浅谈发电机转子灭磁及过电压保护装置的原理.docx

    浅谈发电机转子灭磁及过电压保护装置的原理    张亚萍哈尔滨电机厂有限责任公司【Reference】本文阐述了发电机转子灭磁及过电压保护装置的工作原理，并对发电机转子灭磁及过电压保护装置的工作原理进行了详细分析Keys】发电机；转子；灭磁；过电压保护；应用；跨接器灭磁系统和过电压保护装置都是发电机励磁系统的重要主成部分由于电力系统比较复杂，发电机常常会发生一些故障，会影响电力系统的稳定，如发电机定子绕组接地、转子滑环直接短路、整流装置故障等这些故障均需要快速切除励磁电源，对发电机进行灭磁1、发电机转子灭磁的工作原理发电机运行时，如有突发事件发生时，发电机继电保护跳开灭磁开关，这时由于发电机在运行中突然切掉励磁电源，转子绕组储存着大量能量需要释放，此时若不采取任何措施就突然断开励磁电流，必然会使转子绕组两端形成过电压，由于过电压的产生会给转子造成巨大冲击，甚至会使转子的绝缘层被击穿因此，在快速断开励磁电源的同时，必须要采取一定的措施先消耗掉转子绕组中的电磁能，这一过程，通常被称为灭磁灭磁的方式:线性电阻灭磁、非线性电阻灭磁等等1.1本文所研究的第一种灭磁方式是直流氧化锌非线性电阻灭磁方式。

其具体的工作原理见附图1所示：其中If转子中的电流、FR1为氧化锌非线性电阻、FMK为灭磁开关、Uo为励磁电压、L P为整流电源、U k为灭磁开关弧压、UR为氧化锌非线性电阻残压若要使转子电流衰减至零，必须在转子两端加一个与其励磁电源电势相反的电势U灭磁方程式为公式（1）：Ldi/dt+U=O可见电感中电流衰减率正比于反向电势U，反向电势越大，灭磁时间越短但反向电势受转子绝缘水平限制，反向电势不能超过转子绝缘允许值因此最理想的灭磁方式是灭磁电压保持恒定，电流保持一个固定的变化率，即公式（2）：di/dt=-U/L电流按直线规律衰减至零由于氧化锌非线性电阻残压UR变化很小，灭磁时近似于恒压，即UR=U发电机正常运行时转子电压低，氧化锌非线性电阻呈高阻态，漏电流仅为微安级灭磁时，灭磁开关FMK跳开，切开励磁电源在满足公式（3）时；Uk≥Uo+UR电流被迫流入灭磁过电压保护器中，转子绕组中所储能量被氧化锌非线性电阻消耗，且氧化锌良好的伏安特性保证了这部分能量几乎以恒压的形式消耗，确保了发电机组的安全以上灭磁方式为直流氧化锌电阻灭磁方式1.2本文所研究的第二种灭磁方式为：交流电压灭磁方式，交流灭磁基本思路是在断开功率整流柜输入端交流断路器前，首先切断三相全控整流桥的触发脉冲，然后进行灭磁。

交流断路器断流作用主要是利用电流过零这一特性实现的但是由于负载电感很大，励磁电流衰减较慢，因此，期望在3.3ms内利用电流过零断流是不可能的，解决交流灭磁系统的断流最有效的措施是在灭磁瞬间切除全控整流桥的触发脉冲，其作用原理见附图2等效电路假如瞬间分断交流断路器的同时切除晶闸管整流桥的触发脉冲，+A及-C两元件一直续流导通如果忽略导通元件的正向过电压降，强制引入施加在非线性电阻两端的电压等于励磁变的电源线电压与交流断路器断口电压之和如假定：Us=UsA+UsC 其中：Us:为两个断口电压之和，则满足灭磁电流换流条件的表达式为：Usm≥URm±UTm 式中:Usm-交流断路器断口电压最大值；URm-非线性电阻导通最大值；UTm-励磁变线电压最大值在瞬间分断励磁变压器的线电压时有可能处于正半波也有可能处于负半波，如果处于正半周满足换流条件，这是交流断路器的断口电压Usm需要有较高的电压值在负半周，达到换流条件所需的断口电压值为URm±UTm，可降低对断路器弧压的要求所以在负半周灭磁更可靠如果将交流断路器接在直流侧，将三个断路器接点串联连接，亦可进行灭磁，灭磁时同样须分断晶闸管整流器的触发脉冲，见附图3。

对比将交流断路器接于交流侧和直流侧两种灭磁方式，可以看出：将断路器接于交流侧，可以利用交流过零点进行熄弧，这种灭磁属于交流灭磁方式，灭磁时只有两个断口流过电流并建立弧压灭磁时应满足的换流条件为：URm≤2Usm±√2UTm将断路器接于直流侧，三个断口串联连接，灭磁时三个断口均建立弧压，其值将是接在交流侧的1.5倍,更容易满足换流条件:URm≤3Usm±√2UTm由于实现交流灭磁必须要封闭整流桥的脉冲，如果脉冲不能可靠封闭，将导致灭磁失败所以在大型机组中应该考虑选择磁场断路器接于直流励磁回路中2、发电机转子回路的过电压保护2.1过电压的来源2.1.1交流侧过电压交流侧通过励磁变压器和气隙传递过来的大气过电压、电网操作过电压可控硅管的关断使静止可控硅励磁电源出现的换相尖峰过电压励磁变压器分断引起的过电压2.1.2直流侧过电压同步发电机与电网并列非全相合闸时引起的过电压；变压器高压侧发生两相或三相短路时引起的过电压发电机非同步状态运行引起的过电压操作过电压、运行过电压2.1.3抑制过电压的措施交流过电压保护、直流过电压保护、元件过电压保护主要采取的措施是在交流侧和直流侧分别装设阻容吸收保护装置。

还有压敏电阻浪涌吸收器2.1.4可控硅跨接器过电压保护措施可控硅跨接器（crowbar）是过电压自投电阻的保护，正常运行时电阻不接入，而当转子回路出现过电压时，回路通过跨接器打开，以抑制转子回路的过电压2.1.5过电压的设计参考DL/T583-2006《大中型水轮发电机静止励磁系统及装置技术条件》得出：30%Usm≤Um≤50% Usm Usm为转子励磁绕组出厂耐压峰值Usm=√2×10UfN UfN: 为励磁电压当发电机空载误强励时，如机端电压限制值为额定值1.3倍，考虑的最大值为：U2m=√2×1.5U2N当磁场断路器设在直流侧时，根据电力部行业标准，转子过电压动作值U＝（5-7）UfN结束语在发电机长期的运行过程中，发电机转子灭磁及过电压保护装置的部件应根据需要进行及时改进和结构更换本文中所介绍的发电机氧化锌电阻阀片若不能在灭磁系统运行时正常工作，必须进行重新更换，以保证发电机转子灭磁的可靠性，保护发电机组的安全，提高电网运行的稳定性Reference[1]李自淳.交流灭磁探讨.大电机技术,2006(06)[2]何泽平,吴志杰.发电机转子灭磁及过电压保护的改造[J].湖南电力,2001(05)  -全文完-。