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同步發(fā)電機滅磁系統(tǒng)的應(yīng)用
2017-8-3 閱讀(208)
同步發(fā)電機在運行中，當(dāng)發(fā)生定子繞組匝間短路、定子繞組相間短路、定子接地短路等故障時，繼電保護裝置就快速地將發(fā)電機從系統(tǒng)中切除，但發(fā)電機的感應(yīng)電勢卻依然存在，繼續(xù)供給勵磁電流，故將會發(fā)生導(dǎo)線的熔化和絕緣材料的燒損，甚至燒壞鐵芯。因此，當(dāng)發(fā)生上述發(fā)電機的短路等故障時，在繼電保護動作將發(fā)電機斷路器跳開的同時，還應(yīng)迅速地給發(fā)電機滅磁。滅磁就是將發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組中的磁場能量盡快地減小到zui小程度。當(dāng)然，zui簡單的滅磁方法是將發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組與電源斷開，但勵磁繞組是一個大電感，突然斷開，將使勵磁繞組的兩端產(chǎn)生很高的過電壓，危害轉(zhuǎn)子的絕緣，所以，用斷開轉(zhuǎn)子回路電源的辦法來滅磁是不恰當(dāng)?shù)?。將發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組接到耗損磁場能量的閉合回路中去，才是可行的。
1.滅磁的方案及原理簡述
就滅磁的方案及原理而言，各學(xué)派的觀點是同的。針對滅磁問題，經(jīng)過廣大工程技術(shù)人員的研究和試驗，出現(xiàn)了較多的滅磁方案，但總結(jié)一下也就有兩種滅磁方案，耗能型滅磁裝置和移能型滅磁裝置。耗能型滅磁裝置滅磁時，是將同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子能量消耗在磁場開關(guān)中，而移能型滅磁裝置滅磁時，是磁場開關(guān)將發(fā)電機的轉(zhuǎn)子能量轉(zhuǎn)移到線性或非線性電阻中去。
2.耗能型滅磁方案
耗能型滅磁方案是2000年前所采用的方案。其原理主要由磁場開關(guān)FMK和線性電阻R構(gòu)成。當(dāng)滅磁時，F(xiàn)MK主觸頭打開，儲存在發(fā)電機勵磁回路中的磁場能量形成電弧并在燃燒室中燃燒，將電能轉(zhuǎn)換為熱能直至息弧，當(dāng)電弧燃燒1至2秒鐘后，接觸器FC閉合，將zui后一小部分磁場能量釋放在電阻R上，為防止產(chǎn)生危害轉(zhuǎn)子絕緣的過電壓，R的阻值不能取太大，一般取R=5Rf，這樣過電壓就限制在勵磁電壓5倍之內(nèi)，但滅磁的時間卻不能減小了間。在此滅磁過程中磁場開關(guān)承擔(dān)了大部分磁場能量，每當(dāng)事故滅磁后，檢修人員都要檢查磁場開關(guān)，修復(fù)燒損的觸頭，給用戶帶來了工作量。由于開關(guān)的耗能負擔(dān)重，故開關(guān)燒損及拒動的現(xiàn)象也就時有發(fā)生。當(dāng)今隨著發(fā)電機的容量增加，磁場能量也相應(yīng)地增加，選更大容量的磁場開關(guān)很困難，故該種耗能型滅磁方案已不再使用了，新的移能型 滅磁方案也就獲得了發(fā)展。
3.移能型滅磁方案
移能型滅磁方案主要由磁場開關(guān)FMK和非線性電阻FR構(gòu)成，因為非線性電阻具有限壓平穩(wěn)等優(yōu)點，所以是滅磁的理想元件。移能型滅磁方案能不能可靠地滅磁，換流是問題的關(guān)鍵。下面就討論換流。
交流滅磁原理
所示的滅磁原理是由磁場開關(guān)與氧化鋅非線性電阻所構(gòu)成。系統(tǒng)正常工作時，磁場開關(guān) FMK合閘，開關(guān)拉弧電壓UK等于零，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕蔷€性電阻FR上沒有電流，勵磁電流If 經(jīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子回流到三相可控硅橋負極。滅磁時，F(xiàn)MK跳閘并在其斷口建立起弧壓UK，當(dāng)弧壓升高到一定程度時，加在 FR上的電壓就能等于或大于氧化鋅殘壓UR，此時FR被擊穿導(dǎo)通，F(xiàn)MK斷弧，磁場能量就消耗在非線性電阻上了，可見磁場開關(guān)只是起到了轉(zhuǎn)移磁場能量的作用，那么換流的條件是什么呢，可知節(jié)點電壓方程為：UK—Uf = UR —(式1)。由式1可知若成功轉(zhuǎn)移能量，就必須保證電壓關(guān)系UK—Uf ≥UR—(式2)的成立。顯然有以下三種方法讓式2成立：
*種方法：降低非線性電阻的殘壓UR，如果要降低殘壓UR，轉(zhuǎn)子回路放電電流小，滅磁時間將要延長，起不到故障狀態(tài)下快速滅磁的目的，此方法不行。
第二種方法：提高開關(guān)的弧壓UK，即選擇弧壓高的開關(guān)。由于生產(chǎn)這種開關(guān)的造價高且市場又小，所以對開發(fā)生產(chǎn)的積極性有影響，故提高開關(guān)的弧壓，就不現(xiàn)實了。
第三種方法：降低電源電壓Uf，電源電壓是根據(jù)勵磁系統(tǒng)動態(tài)指標的要求計算而來，Uf的降低*地降低了勵磁系統(tǒng)的強力頂值倍數(shù)，不滿足國家標準，故電源電壓Uf不能減小。
在上述方法都不可行的情況下，安徽徽凱電器有限公司推出了一種交流滅磁裝置。其原理就是利用在交流電源到負半波時，式2等式左邊的電壓相減就變成相加了，但是跳開關(guān)的同時一定要斷開可控硅的觸發(fā)脈沖。斷開觸發(fā)脈沖后，由于有轉(zhuǎn)子電感的續(xù)流作用，勵磁電流If可認為是恒定的，電源Uf 由具有交流分量的直流變?yōu)檎医涣麟娫?，并且，三相可控硅整流橋中拉脈沖前導(dǎo)通的兩只可控硅將繼續(xù)導(dǎo)通(設(shè)是+A和-C相)，其余四只可控硅關(guān)斷并不會再導(dǎo)通。拉斷觸發(fā)脈沖的時刻，有可能是在交流電源的正半波，也可能是負半波，當(dāng)在正半波時，加在非線性電阻兩端的電壓是UK—Uf，故需要較高的弧壓UK去滿足換流條件，而在負半波時，加在非線性電阻兩端的電壓是UK+Uf，用較低的弧壓就滿足換流條件了，看來每次滅磁操作也有一定的隨意性。降低了對滅磁開關(guān)弧壓的高要求，比較容易地滿足式2的換流條件，這在設(shè)計滅磁系統(tǒng)時，就可選擇弧壓較低的磁場開關(guān)，也是較經(jīng)濟的。通過對耗能型滅磁和移能型滅磁的分析，可知移能型交流滅磁方案的推廣應(yīng)用是必然的。
