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同步發(fā)電機的滅磁含義和方法
發(fā)布時間:2022-10-04 21:30:59  ▏閱讀:

 

新聞主題

同步發(fā)電機的滅磁含義和方法


一、滅磁的含義

 

當發(fā)電機或發(fā)電機一變壓器組發(fā)生故障時,繼電保護動作在跳開發(fā)電機的同時,還應(yīng)迅速將發(fā)電機滅磁。所謂滅磁就是將發(fā)電機勵磁繞組的磁場盡快地減弱到最小限度,最快的方法是將勵磁繞組斷開,但因勵磁繞組是一個大的電感,突然斷開必將在直流側(cè)產(chǎn)生很高的電壓,危及轉(zhuǎn)子繞組絕緣、整流橋的安全。因此,實用方法是在斷開勵磁繞組與勵磁電源回路的同時,將一個電阻接入勵磁繞組,讓磁場儲能迅速耗盡。整個過程由自動滅磁裝置來實現(xiàn)。

 

對發(fā)電機的滅磁要求有兩點,首先滅磁時間應(yīng)盡可能短;其次勵磁繞組兩端的過電壓不應(yīng)超過額定勵磁電壓的4~5倍。

 

為同時滿足上述要求,假設(shè)滅磁開始時的轉(zhuǎn)子勵磁電流為Ifd0且以某一變化率difd/dt衰減,而磁通的變化率在轉(zhuǎn)子滑環(huán)間(即勵磁繞組兩端)產(chǎn)生的電壓值剛好等于允許值,以后電流ifd保持這一速率直線衰減到零,如圖1中直線1所示,為理想滅磁曲線。實際的滅磁曲線可能是直線2或直線3等。根據(jù)它們與理想曲線接近的程度,可以評價滅磁方案的優(yōu)劣。

 

不同方案的滅磁曲線-同步發(fā)電機.png

圖1 不同方案的滅磁曲線

 

二、滅磁的方法

 

滅磁方法種類較多,如單獨勵磁機滅磁、對線性電阻放電滅磁、對非線性電阻放電滅磁、采用滅弧柵滅磁,當采用全控橋的半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)時,還可利用全控橋逆變滅磁。其中,單獨勵磁機滅磁方法只用于小型機組,它的滅磁時間較長。下面介紹幾種常用滅磁方法。

(1)線性放電電阻滅磁

當發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生短路故障時,即使把發(fā)電機從母線上斷開了,短路電流依然存在,使故障造成的損壞繼續(xù)擴大;只有將轉(zhuǎn)子回路的電流也降為零,使發(fā)電機的感應(yīng)電動勢盡快地減至最小,才能將故障損壞限制在最小的范圍內(nèi)。最常用的方法是在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)加裝滅磁開關(guān),利用放電電阻滅磁。

利用放電電阻滅磁的接線如圖2所示。同步發(fā)電機正常運行時,滅磁開關(guān)Q處于合閘狀態(tài)。Q的主觸頭Q1閉合,使勵磁機能正常地向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流;觸頭Q2斷開滅磁電阻R回路。

當滅磁時,Q跳閘,Q2先閉合,使發(fā)電機轉(zhuǎn)子的勵磁繞組接入R;然后Q斷開,這就保證勵磁繞組接入放電電阻R(即滅磁電阻)時沒有開路狀態(tài)出現(xiàn),避免了過電壓的產(chǎn)生。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)了滅磁電阻R后,轉(zhuǎn)子繞組的電流就按照指數(shù)曲線衰減,并將轉(zhuǎn)子繞組中的磁場能量幾乎全部轉(zhuǎn)變成熱能,消耗在R上。

在滅磁過程中,滅磁的時間與R有關(guān),R越大,滅磁過程越快,反之,滅磁過程就慢些。手冊規(guī)定R的數(shù)值一般為轉(zhuǎn)子繞組熱狀態(tài)電阻值的4~5倍,滅磁時間為5~7s。

 

線性放電電阻滅磁示意圖-同步發(fā)電機.png

圖2 線性放電電阻滅磁示意圖

 

(2)非線性電阻滅磁

由于放電電阻R不能取得很大,從而加長了滅磁時間。當將R改為非線性電阻,其特性是通過其中的電流較大時,動態(tài)電阻??;電流較小時,動態(tài)電阻大。合適選擇非線性電阻,可以做到滅磁初態(tài)時,轉(zhuǎn)子電壓不超過容許值,而滅磁時間減小。

(3)采用滅弧柵滅弧

以上方法中,滅磁開關(guān)并不承受耗能的主要任務(wù)。應(yīng)用最廣泛的滅磁方法是利用帶有滅磁柵的快速滅磁開關(guān),它利用串聯(lián)短弧的端電壓不變的特性控制滅弧過程,將磁場儲能主要消耗在滅磁開關(guān)內(nèi),滅磁速度較快,幾乎接近理想滅磁。

應(yīng)用滅磁開關(guān)滅磁的原理示意圖如圖3所示。在滅磁過程中,DM的主觸頭1-2先斷開,3-4仍關(guān)閉,故不產(chǎn)生電?。唤?jīng)極短的時間以后,滅弧觸頭3-4斷開,在它上面產(chǎn)生了電弧。由于橫向磁場的作用,電弧被驅(qū)入滅弧柵中,并被分割成很多串聯(lián)的短弧,在滅弧柵內(nèi)燃燒,直到勵磁繞組中電流下降到零時才熄滅。在產(chǎn)生容許的過電壓倍數(shù)條件下,利用滅弧柵滅磁的滅磁時間僅為放電電阻方式滅磁時間的24%左右。

 

同步發(fā)電機滅磁原理示意圖.png

圖3 同步發(fā)電機滅磁原理示意圖

 

近年來,國內(nèi)外已普遍采用雙斷口直流開關(guān)(雙斷口磁場斷路器),配以非線性電阻的方法來滅磁。非線性電阻采用氧化鋅元件,有良好的壓敏特性,滅磁過程中兩端電壓始終維持在滅磁電壓控制值上,因此非常接近理想滅磁,滅磁速度快;氧化鋅元件作為過電壓保護元件,過電壓動作值可靈活整定;氧化鋅元件非線性電阻系數(shù)很小,正常電壓下漏電流很小,可直接跨接在勵磁繞組兩端,滅磁可靠;采用雙斷口直流開關(guān),滅磁過程中勵磁電源與勵磁繞組完全斷開,有利于加快滅磁過程;可靠滅磁,非線性電阻的總電能量應(yīng)大于勵磁繞組的最大儲能。因此,這種滅磁方法具有滅磁速度快、滅磁可靠、結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便、滅磁過電壓動作值可靈活整定等特點。

圖4示出了雙斷口直流開關(guān)、非線性電阻滅磁的原理圖。圖中DM為雙斷口直流開關(guān),NR1、NR2、NR3為氧化鋅非線性電阻,NR1的動作電壓低于NR2、NR3的動作電壓。

 

同步發(fā)電機非線性電阻滅磁的原理圖.png

圖4 非線性電阻滅磁的原理圖

 

正常運行時,發(fā)電機的勵磁電壓為Ufd,晶閘管 VSO2、VSO3不導(dǎo)通,二極管V1、V2、V3不導(dǎo)通,所以NR1、NR2、NR3中無電流。勵磁繞組發(fā)生正向過電壓,當達到觸發(fā)晶閘管的動作整定值時,VSO2、VSO3導(dǎo)通,能量迅速消耗在非線性電阻NR2、NR3中,過電壓值限制由正向過電壓保護整定值確定,能量被吸收后,過電壓消失;勵磁繞組發(fā)生反向過電壓,V1迅速導(dǎo)通,能量迅速消耗在非線性電阻NR1中,反向過電壓值限制由NR1動作值確定,過電壓能量被吸收后,反向過電壓即消失,在此過程中,因NR1的動作值低,所以NR2、NR3不承擔反向過電壓保護任務(wù)。

發(fā)電機正常停機時,通過可控整流橋逆變滅磁,并不需要斷開滅磁開關(guān)DM。發(fā)電機事故緊急停機時,跳滅磁開關(guān)DM,DM斷開后,勵磁電流Ifd強迫分斷,勵磁繞組發(fā)生反向過電壓,極性是d端為正、f端為負,此時磁場能量通過二極管V1消耗在NR1中,完成滅磁過程。需要指出,滅磁過程中NR1上電壓基本不變,所以很接近理想滅磁,滅磁速度快。DM斷開后,整流橋側(cè)的正向過電壓或反向過電壓,均由非線性電阻NR3吸取過電壓能量,直到過電壓消失,過電壓值受NR3動作值的限制。

(4)利用全控橋逆變滅磁

如果采用晶閘管整流橋向轉(zhuǎn)子供應(yīng)勵磁電流時,就可以應(yīng)用逆變滅磁。在主回路內(nèi)不增添設(shè)備就能進行快速滅磁。這一方式簡單、經(jīng)濟、無觸點,得到了廣泛采用。

在現(xiàn)代發(fā)電機的自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,幾乎都采用了三相全控橋?qū)ER的輸出信號進行功率放大,實現(xiàn)對發(fā)電機勵磁的自動調(diào)節(jié)。三相全控橋的負載是發(fā)電機勵磁繞組或勵磁機的勵磁繞組,符合逆變條件。當發(fā)電機故障或停機需要滅磁時,只要將控制角α增大到某一合適的角度(如140°)就可進行逆變滅磁。當勵磁機或發(fā)電機有他勵電源時,由于逆變滅磁過程中交流電壓不變,勵磁電流等速減小,滅磁過程相當迅速。當勵磁機或發(fā)電機采用自勵方式時,隨著滅磁過程的進行,交流電壓隨之降低,滅磁速度也就減慢。

事實上,逆變滅磁到一定程度時,負載電感L中的能量不能維持逆變,此時要借助滅磁電阻(與勵磁繞組并接)使L中的儲能釋放,以進行滅磁。如前所述,在現(xiàn)代大型發(fā)電機自并勵磁方式中,逆變滅磁只是在發(fā)電機正常停機時使用,發(fā)電機故障進行滅磁是采用滅磁裝置或非線性電阻進行滅磁的。

 


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