大型发电机灭磁及转子过压保护

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1、大型发电机灭磁及转子过压保护夏勇强摘要：本文叙述有关发电机灭磁的技术要求，并通过目前国内外普遍采用的灭磁方案比较及存在的问题，重点介绍了新型PTC线性电阻配合非线性电阻灭磁的动作原理，提出了一种新颖可靠的发电机灭磁方案。关健词：磁场断路器高能陶瓷电阻非线性电阻灭磁一、概述：随着国内大型电站的相继兴建，机组的单机容量及励磁容量不断增大，特别是采用具有高顶值系数的自动可控硅励磁系统，对灭磁及转子过压保护的要求越来越高，采用常规灭磁开关的灭磁方式已不能满足大型发电机组正常、可靠灭磁的要求。在电站的实际运行过程中，曾多次出现灭磁失败而引起转子过压，造成转子磁极击穿，烧毁灭磁开关及励磁设备等

2、重大事故。甚至出现因灭磁时间过长，以致在主变压器内部短路时未能迅速灭磁断流，造成主变绕组严重烧损，外罩炸裂的恶性事故，经济损失十分巨大。因此快速可靠的灭磁及限制转子过电压的有效措施成了国内大型发电机组安全运行亟待解决的问题。二、发电机灭磁的技术要求：2.1必须满足各种运行工况下可靠灭磁的要求大型机组励磁电流不断增加，转子的电感越来越大，转子所储存的磁场能量也随之增大，所以大型机组的灭磁装置必须满足有足够大的灭磁容量。它除了在正常及机端短路时等强励工况下能可靠灭磁外，特别对于具有高顶值系数的自励可控硅系统，还必须满足在空载误强励时可靠灭磁的要求。2.2满足快速灭磁的要求，尽可能实现接

3、近理想灭磁时间大型发电机虽然采用了现代快速灵敏的继电保护装置，但这种保护的作用是当发电机出现故障时，能尽快地将机组解列，即使机组解列，但故障电流依然存在。不论发电机故障是一相短路还是部分绕组短路，在故障电流期间，损坏的程度随绝缘燃烧和铜线熔化的时间而增加，所以只有在发电机解列的同时，采用快速灭磁才是限制故障和使设备免于全部烧毁最充分有效的措施。2.3灭磁应更加彻底大型机组的出口母线电压很高，在这种高压机组中，那怕只要有维持发电机母线电压10%的励磁残压，这种残压也足以维持故障处电弧，为此大型发电机组的灭磁应更加彻底。三、理想灭磁时间及非线性电阻灭磁：3.1理想灭磁时间:理想灭磁时间

4、即灭磁时间尽可能短，而且在整个灭磁过程中转子绕组两端感应的过电压不应超过转子绝缘强度所允许的最大值Ufm。利用绕组对放电电阻的原理来说明。它的方程式为：Ldi/dt+if(R+rf)=0(1)励磁绕组中的电流if衰减规律是：if=If0e-t/T1（2）,T1=L/R+rf------放电回路时间常数(3)，由公式（2）可知灭磁过程为一指数衰减图（1）形式。由公式（3）可知要想加快灭磁速度，只要增加放电电阻，则时间常数T1值减小,因灭磁初瞬间励磁电流初始值为If0,它与放电电阻R的乘积就是励磁绕组两端的电压。如果为灭磁速度快而选用较大的R的电阻值，则在灭磁瞬间将在励磁绕组两端产生过

5、电压，将可能超过绕组绝缘强度的允许值Ufm。为了使灭磁速度尽可能快，而且使绕组两端感应的电压不超过允许电压Ufm，则要求在整个灭磁过程中希望L×di/dt保持不变并小于Ufm，即L×di/dt=if×R≤Ufm=常数C，得到if=1/R×Ufm=1/R×C。由此可知，为了保证Ufm为一常数，则必须当灭磁电流If在衰减的过程中，在R上电压降要保持不变，也就是放电电阻的变化应与衰减电流If成反比，而线性电阻的值是个恒值，所以若放电电阻采用恒值电阻，Ufm的值在整个灭磁过程中不可能不变，它将随着灭磁电流If的减小而减小。3．2非线性电阻灭磁：如果将图(1)的放电电阻采用非线性电阻，则当磁

6、场开关跳闸后，励磁绕组对放电电阻的等值电路图见图（2）,因非线性电阻的伏安特性为：U=Kiβ（4），U----端电压瞬时值，i----通过的电流瞬时值，β-----非线性系数，K-----电流为1A的端电压的瞬时峰值。由U0=Kif0β，U0---灭磁初始电压,if0---图（2）灭磁初始电流，U=Kifβ=U0/if0β×ifβ=U0(if/if0)β=Rif0(if/if0)β（5）。设放电回路中所有的电阻均是非线性的，则励磁绕组对非线性电阻的放电过程可用下列微分方程式表示：U+Ldi/dt=0，即：R×if0(if/if0)β+L×di/dt=0,得出微分方程为：∫0∞ifd

7、t=-L/Rif0β-1∫0if0if1-βdif（6）。由“有效灭磁时间”定义：T1=1/if0∫0∞ifdt（7）。由（6）.（7）两式可得:T1if0=-L/R×if0β-1∫0if0if1-βdif=L/R×if0/(2-β),所以:T1=L/R·1/(2-β)(其中R=Rn+rf)（8）。由此可知:只要增大非线性电阻也可减小时间常数T1，而且可以达到提高“有效灭磁时间”的灭磁速度,但非线性电阻在灭磁初瞬间的起始电阻值同样也受到励磁绕组绝缘强度的允许电压的限制