《具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案黄大可 邵显钧 陈小明（葛洲坝水力发电厂 443002 湖北宜昌市）摘要：针对目前我国水轮发电机组灭磁设备的现状，结合葛洲坝水力发电厂灭磁系统的运行经验和试验资料，按照水轮发电机可靠、快速的灭磁要求，我们提出了一种具有磁场电流动态转移特性的发电机灭磁方案。关键词：灭磁方案 ZnO 非线性电阻 转子过电压保护1.问题的提出我国目前部分大中型水轮发电机的灭磁系统，采用灭磁开关配合 ZnO 非线性电阻的灭磁方案，其原理图如图 1 所示。SCR 表示励磁整流柜，Ud 是其输出的整流电压。 FMK 是双断口灭磁开关。 Rf 是 ZnO 非线性电阻器，D 是二极管
2、。正常运行时，FMK 合上，励磁电压 UL 正压，Rf 上没有电流。灭磁时，FMK 跳闸并在其断口建立弧电压 Uk。根据灭磁时的电压关系： UL=Ud-Uk，当 UkUd时 UL 开始负压，只有当 Uf 的负压大于 ZnO 电阻的转折电压，Rf 动作，转子电流 IL 就不再流经 SCR 和 FMK，而直接流经 Rf。开关断弧，转子电流经 D和 Rf 进行灭磁。由于 ZnO 电阻的非线性特性好，使得灭磁电压基本恒定，If就能快速衰减，转子磁能在 ZnO 电阻上发热消耗，当 IL=0 时，发电机灭磁完成。Uk1+ - SCR + FMK Rf L UF Ud UL D - IL - Uk2 + 图
3、 1 现行灭磁方案原理图 Fig.1 Principle diagram of now de-excitation system 这种以 FMK 跳闸建立弧电压，并击穿 Rf，以此将转子电流由 FMK 转移到Rf，最后由 Rf 来吸收转子磁能的灭磁方法，在国外也得到广泛的采用，但所用的器件和材料不同。国外一般采用的 Rf 是 SiC 非线性电阻，且 FMK 都有一个常闭断口，用来代替上图中的 D。正常运行时，该常闭断口断开；跳闸灭磁时，该常闭断口先闭合后，FMK 的主断口才跳开。尽管这种 FMK 的结构复杂、体积庞大，但性能好、质量高。再加上 SiC 电阻的非线性较差，设计的转折电压也低，更加
4、有利于转子电流的转移，二者配合非常好，运行可靠。只是 SiC 电阻的稳压特性差，使得转子电压在灭磁过程中变化范围大，灭磁时间也就较长。尽管 ZnO 电阻在灭磁和过电压保护上比 SiC 电阻更具优越性，但是由于国内的 FMK 容量小，拉弧建压的性能不稳定，灭弧能力较差，其弧电流的伏安2特性与灭磁电阻的伏安特性是两条反交的非线性特性，二者很难配合。再加上此时 SCR 电源仍参与其中，且起反作用。这种配合下的灭磁方案，其运行的可靠性就不高。特别是在励磁装置误强励时，还会发生转子电流不能从 FMK 转移到 Rf，并造成 FMK 烧毁的严重事故。因此，在我国现行的 FMK 配合 ZnO 非线性电阻灭磁方
5、案的基础上，有必要提出一个改进方案，以提高我国水轮发电机灭磁的可靠性。2.方案的介绍总结葛洲坝水力发电厂励磁装置的运行经验，分析各种灭磁试验数据，我们将下列观点应用在新型灭磁方案中。1) 灭磁时首先要分断励磁整流柜和转子之间的联系；2) 灭磁开关配合 ZnO 非线性电阻灭磁的重点是解决好磁场电流的快速转移问题；3) ZnO 非线性电阻在灭磁和转子过电压保护上性能优越，运行可靠，可适应任何容量的发电机组；4) 对于有并联支路的 ZnO 电阻阀片来说，其整体外特性是由每一支路的阀片加均流电阻的特性组合而成，应能根据机组的参数进行选配组合；5) 灭磁和转子过电压保护要统一考虑，过电压保护电路要简单可
6、靠，动作电压准确，容量充足；在新型水轮发电机灭磁方案中，将 ZnO 非线性电阻分成主 Rf1、辅 Rf2 两组阀片。主阀片 Rf1 串联二极管 D 后再并联在转子两端，它由许多 ZnO 非线性电阻串并联组成，且数量多、均流电阻小，其转折电压就是设计的灭磁电压，起主要灭磁作用；辅助阀片 Rf2 串联一个 RC 电阻电容回路后再同 Rf1 并联，它由许多 ZnO 非线性电阻并联组成，且数量少、均流电阻大，其转折电压比主阀片小，起帮助磁场电流快速转移和辅助灭磁作用。Rf3 是转子过电压保护阀片，也是由许多 ZnO 非线性电阻串并联组成。R 是一个大功率线性电阻，C 是一个高压大电容。FMK 是一个带
7、有灭弧栅的双极直流开关。其原理接线如图 2所示。+SCR Rf2 Rf1 R2 if2 L Ug UF Ud FMK UL if1 C R Rf3 D - IL3图 2 新型灭磁方案原理图Fig.2 Principle diagram of new de-excitation system 在图 2 中，当机组正常运行时，FMK 合上，ZnO 非线性电阻参与转子过电压保护工作，阀片 Rf1、Rf2 和 Rf3 组成转子过电压综合保护，其中 Rf2 和 Rf3组成转子正向过电压主保护，Rf和阻容回路组成转子反向过电压主保护。在机组事故灭磁时，首先由 FMK 跳闸建立弧电压，该弧电压减去 Ud 后
8、 U 开始负压，当 U 的负压大于 Rf2 后，I 经 RC 阻容回路加速击穿 Rf2，转子电流快速由 FMK 向辅助阀片转移，导致 FMK 断弧，快速切断 SCR 和转子之间的联系。随着电容 C 的充电和电阻 R 的投入，灭磁电压迅速建立，灭磁电压又将击穿主阀片 Rf1，大部分转子电流转移到主阀片上，最后由主、辅阀片共同将整个转子电流吸收。新方案的关键技术就是磁场电流的动态转移技术，其新意之处就是将现行方案中转子电流一次性强迫转移先经过辅助通道过渡，再向主灭磁电阻动态转移。新方案能较好的解决灭磁开关配合 ZnO 非线性电阻灭磁时的磁场电流的转移问题。由新方案组成的发电机灭磁装置，全部由固态元
9、件组合而成，结构紧凑，调整方便。优化组合固态元件的特性，可获得性能优良的灭磁特性。新方案能够适应任何容量的发电机组，满足任何极端灭磁工况的边界条件。发电机灭磁时，只需要跳开，不需要任何辅助操作，即可快速、安全的灭磁。3.方案的设计原则3.1 主阀片 Rf1 Rf1 的转折电压 Uf1 是 Rf2 的转折电压 Uf2 的三倍，且不超过转子绕组出厂对地耐压值的 30%-40% 。Rf1 的容量 Qf1 取励磁装置空载误强励下的转子磁能，并以此来决定阀片组的并联数。每组阀片的均流电阻 R1 取 12 欧姆。3.2 辅助阀片 Rf2Rf2 的转折电压 Uf2 取一定倍数的励磁装置空载逆变时的 U 值。
10、Rf2 的容量 Qf2 取 Qf1 的 30%左右，并以此来决定阀片的并联数。对于阀片的均流电阻R2，则在 RC 回路的参数计算中给出。3.3 过电压保护阀片 Rf3Rf3 的转折电压 Uf3 取 Uf1 的值，可直接采用 Rf1 组件。Rf3 的容量取 Qf1的 10%左右，可不需要均流电阻。3.4 阻容参数从新方案主辅阀片的结构来看，二者都是由 ZnO 非线性电阻和线性均流电阻串联组成。现将二者分开标出，从而得到新方案灭磁时的等效电路图 3。 理想的 ZnO 非线性电阻的伏安特性是一条平行电流轴的直线，Rf1 串联 R1后的整体伏安特性是一条起点为 Uf1 的直线 L1，如图 4 所示。在
11、灭磁过程中，电容 C 的暂态作用就是短接和断开 R 两端即线性电阻的初值为零，经过时间充电后，才恢复原值。当 C 短接 R 两端时，Rf2 串联 R2 后的伏安特性是一条起点为 Uf2 的直线 L2；当 C 断开 R 两端时，Rf2 串联（R2+R）后的伏安特性4是一条起点也为 Uf2 的直线 L3。在 C 短接和断开 R 两端的整个过程中，整体伏安特性界于 L2 和 L3 之间。实际上，电流的充电过程，就是灭磁初始由直线向直线的动态过渡，中间可能被直线拦截，即进入主灭磁过程，过 M 点后由直线结束灭磁。由 L1 和 L2 的交点 N 所对应电流 I2 来确定R2，L1 和 L3 的交点 M
12、所对应的 I1 来计算 R。I1 和 I2 取一定倍数的额定励磁电流。电容 C 的容量值折中 C 对电阻 R2 和 R 的充放电时间参数来考虑。u L3 L2L1Rf2 Rf1 Uf1 M N R2 if2 R1 Uf2 C R if1I1 I2 i 图 3 等效电路 图 4 灭磁特性Fig.3. Equivalent circuit Fig.4. De-excitation characteristic4.结束语葛洲坝水力发电厂曾对 ZnO 非线性电阻并联线性电阻这种灭磁接线方式进行了工业试验，当时阀片的转折电压为 1500V，线性电阻为 5 欧姆，灭磁开关是 DM2-2500 型。试验结果
13、如下表 1 所示。该接线方案是由本文第一作者所提出，是构成本文所提新方案的重要组成部分。表 1 成功的试验结果，是本方案技术可行性的重要依据。表 1 ZnO 非线性电阻并联线性电阻灭磁试验记录Table 1 De-excitation test record of ZnO non-linear resistance paralleling linear resistance 试验次数 1 2试验前数据 Ud/Id/Ug/f 200V/850A/100V/49.2Hz 300V/1300A/108V/44.8Hz数据最大值 Ud/Uf1/If1/If2 1050V/1495V/ /308A 11
14、05V/1634V/847A/340A灭磁开关拉弧建压时间 0.038 秒 0.04 秒发电机灭磁时间常数 0.624 秒 0.656 秒灭磁能量在 Rf1/R 上的分配 /155KJ 417KJ/180KJ针对近期灭磁开关配合 ZnO 非线性电阻灭磁时，其磁场电流转移不成功，造成灭磁失败的问题，我们认为，对 ZnO 非线性电阻并联线性电阻这种灭磁接线进行改进，引进本文所提关键技术，即主辅灭磁通道动态转移磁场电流，共同灭磁，就能较好的解决问题。利用本方案的磁场电流动态转移技术后，对灭磁开关的灭弧性能要求就会大大降低，使得灭磁装置整体可靠性和适应性大大提高。A GENERATOR DE-EXCITATION SCHEMA WITH5DYNAMIC TRANSFER CHARACTERISTIC FOR FIELD CURRENTHuan Deke Chen Xiaoming Shao Xianjun（Gezhouba Hydropower Plant，443002，Yichang，China）Abstract: In accordance with existing situ
