串联非线性电阻灭磁方案探讨

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1、非线性电阻串联灭磁方案探讨陈贤明吕宏水刘国华王伟朱晓东(国电自动化研究院电气控制研究所南京323信箱,210003)摘要：通常大型发电机采用非线性电阻灭磁，按常规，非线性电阻并接在磁场绝绕组两端，这种接法已得到普遍采用，没碰到什么问题，然而随着巨型水轮发电机，如三峡700Mw的发电机投运，磁场电压和电流都十分大，这种情况下，用上述并联接法，为使非线性电阻在灭磁时投入，对灭磁开关的开断弧压要求愈来愈高，这意味着灭磁开关除了要通过大电流，并且在开断时需产生很高弧压，这就导致灭磁开关十分巨大，结构复杂，价格昂贵，运行维护工作量大。为此本文对

2、灭磁时将非线性电阻并接在灭磁开关两端，串入磁场回路的方案进行探讨，这时对灭磁开关开断弧压要求可降低至非线性电阻的残压，并且能达到并联支路灭磁的相同效果，无须增加设备，为此，对其机理进行了自并励发电机空载误强励灭磁的仿真，给出了予想的结果。9关键词：发电机，非线性电阻，灭磁，串联90).前言大型发电机的灭磁对发电机安全是极其重要的，尤其随着国内三峡水电厂的26台700Mw水轮发电机的陆续投运，以及下一个10年，可能有多达近百台这类机组投运，灭磁问题的合理解决，显然十分迫切。在上世纪70年代未，采用磁场开关加非线性电阻的灭磁方案得到发展，

3、它和用线性电阻灭磁的方案类似，灭磁电阻并接于磁场绕组两端，由于用非线性电阻时在灭磁过程中，加于磁场绕组的反电压基本不变，因此它的灭磁速度远比用线性电阻要快。它也是属于移能式灭磁，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，这种灭磁方式优点之一，可根据发电机磁场能量的大小，配置非线性电阻的能容，十分灵活，因此曾得到推广应用，也受到广大的电厂运行人员的欢迎。只是近年在如三峡700Mw这类大型发电机应用上，遇到了新问题，因这类发电机的励磁电压、励磁电流都十分大，要满足用非线性电阻灭磁，对灭磁开关的开断时弧压Uk的要求高，能实

4、现可靠移能灭磁的关键是，磁场开关的开断弧压必须大於，励磁电源的最高电压及非线性电阻的残压之和，现以三峡水电厂700Mw机组ABB公司提供的数据为例，额定励磁电压、电流475.9V,4158A整流变压器付边线电压=1200v,假定同空载误强励使发电机机端电压上升1.3倍，这时励磁电源最大电压为=1.3×√2×1200=2210V如果非线性电阻残压选为2000v，则要求磁场开关开断时的弧压不小于4300V，如还留有一些裕量，就得要求开断弧压达5000V，通常带灭弧栅的分隔短弧的灭磁开关，每个灭弧栅间隔电压为25～30V，要达到5000V就

5、需要200～167灭弧栅间隔,实际上难以做在一只开关上，需要分成多只开关串联完成，三峡发电机用的直流灭磁开关就是由8只开关串联而成。我国过去曾使用过串联式带灭弧栅的自动灭磁开关灭磁，它的灭磁速度快，如国内的DM2型的自动灭磁开关，曾经得到广泛采用，在灭弧时利用开关断开时的灭弧电压，将磁场能量消耗在开关的灭弧室内，在磁场电流衰减到零前，灭弧电压基本不变，这个特性应该说和非线性电阻，尤其是氧化锌ZnO的伏安特性相近，这就使作者联想到用ZnO串联来灭磁，即将非线性电阻跨接于磁场开关的两端，这时对磁场开关开断弧压的要求，实际上只要到达非线性电

6、阻的残压就够了，如仍以上述三峡发电机为例，对开关开断弧压的要求可降到2000v就够了。1).非线性电阻对灭磁开关弧压的要求图1非线性电阻并联灭磁线路U电源电压Uk磁场开关FB断开时的开断弧压I磁场电流e磁场绕组自感电势R非线性电阻9通常用图1所示的并联非线性电阻支路灭磁，需要依赖灭磁开关的开断弧压，事实上开关FB断开时，磁场电流i减小，磁场绕组产生与电流变化率正比的感应电势e，后者可按回路电势合成为零确定，在这里即U—Uk+e=0，得出Uk=U+e，而e是加于非线性电阻上，要使其导通，应不小于非线性电阻的残压。也就是说灭磁开关的开断弧

7、压要大於电源电压加非线性电阻的残压。图2非线性电阻串联灭磁线路U电源电压Uk磁场开关FB断开时的开断弧压e磁场绕组自感电势R非线性电阻图2是本文探讨的非线性电阻R串联的灭磁线路，发电机正常运行时，磁场开关FB闭合。非线性电阻R被FB短路，没有电流通过，灭磁开关跳开时，产生的开断弧压Uk直接加到非线性电阻R上，如Uk大或等于非线性电阻的残压，则磁场电流流经非线性电阻及磁场绕组，其灭磁过程应和非线性电阻并联灭磁没有太大的不同。唯一的不同是串联灭磁时，磁场的电源电压U仍可能加在回路中，但通常，对含有非线性电阻的电路讲，它的作用很小，在灭磁时

8、如可控硅整流电路交流侧也同时拉开。那U就不存在了。如果发电机采用的自并励系统，则U随着励磁电流i衰减而很快下降，起不了什么作用。为了评估电源电压U加于和磁场绕组串联的非线性电阻的电路中产生的电流，假定图2中的磁场开关FB