新聞主題	同步發電機的滅磁含義和方法

一、滅磁的含義

 

當發電機或發電機一變壓器組發生故障時，繼電保護動作在跳開發電機的同時，還應迅速將發電機滅磁。所謂滅磁就是將發電機勵磁繞組的磁場盡快地減弱到最小限度，最快的方法是將勵磁繞組斷開，但因勵磁繞組是一個大的電感，突然斷開必將在直流側產生很高的電壓，危及轉子繞組絕緣、整流橋的安全。因此，實用方法是在斷開勵磁繞組與勵磁電源回路的同時，將一個電阻接入勵磁繞組，讓磁場儲能迅速耗盡。整個過程由自動滅磁裝置來實現。

 

對發電機的滅磁要求有兩點，首先滅磁時間應盡可能短；其次勵磁繞組兩端的過電壓不應超過額定勵磁電壓的4～5倍。

 

為同時滿足上述要求，假設滅磁開始時的轉子勵磁電流為I_fd0且以某一變化率di_fd／dt衰減，而磁通的變化率在轉子滑環間（即勵磁繞組兩端）產生的電壓值剛好等于允許值，以后電流i_fd保持這一速率直線衰減到零，如圖1中直線1所示，為理想滅磁曲線。實際的滅磁曲線可能是直線2或直線3等。根據它們與理想曲線接近的程度，可以評價滅磁方案的優劣。

 

圖1 不同方案的滅磁曲線

 

二、滅磁的方法

 

滅磁方法種類較多，如單獨勵磁機滅磁、對線性電阻放電滅磁、對非線性電阻放電滅磁、采用滅弧柵滅磁，當采用全控橋的半導體勵磁系統時，還可利用全控橋逆變滅磁。其中，單獨勵磁機滅磁方法只用于小型機組，它的滅磁時間較長。下面介紹幾種常用滅磁方法。

（1）線性放電電阻滅磁

當發電機內部發生短路故障時，即使把發電機從母線上斷開了，短路電流依然存在，使故障造成的損壞繼續擴大；只有將轉子回路的電流也降為零，使發電機的感應電動勢盡快地減至最小，才能將故障損壞限制在最小的范圍內。最常用的方法是在轉子回路內加裝滅磁開關，利用放電電阻滅磁。

利用放電電阻滅磁的接線如圖2所示。同步發電機正常運行時，滅磁開關Q處于合閘狀態。Q的主觸頭Q1閉合，使勵磁機能正常地向發電機轉子提供勵磁電流；觸頭Q2斷開滅磁電阻R回路。

當滅磁時，Q跳閘，Q2先閉合，使發電機轉子的勵磁繞組接入R；然后Q斷開，這就保證勵磁繞組接入放電電阻R（即滅磁電阻）時沒有開路狀態出現，避免了過電壓的產生。發電機轉子繞組并聯了滅磁電阻R后，轉子繞組的電流就按照指數曲線衰減，并將轉子繞組中的磁場能量幾乎全部轉變成熱能，消耗在R上。

在滅磁過程中，滅磁的時間與R有關，R越大，滅磁過程越快，反之，滅磁過程就慢些。手冊規定R的數值一般為轉子繞組熱狀態電阻值的4～5倍，滅磁時間為5～7s。

 

圖2 線性放電電阻滅磁示意圖

 

（2）非線性電阻滅磁

由于放電電阻R不能取得很大，從而加長了滅磁時間。當將R改為非線性電阻，其特性是通過其中的電流較大時，動態電阻小；電流較小時，動態電阻大。合適選擇非線性電阻，可以做到滅磁初態時，轉子電壓不超過容許值，而滅磁時間減小。

（3）采用滅弧柵滅弧

以上方法中，滅磁開關并不承受耗能的主要任務。應用最廣泛的滅磁方法是利用帶有滅磁柵的快速滅磁開關，它利用串聯短弧的端電壓不變的特性控制滅弧過程，將磁場儲能主要消耗在滅磁開關內，滅磁速度較快，幾乎接近理想滅磁。

應用滅磁開關滅磁的原理示意圖如圖3所示。在滅磁過程中，DM的主觸頭1-2先斷開，3-4仍關閉，故不產生電弧；經極短的時間以后，滅弧觸頭3-4斷開，在它上面產生了電弧。由于橫向磁場的作用，電弧被驅入滅弧柵中，并被分割成很多串聯的短弧，在滅弧柵內燃燒，直到勵磁繞組中電流下降到零時才熄滅。在產生容許的過電壓倍數條件下，利用滅弧柵滅磁的滅磁時間僅為放電電阻方式滅磁時間的24％左右。

 

圖3 同步發電機滅磁原理示意圖

 

近年來，國內外已普遍采用雙斷口直流開關（雙斷口磁場斷路器），配以非線性電阻的方法來滅磁。非線性電阻采用氧化鋅元件，有良好的壓敏特性，滅磁過程中兩端電壓始終維持在滅磁電壓控制值上，因此非常接近理想滅磁，滅磁速度快；氧化鋅元件作為過電壓保護元件，過電壓動作值可靈活整定；氧化鋅元件非線性電阻系數很小，正常電壓下漏電流很小，可直接跨接在勵磁繞組兩端，滅磁可靠；采用雙斷口直流開關，滅磁過程中勵磁電源與勵磁繞組完全斷開，有利于加快滅磁過程；可靠滅磁，非線性電阻的總電能量應大于勵磁繞組的最大儲能。因此，這種滅磁方法具有滅磁速度快、滅磁可靠、結構簡單、運行維護方便、滅磁過電壓動作值可靈活整定等特點。

圖4示出了雙斷口直流開關、非線性電阻滅磁的原理圖。圖中DM為雙斷口直流開關，NR1、NR2、NR3為氧化鋅非線性電阻，NR1的動作電壓低于NR2、NR3的動作電壓。

 

圖4 非線性電阻滅磁的原理圖

 

正常運行時，發電機的勵磁電壓為U_fd，晶閘管 VSO2、VSO3不導通，二極管V1、V2、V3不導通，所以NR1、NR2、NR3中無電流。勵磁繞組發生正向過電壓，當達到觸發晶閘管的動作整定值時，VSO2、VSO3導通，能量迅速消耗在非線性電阻NR2、NR3中，過電壓值限制由正向過電壓保護整定值確定，能量被吸收后，過電壓消失；勵磁繞組發生反向過電壓，V1迅速導通，能量迅速消耗在非線性電阻NR1中，反向過電壓值限制由NR1動作值確定，過電壓能量被吸收后，反向過電壓即消失，在此過程中，因NR1的動作值低，所以NR2、NR3不承擔反向過電壓保護任務。

發電機正常停機時，通過可控整流橋逆變滅磁，并不需要斷開滅磁開關DM。發電機事故緊急停機時，跳滅磁開關DM，DM斷開后，勵磁電流I_fd強迫分斷，勵磁繞組發生反向過電壓，極性是d端為正、f端為負，此時磁場能量通過二極管V1消耗在NR1中，完成滅磁過程。需要指出，滅磁過程中NR1上電壓基本不變，所以很接近理想滅磁，滅磁速度快。DM斷開后，整流橋側的正向過電壓或反向過電壓，均由非線性電阻NR3吸取過電壓能量，直到過電壓消失，過電壓值受NR3動作值的限制。

（4）利用全控橋逆變滅磁

如果采用晶閘管整流橋向轉子供應勵磁電流時，就可以應用逆變滅磁。在主回路內不增添設備就能進行快速滅磁。這一方式簡單、經濟、無觸點，得到了廣泛采用。

在現代發電機的自動勵磁調節系統中，幾乎都采用了三相全控橋對AER的輸出信號進行功率放大，實現對發電機勵磁的自動調節。三相全控橋的負載是發電機勵磁繞組或勵磁機的勵磁繞組，符合逆變條件。當發電機故障或停機需要滅磁時，只要將控制角α增大到某一合適的角度（如140°）就可進行逆變滅磁。當勵磁機或發電機有他勵電源時，由于逆變滅磁過程中交流電壓不變，勵磁電流等速減小，滅磁過程相當迅速。當勵磁機或發電機采用自勵方式時，隨著滅磁過程的進行，交流電壓隨之降低，滅磁速度也就減慢。

事實上，逆變滅磁到一定程度時，負載電感L中的能量不能維持逆變，此時要借助滅磁電阻（與勵磁繞組并接）使L中的儲能釋放，以進行滅磁。如前所述，在現代大型發電機自并勵磁方式中，逆變滅磁只是在發電機正常停機時使用，發電機故障進行滅磁是采用滅磁裝置或非線性電阻進行滅磁的。

 

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