發(fā)電機(jī)滅磁工作原理

1、滅磁工作原理當(dāng)發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部或發(fā)電機(jī)出口端發(fā)生故障以及正常停機(jī)時(shí)都要快速切斷勵(lì)磁電源，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是個(gè)儲(chǔ)能的大電感，因此勵(lì)磁電流突變勢必在轉(zhuǎn)子繞組兩端引起相當(dāng)大的暫態(tài)過電壓，造成轉(zhuǎn)子絕緣擊穿，所以必須盡快將轉(zhuǎn)子電感中的磁能快速消耗，這就是通常所說的滅磁。通常使用的滅磁方法有：線性電阻滅磁、滅磁開關(guān)滅磁、逆變滅磁和非線性電阻滅磁。本公司采用氧化鋅非線性電阻滅磁方式利用其特殊的伏安特性，達(dá)到近似恒壓滅磁的效果。滅磁的原理如圖1所示，其中i轉(zhuǎn)子中的電流、FR1為氧化鋅非線性電阻、FMK為滅磁開關(guān)、Uo為勵(lì)磁電壓、LP為整流電源、Uk為滅磁開關(guān)弧壓、UR為氧化鋅非線性電阻殘壓。若要使轉(zhuǎn)子電流衰減

2、至零，必須在轉(zhuǎn)子兩端加一個(gè)與其勵(lì)磁電源電勢相反的電勢U，滅磁方程式為Ldi/dt+U=O?？梢婋姼兄须娏魉p率正比于反向電勢U，反向電勢越大，滅磁時(shí)間越短。但反向電勢受轉(zhuǎn)子絕緣水平限，限不能超過轉(zhuǎn)子絕緣允許值因此最理想的滅磁方式是滅磁電壓保持恒定，電流保持一個(gè)固定的變化率(di/dt=-U/L)按直線規(guī)律衰減至零。由于氧化鋅非線性電阻殘壓UR變化很小，滅磁時(shí)近似于恒壓，即UR二u。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電壓低，氧化鋅非線性電阻呈高阻態(tài)，漏電流僅為微安級。滅磁時(shí)，滅磁開關(guān)FMK跳開，切開勵(lì)磁電源，在滿足UkUo+Ur時(shí)，電流被迫入滅磁過電壓保護(hù)器中，轉(zhuǎn)子繞組中所儲(chǔ)能量被氧化鋅非線性電阻消耗，且氧化

3、鋅良好的伏安特性保證了這部分能量幾乎以恒壓的形式消耗，確保了發(fā)電機(jī)組的安全。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置采用多組氧化鋅非線性電阻并聯(lián)跨接于轉(zhuǎn)子繞組兩端，由于氧化鋅非線性電阻FR1、線性電阻R1、快速熔斷器RD、二極管D1組成(見圖2)。其核心部件FR1具有限制反向過電壓和吸收磁能的作用；各支路中都有特制熔斷器RD，熔斷器的熔斷時(shí)間小于2ms并且熔絲電壓足夠高，當(dāng)部分支路必生故障，其相應(yīng)熔斷器快速熔斷，產(chǎn)生的電壓將故障支路的短路電流迅速迫入其他支路，故障支路被切除。線性電阻R1和二極管D1在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)降低氧化鋅非線性電阻FR1機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)降低氧化鋅非線性電阻FR1的荷電率，延緩閥片老化。

4、（1）主要部件與作用同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)常因一些故障或其他原因使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓。這些過電壓產(chǎn)生的條件不同、強(qiáng)弱不同，所以應(yīng)當(dāng)采取不同的保護(hù)方法。同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置基本原理如圖2、圖3所示。（2（2）非全相及大滑差異步運(yùn)行保護(hù)器（FQ）因發(fā)電機(jī)斷路器的非全相或非同期合閘等原因會(huì)使發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行或大滑差異步運(yùn)行，在這兩種運(yùn)行狀況下，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生劇烈的過電壓，由于此時(shí)電網(wǎng)和勵(lì)磁電源的能量均能傳遞到轉(zhuǎn)子繞組中，能量遠(yuǎn)超過通常滅磁裝置的滅磁能量，當(dāng)滅磁裝置中氧化鋅閥片的熔斷器全部熔斷時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組開路，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于恒流源，產(chǎn)生的過電壓將會(huì)擊穿轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。非全相及大滑差異步

5、運(yùn)行保護(hù)器”能在以上情況下快速動(dòng)作，構(gòu)成轉(zhuǎn)子續(xù)流通道，避免轉(zhuǎn)子繞組開路，有效防止轉(zhuǎn)子絕緣擊穿事故發(fā)生。在圖2中，非全相及大滑差異步運(yùn)行保護(hù)器裝置由FR2、線性電阻R2和R、可控硅觸發(fā)器CF、可控硅KPT、二極管D1組成；在圖3中由FR2構(gòu)成。其中FR2防止正向及反向過電壓，線性電阻R2用來降低氧化鋅非線性電阻的荷電率，D1一方面降低正常運(yùn)行時(shí)氧化鋅非線性電阻的荷電率，另一方面在出現(xiàn)反向過電壓時(shí)作為FR2的導(dǎo)電通道，線性電阻R和可控硅觸發(fā)器CF配合觸發(fā)可控硅KPT啟動(dòng)正向過壓回路。在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，非全相及大滑差異步運(yùn)行保護(hù)器處于開路狀態(tài)，僅有極小的漏電流（微安級），在轉(zhuǎn)子滅磁工況下，因保

6、護(hù)器導(dǎo)通電壓遠(yuǎn)高于滅磁高能氧化鋅非線性電阻的導(dǎo)通電壓，故不會(huì)參予滅磁工作；當(dāng)出現(xiàn)非全相或大滑差異步運(yùn)行而產(chǎn)生劇烈正向過電壓時(shí)，滅磁高能氧化鋅非線性電阻由于二極管的阻斷作用而不會(huì)動(dòng)作。圖2中R和CF所組成的過電壓測量回路將動(dòng)作，發(fā)出觸發(fā)脈沖，可控硅KPT導(dǎo)通，F(xiàn)R2進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的過電壓，保護(hù)轉(zhuǎn)子不受損害。當(dāng)出現(xiàn)非全相或大滑差異步運(yùn)行產(chǎn)生反向過電壓時(shí)保護(hù)器不需要觸發(fā)器只需要D2支路即進(jìn)入工作狀態(tài)。與此同時(shí)，滅磁電阻也參與工作，使轉(zhuǎn)子過電壓被限制在允許范圍內(nèi)，保障轉(zhuǎn)子不受損害。但需要說明的是，非全相及大滑差異步運(yùn)行保護(hù)器除具有一般氧化鋅非線性電阻的特性以外，還有一個(gè)特殊的特性，即在吸

7、收一定的能量以后，將會(huì)改變非線性特性曲線，自動(dòng)降低導(dǎo)通電壓，當(dāng)周期性或持續(xù)性的過電壓波到來時(shí)，隨著時(shí)間的增加，保護(hù)器吸收能量的增加和溫度的提高，保護(hù)器導(dǎo)通電壓迅速下降，低于滅磁氧化鋅非線性電阻的導(dǎo)通電壓，使滅磁氧化鋅非線性電阻退出工作。非全相大滑差異步運(yùn)行保護(hù)器在結(jié)構(gòu)上采取了防潮、密封及防爆措施，運(yùn)行安全可靠，使本公司的同步發(fā)電機(jī)滅磁及過電壓保護(hù)裝置具有更完善的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)過電壓保護(hù)功能。該裝置投運(yùn)以來，多次在發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行或大滑差異步運(yùn)行時(shí)起到保護(hù)作用，從而避免由于轉(zhuǎn)子開路而造成對轉(zhuǎn)子絕緣的損壞，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。（3）勵(lì)磁電源側(cè)過電壓保護(hù)器（FR3）對于直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，二

8、極管整流勵(lì)磁系統(tǒng)，正常運(yùn)行中出現(xiàn)的正向過電壓和滅磁開關(guān)分?jǐn)嗪箅娫磦?cè)線路電感及變壓器漏電感所儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生的過電壓。本公司的勵(lì)磁電源側(cè)過電壓保護(hù)器FR3針對以上情況出現(xiàn)的過電壓能可靠限制。該裝置主要由圖3中的快速熔斷器RD1和氧化鋅非線性電阻FR3組成。（4）尖峰過電壓吸收器（SPA）可控硅整流勵(lì)磁系統(tǒng)電源側(cè)出現(xiàn)的過電壓主要由圖2中的尖峰吸收器”SPA加以限制。隨著發(fā)電機(jī)容量越來越大，可控硅性能的提高，可控硅靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越之泛?？煽毓枵鳂驌Q相時(shí)直流側(cè)會(huì)出現(xiàn)尖峰過電壓，其值最高可能達(dá)到整流系統(tǒng)陽極電壓的2.5倍。如果不加限制，長期累積效果可能引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)絕緣的擊穿事故，甚至引起相

9、關(guān)元器件的燒毀以及停機(jī)事故。本公司的尖峰過電壓吸收器SPA采用高能氧化鋅閥片與阻容件器聯(lián)組合成，充分利用氧化鋅的非線性伏特性，將電壓限制在某一范圍之內(nèi)，同時(shí)考慮尖峰電壓的能量分布，利用電容兩端電壓不能突變的特點(diǎn)，將尖峰過電壓的前段高電壓部分的能量吸收在氧化鋅組件中，其他能量由氧化鋅和電容共同及收。在尖峰電壓過去以后，電容的能量通過電阻快速釋放掉。SPA的原理接線圖見圖4:RC組成一個(gè)高頻通道，將可控硅換相時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰電壓傳輸給氧化鋅非線性電阻FR4，F(xiàn)R4動(dòng)作吸收尖峰電壓，并且限制高頻尖峰電壓不超過一定的幅值，從而保證了可控硅換相時(shí)不會(huì)引起轉(zhuǎn)子回路的過高電壓?；芈分械腇R5是RC支路的保護(hù)

10、元件，因?yàn)樵谔囟l率下，支路有可能產(chǎn)生諧振而出現(xiàn)過高的電壓，致RC元件損壞。故當(dāng)電壓超過FR5動(dòng)作電壓時(shí)，F(xiàn)R5動(dòng)作保護(hù)RC元件。4.滅磁過電壓保護(hù)設(shè)定值對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組回路過電壓保護(hù)動(dòng)作值的設(shè)定，首先應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的絕緣水平。國際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的額定試驗(yàn)工頻交流電壓有效值Us為額定勵(lì)磁電壓的10倍，但是最高值不超過3500V、最低值不低于1500V。即：U=10UfN,1500VJLcX(KvXIfN)If0空載勵(lì)磁電流Td0發(fā)電機(jī)空載時(shí)間常數(shù)KV強(qiáng)勵(lì)電壓倍數(shù)KS強(qiáng)勵(lì)時(shí)勵(lì)磁繞組飽和系數(shù)，一般取KS=0.4水電取0.6Kr滅磁時(shí)由滅磁電阻分擔(dān)的磁場總?cè)萘?，一般取Kr=0.7Rf0勵(lì)磁繞組電阻(75考慮20%裕度。(2)非線性滅磁電阻殘壓的選擇：通常非線性電阻最大殘壓U殘一般不低于勵(lì)磁繞組出廠試驗(yàn)電壓的30%，不高于50%。U殘二UfN(35),可控硅整流一般選4，二極管整流一般選3;U10mA=U殘/1.5。滅磁閥片的動(dòng)作電壓值約為U殘X1/1.21.3殘合肥凱立生產(chǎn)的非線性滅磁電阻閥片特點(diǎn):1閥片單片容量20KJ，最低電壓不低于280V;2閥片流過100A的電壓和流過10mA的電壓比值僅為1.5倍;（殘壓比K=U殘/U10mA=C5）3漏電流小，二