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1、葛洲坝电厂灭磁开关简史（附大型灭磁开关结构评价）（2009-08-12 11:16:51）标签：励磁灭磁开关单断口 dm2灭弧罩 分类：我爱励磁双断口葛洲坝电厂一、发电机灭磁系统简述同步发电机安全可靠的灭磁，是一个不仅关系到励磁系统本身安全，而且直 接关系到整个电力系统安全运行的大问题。发电机灭磁技术的演变，基本上沿着灭磁开关灭弧栅灭磁，线性电阻灭磁， 非线性电阻灭磁发展，其间，逆变灭磁和交流灭磁，伴随着现代励磁的基础即三 相全控桥整流电路的出现而发展。在灭磁系统中，灭磁开关占据很重要的地位，其分类复杂。按照灭磁开关是 否参与吸收灭磁能量，分为耗能型（灭弧栅灭磁）和移能型（电阻灭磁）；按照 灭
2、磁开关的断口数量，分为多断口（正极断口、负极断口、常闭断口、主断口、 弧断口）和单断口；按照灭弧栅片是金属还是非金属，分为短弧原理灭弧栅和长 弧原理灭弧栅；按照灭磁开关安装位置，分为直流灭磁开关和交流灭磁开关。一 般来说，带常闭断口的开关是专门用于灭磁的开关；双断口灭磁开关，在停机后 可以隔离发电机转子与励磁装置回路，有利于检修试验。由于励磁装置灭磁设备主要考虑的是安全、快速的吸收转子能量，因而灭磁 方式的分类主要是按吸收能量方式来划分的：正常停机灭磁：逆变灭磁，将灭磁能量反馈到发电机交流系统。事故停机灭磁分两种： 1、开关灭磁：短弧灭弧栅灭磁，耗能型灭磁；2、电阻灭磁：移能放电灭磁方式。事故
3、停机电阻灭磁分为两种： 1、线性电阻灭磁：汽轮发电机主要灭磁方式；2、非线性电阻灭磁：水轮发电机主要灭磁方式。事故停机非线性电阻灭磁分为两种：1、氧化锌电阻（ZnO）：国产设备多采 用；2、碳化硅电阻（SiC）:进口设备多采用。需要说明的是，移能放电灭磁系统中也有灭磁开关，但是其主要作用是切断 励磁电流回路，即利用灭磁开关断开励磁绕组时产生的反电势，将励磁电流转移 到灭磁电阻中，并通过灭磁电阻来吸收磁场能量。因此，放电灭磁系统中的灭磁 开关也称为磁场断路器。而开关灭磁系统中的灭磁开关，不仅要切断励磁电流回 路，还要利用灭弧栅片来吸收整个灭磁能量，此时，开关的负担很大，往往不能 满足大型水电站的
4、灭磁需要，故纯粹的开关灭磁方式越来越少见，电阻灭磁方式 越来越普遍。二、从单断口 DM2发展为双断口 DM4我参加工作才听说灭磁开关，接触到的是DM2单断口灭磁开关，装设在转 子正极，每次检修试验，特别是转子耐压试验，必须断开转子的另一极电缆，很 麻烦很头疼。好在葛洲坝电厂还有主备励双极开关，普通检修和试验只需断开主 备励开关即可。DM2灭磁开关的结构和原理超级复杂：一个主断口并联一个弧断口，两个 引弧角将电弧引入由 60片铜片组成的圆筒灭弧室，电弧在里面旋转燃烧。由于 灭弧栅铜片间隔只有2mm,其弧压为30左右，整个灭磁弧压1800V。DM2灭 磁开关是仿苏联产品，复杂的结构再加上粗糙的工艺
5、，不是一个免维护的东西， 极大的锻炼了我对于开关的检修能力。这个开关最致命的缺点就是在励磁事故停 机中，往往灭磁失败造成开关烧毁。我记得二江 7台机组，投产一台就烧一台， 总共烧了 7台DM2。最后改变灭磁方式，采用并联线性电阻灭磁，将开关的耗 能任务取消，才遏制灭磁开关继续烧毁事故。由于线性电阻灭磁的时间太长，发电机空载灭磁都要 6-7 秒，武汉洪山电工章 贤和水科院的聂光启老师科研出氧化锌非线性灭磁电阻，灭磁时间大大减少，空 载灭磁时间缩短为 0.7秒。又由于单端口灭磁开关不利于维护检修，上海立新电 气将铁路使用的双断口灭磁开关引入励磁，生产出 DM4 双断口灭磁开关，开创 了我国灭磁装置
6、新天地。20047U3/T4二、从国产DM4到进口 CEX98双断口灭磁开关由于DM4灭磁开关生产管理无序和恶性竞争，导致质量和信誉下降，我们开 始寻找可靠性高工艺好的灭磁开关， 2003 年我和胡先洪以及邵显钧外出调研进 口灭磁开关，才发现ABB在小型电厂使用三断口的交流灭磁开关代替直流灭磁 开关，正极用两个断口，负极用一个断口；在大电厂使用 UR36/40 系列的单断 口灭磁开关。我对于单断口灭磁开关不感兴趣，继续寻找发现MM74还是一个 单断口灭磁开关，而我们熟悉的加拿大GE励磁双断口灭磁开关已经停产。难道 我们大电厂又要进入单断口灭磁开关时代？突然听说三峡电厂即将使用法国CEX98系列
7、灭磁开关，三峡电厂彭炜东刚从 法国参加开关出厂试验回来，并送给我一张光盘。经过仔细研究，我们最后推荐 葛洲坝电厂采用法国CEX98-2560双断口灭磁开关。如今，葛洲坝电厂开始进入励磁装置更新换代时期，灭磁装置，包括回路接 线、主要器件，特别是CEX系列灭磁开关都已经定型。功率柜明确采用热管功 率柜。只是励磁调节器还处于不断提升和改进阶段。看来葛洲坝电厂的励磁技改 之路越走越明亮。二、我爱双断口灭磁开关回顾葛洲坝电厂灭磁开关发展过程，灭磁开关从单断口到双断口灭磁开关是 一个很大的技术进步，极大地方便了励磁检修维护。遗憾的是，随着国外励磁设 备的大举进军中国，单断口灭磁开关开始回潮，给这些电厂的
8、检修维护带来很大 的麻烦。对此，我只能表示无奈。我想，造成这种情况的原因，除了大型双断口 灭磁开关体积大、价格高等经济原因外，主要是国外励磁设计人员不知道我国励 磁检修维护经常需要断口转子双极。水电厂停机检修，转子摇绝缘和耐压，肯定 需要断开转子双极。水电厂停机备用 15 天以上，又要摇转子绝缘，还需要断开 转子双极。如果采用单断口灭磁开关，工作量将是多大！这些电缆来回拆和装， 也很容易氧化和损害。令人欣慰的是，国外励磁装置在小型电厂，依然继续使用双断口灭磁开关， 这些电厂的检修维护人员，同葛洲坝电厂的检修维护人员一样，开心的笑了 ， 我也开心的笑起来。附论文：（发表于大电机技术2004年第
9、4期）国内外大型灭磁开关结构评价陈小明 胡先洪 邵显钧 朱必良（葛洲坝水力发电厂 湖北宜昌市 443002）摘要：本文通过对我国水电厂使用的三种大型灭磁开关优缺点的分析，提出了一套归类描述 灭磁开关结构的方法，并以此来评价我国部分水电厂现用灭磁开关结构的特点，分析得出 CEX98-4.1 灭磁开关结构的科学性和我厂选用其的合理性。关键词：DM2、DM4、DMX、CEX98、灭磁开关结构1 引言同步发电机励磁系统中的灭磁开关，是发电机组内部故障的最后保护装置。当发电机定 子、单元联接的主变压器或励磁系统发生故障，如励磁变压器故障、发电机滑环短路、励磁 主回路短路及元件故障、发电机励磁调节器误强励
10、故障等，灭磁开关应迅速跳开，以达到灭 磁的目的。发电机灭磁不仅能迅速安全的切断发电机转子电流，还能消耗吸收发电机的转子磁能。 直流灭磁开关的灭弧原理及结构与交流开关不同，我国常用的几种大型灭磁开关在灭弧原理 及结构上也有所区别。因此对国内外大型灭磁开关的结构进行评价很有必要。2 国产大型灭磁开关的结构评价最早应用于大中型水轮发电机组静止可控硅励磁系统的国产大型灭磁开关是DM2型灭 磁开关，它有一个由圆铜片组成的特殊灭弧室，用来吸收转子磁能和切断转子电流。DM2 是一个单断口、双触头结构的单极开关，一个主触头和一个弧触头并联，跳闸时主触头先断 开，弧触头后断开，转子电流在弧触头上产生电弧，经纵向
11、和横向电磁力作用（即双向电磁 吹弧），进入灭弧室旋转并被铜片灭弧栅分割成短电弧，只有当绝大部分转子磁能在灭弧室变为热能后，电弧才熄灭。DM2灭弧室采用金属灭弧栅灭弧原理，即灭弧栅为金属铜片， 吸收热能效果好，电弧弧压稳定，这是其优点之一。但是，由于DM2是一个切断电流和吸 收能量于一体的灭磁开关，随着发电机组容量的增大，其灭磁容量越来越不能满足要求，再 加之其复杂的吹弧过程容易被其他参与灭磁的转子电量的干扰而中断，因此灭磁失败甚至灭 磁开关烧毁的事故就时有发生。由于磁能被铜栅片吸收，故烧毁严重，不能频繁动作，维护 工作量打。另外其机构易拒动。现在，大中型水轮发电机组静止可控硅励磁系统采用投入灭
12、磁电阻放电灭磁方式，即灭 磁开关跳闸切断转子电流，灭磁电阻并接到发电机转子两端吸收转子磁能。这样就可以大大 减轻灭磁开关的灭磁负担，此时也可以采用交流开关。通常将此类的灭磁开关称为磁场断路 器。国产DM4双断口灭磁开关就是这种移能式的磁场断路器。由于DM4采用双断口组合, 恰好满足发电机转子正负极使用，因而得到广泛使用。但是，DM4双断口灭磁开关在结构 上也有三点不足之处：（1）没有用于投入灭磁电阻的辅助常闭断口，因而实施放电灭磁方式比较困难。尽管在 灭磁电阻回路中串联整流二极管也能简单的解决此问题，但是，在正常运行中，灭磁电阻要 承受可控硅整流器输出的反向电压的冲击，降低了灭磁电阻的使用寿命
13、；（2）DM4采用双断口单触头结构，即每个断口只有一种触头，这个触头既是正常运行 中的主触头，又是灭弧中的弧触头，由于灭磁跳闸所产生的电弧对触头的损伤必然影响触头 的接触电阻，为了保证触头正常运行中的接触电阻不超标，在大电流灭磁后，一般都要检查 该触头损伤情况，增加了维护工作量；（3）灭弧罩采用绝缘灭弧栅灭弧原理，也称为长电弧灭弧原理。灭弧栅片为绝缘材料， 吸热效果差，电弧弧压不稳定，极大的影响灭磁能量从灭磁开关向灭磁电阻上转移的过程。 如果这种移能转移失败， DM4 灭磁开关就有可能在灭磁中损坏。新型国产大型灭磁开关DMX，不仅吸收了 DM4多断口的优点，而且吸收了 DM2多触 头接触和金属
14、灭弧栅灭弧罩，更重要的设置了专用的常闭辅助断口，使灭磁电阻的投入方式 更加合理。同时还具有合闸永磁保持、反磁分闸、永磁吹弧、后备分闸和多端口同轴同步等 优点。从结构上讲，DMX系列灭磁开关优于DM2和DM4都好，应用起来更加方便。2 进口大型灭磁开关的结构评价 调研进口灭磁装置在我国的应用情况，我们发现其灭磁原理无一例外都采用放电灭磁方式， 即在灭磁开关跳闸前，首先闭合灭磁开关辅助常闭断口即放电触头或触发可控硅跨接器，将 灭磁电阻并接到发电机转子两端，利用灭磁电阻吸收灭磁能量。我国进口的灭磁开关种类很 多，结构也各不相同，我们可以对照下面三个内容进行描述：（1）常开主断口数量和触头 结构即有无
15、专用弧触头；（2）有无常闭辅助断口；（3）灭弧罩采用何种灭弧和吹弧原理。 因为这三个主要内容不仅描述了灭磁开关的结构，而且也反映了灭磁开关结构的优缺点。具 体来说，具有常闭辅助断口的灭磁开关最适合放电灭磁方式，这也是当今最先进的灭磁方式； 双断口灭磁开关比单断口灭磁开关更加适合励磁回路的应用；设置专用的弧触头有利于保护 主触头；采用短电弧栅灭弧原理，即采用金属灭弧栅灭弧罩，吸热好，电弧稳定；电磁吹弧 简单。按照灭磁开关上述三个主要特点，部分进口灭磁开关描述如下：ASLG4000：单断口单触头，绝缘灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧，外型如DM4；AMF-1A/B：双主断口双主触头+双弧触头+放电触头，绝缘
16、灭弧栅灭弧罩，气吹+电磁吹弧，外型如国产6KV小车开关；AMF-CC-3.1：双主断口双主触头+三弧触头+放电触头，金属灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧，外型如国产DW10空气开关；CEX54-2.1：双主断口单触头+放电触头，绝缘灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧，外型如国产DW10空气开关；ALG：三相交流开关，三断口单触头，绝缘灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧；UR26：单断口单触头，金属灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧，外型如DM2；EX74：单断口单触头+放电触头，金属灭弧栅灭弧罩，气吹+电磁吹弧，外型如国产6KV小车开关；CEX98-4.1：双主断口双主触头+四弧触头+放电触头，金属灭弧栅灭弧罩，电磁吹弧，外 型如国产DW10空气开关;在上述灭磁开关的排列中，前四种是以前进口的灭磁开关，现在已经不再生产，后四种 是近几年进口的灭磁开关。按照灭磁开关的断口数、触头
