淺談發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置的原理
【摘要】本文闡述了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置的工作原理，并對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析。
【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；滅磁；過電壓保護(hù)；應(yīng)用；跨接器
滅磁系統(tǒng)和過電壓保護(hù)裝置都是發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的重要主成部分。由于電力系統(tǒng)比較復(fù)雜，發(fā)電機(jī)常常會發(fā)生一些故障，會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，如發(fā)電機(jī)定子繞組接地、轉(zhuǎn)子滑環(huán)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(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁。
1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁的工作原理
發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，如有突發(fā)事件發(fā)生時，發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)跳開滅磁開關(guān)，這時由于發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中突然切掉勵磁電源，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組兩端形成過電壓，由于過電壓的產(chǎn)生會給轉(zhuǎn)子造成巨大沖擊，甚至?xí)罐D(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子中的電流、FR1為氧化鋅非線性電阻、FMK為滅磁開關(guān)、Uo為勵磁電壓、LP為整流電源、Uk為滅磁開關(guān)弧壓、UR為氧化鋅非線性電阻殘壓。若要使轉(zhuǎn)子電流衰減至零，必須在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子絕緣水平限制，反向電勢不能超過轉(zhuǎn)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(guī)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(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)子電壓低，氧化鋅非線性電阻呈高阻態(tài)，漏電流僅為微安級。滅磁時，滅磁開關(guān)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(hù)器中，轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)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(fā)脈沖，然后進(jìn)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(shí)現(xiàn)的。但是由于負(fù)載電感很大，勵磁電流衰減較慢，因此，期望在3.3ms內(nèi)利用電流過零斷流是不可能的，解決交流滅磁系統(tǒng)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(fā)脈沖，其作用原理見附圖2等效電路。假如瞬間分?jǐn)嘟涣鲾嗦菲鞯耐瑫r切除晶閘管整流橋的觸發(fā)脈沖，+A及-C兩元件一直續(xù)流導(dǎo)通。如果忽略導(dǎo)通元件的正向過電壓降，強(qiáng)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(dá)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(dǎo)通最大值；UTm-勵磁變線電壓最大值
在瞬間分?jǐn)鄤畲抛儔浩鞯木€電壓時有可能處于正半波也有可能處于負(fù)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(fù)半周，達(dá)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(fù)半周滅磁更可靠。如果將交流斷路器接在直流側(cè)，將三個斷路器接點(diǎn)串聯(lián)連接，亦可進(jìn)行滅磁，滅磁時同樣須分?jǐn)嗑чl管整流器的觸發(fā)脈沖，見附圖3。
對比將交流斷路器接于交流側(cè)和直流側(cè)兩種滅磁方式，可以看出：將斷路器接于交流側(cè)，可以利用交流過零點(diǎn)進(jìn)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(dāng)磁場斷路器設(shè)在直流側(cè)時，根據(jù)電力部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子過電壓動作值U=（5-7）UfN。
結(jié)束語
在發(fā)電機(jī)長期的運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護(hù)裝置的部件應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行及時改進(jìn)和結(jié)構(gòu)更換。本文中所介紹的發(fā)電機(jī)氧化鋅電阻閥片若不能在滅磁系統(tǒng)運(yùn)行時正常工作，必須進(jìn)行重新更換，以保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁的可靠性，保護(hù)發(fā)電機(jī)組的安全，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
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