发电机灭磁失败原因分析及改进措施.doc

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1、发电机灭磁失败原因分析及改进措施陈小明（葛洲坝水力发电厂443002湖北宜昌市）摘要：针对近期某发电厂发生的灭磁开关烧毁事故，本文介绍了由双断口灭磁开关（FMK）和ZnO非线性电阻构成的灭磁系统的工作原理，分析了其灭磁失败的主要原因，并提出了减轻灭磁开关灭弧负担，保证灭磁成功的改进措施：(1)降低ZnO非线性电阻的残压；(2)在ZnO非线性电阻两端并联线性电阻，以得到一条近似SiC非线性电阻的伏安特性，现场工业试验已验证其有效性。关键词：励磁装置灭磁开关非线性电阻0引言1999年4月3日，某一大型水轮发电机组的励磁装置因强励

2、失控，励磁电压和电流最高达到1200V和3800A，造成励磁变压器过流保护动作，机组停机灭磁。而在这一灭磁过程中，却发生了灭磁开关严重烧毁的事故。本文分析了其主要原因，并提出了减轻灭磁开关负担，保证灭磁成功的改进措施。1灭磁原理介绍该机组的励磁装置灭磁系统由DM4-1600双断口灭磁开关（FMK）和ZnO非线性电阻（Rf）组成，其灭磁原理图如图１所示。Uk1Id+-SCR+-DGFMKUdUfRfR--++IfUk2虚线连接的电阻R是本文的改进措施之一图１灭磁原理图Fig.1principleofde-excitation在

3、图1中，二极管D保证Rf只在发电机励磁电压Uf反压时(即下正上负)时投入，Rf两端的工作电压即阀片残压为1500V。正常运行时，FMK合上，可控硅整流桥SCR输出整流电压Ud和整流电流Id，Uf正压（即上正下负）。FMK跳闸灭磁时，其双断口同时断开，触头拉弧并将电弧吹入灭弧罩，电弧在FMK双断口形成电弧电压Uk1和Uk2，极性如图1所示。以此同时，Uf由正压变负压，当Uf大于Rf的残压1500V时，励磁电流If流经Rf，FMK双断口电弧熄灭，磁场电流由FMK转到Rf上来，Uf仍被限制在1500V，If按直线衰减，直到Uf和I

4、f均为零，转子磁能变为热能，发电机灭磁成功。2灭磁失败原因分析4灭磁成功的关键是磁场电流由FMK转移到Rf上来，其转移时间约为40毫秒。若转移不成功，整个磁场电流将由FMK单独消耗，此时若磁场电流超过FMK的灭弧能力，则必然造成灭磁开关烧毁。由于DM4双断口灭磁开关，在灭磁回路中主要是作为一个移能开关来使用的，不具备单独吸收强励失控下的转子磁能。在该机组FMK跳闸灭磁中，因能量太大，灭弧栅的电弧向外大量喷射导电的物质，大大的降低了灭弧室及触头间的绝缘，并使其发生短路烧毁，从而导致灭磁失败。为什么该机组的磁场电流不能有效的转移

5、呢？首先来分析磁场电流的转移条件，从上图可见，Uk1+Uk2-Ud2-Uf=0，又Uf=1500V，则得到该灭磁系统的磁场电流转移条件：Uk1+Uk2-Ud≥1500V。按照直流电弧的理论，电弧的伏安特性是非线性的，电弧产生的过程中，电弧电压值是变化的。跳闸前Uk1和Uk2的值为零，跳闸瞬间Uk1和Uk2的值急剧上升，拉弧越快其值越高，但随着电弧被吹进灭弧罩的灭弧栅，电弧被拉长，电弧电压也就随电弧长短而变化。倘若电弧被灭弧栅分割成短电弧，电弧电压值就为灭弧栅的片数乘以短电弧电压值，该灭弧栅为28片，短电弧电压值取30V，则U

6、k1=Uk2=28×30=840V。考虑上述因数并结合DM4灭磁开关的试验资料，一般来说，在FMK跳闸过程中，当电弧被电动力和热气流吹进灭弧栅燃烧时，断口两端将产生900V--1200V电弧电压。将该范围内的电弧电压值代入Uk1+Uk2-Ud≥1500V，就得到一组磁场电流转移成功，整流输出电压必须满足的条件：条件1：当Uk1+Uk2=900+900=1800V时，Ud≤300V；条件2：当Uk1+Uk2=1000+1000=2000V时，Ud≤500V；条件3：当Uk1+Uk2=1100+1100=2200V时，Ud≤70

7、0V；条件4：当Uk1+Uk2=1200+1200=2400V时，Ud≤900V。将上述条件同该励磁装置典型运行工况的整流输出电压进行比较，就得到不同条件下，是否满足磁场电流转移的结论，如表1所示。表1改进前计算转移条件的结果Table1Transfercharacteristicwithoutimprovement运行工况电压Ud/电流Id条件1条件2条件3条件4空载额定180V/900A满足满足满足满足负载额定480V/1650A不满足满足满足满足强励限制720V/2450A不满足不满足不满足满足强励失控1200V/38

8、00A不满足不满足不满足不满足从表1我们看出，在灭磁开关每一断口只能建立900V—1200V电弧电压的条件下，该励磁装置灭磁系统完全满足空载额定状态下的灭磁任务，部分满足负载和强励限制状态下的灭磁任务，完全不满足强励失控状态下的灭磁任务。正是由于该机组强励失控，整流输出电压Ud已达到120