發(fā)電機滅磁系統分類(lèi)及其原理

同步發(fā)電機安全可靠的滅磁，不僅關(guān)系到勵磁系統本身安全，而且直接關(guān)系到整個(gè)電力系統安全運行。

發(fā)電機組正常停機時(shí)：逆變滅磁。

發(fā)電機組事故停機時(shí)：事故停機滅磁，即當發(fā)電機發(fā)生內部故障，在繼電保護動(dòng)作切斷主斷路器時(shí)，要求迅速地滅磁； 在發(fā)電機發(fā)生電氣事故時(shí)，滅磁系統應迅速切斷發(fā)電機勵磁回路，并將儲藏在勵磁繞組中的磁場(chǎng)能量快速消耗在滅磁回路的非線(xiàn)性電阻中。

逆變滅磁：

利用三相全控橋的逆變工作狀態(tài)，控制角由小于90°的整流運行狀態(tài)，突然后退到大于90°的某一適當角度，此時(shí)勵磁電源改變極性，以反電勢形式加于勵磁繞組，使轉子電流迅速衰減到零的滅磁過(guò)程稱(chēng)為逆變滅磁。這種滅磁方式將轉子儲能迅速地反饋到三相全控橋的交流側電源中去，不需放電電阻或滅弧柵，是一種簡(jiǎn)便實(shí)用的滅磁方法。由于無(wú)觸點(diǎn)、不燃弧、不產(chǎn)生大量熱量，因而滅磁可靠。反電勢愈大，滅磁速度愈快。三相全控橋逆變時(shí)產(chǎn)生的反電勢與其交流側電源電勢成正比，因此反電勢的數值受到一定限制，同時(shí)為防止“逆變"而設的最大控制 max（或最小逆變角 min）的限制，也在一定程度上降低了反電勢。所以，單獨逆變滅磁，受交流電源電壓的限制，逆變滅磁時(shí)，勵磁電流雖直線(xiàn)下降，但逆變時(shí)所施加的反電勢數值比滅弧柵滅磁方式要小，因此電流衰減率較小，滅磁時(shí)間相對較長(cháng)，但過(guò)電壓倍數也很低。

非線(xiàn)性電阻滅磁：

勵磁系統正常停機，調節器自動(dòng)逆變滅磁; 事故停機，跳滅磁開(kāi)關(guān)將磁場(chǎng)能量轉移到耗能電阻滅磁。當發(fā)電機處于滑極等非正常運行狀態(tài)時(shí)，將在轉子回路中產(chǎn)生很高的感應電壓，此時(shí)安裝在轉子回路中的轉子過(guò)電壓檢測單元A61模塊將檢測到轉子正向過(guò)電壓信號，馬上觸發(fā)V62可控硅元件，將耗能電阻單元FR并入轉子回路，通過(guò)耗能電阻的吸能作用，將產(chǎn)生的過(guò)電壓能量消除；而轉子回路的反向過(guò)電壓信號則直接經(jīng)過(guò)V61二極管接入耗能電阻吸能，以確保發(fā)電機轉子始終不會(huì )出現開(kāi)路，從而可靠地保護轉子絕緣不會(huì )遭受破壞。由于這種保護的存在，轉子繞組會(huì )產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)，抵消定子負序電流產(chǎn)生的反轉磁場(chǎng)，以保護轉子表面及轉子護環(huán)不至于燒壞。

滅磁電阻的作用

發(fā)電機的勵磁繞組就是一個(gè)具有較大電感的線(xiàn)圈，在正常情況下，勵磁電流在發(fā)電機轉子上產(chǎn)生較強的磁場(chǎng)。當發(fā)電機內部故障時(shí)，需要迅速切斷勵磁電流，除去發(fā)電機的磁場(chǎng)，以免事故擴大。但是，用開(kāi)關(guān)直接切斷這種具有較大電感的電路中的電流是很困難的。因為直接切斷勵磁電流會(huì )在勵磁繞組的兩端產(chǎn)生高電壓，可能燒壞開(kāi)關(guān)觸頭。因此，在切斷勵磁回路前，首先在轉子兩端并聯(lián)接入滅磁電阻，這樣再切斷勵磁回路時(shí)，滅磁電阻就可迅速吸收勵磁繞阻的磁能，減緩轉子電流變化速度，達到降低轉子自感電動(dòng)勢，起到抑制轉子過(guò)電壓和滅磁的目的。

滅磁電阻的投退不是在發(fā)電機并列或解列時(shí)，而是在發(fā)電機起勵建壓之前要將滅磁電阻從轉子回路中斷開(kāi)，在發(fā)電機滅磁時(shí)將滅磁電阻投入并在轉子線(xiàn)圈兩端。

1分類(lèi)及原理

1.1按開(kāi)關(guān)功能分：

     耗能型滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)將磁場(chǎng)能量消耗掉

     移能型滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)不消耗磁場(chǎng)能量， 磁場(chǎng)能量由專(zhuān)用的滅磁電阻來(lái)消耗

1.2按開(kāi)關(guān)位置分：

     直流滅磁開(kāi)關(guān)滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)裝設在直流側

     交流滅磁開(kāi)關(guān)滅磁：滅磁開(kāi)關(guān)裝設在交流側

     跨接器滅磁：不使用滅磁開(kāi)關(guān)而使用跨接器

1.3按滅磁電阻的種類(lèi)分：

        氧化鋅非線(xiàn)性電阻滅磁

        碳化硅非線(xiàn)性電阻滅磁

2 直流開(kāi)關(guān)滅磁原理為：

滅磁時(shí)，跳開(kāi)直流開(kāi)關(guān)MK，直流開(kāi)關(guān)斷口產(chǎn)生電弧，電弧電壓與可控硅 SCR輸出的電壓疊加，與轉子的感應反電勢相等， 該反電勢同時(shí)加在滅磁電阻兩端

    當UR大于滅磁電阻回路的轉子電壓時(shí)，滅磁電阻回路導通，消耗磁場(chǎng)能量而滅磁。

2.1 第一階段：

滅磁開(kāi)關(guān)分閘、拉弧、建立轉子反電勢。在這個(gè)階段的初始時(shí)刻，滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭分斷，在觸頭之間產(chǎn)生直流電弧，并由電弧電流在吹弧線(xiàn)圈中產(chǎn)生吹弧磁力，從而使直流電弧拉長(cháng)并進(jìn)入滅磁開(kāi)關(guān)的滅弧柵。由于直流電弧被拉長(cháng)后其弧電阻增加，促使滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭兩端的電壓升高，直至達到非線(xiàn)性電阻的動(dòng)作值。

由于滅磁開(kāi)關(guān)分斷，發(fā)電機勵磁電流發(fā)生強烈變化，此時(shí)發(fā)電機轉子將因電流變化而產(chǎn)生反電勢，其反電勢的大小由轉子電感和勵磁電流的變化率所決定。當達到非線(xiàn)性電阻動(dòng)作值時(shí)，由非線(xiàn)性電阻決定轉子的兩端電壓。

2.1 第二階段：非線(xiàn)性電阻換流、移能，轉子滅磁。

 在這個(gè)階段的開(kāi)始時(shí)刻，由于滅磁開(kāi)關(guān)觸頭斷開(kāi)引起的轉子反向過(guò)電壓使非線(xiàn)性電阻由阻斷變成導通，從而使原經(jīng)過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)構成的勵磁電流通路轉換為由非線(xiàn)性電阻與轉子之間構成通路，進(jìn)而使滅磁開(kāi)關(guān)斷口熄弧，完成勵磁電流由滅磁開(kāi)關(guān)向非線(xiàn)性電阻的換流。

完成換流以后，由于轉子能量并沒(méi)有消耗，故非線(xiàn)性電阻將維持導通狀態(tài)，直至將轉子的幾乎全部能量都轉移到非線(xiàn)性電阻之中，磁能變成熱能。

2.3直流開(kāi)關(guān)滅磁條件 

直流開(kāi)關(guān)滅磁條件：必須保證在發(fā)電機任何工況下滅磁時(shí)，開(kāi)關(guān)斷口弧壓與可控硅整流橋輸出的電壓疊加后的值，超過(guò)滅磁電阻導通電壓。

2.4 直流開(kāi)關(guān)滅磁特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：滅磁時(shí)無(wú)需外部邏輯配合，操作簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：對直流開(kāi)關(guān)斷口弧壓要求較高，導致開(kāi)關(guān)制造困難。 

3 交流開(kāi)關(guān)滅磁原理：

僅斷開(kāi)交流滅磁開(kāi)關(guān)AC。

3.1 通常三相全控整流橋工作，上下橋臂均各有1元件導通，如+A、-C,這時(shí)勵磁電流if經(jīng)MKa、MKc流過(guò)，產(chǎn)生電?。∕Kb無(wú)電流斷開(kāi)）。過(guò)3.3ms(60°)＋B脈沖到，但因MKb斷開(kāi)，無(wú)作用，再過(guò)60°，－A元件導通。這時(shí)if流過(guò)+A、－A，MKa、MKc息弧斷開(kāi)。

非線(xiàn)性電阻不能投入，勵磁電流只靠轉子回路時(shí)間常數緩慢滅磁，不能快速滅磁。

在切斷交流側滅磁開(kāi)關(guān)之前，先切除可控硅SCR觸發(fā)脈沖（簡(jiǎn)稱(chēng)封脈沖）。 

當交流線(xiàn)電壓在正半波時(shí)

在交流線(xiàn)電壓的負半波時(shí)，滅磁電阻回路電壓最高，在交流線(xiàn)電壓的正半波時(shí)，滅磁電阻回路電壓低。

3.2 交流滅磁成功的必要條件是：

加在滅磁電阻回路的電壓大于該回路的轉折電壓，則滅磁電阻回路導通，勵磁電源回路續流的兩只元件因電壓反偏而截止，開(kāi)關(guān)因斷口電壓低而熄弧。

在滅磁電阻回路轉折電壓一定的情況下，因交流線(xiàn)電壓負半波的作用，對開(kāi)關(guān)弧壓的要求降低了。而在開(kāi)關(guān)弧壓參數已定的情況下，滅磁電阻回路轉折電壓因交流線(xiàn)電壓負半波的作用而可整定到較高的數值，而獲得快速滅磁的效果。

3.3 交流滅磁條件 

 必須是可控硅全控整流橋而不能是二極管整流橋或帶續流二極管的可控硅半控整流橋。

  必須在開(kāi)斷交流滅磁開(kāi)關(guān)AC的同時(shí)，可控硅整流橋的全部觸發(fā)脈沖。

3.4 交流滅磁優(yōu)點(diǎn)

對滅磁開(kāi)關(guān)斷口弧壓的要求大大降低。降低弧壓要求，也意味著(zhù)降低斷路器的體積、重量和造價(jià)。

4 勵磁跨接器就是轉子過(guò)電壓保護裝置

4.1 其基本電路及其原理

一組正反向并聯(lián)的可控硅串聯(lián)一個(gè)放電電阻后再并聯(lián)在勵磁繞組兩段，當可控硅的觸發(fā)器電路檢測到轉子過(guò)電壓后，立即發(fā)出觸發(fā)脈沖使可控硅導通，利用放電電阻吸收過(guò)電壓能量。 

跨接器的返回措施：當轉子過(guò)電壓大于跨接器動(dòng)作值時(shí)，跨接器動(dòng)作并將轉子電壓限制為放電電阻兩段的電壓，在此電壓的作用下，放電電阻將流過(guò)所要吸收的過(guò)電壓能量，如果需要吸收的過(guò)電壓能量大于放電電阻的極限能量，就必須采取措施，最常見(jiàn)的措施就是檢測放電電阻的電流，一旦這個(gè)電流大于設定值就跳閘滅磁，這種方法也是處理轉子異步過(guò)電壓的最好方法。當跨接器動(dòng)作后轉子過(guò)電壓消失，放電電阻承受正常運行的轉子電壓，對于氧化鋅放電電阻來(lái)說(shuō)，由于其正常轉子電壓下的漏電流很小，遠遠小于可控硅的維持電流，此時(shí)跨接器能可靠返回；對于碳化硅放電電阻來(lái)說(shuō)，其正常轉子電壓下的漏電流很大，遠遠大于可控硅的維持電流，此時(shí)跨接器暫時(shí)不能返回，只有當轉子電壓變?yōu)榱慊蛘咚矔r(shí)值變極性后才能返回。具體來(lái)說(shuō)，正向過(guò)電壓動(dòng)作后，轉子電壓等于零或者其瞬時(shí)值變?yōu)樨撝禃r(shí)才能返回；反向過(guò)電壓動(dòng)作后，轉子電壓等于零或者其瞬時(shí)值變?yōu)檎禃r(shí)才能返回；為了防止碳化硅電阻跨接器動(dòng)作后不能可靠返回，最常見(jiàn)的方法也是在跨接器回路裝設過(guò)電流檢測器，一旦電流長(cháng)時(shí)間大于設定值就跳閘滅磁。也有資料顯示采取逆變的方法來(lái)保證跨接器的返回。

4.2 跨接器滅磁方案的原理：

勵磁回路中不設置滅磁開(kāi)關(guān)，滅磁時(shí)先接通滅磁跨接器，后封可控硅整流橋的脈沖 。

4.3 跨接器滅磁方案的特點(diǎn)分析：

跨接器滅磁方案的優(yōu)點(diǎn)：主回路無(wú)開(kāi)關(guān)，結構簡(jiǎn)單，可靠性高。

跨接器滅磁方案的缺點(diǎn)：跨接器回路的最大導通電壓不能高于交流線(xiàn)電壓的峰值，滅磁時(shí)間相對較長(cháng)。

5 滅磁電阻

滅磁用電阻可以是線(xiàn)性電阻，可以是非線(xiàn)性氧化鋅滅磁電阻，也可以是非線(xiàn)性碳化硅電阻。

在汽輪發(fā)電機的滅磁中由于發(fā)電機轉子為實(shí)心轉子具有較強的阻尼作用，即使發(fā)電機勵磁繞組中的電流迅速衰減到零，但由于阻尼繞組中的電流不能迅速衰減，發(fā)電機的機端電壓并不能達到迅速衰減的目的，而且阻尼繞組中的電流是不可控的，所以在具有較強阻尼作用的發(fā)電機機組中多采用線(xiàn)性電阻滅磁。而對于阻尼作用較弱的發(fā)電機機組則多采用非線(xiàn)性電阻滅磁。

把感性的轉子勵磁繞組切換到放電電阻上防止開(kāi)路產(chǎn)生的過(guò)電壓。利用放電電阻將磁場(chǎng)能量轉換為熱能，消耗于電阻上。目前經(jīng)常采用非線(xiàn)性電阻（氧化鋅或碳化硅）來(lái)放電滅磁，大大提高了滅磁速度，滅磁曲線(xiàn)比較接近理想曲線(xiàn)，是目前應用廣泛的滅磁方式。

在水輪發(fā)電機的滅磁中，發(fā)電機轉子不為實(shí)心轉子，其阻尼作用不強，而且發(fā)電機在故障情況下的機端電壓升高很多，為有效降低事故擴大化，宜非線(xiàn)性滅磁。

6 滅磁開(kāi)關(guān)

滅磁開(kāi)關(guān)額定工作電壓： 應大于轉子上的最大工作電壓 ；

滅磁開(kāi)關(guān)額定工作電流： 應大于轉子最大長(cháng)期連續工作電流；

滅磁開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流能力： 應大于轉子強勵電流；

滅磁開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電壓能力： 應大于滅磁電阻上電壓和可控硅整流橋輸出電壓之和。