同步發(fā)電機(jī)滅磁系統(tǒng)的應(yīng)用

王慶元

【摘 要】本文介紹了滅磁方案在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)上的使用情況，并對(duì)其原理特性的優(yōu)缺點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行具體的分析。

【關(guān)鍵詞】滅磁系統(tǒng)；弧壓；磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)；勵(lì)磁系統(tǒng)；殘壓；移能

0.前言

同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中，當(dāng)發(fā)生定子繞組匝間短路、定子繞組相間短路、定子接地短路等故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置就快速地將發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中切除，但發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)卻依然存在，繼續(xù)供給勵(lì)磁電流，故將會(huì)發(fā)生導(dǎo)線的熔化和絕緣材料的燒損，甚至燒壞鐵芯。因此，當(dāng)發(fā)生上述發(fā)電機(jī)的短路等故障時(shí)，在繼電保護(hù)動(dòng)作將發(fā)電機(jī)斷路器跳開(kāi)的同時(shí)，還應(yīng)迅速地給發(fā)電機(jī)滅磁。滅磁就是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中的磁場(chǎng)能量盡快地減小到最小程度。當(dāng)然，最簡(jiǎn)單的滅磁方法是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組與電源斷開(kāi)，但勵(lì)磁繞組是一個(gè)大電感，突然斷開(kāi)，將使勵(lì)磁繞組的兩端產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，危害轉(zhuǎn)子的絕緣，所以，用斷開(kāi)轉(zhuǎn)子回路電源的辦法來(lái)滅磁是不恰當(dāng)?shù)?。將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接到耗損磁場(chǎng)能量的閉合回路中去，才是可行的。

1.滅磁的方案及原理簡(jiǎn)述

就滅磁的方案及原理而言，各學(xué)派的觀點(diǎn)是同的。針對(duì)滅磁問(wèn)題，經(jīng)過(guò)廣大工程技術(shù)人員的研究和試驗(yàn)，出現(xiàn)了較多的滅磁方案，但總結(jié)一下也就有兩種滅磁方案，耗能型滅磁裝置和移能型滅磁裝置。耗能型滅磁裝置滅磁時(shí)，是將同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能量消耗在磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)中，而移能型滅磁裝置滅磁時(shí)，是磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子能量轉(zhuǎn)移到線性或非線性電阻中去。

2.耗能型滅磁方案

耗能型滅磁方案是2000年前所采用的方案。其滅磁原理簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。其原理主要由磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)FMK和線性電阻R構(gòu)成。當(dāng)滅磁時(shí)，F(xiàn)MK主觸頭打開(kāi)，儲(chǔ)存在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路中的磁場(chǎng)能量形成電弧并在燃燒室中燃燒，將電能轉(zhuǎn)換為熱能直至息弧，當(dāng)電弧燃燒1至2秒鐘后，接觸器FC閉合，將最后一小部分磁場(chǎng)能量釋放在電阻R上，為防止產(chǎn)生危害轉(zhuǎn)子絕緣的過(guò)電壓，R的阻值不能取太大，一般取R=5Rf，這樣過(guò)電壓就限制在勵(lì)磁電壓5倍之內(nèi)，但滅磁的時(shí)間卻不能減小了間。在此滅磁過(guò)程中磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)承擔(dān)了大部分磁場(chǎng)能量，每當(dāng)事故滅磁后，檢修人員都要檢查磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)，修復(fù)燒損的觸頭，給用戶帶來(lái)了工作量。由于開(kāi)關(guān)的耗能負(fù)擔(dān)重，故開(kāi)關(guān)燒損及拒動(dòng)的現(xiàn)象也就時(shí)有發(fā)生。當(dāng)今隨著發(fā)電機(jī)的容量增加，磁場(chǎng)能量也相應(yīng)地增加，選更大容量的磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)很困難，故該種耗能型滅磁方案已不再使用了，新的移能型 滅磁方案也就獲得了發(fā)展。

3.移能型滅磁方案

移能型滅磁方案主要由磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)FMK和非線性電阻FR構(gòu)成，因?yàn)榉蔷€性電阻具有限壓平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，所以是滅磁的理想元件。移能型滅磁方案能不能可靠地滅磁，換流是問(wèn)題的關(guān)鍵。下面就討論換流。

交流滅磁原理 -見(jiàn)圖2。

圖中所示的滅磁原理是由磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)與氧化鋅非線性電阻所構(gòu)成。系統(tǒng)正常工作時(shí)，磁場(chǎng)開(kāi)關(guān) FMK合閘，開(kāi)關(guān)拉弧電壓UK等于零，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦?，非線性電阻FR上沒(méi)有電流，勵(lì)磁電流If 經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回流到三相可控硅橋負(fù)極。滅磁時(shí)，F(xiàn)MK跳閘并在其斷口建立起弧壓UK，當(dāng)弧壓升高到一定程度時(shí)，加在 FR上的電壓就能等于或大于氧化鋅殘壓UR，此時(shí)FR被擊穿導(dǎo)通，F(xiàn)MK斷弧，磁場(chǎng)能量就消耗在非線性電阻上了，可見(jiàn)磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)只是起到了轉(zhuǎn)移磁場(chǎng)能量的作用，那么換流的條件是什么呢，由圖2可知節(jié)點(diǎn)電壓方程為：UK—Uf = UR —（式1）。由式1可知若成功轉(zhuǎn)移能量，就必須保證電壓關(guān)系UK—Uf ≥UR—（式2）的成立。顯然有以下三種方法讓式2成立：

第一種方法：降低非線性電阻的殘壓UR，如果要降低殘壓UR，轉(zhuǎn)子回路放電電流小，滅磁時(shí)間將要延長(zhǎng)，起不到故障狀態(tài)下快速滅磁的目的，此方法不行。

第二種方法：提高開(kāi)關(guān)的弧壓UK，即選擇弧壓高的開(kāi)關(guān)。由于生產(chǎn)這種開(kāi)關(guān)的造價(jià)高且市場(chǎng)又小，所以對(duì)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的積極性有影響，故提高開(kāi)關(guān)的弧壓，就不現(xiàn)實(shí)了。

第三種方法：降低電源電壓Uf，電源電壓是根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求計(jì)算而來(lái)，Uf的降低極大地降低了勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)力頂值倍數(shù)，不滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故電源電壓Uf不能減小。

在上述方法都不可行的情況下，安徽徽凱電器有限公司推出了一種交流滅磁裝置。其原理就是利用在交流電源到負(fù)半波時(shí)，式2等式左邊的電壓相減就變成相加了，但是跳開(kāi)關(guān)的同時(shí)一定要斷開(kāi)可控硅的觸發(fā)脈沖。其等效電路圖見(jiàn)圖 3。由圖3知，斷開(kāi)觸發(fā)脈沖后，由于有轉(zhuǎn)子電感的續(xù)流作用，勵(lì)磁電流If可認(rèn)為是恒定的，電源Uf 由具有交流分量的直流變?yōu)檎医涣麟娫?，并且，三相可控硅整流橋中拉脈沖前導(dǎo)通的兩只可控硅將繼續(xù)導(dǎo)通（設(shè)是+A和-C相），其余四只可控硅關(guān)斷并不會(huì)再導(dǎo)通。拉斷觸發(fā)脈沖的時(shí)刻，有可能是在交流電源的正半波，也可能是負(fù)半波，當(dāng)在正半波時(shí)，加在非線性電阻兩端的電壓是UK—Uf，故需要較高的弧壓UK去滿足換流條件，而在負(fù)半波時(shí)，加在非線性電阻兩端的電壓是UK+Uf，用較低的弧壓就滿足換流條件了，看來(lái)每次滅磁操作也有一定的隨意性。交流滅磁裝置的產(chǎn)生，降低了對(duì)滅磁開(kāi)關(guān)弧壓的高要求，比較容易地滿足式2的換流條件，這在設(shè)計(jì)滅磁系統(tǒng)時(shí)，就可選擇弧壓較低的磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)，也是較經(jīng)濟(jì)的。通過(guò)對(duì)耗能型滅磁和移能型滅磁的分析，可知移能型交流滅磁方案的推廣應(yīng)用是必然的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李自淳.交流滅磁探討.大電機(jī)技術(shù)，2006.

[2]安徽徽凱電氣有限公司.大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)電壓及其保護(hù).