tǒng)作為典型勵磁方式。對于以發(fā)電機端電壓為電源

10、的自勵勵磁系統(tǒng)，在空載誤強勵條件下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流因受機端電壓大于額定值的影響，在極限狀態(tài)下會達到3倍及以上的額定勵磁電流,選用過高的頂值勵磁電壓倍數(shù)，會引起更高的危及到轉(zhuǎn)子勵磁繞組的安全運行的勵磁電流值。 應(yīng)強調(diào)指出的是：對于大型水輪發(fā)電機組而言，為防止其機端過電壓危及到發(fā)電機定子繞組的安全，按相關(guān)規(guī)程規(guī)定均設(shè)有過電壓保護，其整定值為倍額定電壓值，延時為。這一整定值是沿襲了過去水輪發(fā)電機均采用直流勵磁機條件下的設(shè)定值一直至今。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 但是，對均采用自勵勵磁系統(tǒng)的大型水輪發(fā)電機組，仍采用這一設(shè)定值，在發(fā)電機空載誤強勵條件下有可能對發(fā)電機的安全運行帶來不可估量的嚴(yán)

11、重的后果。 發(fā)電機靜止自勵勵磁系統(tǒng)性能特征顯著不同于直流大勵磁機勵磁系統(tǒng)的一點是，在過電壓保護動作后及延時過程中，由于發(fā)電機的勵磁電流是隨機端電壓的變化而繼續(xù)上升的，諸多的勵磁系統(tǒng)仿真試驗表明：當(dāng)過電壓保護達倍設(shè)定值時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子勵磁電流約為額定勵磁電流值。在其后的延時過程中，由于發(fā)電機勵磁繞組磁路處于飽和狀態(tài)，勵磁電流增長速度極快，有可能使發(fā)電機電壓增加到（）倍額定值，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流也會增加到使發(fā)電機磁路近于飽和的程度，在高頂值直流勵磁電壓以及高倍數(shù)轉(zhuǎn)子勵磁電流的作用下，將導(dǎo)致磁場斷路器斷流困難或發(fā)生不能斷流大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念的事故，其后果將使發(fā)電機勵磁電流達到危及轉(zhuǎn)子勵磁繞

12、組安全的水平。在采用直流勵磁機勵磁系統(tǒng)時，在過電壓保護動作后及延時過程中，由于發(fā)電機電壓是不變的，始終保持倍額定值，不會在自勵勵磁系統(tǒng)和空載誤強勵條件下發(fā)生引起轉(zhuǎn)子電流嚴(yán)重過載的情況。 鑒于當(dāng)前包括三峽水電廠700MW機組在內(nèi)的大型水輪發(fā)電機組過電壓保護均沿用倍額定電壓及延時值，在發(fā)生空載誤強勵條件下存在導(dǎo)致磁場斷路器斷流不成功，發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路嚴(yán)重過流的危險。審時度勢，取消延時是十分必要的，這將為大型水輪發(fā)電機組的安全運行提供更可靠的保證。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念2.滅磁系統(tǒng)設(shè)計理念的演繹與發(fā)展 對于水輪發(fā)電機機組,一般認為:由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極具有凸極結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子繞阻回路阻尼效應(yīng)較弱,

13、在滅磁時大部分的磁場能量由滅磁回路吸收,對滅磁電阻的容量提出了更加苛刻的要求。按傳統(tǒng)滅磁理念確定滅磁電阻容量可的方式有： （1）發(fā)電機空載滅磁； （2）發(fā)電機額定滅磁； （3）發(fā)電機強勵滅磁； （4）發(fā)電機空載和負載失控誤強勵滅磁； （5）發(fā)電機突然三相短路滅磁。 發(fā)電機及變壓器內(nèi)部故障時引起的滅磁能量小于上述5種滅磁方式之一的相應(yīng)值。前3種滅磁方式中,以強勵狀態(tài)時的滅磁能量為最大,通常強勵電流為2倍的額定勵磁電流,在勵磁繞組中存儲的能量遠大于額定及空載狀態(tài)的磁場能量。 大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 但是理論分析及運行實踐表明:強勵狀態(tài)時的滅磁容量和空載誤強勵以及發(fā)電機突然三相短路時引起

14、的滅磁容量比較仍是較小的。為此,滅磁容量的選擇取決于后2種方式滅磁容量的最大者，顯然依此選擇滅磁電阻容量將可完全滿足上述5種滅磁方式對滅磁容量的需求。 下面分別對后2種滅磁電阻容量的選擇作進一步的分析。2.1 電機空載失控誤強勵滅磁狀態(tài)的分析 首先討論發(fā)電機空載誤強勵的滅磁狀態(tài)，在此滅磁方式下，應(yīng)注意到滅磁過程具有以下幾點明顯的特征： 大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 由于勵磁系統(tǒng)失控，導(dǎo)致晶閘管整流器的控制角接近于最小設(shè)定值,勵磁系統(tǒng)所有的限制功能均處于失效狀態(tài)，對于發(fā)電機空載失控誤強勵狀態(tài)而言，勵磁電流的增長是隨定子電壓的升高而增加的，同時隨勵磁電流的增加，轉(zhuǎn)子磁路飽和程度的加大，促使轉(zhuǎn)

15、子電流的增加速度進一步加快，直至發(fā)電機定子過電壓保護動作對發(fā)電機進行滅磁。此外還注意到在此過程中隨發(fā)電機電壓變化的勵磁電壓的增量變化是瞬時完成的，而轉(zhuǎn)子電流的增量變化則決定于對應(yīng)的由轉(zhuǎn)子磁路的飽和程度所決定的發(fā)電機空載時間常數(shù)?？偟膩碚f這是一個勵磁電壓源變化引起轉(zhuǎn)子電流變化的過程，兩者之間受動態(tài)飽和的轉(zhuǎn)子勵磁繞組時間常數(shù)的影響。但是應(yīng)強調(diào)的是：在勵磁電流增長過程中任一瞬間的發(fā)電機的電壓值總是與發(fā)電機穩(wěn)態(tài)空載特性曲線確定的轉(zhuǎn)子電流對應(yīng)的。例如當(dāng)定子大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念電壓為倍額定值時，此時的轉(zhuǎn)子電流大約與發(fā)電機額定勵磁電流相當(dāng)，其后經(jīng)過過電壓保護延時動作后，跳磁場斷路器進行滅磁。

16、為此，對空載失控誤強勵工作狀態(tài)的滅磁，以過電壓保護動作后對增長中的轉(zhuǎn)子電流進行截流的滅磁理念是適宜的。 考慮到過電壓保護動作電壓倍額定電壓無延時動作跳磁場斷路器時，相應(yīng)開斷轉(zhuǎn)子勵磁電流與額定勵磁電流相當(dāng)，如果經(jīng)延時，相應(yīng)的發(fā)電機電壓可能增加到（）倍，同時由于發(fā)電機空載特性曲線工作點已處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流已近于3倍額定勵磁值以上，在這種調(diào)節(jié)下，加重了磁場斷路器的開斷負載，甚至導(dǎo)致斷路器開斷的失敗，為此，為保證磁場斷路器的開斷成功，在大型水輪發(fā)電機自勵勵磁系統(tǒng)中，取消倍過電壓保護的延時是十分必要的。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 至于勵磁系統(tǒng)發(fā)生負載誤強勵時，發(fā)電機仍在電網(wǎng)中并聯(lián)運行，其端電

17、壓仍為額定值，但是由于勵磁調(diào)節(jié)器處于誤強勵狀態(tài)，整流橋控制角為最小值，轉(zhuǎn)子電流將急劇增加。對三峽機組而言，最終轉(zhuǎn)子電流值將達到2.5 /0.8=3.125 , 將危及到發(fā)電機勵磁繞組回路的安全。對此應(yīng)以發(fā)電機和勵磁變壓器的過流保護作為對轉(zhuǎn)子電流進行“截流”的主要措施。過流保護動作值以及延時設(shè)定值應(yīng)以保證發(fā)電機定子及轉(zhuǎn)子繞組回路的安全運行為首要約束條件，并以此確定滅磁電阻容量。顯然，以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子電流而不以“截流”時的轉(zhuǎn)子電流作為選擇滅磁電阻容量的依據(jù)，這一理念是不正確的。22 發(fā)電機突然三相短路滅磁大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 理論分析表明：發(fā)電機空載額定時定子側(cè)突然三相短路時，計及周期分量

18、轉(zhuǎn)子電流最大值 可以由下式求得： 式中：K為系數(shù)，為； 為發(fā)電機穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)直軸同步電抗，p.u.； 為發(fā)電機空載勵磁電流，A。 在發(fā)電機定子突然三相短路過程中，轉(zhuǎn)子電流最大值不超過3 。轉(zhuǎn)子回路勵磁電流的變化曲線見圖1。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念圖1 發(fā)電機定子三相突然短路時轉(zhuǎn)子勵磁電流的變化通常此曲線可作為確定發(fā)電機滅磁電阻容量的依據(jù)。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 當(dāng)發(fā)電機定子側(cè)發(fā)生三相突然短路后，經(jīng)過一定的故障持續(xù)時間，通常不超過，磁場斷路器動作并接入滅磁電阻后，此時轉(zhuǎn)子非周期分量的直流電流將按相應(yīng)定子繞組三相短路時間常數(shù)而衰減，如圖1所示。當(dāng)發(fā)電機定子繞組突然發(fā)生三相短路故

19、障時，按傳統(tǒng)滅磁理論，將依下列思路確定滅磁電阻容量： 在三相短路暫態(tài)過程中，定子短路電流在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的電流分別由非周期、次暫態(tài)分量以及周期分量三部分電流所組成。由于定子短路電流產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)子回路耦合的磁鏈對轉(zhuǎn)子回路為去磁作用，從三相短路開始瞬間至滅磁左右開始前期間，轉(zhuǎn)子磁路處于不飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電感為常數(shù)，并依此作為計算存儲在轉(zhuǎn)子勵磁繞組中的磁場能量的依據(jù)，而不飽和轉(zhuǎn)子電感值則由與發(fā)電機定子三相短路大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念相應(yīng)的直軸暫態(tài)時間常數(shù) 予以確定，傳統(tǒng)的滅磁計算理論均基于此基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的滅磁計算理論均基于此基礎(chǔ)。依此理念，對三峽VGS型機組而言， ，相應(yīng)轉(zhuǎn)子繞組不飽和電感: 相

20、應(yīng)磁場能量 按此式計算的磁場能量高達30MJ以上。 但是，無論從勵磁系統(tǒng)仿真計算機結(jié)果，還是從發(fā)電機三相突然短路實測試驗結(jié)果來看，在發(fā)電機突然三相短路過程中，轉(zhuǎn)子電流的衰減過程是及其迅速的，遠遠快速于按發(fā)電機定子三相短路直軸暫態(tài)時間常數(shù) 決定的衰減過程。 圖2中示出了三峽機組發(fā)電機三相突然短路時的發(fā)電機定子及轉(zhuǎn)子電流的仿真計算結(jié)果，可看出轉(zhuǎn)子電流整個衰減過程在左右，基本上與定子繞組三相短路時間常數(shù) 相對大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念應(yīng)，而不是由三相短路直軸暫態(tài)時間常數(shù) 所決定，對三峽VGS型機組而言， 而 ，為此在估算磁場滅磁電阻容量時，可用與實際結(jié)果相近的時間常數(shù) 來估算相應(yīng)磁場能量是適

21、宜的，其結(jié)果具有工程應(yīng)用上的實用性。 圖2 三相發(fā)電機組定子三相突然短路仿真試驗結(jié)果大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 另外，三峽機組真機在進行55額定電壓三相突然短路時所錄取的轉(zhuǎn)子電流衰減全過程實測結(jié)果來看，轉(zhuǎn)子電流衰減全過程在1s左右（圖3），同樣也近似是按 衰減的，更進一步證明了上述工程估算滅磁理念的正確性。圖3 三峽機組55額定電壓突然三相短路定子電流及轉(zhuǎn)子勵磁電流的變化曲線大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 此外，發(fā)電機三相突然短路時，轉(zhuǎn)子電流非周期分量最大值按標(biāo)準(zhǔn)建議值為3 。但是在確定滅磁電阻容量時，不應(yīng)以此電流作為選擇磁場存儲能量的依據(jù)，因為在切除外部故障瞬時，通常短路持續(xù)時間

22、在以內(nèi)，此時衰減的轉(zhuǎn)子電流非周期分量，已接近于60%70%初始值，使滅磁電阻所承受的滅磁容量更進一步大大降低。 再次，還應(yīng)注意到當(dāng)接入滅磁電阻后，轉(zhuǎn)子電流將按比原時間常數(shù)更小的等效響應(yīng)時間常數(shù)而衰減，這將使滅磁過程進一步加速結(jié)束。 另外，在選擇滅磁電阻的容量時還應(yīng)該考慮到滅磁電阻短路時的過載能力，這樣依據(jù)本文提出的滅磁理念，可使滅磁電阻標(biāo)稱容量的選擇更加合理。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念 應(yīng)該強調(diào)的是：在發(fā)電機定子突然三相短路時，此時相當(dāng)于電制動過程，將有大量的磁場能量消耗在定子繞組中，在估算發(fā)電機突然三相短路滅磁能量時，應(yīng)予以考慮，其影響必將有助于降低滅磁電阻的容量。按發(fā)電機磁鏈?zhǔn)睾阍?/p>

23、理確定滅磁容量的新概念 雖然對傳統(tǒng)滅磁理念進行了修正，但這種修正仍是不完善的，因為實際上在滅磁過程中，特別是發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的變化并非按滅磁前工作方式所確定的初始值而變化的，而是依據(jù)發(fā)電機磁鏈?zhǔn)睾阍碜鲭A躍式的變化。作為實例，可從圖4所示的水輪發(fā)電機甩負載勵磁系統(tǒng)的示波圖得到正確的結(jié)論，測試機組為三峽700MW水輪發(fā)電機組，甩負載前有功負載大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念350MW，無功141Wvar；甩負載后發(fā)電機頻率瞬時上升f34 ,機端電壓上升瞬時5 。因此，應(yīng)特別關(guān)注發(fā)電機甩負載后，轉(zhuǎn)子勵磁電流值由額定勵磁電流值瞬時跌落到近似于空載額定勵磁電流值，其后逐漸上升到空載額定勵磁電流值。圖4

24、清晰地說明了在滅磁過程中轉(zhuǎn)子電流并不是按初始值和相應(yīng)的時間常數(shù)進行衰減的，而是以近似按空載勵磁電流進行衰減的，這一物理現(xiàn)象可以理解為由于發(fā)電機磁場回路遵循磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t，當(dāng)發(fā)電機突然甩負載后，由于定子安匝急劇下降到零值，為遵循磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t，保持發(fā)電機磁路中氣隙合成電勢不變，轉(zhuǎn)子電流必須下降到與合成氣隙電勢相對應(yīng)的數(shù)值，此電流近于空載勵磁電流值。在甩負載過程中，甩負載前儲存在發(fā)電機磁場回路的能量，部分的通過氣隙分配到各耦合電磁回路以及消耗在接在發(fā)電機升大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念壓變壓器高壓斷路器斷口中，其后的滅磁過程將等同于發(fā)電機空載滅磁。 基于上述發(fā)電機磁鏈?zhǔn)睾慊靖拍?，對于發(fā)電機其他負

25、載運行方式的滅磁，例如發(fā)電機額定滅磁以及強勵狀態(tài)下各種滅磁的滅磁方式，一旦發(fā)電機高壓側(cè)出口斷路器跳閘，其滅磁容量均可以按空載滅磁考慮。 作者這一滅磁理念，與美國GE公司考慮滅磁能量的觀點，即帶負載的發(fā)電機，一旦主斷路器跳閘，不論其原始勵磁電流如何，均可按發(fā)電機空載狀態(tài)作為選擇滅磁能量的依據(jù)是一致的。 至于發(fā)電機突然三相或兩相短路以及單相對地短路等故障方式的滅磁，概括起來基本有2種：第一種是故障發(fā)生后在大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念圖4 水輪發(fā)電機甩負載時勵磁系統(tǒng)各參量的變化大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念相應(yīng)繼電器保護作用范圍內(nèi)通過總出口繼電保護跳閘發(fā)電機出口斷路器及滅磁磁場斷路器進行滅

26、磁，其后滅磁過程類似于空載滅磁，仍可按發(fā)電機空載滅磁考慮滅磁電阻的容量；第二種是當(dāng)發(fā)電機機端發(fā)生直接短路時，由于發(fā)電機主斷路器分?jǐn)嗪鬅o法切除短路點，定子仍處于短路狀態(tài)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的變化將分別按次暫態(tài)、暫態(tài)而衰減，在滅磁磁場斷路器動作后，流過滅磁電阻的電流視故障方式而定，一般來說，此時的滅磁容量遠大于空載滅磁容量，其后繼電保護動作，跳磁場斷路器進行滅磁。但是應(yīng)該說明的是在發(fā)電機采用分相封閉母線情況下發(fā)電機發(fā)生三相直接短路的機率是極低的。如果認為有必要，可考慮選擇一種合理的短路方式，例如兩相短路或單相接地等故障作為選擇滅磁電阻容量的依據(jù)是可行的。大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念24 滅磁時間

27、 對于大型水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)滅磁時間的定義不盡相同，通常應(yīng)用較多的有以下幾種：（1）按發(fā)電機端電壓下降到接近殘壓或小于500V作為滅磁時間，因為當(dāng)定子電壓小于500V時鐵芯接地故障點的電弧會自動熄滅。（2）按發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流為零的時間，定義為滅磁時間。（3）按合同規(guī)定，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流下降到10初始值定義為滅磁時間，例如對于三峽水電廠機組的滅磁系統(tǒng)以及委內(nèi)瑞拉古里（）水電廠機組的滅磁系統(tǒng)外商即采用這一定義標(biāo)準(zhǔn)。對于滅磁時間的定義應(yīng)該明確是：以發(fā)電機電壓為零定義滅磁時間最為直接反映滅磁的效果，而以轉(zhuǎn)子電流為零定義滅磁時間不完全反映滅磁效果，因為轉(zhuǎn)子電流為零時，由于受發(fā)電機大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計新理念阻尼繞組