CN201601647U - 大型发电机组合灭磁电路 - Google Patents

Abstract

大型发电机组合灭磁电路，并联接入发电机转子回路，其包括非线性电阻、线性电阻、灭磁开关，非线性电阻与电机转子并联，线性电阻与灭磁开关常闭触头串联后与电机转子并联。当发电机初始灭磁电流不是非常大时，灭磁等同于线性灭磁，由于线性电阻的阻值选得比较大，灭磁速度大大加快，完全可以满足快速灭磁的要求；当初始灭磁电流较大时，并联非线性电阻的分流作用将协助实现快速灭磁，并且其限压特性可以把转子电压限制在安全范围内；非线性电阻参与灭磁的工况非常少，其老化问题得到解决，维护工作量减小；此外，非线性电阻一方面在严重工况下协助快速灭磁，另一方面可起到非全相等工况下转子过电压保护功能。

Description

大型发电机组合灭磁电路

技术领域

本实用新型涉及一种发电机转子灭磁电路的设计，属于电力系统励磁控制技术领域。

背景技术

近年来我国电源建设可谓突飞猛进，在建发电机机组的单机容量迅速提高，发电机的额定励磁电压、励磁电流越来越大，对发电机的灭磁也相应地提出了越来越高的要求；同时为了提高效率降低发电成本，电厂少人值班正成为一种趋势，这就对电厂的各种设备，特别是对诸如励磁此类实时控制设备的可靠性以及灭磁装置的少维护甚至免维护同样提出了越来越高的要求。对于发电机灭磁装置而言，既要求其能够满足各种工况下的可靠灭磁(特别是空载误强励和负载机端三相短路两种工况)，又要求其使用简单、维护方便，为此对现有的灭磁方案做对比研究，并探寻更好的灭磁方案是非常必要的，对电力系统的安全稳定运行亦具有重大意义。近年来，随着发电机机组容量的不断增大，发电机转子灭磁也实现了从耗能型向移能型转变，从线性灭磁转化为非线性灭磁。

目前，发电机转子灭磁回路常用的电气原理示意图如图1，虚线框中为线性电阻或非线性电阻。经可控硅全控整流桥SCR整流输出的励磁电流经过灭磁开关FMK以及与发电机转子Wf并联的灭磁回路(虚线框中所示)后接入发电机转子WF。

线性与非线性灭磁各有优缺点。线性灭磁简单可靠，使用维护都非常容易；而其缺点也很明显，灭磁速度慢，灭磁拖尾严重，而且当考虑最严重工况下灭磁时有可能产生威胁发电机转子绝缘的过电压、严重影响灭磁开关的顺利换流。它只适用于中小型发电机以及有较强阻尼作用的汽轮发电机灭磁。

我国广泛采用的高能低场强氧化锌非线性电阻灭磁，由于其残压比一般都在1.5以内，在整个灭磁过程中近似可以看成恒压灭磁，大大地加快了发电机的灭磁速度；但这种电阻一方面有老化的问题，它的寿命一般在10年左右，另一方面在受潮以及久置以后其特性容易发生改变；特别地，随着灭磁次数的增加、使用年限的加长，不同并联支路氧化锌阀片的特性发生变化，其均流/均能特性将越来越差，如果不定期检查将给发电机在比较恶劣工况下的灭磁留下隐患，这样就大大增加了维护工作量。

碳化硅非线性灭磁是介于线性灭磁和氧化锌非线性灭磁之间的一种灭磁形式，虽然它没有老化问题，但由于碳化硅电阻的残压会随着流过它的电流上升而上升，在较严重的工况下灭磁时，可能会因为灭磁初始电流太大而在发电机转子上产生威胁到发电机转子绝缘的过电压，同时也给灭磁开关的换流带来困难。并且我国目前没有生产用于发电机灭磁的碳化硅阀片的厂家，其采购极其不便，而且价格较高，备品也缺乏保证。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对以上现有技术的不足，提供一种既满足大容量发电机转子耐压要求又能够实现快速灭磁的灭磁电路。

为了达到以上的目的：本实用新型提供的大型发电机组合灭磁电路，并联接入发电机转子回路，其包括非线性电阻、线性电阻、灭磁开关，其特征是所述非线性电阻与发电机转子并联，所述线性电阻与灭磁开关常闭触头串联后与电机转子并联。

该灭磁方案可以很好地满足发电机在各种工况下快速灭磁的需要。当发电机初始灭磁电流不是非常大时，灭磁等同于线性灭磁，由于线性电阻的阻值选得比较大，灭磁速度大大加快，完全可以满足快速灭磁的要求；当初始灭磁电流较大时，并联非线性电阻的分流作用将协助实现快速灭磁，并且其限压特性可以把转子电压限制在安全范围内。一般来说，灭磁很少发生在空载误强励或者发电机机端三相短路这样恶劣的工况下，故发电机初始灭磁电流一般不会很大，非线性电阻参与灭磁的工况非常少，其老化问题得到解决，维护工作量减小。此外，非线性电阻一方面在严重工况下协助快速灭磁，另一方面可起到非全相等工况下转子过电压保护功能。

针对灭磁速度要求更高的场合，本实用新型还提供如下改进方案：

前述的大型发电机组合灭磁电路还具有一个与所述线性电阻并联的辅助灭磁电路，所述辅助灭磁电路包括串联连接的辅助线性电阻、可控硅、热敏电阻，所述可控硅由跳灭磁开关命令控制，所述热敏电阻两端并联一灭磁辅助接触器，所述灭磁辅助接触器受控于线性电阻和辅助线性电阻的并联支路电流继电器。

其中，并联支路电流继电器的动作值根据线性电阻和辅助线性电阻的配置来整定，即当电流小于整定值时，电流继电器不动作，辅助开关断开，当电流大于整定值时，电流继电器动作，辅助开关接通；可控硅由跳灭磁开关的命令控制，其控制脉冲的宽度为1秒左右。灭磁初始时电流较大，灭磁辅助接触器是闭合的，而且可控硅在跳灭磁开关的脉冲触发下导通，此时灭磁等效于第一种方案。当灭磁的初始电流较小时(此值由电流继电器的整定值确定)，可控硅虽然处于开通状态，但由于灭磁辅助接触器已经打开，流经辅助线性电阻支路的电流很快使得热敏电阻的温度上升，从而使得流经可控硅的电流不足以维持它的持续导通而关断，则此时发电机转子的灭磁速度由线性电阻确定。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为现有发电机灭磁回路原理示意图。

图2为本实用新型发电机灭磁电路实施例1的电气原理示意图。

图3发电机灭磁过程线性、非线性电阻中电流的变化过程图。

图4为本实用新型发电机灭磁电路实施例2的电气原理示意图。

图5为实施例1灭磁仿真波形。

图6为纯线性电阻灭磁仿真波形。

图7为实施例2灭磁仿真波形。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大型发电机组合灭磁电路如图1所示，并联接入发电机转子回路，其包括非线性电阻FR、线性电阻R1、灭磁开关FMK，非线性电阻FR与发电机转子WF并联，线性电阻R1与灭磁开关常闭触头FMK-1串联后与电机转子并联。

通过增加线性电阻的阻值(一般取5倍或略小于5倍的发电机转子电阻)来加快发电机灭磁时灭磁速度，同时为了把灭磁时转子电压最大值限制在安全范围内，在线性电阻的两端并联许多组10mA残压为发电机额定励磁电压的5倍左右的非线性电阻。这样，在灭磁初始电流小于1.1倍发电机额定电流时，灭磁任务完全由线性电阻承担；而当灭磁初始电流大于发电机的发电机额定励磁电流时，发电机转子电流中比额定电流稍大的部分通过线性电阻，其余部分的电流由非线性电阻承担(如图3所示)。

当发电机初始灭磁电流不是非常大时，灭磁等同于线性灭磁，由于线性电阻的阻值选得比较大，灭磁速度大大加快完全可以满足快速灭磁的要求；当初始灭磁电流较大时，并联非线性电阻的分流作用将协助实现快速灭磁，并且其限压特性可以把转子电压限制在安全范围内。

实施例2

对灭磁速度要求更高的场合，还可以采用图4所示的改进回路。在例1的基础之上增设一个与线性电阻R1并联的辅助灭磁电路，辅助灭磁电路包括串联连接的辅助线性电阻R2、可控硅SCR1、热敏电阻PTC，可控硅SCR1由跳灭磁开关命令控制，热敏电阻PTC两端并联一灭磁辅助接触器FK，灭磁辅助接触器FK受控于线性电阻和辅助线性电阻的并联支路电流继电器(图中未画出)。对于同一发电机组而言，图4中R1、R2并联阻值与图2中的R阻值相同。

其中FK的动作值可以根据R1和R2的配置来整定，即当电流小于整定值时，电流继电器不动作，辅助开关断开，当电流大于整定值时，电流继电器动作，辅助开关接通；可控硅SCR1由跳FMK的命令控制，其控制脉冲的宽度为1秒左右。灭磁初始时电流较大，FK是闭合的，而且SCR1在跳FMK的脉冲触发下导通，此时灭磁等效于图2。当灭磁的初始电流较小时(此值由电流继电器的整定值确定)，可控硅SCR1虽然处于开通状态，但由于辅助接触器FK已经打开，流经R2支路的电流很快使得热敏电阻PTC的温度上升，从而使得流经SCR1的电流不足以维持它的持续导通而关断，则此时发电机转子的灭磁速度由R1确定。

本说明书的两个实施例中的涉及的非线性电阻均采用氧化锌非线性电阻。标准规定：“采用氧化锌非线性电阻的灭磁装置，应满足下列要求：灭磁过程中，励磁绕组反向电压一般不低于出厂试验时励磁绕组对地试验电压幅值的30％，不高于50％”；过压保护“动作电压最高瞬时值应低于功率整流桥的最大允许电压，且最大不得超过出厂试验时励磁绕组对地耐压试验电压幅值的70％”；“汽轮机强励状态下灭磁时发电机转子过电压不应超过6倍额定励磁电压值，应低于转子过电压保护动作电压”、“如装设发电机转子过电压保护装置，则应简单可靠，动作电压值应高于强励后灭磁和异步运行时的过电压值，应低于转子绕组出厂工频耐压试验幅值的70％”。

由于发电机在额定工况下运行，机端突然三相短路时灭磁在发电机转子上所产生的过电压达到最大，所以线性电阻的阻值以及与之并联的氧化锌非线性电阻残压和并联之路数的选择应该以发电机机端三相短路时发电机转子两端的电压不高于标准中规定的值即可。

以水轮发电机为例，如取线性电阻的阻值为发电机转子电阻的5倍，非线性电阻10mA残压为发电机额定励磁电压的3倍，非线性电阻的残压比为1.45。当水轮发电机在机端三相短路时，灭磁电流可能达到的最大值为发电机额定励磁电流的3倍(IEC C37.18)，为满足标准对灭磁过电压的要求则流过线性电阻的最大电流应该控制在1.1倍以下，此时并联氧化锌支路能够分担发电机转子超过1.1倍额定电流的部分(如图3所示，对水电而言约为1.9倍额定励磁电流)。由于此时发电机的转子电流是瞬态值，其衰减速度很快，氧化锌阀片吸收的能量并不是很大，所以氧化锌并联支路数只需要考虑能够通过最大灭磁电流即可。由于氧化锌只在1.1倍发电机励磁电流以上时才参与灭磁，从而大大地减少了氧化锌灭磁的次数和时间。

对于火电机组没有必要过度追求发电机励磁电流的衰减，所以线性电阻的阻值一般取2到3倍发电机转子电阻即可。但需要注意，火电机组的最大灭磁电流的初始值可能达到额定励磁电流的4-5倍(IECC37.18)，所以在选择并联的氧化锌支路时须加以考虑。

现以三峡右岸ALSTOM机组参数为例进行仿真，机组主要参数为：Sn＝777.8MVA，cosα＝0.9，Uf＝505V，If＝3781A，If0＝2154A(空载)；xd＝0.952/0.822(不饱和/饱和)，xd′＝0.32，xd″＝0.255，xq＝0.473，xq″＝0.255，xσ＝0.1208，T′d0＝10.8，Td″＝Tq″＝0.04，r＝0.119Ω。仿真工况为：负载额定稳态时三相短路，0.1s跳负荷开关同时联跳灭磁开关。仿真中灭磁时间定义为灭磁开始至励磁电流衰减到0.1倍负载额定的时间。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.大型发电机组合灭磁电路，并联接入发电机转子回路，其包括非线性电阻、线性电阻、灭磁开关，其特征是所述非线性电阻与发电机转子并联，所述线性电阻与灭磁开关常闭触头串联后与电机转子并联。

2.根据权利要求1所述的大型发电机组合灭磁电路，其特征是还具有一个与所述线性电阻并联的辅助灭磁电路，所述辅助灭磁电路包括串联连接的辅助线性电阻、可控硅、热敏电阻，所述可控硅由跳灭磁开关命令控制，所述热敏电阻两端并联一灭磁辅助接触器，所述灭磁辅助接触器受控于线性电阻和辅助线性电阻的并联支路电流继电器。

3.根据权利要求1所述的大型发电机组合灭磁电路，其特征是所述的非线性电阻为氧化锌非线性电阻。

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