1、1发电机灭磁工作原理分析摘要：简要介绍旺隆电厂励磁系统，说明了发电机灭磁开关结构及工作原理，分析了灭磁装置在各种工况下工作原理及过电压保护相关内容，以及非线性电阻的特性与应用。 关键词：励磁；灭磁开关；非线性电阻；过电压 中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号： 引言 灭磁是发电机运行操作的一个环节，也是发电机及主变压器内部故障的一项保护措施。同步发电机发生内部故障时，虽然继电保护装置能快速地把发电机与系统断开，但磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流。无论是发电机机端短路或部分绕组内部短路，时间较长，都可能造成导线的熔化和绝缘的烧坏。如果系统对地故障电流足够大时，还要烧铁芯。
2、因此，必须迅速将发电机灭磁，使其电压降至熄弧电压以下，以限制发电机故障时损坏的范围。 1.概述 旺隆热电厂位于广州市增城新塘镇，其发电机型号为 QF-100-2，哈尔滨电机厂生产。励磁系统采用国电南瑞 SAVR-2000 调节器，励磁方式为静止自并励方式。灭磁开关型号为 SACE E3H/E20（厦门 ABB） 自并励励磁系统通常采用逆变灭磁加直流开关灭磁的方式。逆变灭磁时使整流装置的控制角 90，整流装置出现负电压，发电机转子绕2组中的电磁电量反馈回电源系统中。逆变角越大负电压值也越大，灭磁速度越快，但 角加整流装置的换弧角应小于 180，以防止逆变失败。励磁变压器电抗较小，换弧角在强励电流
3、时一般小于 30，因此逆变角 可采用 140150。 自并励系统逆变灭磁时励磁电压下降，发电机端电压也随之下降。电源电压的下降使逆变速度也相应降低，因此一般在逆变一段时间后跳开灭磁开关，以加快后期的灭磁速度，并保证可靠灭磁。 现阶段，同步发电机自并励系统中采用非线性电阻灭磁的方法得到广泛的应用，由于非线性电阻在灭磁过程中磁场绕组反电压基本不变，因此它的灭磁速度远快于线性电阻灭磁。灭磁时磁场能量主要由非线性电阻吸收，灭磁开关主要起开断作用。我国通常采用氧化锌非线性电阻作为灭磁电阻，可以根据发电机磁场能量的大小灵活配置氧化锌电阻。 2.灭磁开关结构及工作原理 2.1 系统结构 图 1 旺隆电厂非线
4、性电阻灭磁和过电压保护接线图 由图 1 可见，灭磁系统由三部分组成： （1）MK：灭磁断路器；（2）灭磁用非线性电阻 FR1；（3）过电压保护用非线性电阻 FR2、FR3。 2.2 工作原理 32.2.1 灭磁开关工作原理 灭磁开关 MK 是快速空气开关，灭磁断开时，切断磁场电流，保证灭磁的可靠性，开关吹弧能力强，能快速切断磁场电流。保证有较高的建压能力，以便与非线性电阻配合，使非线性电阻可靠导通。 2.2.2 氧化锌非线性电阻工作原理 在灭磁装置中，氧化锌(ZnO)电阻的用途：a灭磁移能 ZnO 阀片；b直流侧尖峰过电压吸收器；c非全相及大滑差异步运行过电压保护器。 图 2 非线性电阻伏/安
5、特性及工作点 氧化锌非线性电阻的伏/安特性见图 2，当电压较低时，流过的电流很小，电阻很大，当电压超过一定数值后，流过电流急剧上升，等效电阻急剧下降，通常用非线性数 表示其特性，其定义如下： =Go/Ge 式中：Go=Io/Uo 为工作点的静态电导 Ge=dIo/dUo 为工作点的动态电导 由定义可导出 U=CI 式中，U：为电阻的电压降（伏）I：为电阻通过电流（安）C：为常数，即流通 1 安时的电压降（伏） 显然，（01）值愈小其压敏特性愈好。若 =1 则为线性电阻，若 =0 则为压降恒定的“理想压敏元件” 。 3灭磁装置的各种工况 43.1 发电机正常运行时工况 发电机运行时，灭磁开关 M
6、K 合闸，发电机励磁电压可控硅整流装置加在非线性电阻 FR1、FR2、FR3 上。对于灭磁非线性电阻 FR1，因有常开接点阻断，无电流通过。对于过电压保护非线性电阻 FR2、FR3 因有正向可控硅，在过电压达动作触发之前，可控硅关断，回路无正向电流，也无反向电流。正常时，FR1、FR2、FR3 不流过电流，不消耗能量，不影响主回路工作。 3.2 发电机正常运行中，发生过电压工况 发电机运行中，过电压保护非线性电阻 FR2、FR3 原工作点在 A1 处。如果产生过电压能量，如正向过电压，则当该能量积累使得正向过电压超过过电压动作整定值后，则 FR2、FR3 的控制触发回路启动，可控硅导通非线性电
7、阻两端所加的电压，因超过非线性电阻的压敏电压值而快速导通，消耗转子过电压能量。这时非线性电阻的工作点由原 A1 点移至 A2点，当过电压能量被释放后，过电压值下降，则工作点又回复到正常工作点 A1，这时发电机转子电压回复正常。如发生反向过电压，由非线性电阻 FR2、FR3 的工作点沿着伏/安特性曲线向负横轴方向移动，当反向过电压值超过 FR2、FR3 动作压敏电压拐点后 FR2、FR3 反向开通，运行工作点在 A3，当过电压能释放完毕后，过电压降低直至消失，非线性电阻 FR2、FR3 的工作点又由 A3 移回至 A1 点，由上面的分析可知，因发电机转子过电压能量有限，只要 FR2、FR3 能量
8、足够大，则发电机转子的电压被有效地限制在-ULM+ULM 之间，这样就保护了转子的绝缘。 3.3 发电机停机灭磁工况 5当发电机正常或故障停机时，都可依靠该装置进入快速灭磁并在灭磁过程中控制励磁回路产生的过电压在安全范围内。MK 在收到停机指令后触头分闸。励磁绕组两端电压 UL 由下式表示： 式中 RL 为励磁绕组电阻；L 为励磁绕组电感。 当灭磁开关企图强制切断电流 IL 时，则0，FR1 工作点向 UL 减小的方向移动，UL 由正变负并且反向幅值增加；非线性电阻电流 INR 由小变大 IL=INR+IK。开始 INR=0，IK=IL。当 UL 反向数值达到一定数值时（如图 2 中 A4 点
9、）INR = IL，则 IK =0 开关熄弧。以后由励磁绕组与 FR 单独构成放电回路，直到磁场能量通过放电在非线性电阻上转化为热能。在放电的过程中随着 INR（即 IL）的减小 FR1 的工作点则沿着伏一安曲线往回移动。在这一过程中励磁绕组两端所承受的最高反向峰值电压取决于 FR1 伏一安特性以及灭磁时涌入 FR1 支路最大电流 INM，INM 值要小于灭磁瞬间 IL 的最大可能值，如图 2 中 INM 对应灭磁反向转子最高电压数值ULM。 由于磁场断路器所具备的消弧能力足以保证分闸后励磁绕组两端能迅速建立起 FR1 通流所需要的电压以完成换流（即由 IK=IL 转为 INR=IL） 。断路
10、器分闸后可迅速熄弧，将励磁绕组与励磁电源完全切断，这一过程一般在 30 毫秒内完成。由于 FR1 良好的压敏特性，从换流完成直到 IL衰减接近于零，励磁绕组端电压始终维持较高的大体不变的数值。因此，获得较高的灭磁速度，接近于“理想灭磁过程” 。 4结语 6目前电力行业内已有许多机组采用高性能 ZnO 电阻作为转子灭磁电阻和过电压保护，实用效果显著。随着科技的发展，ZnO 快速灭磁及过电压保护装置，在技术上已经趋于成熟，能够正确利用非线性电阻的特点来解决实际应用中出现的问题，有效地避免发电机灭磁和过电压事故的发生，保证了发电机组安全运行。 参考文献： 1王成章,李红霞,周斌,李小中.发电机灭磁及转子过电压保护的改进.小水电.2011(5). 2常炳权,吴光军.发电机灭磁方式技术分析.黑龙江电力.2006(1). 3方思立. 汽轮发电机灭磁方式研究.电网技术.2006. 4张扬.同步发电机非线性电阻灭磁仿真研究.电网与清洁能源.2011(7). 5陈小明,胡先洪.励磁系统交直流灭磁原理分析.水电厂自动化.2006(4).
