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淺談發電機轉子滅磁及過電壓保護裝置的原理

  【摘要】本文闡述了發電機轉子滅磁及過電壓保護裝置的工作原理,并對發電機轉子滅磁及過電壓保護裝置的工作原理進行了詳細分析。 
  【關鍵詞】發電機;轉子;滅磁;過電壓保護;應用;跨接器 
  滅磁系統和過電壓保護裝置都是發電機勵磁系統的重要主成部分。由于電力系統比較復雜,發電機常常會發生一些故障,會影響電力系統的穩定,如發電機定子繞組接地、轉子滑環直接短路、整流裝置故障等。這些故障均需要快速切除勵磁電源,對發電機進行滅磁。 
  1、發電機轉子滅磁的工作原理 
  發電機運行時,如有突發事件發生時,發電機繼電保護跳開滅磁開關,這時由于發電機在運行中突然切掉勵磁電源,轉子繞組儲存著大量能量需要釋放,此時若不采取任何措施就突然斷開勵磁電流,必然會使轉子繞組兩端形成過電壓,由于過電壓的產生會給轉子造成巨大沖擊,甚至會使轉子的絕緣層被擊穿。因此,在快速斷開勵磁電源的同時,必須要采取一定的措施先消耗掉轉子繞組中的電磁能,這一過程,通常被稱為滅磁。 
  滅磁的方式:線性電阻滅磁、非線性電阻滅磁等等。 
  1.1本文所研究的第一種滅磁方式是直流氧化鋅非線性電阻滅磁方式。其具體的工作原理
  見附圖1所示:其中If轉子中的電流、FR1為氧化鋅非線性電阻、FMK為滅磁開關、Uo為勵磁電壓、LP為整流電源、Uk為滅磁開關弧壓、UR為氧化鋅非線性電阻殘壓。若要使轉子電流衰減至零,必須在轉子兩端加一個與其勵磁電源電勢相反的電勢U。滅磁方程式為公式(1):Ldi/dt+U=O 
  可見電感中電流衰減率正比于反向電勢U,反向電勢越大,滅磁時間越短。但反向電勢受轉子絕緣水平限制,反向電勢不能超過轉子絕緣允許值因此最理想的滅磁方式是滅磁電壓保持恒定,電流保持一個固定的變化率, 
  電流按直線規律衰減至零。由于氧化鋅非線性電阻殘壓UR變化很小,滅磁時近似于恒壓,即UR=U。發電機正常運行時轉子電壓低,氧化鋅非線性電阻呈高阻態,漏電流僅為微安級。滅磁時,滅磁開關FMK跳開,切開勵磁電源。 
  在滿足公式(3)時;Uk≥Uo+UR。電流被迫流入滅磁過電壓保護器中,轉子繞組中所儲能量被氧化鋅非線性電阻消耗,且氧化鋅良好的伏安特性保證了這部分能量幾乎以恒壓的形式消耗,確保了發電機組的安全。以上滅磁方式為直流氧化鋅電阻滅磁方式。 
  1.2本文所研究的第二種滅磁方式為:交流電壓滅磁方式,交流滅磁基本思路是在斷開功率整流柜輸入端交流斷路器前,首先切斷三相全控整流橋的觸發脈沖,然后進行滅磁。 
  交流斷路器斷流作用主要是利用電流過零這一特性實現的。但是由于負載電感很大,勵磁電流衰減較慢,因此,期望在3.3ms內利用電流過零斷流是不可能的,解決交流滅磁系統的斷流最有效的措施是在滅磁瞬間切除全控整流橋的觸發脈沖,其作用原理見附圖2等效電路。假如瞬間分斷交流斷路器的同時切除晶閘管整流橋的觸發脈沖,+A及-C兩元件一直續流導通。如果忽略導通元件的正向過電壓降,強制引入施加在非線性電阻兩端的電壓等于勵磁變的電源線電壓與交流斷路器斷口電壓之和。 
  如假定:Us=UsA+UsC 其中:Us:為兩個斷口電壓之和,則滿足滅磁電流換流條件的表達式為:Usm≥URm±UTm 式中:Usm-交流斷路器斷口電壓最大值;URm-非線性電阻導通最大值;UTm-勵磁變線電壓最大值 
  在瞬間分斷勵磁變壓器的線電壓時有可能處于正半波也有可能處于負半波,如果處于正半周滿足換流條件,這是交流斷路器的斷口電壓Usm需要有較高的電壓值。 
  在負半周,達到換流條件所需的斷口電壓值為URm±UTm,可降低對斷路器弧壓的要求。所以在負半周滅磁更可靠。如果將交流斷路器接在直流側,將三個斷路器接點串聯連接,亦可進行滅磁,滅磁時同樣須分斷晶閘管整流器的觸發脈沖,見附圖3。 
  對比將交流斷路器接于交流側和直流側兩種滅磁方式,可以看出:將斷路器接于交流側,可以利用交流過零點進行熄弧,這種滅磁屬于交流滅磁方式,滅磁時只有兩個斷口流過電流并建立弧壓。 
  當磁場斷路器設在直流側時,根據電力部行業標準,轉子過電壓動作值U=(5-7)UfN。 
  結束語 
  在發電機長期的運行過程中,發電機轉子滅磁及過電壓保護裝置的部件應根據需要進行及時改進和結構更換。本文中所介紹的發電機氧化鋅電阻閥片若不能在滅磁系統運行時正常工作,必須進行重新更換,以保證發電機轉子滅磁的可靠性,保護發電機組的安全,提高電網運行的穩定性。 
  參考文獻 
  [1]李自淳.交流滅磁探討.大電機技術,2006(06) 
  [2]何澤平,吳志杰.發電機轉子滅磁及過電壓保護的改造[J].湖南電力,2001(05)



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