具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案

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1、具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案黄大可邵显钧陈小明（葛洲坝水力发电厂443002湖北宜昌市）摘要：针对目前我国水轮发电机组灭磁设备的现状，结合葛洲坝水力发电厂灭磁系统的运行经验和试验资料，按照水轮发电机可靠、快速的灭磁要求，我们提出了一种具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案。关键词：灭磁方案ZnO非线性电阻转子过电压保护1.问题的提出我国目前部分大中型水轮发电机的灭磁系统，采用灭磁开关配合ZnO非线性电阻的灭磁方案，其原理图如图1所示。SCR表示励磁整流柜，Ud是其输出的整流电压。FMK是双断口灭磁开关。Rf是ZnO非线性电

2、阻器，D是二极管。正常运行时，FMK合上，励磁电压UL正压，Rf上没有电流。灭磁时，FMK跳闸并在其断口建立弧电压Uk。根据灭磁时的电压关系：UL=Ud-Uk，当Uk>Ud时UL开始负压，只有当Uf的负压大于ZnO电阻的转折电压，Rf动作，转子电流IL就不再流经SCR和FMK，而直接流经Rf。开关断弧，转子电流经D和Rf进行灭磁。由于ZnO电阻的非线性特性好，使得灭磁电压基本恒定，If就能快速衰减，转子磁能在ZnO电阻上发热消耗，当IL=0时，发电机灭磁完成。Uk1+-SCR+FMKRfLUFUdULD-IL-Uk2+图1现行灭磁方案原

3、理图Fig.1Principlediagramofnowde-excitationsystem这种以FMK跳闸建立弧电压，并击穿Rf，以此将转子电流由FMK转移到Rf，最后由Rf来吸收转子磁能的灭磁方法，在国外也得到广泛的采用，但所用的器件和材料不同。国外一般采用的Rf是SiC非线性电阻，且FMK都有一个常闭断口，用来代替上图中的D。正常运行时，该常闭断口断开；跳闸灭磁时，该常闭断口先闭合后，FMK的主断口才跳开。尽管这种FMK的结构复杂、体积庞大，但性能好、质量高。再加上SiC电阻的非线性较差，设计的转折电压也低，更加有利于转子电流的

4、转移，二者配合非常好，运行可靠。只是SiC电阻的稳压特性差，使得转子电压在灭磁过程中变化范围大，灭磁时间也就较长。尽管ZnO电阻在灭磁和过电压保护上比SiC电阻更具优越性，但是由于国内的FMK容量小，拉弧建压的性能不稳定，灭弧能力较差，其弧电流的伏安特性与灭磁电阻的伏安特性是两条反交的非线性特性，二者很难配合。再加上此时SCR电源仍参与其中，且起反作用。这种配合下的灭磁方案，其运行的可靠性就不高。特别是在励磁装置误强励时，还会发生转子电流不能从FMK转移到Rf，并造成FMK烧毁的严重事故。因此，在我国现行的FMK配合ZnO非线性电阻灭磁

5、方案的基础上，有必要提出一个改进方案，以提高我国水轮发电机灭磁的可靠性。1.方案的介绍总结葛洲坝水力发电厂励磁装置的运行经验，分析各种灭磁试验数据，我们将下列观点应用在新型灭磁方案中。1)灭磁时首先要分断励磁整流柜和转子之间的联系；2)灭磁开关配合ZnO非线性电阻灭磁的重点是解决好磁场电流的快速转移问题；3)ZnO非线性电阻在灭磁和转子过电压保护上性能优越，运行可靠，可适应任何容量的发电机组；4)对于有并联支路的ZnO电阻阀片来说，其整体外特性是由每一支路的阀片加均流电阻的特性组合而成，应能根据机组的参数进行选配组合；5)灭磁和转子过电

6、压保护要统一考虑，过电压保护电路要简单可靠，动作电压准确，容量充足；在新型水轮发电机灭磁方案中，将ZnO非线性电阻分成主Rf1、辅Rf2两组阀片。主阀片Rf1串联二极管D后再并联在转子两端，它由许多ZnO非线性电阻串并联组成，且数量多、均流电阻小，其转折电压就是设计的灭磁电压，起主要灭磁作用；辅助阀片Rf2串联一个RC电阻电容回路后再同Rf1并联，它由许多ZnO非线性电阻并联组成，且数量少、均流电阻大，其转折电压比主阀片小，起帮助磁场电流快速转移和辅助灭磁作用。Rf3是转子过电压保护阀片，也是由许多ZnO非线性电阻串并联组成。R是一个大

7、功率线性电阻，C是一个高压大电容。FMK是一个带有灭弧栅的双极直流开关。其原理接线如图2所示。+SCRRf2Rf1R2if2LUgUFUdFMKULif1CRRf3D-IL图2新型灭磁方案原理图Fig.2Principlediagramofnewde-excitationsystem在图2中，当机组正常运行时，FMK合上，ZnO非线性电阻参与转子过电压保护工作，阀片Rf1、Rf2和Rf3组成转子过电压综合保护，其中Rf2和Rf3组成转子正向过电压主保护，Rf２和ＲＣ阻容回路组成转子反向过电压主保护。在机组事故灭磁时，首先由FMK跳闸建立

8、弧电压，该弧电压减去Ud后UＬ开始负压，当UＬ的负压大于Rf2后，IＬ经RC阻容回路加速击穿Rf2，转子电流快速由FMK向辅助阀片转移，导致FMK断弧，快速切断SCR和转子之间的联系。随着电容C的充电和电阻