发电机新型交流灭磁
陈贤明王伟吕宏水朱晓东
( 国电自动化研究院电气控制研究所南京323信箱 , 210003)
摘要：大型发电机已普遍采用非线性电阻并接在磁场绕组两端的来灭磁，然而随着巨型的，如三峡700Mw 的发电机投运，磁场电压、电流都十分大，为使非线性电阻能在灭磁时投入，对直流磁场开关的开断弧压要求愈来愈高，大电流、高弧压，导致磁场开关十分巨大，结构复杂，价格昂贵，运行维护工作量大。为此近年来出现用交流灭磁，即从向转子供电的整流桥进线的交流侧采取措施来灭磁，至今交流灭磁并不十分可靠，在三峡发电机采用的交、直流灭磁中，交流灭磁仅起辅助直流灭磁的作用，主要仍依靠直流磁场开关，本文提出的新型交流灭磁，利用和非线性电阻并联的电容器，在灭磁时和磁场绕组电感、电阻发生RLC串联谐振时[1,2]产生的高电压，将非线性电阻投入，达到快速灭磁。并完全取消了直流磁场开关。仿真表明，这种方法已完全克服了原有交流灭磁的缺点，可靠性相当高，本文给出了对它进行仿真的结果。关键词：发电机，新型交流灭磁，非线性电阻，电容器，RLC谐振
New Alternating current De-excitation for Generators Chen,Xianming Wang,Wei Lu,Hongshui Zhu,Xiaodong
( Nanjing Automation Research Institute, P.O.Box 323 Nanjing 210003)
Abstract：De-excitation with varistor parallel connected to field winding for large generators has been widely used. However, field current and voltage become quite large for Larger Generators, such as 700Mw generator for Three-Gorge power plant. In order to put varistor into operation during de-excitation requirement for opening arc-voltage of dc field breaker is high and high. This causes big size, structure complexity, high cost and difficult maintenance of field breaker. That is why an alternating current de-excitation (ACDE) is adopted, which acts on ac side of thyristor rectifier-bridge for de-excitation. But up to now ACDE is not reliable enough, so ACDE in Three-Gorge power plant is used as an auxiliary for De-excitation.
New ACDE proposed in the paper uses capacitor parallel connected to varistor, the former with inductance and resistance of field winding is able to cause serial resonance of RLC[1,2] and produce high voltage during de-excitation, which may force varistor to operate and fast de-excitation can be implemented. The field breaker on dc side of field may be omitted at all. Simulation proved that the new ACDE overcomes shortcoming of origin ACDE, and has high reliability.
Keywords：Generator, New alternating current de-excitation, varistor, capacitor ,RLC resonance
0 .概述
近年来为了加快发电机故障灭磁过程，灭磁电阻由线性电阻改用非线性电阻，后者直接并接於磁场电路2端，图1为当今广泛采用移能型磁场开关加非线性电阻的灭磁原理图。
由于非线性电阻动作阀值电压(残压)高，正常时只有少量漏电流流过，故障灭磁时要求开关FB能快速断开，并有足够高的断弧电压，以便非线性电阻投入运行，使磁场电路和励磁电源断开，把大部分磁能消耗在非线性电阻上。通常将这类开关称
图1 用移能型磁场开关和非线性电阻R灭磁为移能型磁场开关，由于它在灭磁过程吸收能量不
大，因此在理论上，并不需要很大的尺寸，但是其开断弧压和非线性电阻的残压配合，十分重要。
事实上开关FB断开时，磁场电流i减小，磁场绕组产生与电流变化率正比的感应电势e，电流变化率可按回路电势合成为零确定，即
U—Uk+e=0，得出Uk=U+e， (1)
U是励磁电源电压，而e是加于非线性电阻上，要使其导通，应不小于非线性电阻的残压Ux。也就是说灭磁开关的开断弧压要大於电源电压(正向最大幅值)加非线性电阻的残压。否则如移能失败，必将导致磁场开关烧毁。为此三峡700Mw发电机用双断口磁场开关，每个断口由4亇开关串联，十分厖大。因而又出现了从晶闸管整流桥进线处的交流灭磁的想法。
1).交流灭磁图2为交流灭磁的原理图，在磁场
图2 交流灭磁原理图
绕组直流侧接入非线性电阻R，而在晶闸管整流桥进线侧加装三相交流磁场开关，其本意是希望切除交流开关或切除晶闸管整流桥脉冲，或整流桥逆变导致非线性电阻R投入。现分三种情况分析：A).逆变
图3 逆变时整流桥输出电压
灭磁时，令可控整流桥逆变(前提是励磁调节装置和供电的交流电源工作正常)，图3是三相可控整流桥在触发控制角75度到150度逆变时，输出整流电压的波形，只有后者的负向幅值大於非线性电阻的残压Ux。非线性电阻投入，移能成功。
B)封锁或切除晶闸管整流桥全部脉冲
通常脉冲切除前，整流桥上、下桥臂各有一臂导通例如是+A、－C臂导通，灭磁时由于脉冲己切除整流桥无法换相，而磁场电流因转子电感很大，已导通的+A.－C晶闸管无法关闭，交流侧线电压会直接加到直流侧如图4所示
图4 切脉沖，交流电压加至直流侧的等效电路
这时如交流侧线电压幅值大於非线性电阻的残压Ux，当交流电压到负值后，非线性电阻将投入。注意这里交流开关没分断，50周波的交流线电压因大的磁场电感也不会产生多少交流电流。
C) 切断三相交流开关
假定不切脉冲。图5表示了触发控制角75°在t时
图5切整流桥进线开关时，输出电压波形
切交流开关的情况，假定这时+A,－C相导通，因有大电感磁场电流不可能立刻变零，开关A、C相触头有电弧维持导通，B相触头因无电流而立即断开，下一个+B相脉冲来也不会导通，再过60度－A相脉冲来(图6)，使－A导通，这样导致电流流过+A、－A臂导通，使开关A、C相触头息弧断开，同时加到直流侧整流电压为零，如图6所示。注意：正常情况下电压Uac(1000v)导通60°，这里由於下1个B相脉冲来没法导通，使Uac继续导通到120°。考虑到α角是75°而α角是从线电压60°处算起则，可知Ud的最大负值应为：
图6 三相整流桥各桥臂脉冲序列
Um×Sin(120+75+60)°=－0.966Um 其中Um 是进线交流线电压的幅值。
注意：切交流开关能得到的负电压峯值，正好等于交流侧线电压幅值和触发控制角α正弦值的乘积。如果拉交流进线开关产生负电压值小于非线性电阻残压，则后者无法投入，磁场电流只能按自已的时间常数缓慢衰减至零。
由此看出交流灭磁有其局限性。因为：A)逆变灭磁。必须励磁调节器和交流供电电源要正常，和最大负电压高于非线性电阻残压。B)封锁脉冲灭磁，要求整流桥进线交流线电压正常，且其幅值要大於非线性电阻残压。目前常用的自并励发电机如因机端故障，整流桥进线三相电压无法保证正常，所以不能有绝对把握。至於C)开关断开过程产生的负电压和触发控制角有关，非线性电阻投入的可能不确定。
在我国長江三峡水轮发电机上为保证发电机安全，采用了交流灭磁加直流灭磁开关和非线性电阻的交、直流综合灭磁的方案[3]，虽然比较可靠，但设备较多，尤其所用直流磁场双断口开关，每亇断口有4亇开关串联，以滿足开断弧压要求。
2．新型交流灭磁
本文提出的发电机新型交流灭磁，利用了和非线性电阻并联的电容器和磁场绕组的电感产生谐振。依
图7 新型交流灭磁原理图
靠谐振时电容上的高电压将非线性电阻投入。文献[1,2]较祥细探讨了这种灭磁新方法。
图7是它的原理图，这里非线性电阻R并联上了电容器C，再和二极管D串联，跨接到磁场绕组两端当发电机正常运行时，二极管D防止正向励磁电压加到电容器C上，当触发控制角大于60°时，300周波的整流励磁电压负值对电容C有充电电流。但无法流过晶闸管整流桥，基本不起作用。
由於非线性电阻R投入前，只流过小於毫安级的漏电流，所以可考虑其阻值为无限大，即不计其影响，当触发控制角≤60°整流电压为正值，电容器支路不通，电容器C不充电。在上述三种灭磁情况发生时，都会产生负电压，它们的大小虽不足使非线性电阻R投入，但为了克服二极管D的管压降，使电
容器C 支路导通，都足足有余，电容器C 在导通瞬间类似于短路，全部电流流经它，(使交流开关触头息弧断开)同时发生了RLC 电路的串联谐振，随着磁场能量向电场能量转换，电容器电压迅速上升，直到使非线性电阻R 投入，实现移能灭磁，R 的投入限制了电容器C 电压进一步上升，限制了加于磁场绕组的灭磁过电压。当触发控制角＞60°整流电压300赫芝波形中有负值，这时电容器C 会充负电压，但在切除整流桥全部脉冲后，或整流桥逆变后产生的负电压，远大于电容器C 原先充的负电压，保证电容器支路导通。现在分析切除整流桥进
线开关的灭磁情况。参见图9C 例，当触发控制角在75°时，电容器C 上最高充电电压Uc 约－380v ，而切除开关时，由于整流桥原先导通的两亇晶闸管延长导通60°，使整流电压的最大负电压近－1400V ，所以也足够使电容器支路导通。应该指出电容器C 支路串联二极管D 当触发控制角>60°时，会使电容器C 不断地充放电，长期运行，会使电容器老化加速，影响其寿命，为此可以考虑使用晶闸管代替，其缺点是在灭磁时，要使用控制脉冲使其开通，增加了复杂性。 （A ） (B) (C)
(D) (E) (F)
(G) (H) (I)
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间
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图9 图8的仿真效果图(A)(B)(C)切开关，(D)(E)(F)封脉冲，(G)(H)(I)整流桥逆变
3).仿真结果
图8为新型交流灭磁图7的仿真结构图。仿真利用了Simulink的SimPowerSystems库[4,5]的元件进行，图8中电源通过三相开关接至三相晶闸管全控整流桥，其触发脉冲由同步6脉冲发生器提供，后者的同步信号来自三只同步变压器V ab,Vbc,Vca，触发脉冲控制角α是外给的(这里α=75°)整流桥直流侧接感性负载L, r，与其并联的有电容器C，非线性电阻R和二极管D。注意SimPowerSystems 库中并没有非线性电阻元件，因此需利用Simulink 中元件和可控电流源实现，非线性电阻的伏安特性可用下式表示
U=ki a (1) 即图8中In1--out1长方模块，
并和可控电流源组成R。此外还有负载电流id，电压Vdc和电容器电流ic、电压Vc，非线性电阻电流i1及ic+i1的测量单元及示波器等。
定时器Timer1用来控制三相开关的切、合的定时。Timer2用来按时给出或封锁晶闸管的触发脉冲的。逆变灭磁可通过定时器来控制α角的变化。图8中未表示。为了简化分析：
1)先只考虑电容器C支路的作用
假定非线性电阻R断开，只观察电容器接入的结果。仿真分3种情况进行即：合交流开关后经一定时间
a.交流开关分闸。
b.封锁脉冲
c.整流桥逆变。
每种情况都包括电容器接入和断开情况。本例内选用三相线电压为50Hz,1000V，电感负载L=0.1H, r=0.098Ω，C=1000μf，触发控制角α=75°。
图9为其仿真结果。图9(A)为电容器未接时，，合闸后在t=0.2”分闸时，负载电流id和电压Udc的波形。合闸后因L较大，id逐步上升，到t=0.2”分闸时由于电感，电流不能立即降至零，三相开关开断后原先导通的两个晶闸管延长导通60°，使整流电压变负，直到当同一相的上、下晶闸管都导通时变零，电源断开。
图9(B),(C)是接入电容噐C后，三相开关分闸的情况，可看出合闸初因C存在而反向充电，Udc的负电压逐渐变大，电容器电压Uc也反向增大，充满后不再变化。到t=0.2”分闸时，当整流的负载电压迅速变负，导致二极管D导通，使C快速反向充电，到Udc的最大负值。图9(D),(E)为合上三相交流侧开关后，t=0.2”封锁整流桥脉冲的不接和接入电容器C的仿真结果。图9(G),(H)为合上三相交流侧开关后，t==0.2”整流桥逆变(α角75°->150°)的不接和接入电容器C的仿真结果。可看出仅在合闸初瞬两者有不同，这两种情况下电容器C上的电压Vc都和图9C相似。注意图9(G),(H)因逆变，负载电流id很快衰减。由上可知，电容器的接入，只是合闸时因反向充电对电路有些影响，充满电后，相当于开路不起作用，如触发控制角小于60度，整流电压中无负值，电容器C和二极管D接入，完全没作用。
2）非线性电阻R和电容器C同时接入
这便是新型交流灭磁的情况，为了更接近大型水轮发电机的实际情况，现将上述仿真实例部分参数更改如下, L=0.99H, C=1000μF。假定非线性电阻的参数(见式1)为k=500，α=0.046，三相可控整流桥的触发控制角为75°，和前面一样分三种情况仿真。可发现这三种情况下，由于电容器C在灭磁时的充电电压，都足以顺利使非线性电阻投入运行，因此这三种仿真结果相似，图10表示了整流桥三相进线开关在t=0.3”分闸时的各电气量的波形。
图10(A)是整流器输出或负载电压Vdc和电源电流id。合闸后id由零上升到100安，灭磁时立即到零(图10C)。灭磁时产生的负电压使二极营D导通，导致电容器C和负载电感电路L,r产生RLC谐振，负载电流向电容器充电，当电容器电压到达Ux=500×1000.046=618 V，的非线性电阻残压时，非线性电阻投入运行，约经0.175”负载电流ic+i1=0而灭磁。
图10(B),(C),(E),(D)分别为电容器电流ic、整流桥输出电流id，非线性电阻电流i1及它和ic之和ic+i1。可看出Vdc有负值分量，所以合闸后电容器C就有充电电流，充电电压逐渐稳定，从图10(F)可看出因电容器C充电，在t=0.3”灭磁开始电容电压Vc猛增到非线性电阻的残压值，从而导致电容器电流迅速向非线性电阻R转移(见图10(E))，随着非线性电阻电流i1下降，Ux=Vc也下降，但当i1+ic=0，灭磁完成，但因电容器电压未放电完，仍有电压需慢慢经非线性电阻放完，注意i1=0后的Vc已不再加到负载上。而是加在二极管D上。
注意在t=0.3”时图10(A)中Vdc突变为负值，它的大小此时正好与电容器电压Vc相等、反向，这显
然是因C 和L,r 构成了闭合回路。 图10(F)为非线性电阻在灭磁时吸收的磁能
(A) (B) (C)
(D) (E)
(F) (G)
图10. 三相交流开关分闸时新型交流灭磁的仿真结果
应该指出，在上述负载参数下其时间常数 T=L/r=0.99/0.098=10.1” 加上电压，要使电流稳定至id=1.35*×1000×cos75/0.098=3565安，需30秒以上时间，仿真有困难，所以用了小电流短时间 仿真代替以上仿真是针对t=0.3”时三相交流开关分闸所得仿真结果，对t=0.3”时只封锁脉冲或只逆变(α角从75°到150°)进行仿真，得到了和图10完全相同的结果。 4).结论 本文提出的新型交流灭磁方案，是利用了和非线性电阻并联的电容器，及二极管，在灭磁动作瞬间由电容器C 的电容和磁场绕组电感、电阻L,r 发生串联谐振，使电容器电压快速上升，导致磁场电流转移至非线性电阻，克服了现有的交流灭磁的致命缺点。由于产生非线性电阻残压是靠电路谐振，因此不对整流桥进线侧交流电压幅值有任何要求，所以本方案灭磁的可靠性已大大提高，为今后取消庞大的、昂贵的直流磁场开关成为可能。 本文中讨论的交流灭磁三种方法即，三相交流开关分闸，封锁脉冲和逆变。实际中可互相结合使用，比如同时切开关、封锁脉冲或同时逆变、切开
关等。 本文的仿真结果说明了新型交流灭磁实现的巨大可能性和应用前景，但只仅是开始，由于篇幅
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所限，尚有许多内容待进一步阐述或研究。比如：1)自并励发电机三相短路，或空载误强励下，发生晶闸管整流桥进线电压不正常或为零时，本方案是否仍能可靠工作。
又如进线电压正常，但可控硅触发控制角α=0°交流开关分闸后，整流桥输出电压中没有负值电压，能否使电容器支路导通。
2)电容器的电容值C的正确选择。选择过大，当
负载电流小时，充电电压不大于非线性电阻残压。无法移能。这种情况一般不会发生。除非电容C选得太大。反之电容C取得小，电容充电电流脉宽窄，电容器电压升得快和高，对向非线性电阻移能有利，但如充电电流脉宽小于亳秒级是否能转移成功，恐怕需试验确定。3) 当触发控制角α>60°，整流器输出电压波形中有负电压，这时在负电压下电容器C仍有反向充电电流(图10B)，如果电容器如此长期充电易于老化，有一个寿命问题，也许还应考虑用晶闸管代替二极管。
4)在有条件可能情况下，宜进行试验验证。
参考文献
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4.邱晓林等<基于Matlab的动态模型与系统仿真工具—Simulink 3.0/4.X> 西安交通大学出版社2003年10月
5.吴天明等
发电机失磁危害及处理方法 [摘要]分析了发电机失磁的原因及对电力系统和发电机本身的危害，提出了切实可行的处理方法及预防措施。 【关键词】发电机；失磁保护；判据 1、发电机失磁的原因 引起发电机失去励磁的原因很多，一般在同轴励磁系统中，常由于励磁回路断线（转子回路断线、励线机电枢回路断线励磁机励磁绕组断线等）、自动灭磁开关误碰或误掉闸、磁场变阻器接头接触不良等而使励磁回路开路，以及转子回路短路和励磁机与原动机在连接对轮处的机械脱开等原因造成失磁。大容量发电机半导体静止励磁系统中，常由于晶闸管整流元件损坏、晶体管励磁调节器故障等原因引起发电机失磁。 2、发电机失磁对发电机本身影响 （1）发电机失去励磁后，由送出无功功率变为吸收无功功率，且滑差越大，发电机的等效电抗越小，吸收的无功功率越大，致使失磁发电机的定子绕组过电流。（2）转子的转速和定子绕组合成的旋转磁场的转速出现转差后，转子表面（包括本体、槽楔、护环等）将感应出滑差频率电流，造成转子局部过热，这对发电机的危害最大。（3）异步运行时，其转矩发生周期性变化，使定、转子及其基础不断受到异常的机械力矩的冲击，机组振动加剧，威胁发电机的安全运行。（4）当失磁适度严重时，如果有关保护不及时动作，发电机及汽轮机转子将马上超速，后果不堪设想。 3、发电机失磁对电力系统影响 （1）当一台发电机发生失磁后，由于电压下降，电力系统中的其它发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过流而误动，使事故波及范围扩大。 （2）低励和失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起电力系统的电压降低，如果电力系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近的某些点的电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统电压崩溃而瓦解。 （3）一台发电机失磁后，由于该发电机有功功率的摇摆，以及系统电压的下降，将可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统各部分之间失步，使系统发生振荡。 （4）发电机的额定容量越大，在低励磁和失磁时，引起无功功率缺额越大，电力系统的容量越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，对电力系统的不利影响就越严重。 4、发电机失磁保护原理 （1）低电压判据 为了避免发电机失磁导致系统电压崩溃同时对厂用电的安全构成了威胁，因此设置了低电压判据。 一般电压取自主变高压母线三相电压，也可选择发电机机端三相电压。三相同时低电压判据：UppPzd 失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。
何为自动灭磁开关的弧压（灭磁讲座之二）(2009-12-24 17:53:53) 标签：弧压弧电阻转子碳化硅反电势 分类：我爱励磁 磁能发电机杂谈 何为自动灭磁开关弧压，简单的说就是电弧电压，就是灭磁开关在分断过程中，因为转子电流不能突变而拉弧所建立的电弧电压。也有人称之为断口弧压、分断弧压、断流弧压等。 在灭磁开关的选型设计中，我们常常会经常谈到灭磁开关弧压。我们总是担心设计选型的灭磁开关弧压不够，灭磁失败造成灭磁开关烧毁。这种担心是有道理的，以前我们很多电厂多次发生灭磁失败，有的烧毁灭磁开关，有的烧毁励磁功率柜，满柜的电气设备被烟熏火燎，宽大的绝缘板被击穿，硕大的导电铜排化为一娄黑烟，整个现场惨不忍睹。
分析这些灭磁失败事故，大多数的结论就是灭磁开关弧压不够，使得发电机转子能量不能成功转移到灭磁电阻，炙热的弧电流将灭磁开关烧毁。 阐述灭磁开关弧压在灭磁中的作用，我们首先要清楚现在的灭磁方式都是属于电阻放电灭磁，正常运行时灭磁电阻不投入工作，事故停机灭磁时，灭磁电阻立即并联在发电机转子两端，巨大的转子磁能向这个灭磁电阻放电。 其次，我们还有了解灭磁电阻。目前使用的灭磁电阻，就其伏安特性来说有两种，分为线性电阻和非线性电阻，而非线性电阻又分为氧化锌电阻和碳化硅电阻。氧化锌电阻的伏安特性很硬，只有当外加电压大于其击穿电压，氧化锌电阻才导通，而碳化硅电阻很软，只要外加电压就导通。汽轮发电机组一般采用线性电阻灭磁，水轮发电机组一般采用非线性电阻灭磁，国内采用氧化锌电阻，国外采用碳化硅电阻。大型水电站也采用碳化硅灭磁电阻，理由只有一个：碳化硅电阻特性软，灭磁初始需要的开关弧压低，尽管由于其稳压特性不好，造成灭磁时间过长，但是灭磁安全性较氧化锌电阻好。下面是三种灭磁电阻的外形照片和伏安特性曲线。
汽车发电机的发展 摘要 汽车上虽然装有蓄电池，但它存储的电能十分有限。比如动发动机时，起动机要消耗蓄电池大量电能，若不及时对其进行补充充电就不能满足汽车上不断增多的用电设备的需求，也就很难保证汽车的频繁启动正常运行。所以可以说发电机是汽车电器系统的主要电源。发电机的作用是将发动机的部分机械能转变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。 长期以来，汽车上采用的是直流发发电机，由于靠整流子换向的直流发电机已不能适应现代汽车的要求，而逐渐被交流发电机取代。交流发电机的采用，是汽车电器的一大突破。它始用于20世纪50年代，当今世界发达国家均已在汽车上普遍采用硅整流交流发电机，我国也从70年代开始使用，并已迅速普及。 交流发电机与直流发电机相比，在结构方面有根本性差别的是用硅二极管的固体换向器取代了机械整流器。这是交流发电机优于直流发电机的主要原因。因此现代汽车都使用硅整流发电机。 关键词：交流发电机原理 一交流发电机的作用 1. 充电到电瓶，使电瓶保持充满电的状态 2. 供应电流到各电器，作为汽车内各个用电器的主要供电电源。 3. 唯有在发电机的发电量，低于电器耗用电流时，才由电瓶补足供电 二交流发电机的结构
交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。 交流发电机组件图见图 1—后端盖2—电刷架3—电刷4—电刷弹簧压盖5—硅二极管6—散热板7—转子8—定子总成9—前端盖10—风扇11—皮带轮 交流发电机结构图见图 （一） 转子的功用是产生旋转磁场。 转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图
转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。 当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。 交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。见图2-7。
* 贴子主题：灭磁开关，油开关开入点一 般接常开还是常闭？ baoxiaozi 等级：业余侠客 文章：33 积分：703 注册：2006-7-9 楼顶 灭磁开关，油开关开入点一般接常开还是常闭？ 谢谢，请赐教。 2006-10-20 8:20:26 ltj100 等级：贵宾 文章：34 积分：802 注册：2006-8 -12 第 2 楼 灭磁开关一般用常闭，而油开关不管是用常开还是常闭都是用于并网的判 断，但是并网的条件绝对不能只以油开关的接点为唯一的判椐，通常是采 用接点加定子电流的方法。 2006-10-20 9:4 3:24 baoxiaozi 等级：业余侠 客 文章：33 积分：703 注册：2006-7 -9 第 3 楼 多谢，关于灭磁开关开入接常开与常闭接点有何区别啊，对于调节器判断 FMK开入好像二者都一样吧 2006-10-20 10: 24:46 chenxm 等级：超级版主 文章：1095 积分：14607 第 4 楼 如果油开关本体的辅助接点不够，我们一般用油开关的位置重复继电 器，此时一般用这个继电器的常闭接点，这样在并网运行中，当这个继
注册：2006-6-14 电器的直流电源消失，励磁调节器没有反映，安全。2006-10-20 18:36:47 gslzg 等级：新手上路 文章：22 积分：570 注册：2006-1 2-8 第 5 楼 疑问 那按照斑竹的意思, 如果油开关不合,但继电器电源消失,是不是励磁认为油开关合上了呢 我个人认为,都应该用开点 继电器电源消失那是故障,就应该处理,不能让设备带病坚持工作啊 2006-12-8 12:0 0:06 chenxm 等级：超级版主文章：1095 积分：14607 注册：2006-6-14 第 6 楼事实上，的确有用油开关的常闭接点的。 2006-12-8 21:05:53 jianfeicong 等级：贵宾 文章：93 积分：1626 注册：2006-9-9 第 7 楼 我也偏于用油开关的常闭点，我同意2楼的观点，可以加定子电流来同时判断。 2006-12-8 21:21:31 geng70 等级：贵宾文章：360 积分：8345 第 9 楼好像也有取灭磁开关的一对常开常闭节点，通过节点的换位，来确定灭
文件编号：TP-AR-L7686 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 发电机事故处理(正式版)
发电机事故处理(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 一、事故处理的宗旨： 头脑冷静，判断准确，处理及时果断。 二、事故处理的主要任务： 限制事故发展，解除对人身设备安全的威胁，及 时地判断处理， 确保机组、高炉系统安全。 三、事故处理： 1、系统失电 由于种种原因引起联络柜跳闸引起系统失电。 处理：应立即检查机组是否联跳，否则应立即紧 急停车。同时通知高炉，再看旁通阀是否打开、高炉
阀组是否打开。 2、低压失电 由于低压失电，引起发电机紧急停机，自动化由UPS电源供电。 直流屏供给操作电源。事故照明灯自动供给照明。 处理：迅速通知高炉，同时注意高炉顶压变化及旁通是否打开，检查所有设备是否正常。检查机组是否联跳，否则应立即紧急停车。 3、发电机进相运行 原因：①系统电压因故突然升高或有功负荷增加，而使励磁电流自动降低。 ②自动励磁调节器失灵或误动。 ③励磁系统的其它设备故障。 处理：①由于设备原因而造成的进相时，只要发
交流动机分析流发出特 流发 系列系交流 流发电机机来说，析汽车用发电机的特性最为1．输输出特发电机规列的交流，即U=常流发电机由特性（1 ）机的工作其转速用交流发的特性有为重要。输出特性 特性是指规定为14流发电机常数时，机的输出性曲线I= 空载转速 作特点是转速变化约为发电机的特有输出特性 指在发电机4V ，对2机规定为I ＝f （n 出特性曲线=f （n ）可速n1 转速变化为1：8特性必须性。空载机端电压24V 28V ）， 其） 的函 线。 可以看出化范围大，柴油机须以转速载特性和压U 不变其输出电函数关系出： 大，对于一机约为1速的变化为外特性，变（对12V 流与转速。图2－一般汽油：5，因为基础。，其中以V 系列的速之间的26所示油发因此交以输的交的关示为
发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为n1，称n1为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。 （2）最大电流Imax 发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。 交流发电机自我限流的原理如下： 交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成，即 式中 R——一相绕组的电阻； XL——一相绕组的感抗; XL＝2лfL 式中 L——一相定子绕组的电感； f——感应电动势的频率； P——磁极对数。 由于XL 与n成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R与XL相比可忽略
发电机失磁后的处理措施 发电机失磁后的象征：发电机定子电流和有功功率在瞬间下降后又迅速上升，而且比值增大，并开始摆动。 （2）发电机失磁后还能发一定的有功功率，并保持送出的有功功率的方向不变，但功率表的指针周期性摆动。 （3）定子电流增大，其电流表指针也周期性摆动。 （4）从送出的无功功率变为吸收无功功率，其指针也周期性的摆动。吸收的无功功率的数量与失磁前的无功功率的数量大约成正比。 （5）转子回路感应出滑差频率的交变电流和交变磁动势，故转子电压表指针也周期性的摆动。 （6）转子电流表指针也周期性的摆动，电流的数值较失磁前的小。 （7）当转子回路开路时，由转子本体表面感应出一定的涡流而构成旋转磁场，也产生一定的异步功率。 处理： （1）失磁保护动作后经自动切换励磁方式、减有功负荷无效而作用于跳闸时，按事故停机处理； （2）若失磁是由于灭磁开关误跳闸引起，应立即重合灭磁开关，重合不成功则马上将发电机解列停机； （3）若失磁是因为励磁调节器AVR故障，应立即将AVR由工作通道切至备用通道，自动方式故障则切换至手动方式运行； （4）发电机失磁后而发电机未跳闸，应在1.5min内将有功负荷减至120MW，失磁后允许运行时间为15min； （5）若失磁引起发电机振荡，应立即将发电机解列停机，待励磁恢复后重新并网。 发电机失磁异步运行时,一般处理原则如下: (1) 对于不允许无励磁运行的发电机应立即从电网解列,以免损坏设备或造成系统事故. (2) 对于允许无励磁运行的发电机应按无励磁运行规定执行以下操作: 1) 迅速降低有功功率到允许值(本厂失磁规定的功率值与表计摆动的平均值相符合), 此时定子电流将在额定电流左右摆动. 2) 手动断开灭磁开关,退出自动电压调节装置和发电机强行励磁装置. 3) 注意其它正常运行的发电机定子电流和无功功率值是否超出规定,必要时按发电机允许过负荷规定执行. 4) 对励磁系统进行迅速而细致的检查，如属工作励磁机的问题,应迅速启动备用励磁几恢复励磁. 5) 注意厂用分支电压水平,必要时可倒至备用电源接带. 6) 在规定无励磁运行的时间内,仍不能使机组恢复励磁,则应将发电机自系统解列. 大容量发电机的失磁对系统影响很大.所以,一般未经过试验确定以前,发电机不允许无励磁运行. 国产300MW发电机组,装设了欠磁保护和失磁保护装置.为了使保护装置字系统发生振荡时不致误动, 将失磁保护时限整定为1S.发电机失磁时,经过0.5S,欠磁保护动作，发电机由自动励磁切换到手动励磁,备用励磁电源投入运行,如果不是发电机励磁回路故障,发电机仍可拉入同步而恢复正常工作. 如果备用励磁投入运行后,发电机的失磁现象仍未消除,那么经过S,失磁保护动作将发电机自系统解列.
发电机失磁保护介绍 1 概述 同步发电机是根据电磁感应的原理工作的，发电机的转子电流（励磁电流）用于产生电磁场。正常运行工况下，转子电流必须维持在一定的水平上。发电机失磁故障是指励磁系统提供的励磁电流突然全部消失或部分消失。同步发电机失磁后将转入异步运行状态，从原来的发出无功功率转变为吸收无功功率。 对于无功功率容量小的电力系统，大型机组失磁故障首先反映为系统无功功率不足、电压下降，严重时将造成系统的电压崩溃，使一台发电机的失磁故障扩大为系统性事故。在这种情况下，失磁保护必须快速可靠动作，将失磁机组从系统中断开，保证系统的正常运行。 引起发电机失磁的原因大致有：发电机转子绕组故障、励磁系统故障、自动灭磁开关无跳闸及回路发生故障等。 2 发电机失磁过程中机端测量阻抗分析 发电机从失磁开始进入稳态异步运行，一般分为三个阶段： （1）失磁后到失步前 （2）临界失步点 （3）异步运行阶段 2.1隐极式发电机 以汽轮发电机经联络线与无穷大系统并列运行为例，其等值电路与正常运行时的向量图如图1所示。
图1 发电机与无限大系统并列运行 图中，d E 为发电机的同步电势，f U 为发电机机端相电压，s U 为无穷大系统相电压，I 为发电机定子电流，d X 为发电机同步电抗，s X 为发电机与系统之间的等值电抗，且有s d X X X +=∑ ，?为受端的功率因数角，δ为d E 与s U 之间的夹角（即功角）。 若规定发电机发出有功功率、无功功率时，表示为jQ P W -=，则 δsin ∑ =X U E P s d （1） ∑∑-=X U X U E Q s s d 2cos δ （2） 功率因数角为 P Q 1tan -=? （3） 在正常运行时，090<δ。090=δ为稳定运行极限，090>δ后发电机失步。 1. 失磁后到失步前 在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐减小，Ed 随之减小，随之增大，两者共同的结果维持发电机有功功率P 不变。与此同时，无功功率Q 随着Ed 的减小与的增大迅速减小，按（2）式计算的Q 值由正变负，发电机由发出感性无功转变为吸收感性无功。 此阶段中，发电机机端测量阻抗为 s s s s f f jX I U I jX I U I U Z +=+==& &&&&&& 带入公式jQ P U I s -=??&&，则
对发电机灭磁开关的性能要求 李自淳夏维珞彭辉符仲恩 （中国科学院等离子体物理所科聚公司，安徽合肥230031） ［摘要］本文通过理论分析，探讨了对发电机灭磁开关的一般通用要求，及对开断性能起关键作用的特殊要求。 ［关键词］灭磁开关；通用要求；开断性能；弧压 1前言 作为发电机主保护的灭磁保护，一直是电机界特别是励磁界关注的要点。发电机的灭磁系统有如汽车的制动系统，对主机的安全运行至关重要。灭磁开关是灭磁系统中的主要关键部件之一，它的作用一是迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路；二是迅速熄灭发电机内部的磁场。实现这两个功能的关键是迅速消耗发电机磁场的能量（转化成热能）。过去的灭磁开关（如DM2型自动灭磁开关）靠自身的栅片来吸收磁能，故栅片烧损严重，维护工作量大，不能频繁动作，不能满足大、中型发电机灭磁的需要，但老的中小型机组仍有应用。目前国内外广泛采用的是移能型灭磁开关，叫做磁场断路器。它在灭磁时将励磁电流及磁场能量迅速转移到灭磁电阻中衰耗，本身基本不吸收能量。 目前国内外可用的灭磁开关约有几十种，其性能各异；同时有关单位还在研制新型的灭磁开关（特别是大电流、高参数的产品）。在选用和研制灭磁开关时，首先应明确对其性能的要求，现在就此问题作一探讨。 2一般通用要求 灭磁开关作为“开关(或断路器)”的一种，应该满足对开关的一般通用要求，如：1）通流性能好接触电阻小，运行温升低，短时过流量大。 2）绝缘强度高能耐受正常运行中的工作电压及暂态过程中短时过电压的冲击而不损坏。 3）机械动作灵合闸分闸动作灵敏可靠，不能误动和拒动。 4）综合性能优结构牢固稳定，安装维护简便，工艺精良，外形美观，体积小，重 3 对开断性能的要求 开关的重要特性是开断性能，而不同的开关， 其开断机理是不同的。总的可分成三类： 3.1 交流过零开断[1] 1
灭磁工作原理 当发电机组的内部或发电机出口端发生故障以及正常停机时都要快速切断励磁电源，由于发电机转子绕组是个储能的大电感，因此励磁电流突变势必在转子绕组两端引起相当大的暂态过电压，造成转子绝缘击穿，所以必须尽快将转子电感中的磁能快速消耗，这就是通常所说的灭磁。 通常使用的灭磁方法有：线性电阻灭磁、灭磁开关灭磁、逆变灭磁和非线性电阻灭磁。本公司采用氧化锌非线性电阻灭磁方式利用其特殊的伏安特性，达到近似恒压灭磁的效果。 灭磁的原理如图1所示，其中i转子中的电流、FR1为氧化锌非线性电阻、FMK为灭磁开关、Uo为励磁电压、LP为整流电源、Uk为灭磁开关弧压、U R为氧化锌非线性电阻残压。若要使转子电流衰减至零，必须在转子两端加一个与其励磁电源电势相反的电势U，灭磁方程式为Ldi/dt+U=O。可见电感中电流衰减率正比于反向电势U，反向电势越大，灭磁时间越短。但反向电势受转子绝缘水平限，限不能超过转子绝缘允许值因此最理想的灭磁方式是灭磁电压保持恒定，电流保持一个固定的变化率（di/dt=-U/L）按直线规律衰减至零。由于氧化锌非线性电阻残压U R变化很小，灭磁时近似于恒压，即U R=U。发电机正常运行时转子电压低，氧化锌非线性电阻呈高阻态，漏电流仅为微安级。灭磁时，灭磁开关FMK跳开，切开励磁电源，在满足Uk≥Uo+U R时，电流被迫入灭磁过电压保护器中，转子绕组中所储能量被氧化锌非线性电阻消耗，且氧化锌良好的伏安特性保证了这部分能量几乎以恒压的形式消耗，确保了发电机组的安全。 图1 发电机转子灭磁及过电压保护装置采用多组氧化锌非线性电阻并联跨接于转子绕组两端，由于氧化锌非线性电阻FR1、线性电阻R1、快速熔断器RD、二极管D1组成（见图2）。其核心部件FR1具有限制反向过电压和吸收磁能的作用；各支路中都有特制熔断器RD，熔断器的熔断时间小于2ms并且熔丝电压足够高，当部分支路必生故障，其相应熔断器快速
发电机异常运行及事故处理 （一）、发电机的异常运行 1.发电机过负荷 现象： a.定子电流起过额定值，过负荷信号可能发出 b.转子电压，转子电流，可能超过正常值 c.发电机电压降低，周波可能下降 d.机组可能发生振动 处理： a.在事故情况下，允许发电机定子线圈按下表规定值过负荷，同时也允许转子线圈有相应的过负荷。 b.发电机在事故情况下过负荷，值班人员应首先检查功率因数和电压，注意过流时间，可以适当降低定子电压，但不允许过低。因功率因子不应超过0.95迟相，必要时可以按规定限制部分负荷。 2.发电机定子线圈和铁芯温度高于规定值处理。 a.检查发电机是否过负荷。 b.配合电工人员检查表记是否正常。 c.联系汽机检查空冷的冷却是否正常。
d.检查处理温度计升高时必须降低发电机出力，请示车间进行处理。 e.若发电机线圈，铁芯温度急剧上升，处理无效且漏风也不正常。 3.励磁系统接地 a.微机报警“发电机转子一点接地”，检查发电机后备接地保护确认接地为稳定性，并联系检修人员检查处理。 b.有刷励磁发电机转子接地范围包括转子，励磁电缆，灭磁开关，自动励磁屏内部分组件。 4.励磁回路两点接地 （1）现象： a.保护投入时，励磁电压降低，保护动作。 b.励磁电流剧增或降低。 c.定子电流表指示升高，发电机剧烈振动。 d.无功负荷降低。 处理： a.励磁保护投入时，机端开关及励磁开关应掉闸，未投入 或掉闸时应手动拉开。 b.向汽机发“注意”，“已掉闸”信号。 c.检查发电机励磁系统。 d.清除后发电机重新并列。 （2）、发电机正常运行时，必须检查发电机转子上接地电刷接触
#2机组跳闸灭磁开关跳闸线圈烧损 一、事件经过 2011年11月17日15时28分，UPS电源失电，发电机逆功率保护动作，#2机组跳闸，DCS画面显示灭磁开关动作正常。 11月17日18时50分，#2机热启动就绪，准备并网带负荷，远方指令合灭磁开关，DCS反馈灭磁开关不能合闸。去就地检查发现灭磁开关机械跳闸杆未跳开，手动跳灭磁开关。 19时18分，运行人员再次远方指令合灭磁开关，DCS反馈显示依旧不能合闸。 二、原因分析 1、在检查灭磁开关过程中，发现开关柜内积灰严重，可能引起跳闸脱扣器拉杆卡涩，导致开关在机组故障跳闸时分闸线圈过载，引起轻微匝间短路，经过开关多次动作，经过线圈匝间短路不断地恶化，在17日跳机开关动作时引起开关电源模块损坏。 2、励磁调节器的A VR装置开关跳闸回路设计存在隐患，在开关跳闸时，跳闸信号持续保持，如果开关不能正常跳闸，跳闸线圈将持续带电流过大电流，导致跳闸线圈损坏。 3、DCS显示灭磁开关分合闸反馈信号设置不合理，DCS的反馈是由A VR装置的扩展辅助触点引出，不是从灭磁开关本身的触点引出，导致DCS不能正确反映灭磁开关本身的分合情况，所以在停机过程中不能及时的发现灭磁开关没有跳开。
三、处理过程 1、停机后做灭磁开关分合闸实验，发现当给A VR装置一个分闸指令（脉冲），装置跳灭磁开关信号就一直存在，打开灭磁开关控制盒，发现内部直流电源模块110V转24V没有输出，测量灭磁开关的跳闸脱扣线圈阻值为0.3欧姆，合闸线圈的阻值为5欧姆。 2、正常情况下分闸线圈和合闸线圈的阻值对比： 分闸合闸 正常 5.5Ω 5.0Ω 损坏0.3Ω 5.0Ω 确认为跳闸线圈和电源模块损坏，由于现场手动分合灭磁开关均正常，所以不能确定灭磁开关是否存在机械卡涩，待厂家确认灭磁开关本体的机械原因，为了机组能尽快的并网运行，最后更换新灭磁开关。 四、问题剖析 1、我厂直流灭磁开关的工作原理？ 灭磁开关也称磁场断路器, 是发电机励磁回路的断路器. 一般有两对大容量的主触头(常开) , 合上接通发电机励磁回路.还有一对容量相对较小的辅助触头(常闭),当需要停机或发电机故障时,灭磁开关断开,该常闭辅助触头接通,把励磁回路一时无法消除的能量快速通过非线性电阻等元件消耗掉,达到快速灭磁的目的. 我厂灭磁开关等效电路如图：图中LP 为励磁整流装置，MK 为灭磁开关，RF 为氧化锌非线性电阻，UZ表示可控硅直流侧电压，UK 表示灭磁开关弧压，UL 表示灭磁非线性电阻的残压。FR 跨接
发电机交直流灭磁的模拟试验 曲 国 权 东北电网公司松江电站工程建设局 彭 辉 李 自 淳 中科院等离子体物理研究所科聚公司 摘 要：本文说明了同步发电机交流和直流灭磁多项模拟试验的情况，介绍了试验电路和试验方法，分析了试验录波图反映的试验物理过程，最后总结出试验结论。 关键词：发电机；交流灭磁；直流灭磁；模拟试验 1 前言 随着电力事业的飞速发展，发电机的容量和参数不断提高，传统的以DM2型灭磁开关为代表的“串联型吸能灭磁”已经趋于淘汰，新型的以磁场断路器为中心的“并联型移能灭磁”正在广泛应用。但由于磁场断路器产品的发展跟不上需要，所以在灭磁方式上出现了交流灭磁和直流灭磁等多种方案。 关于同步发电机交流灭磁和直流灭磁的理论分析，经过多年学术会议和专业刊物的组织引导，以及广大业内同行的深入探讨，已经比较成熟。有关这方面的论文和专著也已广泛流传[1]，大家观点基本趋于一致。但是由于条件的限制，在实验验证方面还比较欠缺。本着“实践是检验真理的唯一标准”的宗旨，我们利用中国科学院等离子体物理研究所1:1灭磁模拟实验室的有利条件，对交直流灭磁的各种工况做了一系列模拟试验，吸能元件分别用ZnO 、SiC 和线性电阻。经过大量对比试验，得出一番有意义的结论，本文就有关情况作一介绍。 2 试验原理接线图 见图1和图2。本试验的负载受设备条件的限制，采用了空气芯电感L 和线性电阻R 1来模拟发电机的励磁绕组，这样就不能充分模拟发电机的一些特性，如饱和特性、阻尼特性和电枢反应特性，所以本文所述的灭磁时间就相当于纵轴灭磁时间。试验将侧重于对交流侧和直流侧灭磁的原理和特点进行验证。 3 试验参数 励磁电流150L ≤I A ，励磁电压150L ≤U V ，
发电机保护1 对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。 (1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。 (2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。 (3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。 (4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。 (5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。 (6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。 (7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。 (8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。 (9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。 (10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。 (11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。 发电机保护简介 1、发电机失磁保护 失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。励磁低电压Ufd(P)判据和静稳阻抗判据均与静稳边界有关，可检测发电机是否因失磁而失去静态稳定。静稳阻抗判据在失磁后静稳边界时动作。TV断线判据在满足以下两个条件中任一条件：│Ua+Ub+Uc－3U0│≥Uset(电压门坎)或三相电压均低于8V，且0.1A 发电机运行中失磁对发电机本身的影响 一、发电机的失磁：同步发电机失去直流励磁，称为失磁。发电机失磁后，经过同步振荡进入异步运行状态，发电机在异步运行状态下，以低滑差s与电网并列运行，从系统吸取无功功率建立磁场，向系统输送一定的有功功率，是一种特殊的运行方式。 二、发电机失磁的原因。引起发电机失磁的原因有励磁回路开路，如自动励磁开关误跳闸，励磁调节装置的自动开关误动；转子回路断线，励磁机电枢回路断线，励磁机励磁绕组断线；励磁机或励磁回路元件故障，如励磁装置中元件损坏，励磁调节器故障，转子滑环电刷环火或烧断；转子绕组短路；失磁保护误动和运行人员误操作等。 三、发电机失磁运行的现象。发电机失磁运行有如下现象： 1)中央音响信号动作，“发电机失磁”光字牌亮。 2)转子电流表的指示等于零或接近于零。转子电流表的指示与励磁回路的通断情况及失磁原因有关，若励磁回路开路，转子电流表指示为零；若励磁绕组经灭磁电阻或励磁机电枢绕组闭路，或AVR、励磁机、硅整流装置故障，转子电流表有指示。但由于励磁绕组回路流过的是交流(失磁后，转子绕组感应出转差频率的交流)，故直流电流表有很小的指示值。 3)转子电压表指示异常。在发电机失磁瞬间，转子绕组两端可能产生过电压(励磁回路高电感而致)；若励磁回路开路，则转子电压降至零；若转子绕组两点接地短路，则转子电压指示降低；转子绕组开路，转子电压指示升高。 4)定子电流表指示升高并摆动。升高的原因是由于发电机失磁运行时，既向系统送出一定的有功功率，又要从系统吸收无功功率以建立机内磁场，且吸收的无功功率比原来送出的无功功率要大，使定子电流加大。摆动的原因是因为力矩的交变 灭磁系统简介.doc(广州擎天电气控制公司) 一、火电机组灭磁主回路 二、水电机组灭磁主回路 优点 正常停机逆变灭磁,事故停机跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁 正反向过压保护采用可控硅跨接器,整定方式简单.反向两并,增加可靠性 智能的保护动作计数器 可允许机组异步运行 采用独特的熄灭线技术,转子出现瞬间过压保护动作时,可由用户选择停机或不停机处理方式 三、灭磁开关 自并励励磁系统仍应在直流側装备灭磁开关（尤其是采用ZnO非线性电阻灭磁），以确保在任何需要灭磁的工况下（包括空载误强励），保证快速可靠灭磁。 国产灭磁开关存在缺陷：机构误动或拒动、工艺落后、大电流开断能力不足、小电流不能可靠断弧等。我公司一般采用进口ABB公司F1S或F4S灭磁开关，与国产开关相比，虽然价格较贵，但可靠性高、操作简便、易于维护。 F1S或F4S灭磁开关的优点： 1、分合闸同步误差 2、双跳闸线圈 3、自动防跳功能、操作回路简单 4、分合闸功率小 5、辅助接点可任意设定 四、ZnO灭磁应采取的措施 1、ZnO参数的选择 单片能容——标称15KJ，使用10KJ 总能量——按最严重工况 残压——转子绝缘能力，灭磁开关弧压 U10mA电压——荷电率 2、均能组合 3、切除脉冲 左图为磁场断路器分断时的灭磁回路原理图。作用在氧化锌上的电压： UF=UW-UZ，由图可知磁场能量转移的必要条件是，作用于非线性电阻上的电压大于其残压UR，即UF>UR，右图为串联交流电源的灭磁回路原理图。 4、串联特制的快速熔断器 四、SiC与ZnO对比 在国内，采用ZnO非线性电阻灭磁十分普及，也较为成功。国外则较多地采用SiC非线性电阻灭磁。我们认为，这两种电阻各有优缺点，分析对比见下表所示： 五、冗余灭磁方式 发电机失磁的原因和影响 发电机失磁故障是指发电机的励磁突然消失或部分消失。对于失磁的原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等。 当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从系统中吸取感性无功供给转子励磁电流，在定子绕组中感应出电势。在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为ff－fs （fs为系统频率、ff为发电机频率）的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到平衡时，即进入稳定的异步运行。当发电机异步运行时，将对发电机及电力系统产生巨大的应影响。⑴需要从系统中吸收很大的无功功率以建立发电机磁场。⑵由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降，如果电力系统的容量较小或无功储备不足，则可能使失磁的发电机端电压、升压变压器高压侧的母线电压、及其它的临近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与电源间的稳定运行，甚至引起电压崩溃而使系统瓦解。⑶由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所发的有功功率将减少。⑷失磁发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生频率为ff－fs的交流电流，因而形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路过热。对于水轮机， ①其异步功率较小，必须在较大的转差下运行，才能发出较大的功率。 ②由于水轮机的调速器不够灵敏，时滞大，乃至可能在功率未达到平衡时就以超速，使发电机与系统解列。③其同步电抗较小，异步运行时，则需要从电网吸收大量的无功功率。④其纵轴和横轴不对称，异步运行时，机组震动较大等因素的影响，因此发电机不允许失磁。因此必须加装失磁保护。 发电机失磁微机保护的研究 摘要:介绍了现阶段的发电机失磁保护装置、发电机失磁保护的4种主要判据，并针对阻抗Ⅱ段和低电压判据延时较长的不足,提出利用发电机功率变化量作为失磁保护辅助加速判据。还研究了失磁保护方案存在的问题，针对相应的问题提出微机失磁保护新方案，并对新方案进行了介绍。 关键词:失磁保护；失磁保护判据；功率变化量；辅助加速判据；微机失磁保护新方案。 0 引言 中国历年来的发电机失磁故障率都比较高,因而,发电机失磁保护受到广泛重视。近年来,国内在发电机失励磁分析和试验方面做了很多工作,取得了很大的成绩。在失磁保护装置方面也已经开发出了多种型号的装置,其性能基本满足了电力系统的要求。现阶段新型微机失磁保护判据组合及作用结果包括如下四方面的内容：a.失磁保护Ⅰ段:定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据、功率判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅰ段投入,发电机失磁时,0.5 s降出力； b.失磁保护Ⅱ段:系统低电压判据、定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅱ段投入,发电机失磁时, 系统电压低于整定值,延时0.8 s 动作切发变组主断路器、灭磁断路器、厂用电源断路器及励磁系统各断路器； c.失磁保护Ⅲ段:定子阻抗判据、转子电压判据、变励磁转子低电压判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅲ段保护投入,发电机失磁后,延时1.5 s,动作于“报警”,也可动作于“切换备用励磁”,或者动作于“跳闸”,有3种状态供选择； d.失磁保护Ⅳ段:定子阻抗判据和无功反向判据组合。失磁保护Ⅳ段为长延时段,只判断定子阻抗判据,在减出力、切换备用励磁无效的情况下,5 min动作于“跳闸”。 1 发电机失磁后的基本物理过程及产生的影响 发电机失磁故障是指发电机的励磁突然消失或部分消失。对于失磁的原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等。 当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed 随着励磁电流的减小而减小，因此，其励磁转矩也将小于原动机的转矩，因此引起转子加速，使发电机的功角δ增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后 一、发电机的事故处理 1 发电机发生强烈振荡或失去同期时 1）现象 a、定子电流表的指针来回剧烈摆动，定子电流表的摆动有超过正常值的情形。 b、发电机和母线上各电压表指针剧烈摇摆，经常是电压降低。 c、电力表（有功，无功）的指针在全盘上摆动。 d、转子电流表的指针在正常值的附近摆动。 e、发电机发出呜响，其节奏与表针摆动合拍。 2）原因 a、系统上发生短路 b、发电机励磁系统故障引起发电机失磁，使发电机电动势急剧下降。 c、系统电压过低。 d、发电机电动势过低或功率因数过高。 3）处理 a、对于自动励磁调节装臵在手动方式运行时的发电机，应尽可能的增加其励磁电流，并适当的降低发电机的有功负荷，以利恢复周期。 b、对于自动励磁调节装臵在自动方式运行的发电机，应减少发电机的有功负荷。 c、若以上处理后，两分钟内不能恢复正常运行，汇报调度之后，将发电机与系统解列。 2 发电机非同期并列。 1）现象 a、定子电流表指示突然升高后剧烈摆动； b、定子电压表指示降低并来回摇动； c、发电机受到强烈的电流冲击，系统电压降低； d、机组发出强烈的振动和鸣声。 2）原因 调整不当或操作错误。 3）处理 a、发电机在短时间内能拉入同步，并无显著异常响声和振动，表计摆动很快趋于缓和，则不必停机。 b、若发电机组产生较大的冲击和强烈的振动，表计摆动剧烈且不衰减，则立即将其解列停机。 c、非同期并列引起发电机跳闸或强烈振荡，应报告调度长及有关领导，并对发电机进行全面检查（打开发电机端盖，检查线圈端部无变形等），检查保护，测定发电机绝缘，经检查一切正常后，由相关技术人员和领导决定是否投入运行。 3 发电机出线运行开关自动跳闸 1 ）现象 a、保护动作正确跳闸现象 b、发电机出线开关和励磁开关均跳闸，位臵指示灯闪光并有事故音响信号。 c、发电机有关表计（功率表，定子电流表）指示为零。 d、在断路器跳闸的同时，故障机组和其他机组均有异常信号，表计亦有相应的异常指示。 e、人员误碰、保护误动引起的跳闸现象。 f、断路器位臵指示灯闪光，励磁开关仍在合上位臵。 g、发电机定子电压升高，机组转速升高。 h、在自动励磁调节器作用下，发电机转子电压、电流大幅度下降。 i、有功功率指示为零，无功功率有极少量指示，定子电流指示近于零。 j、其它机组表计无故障指示，即无电气系统故障现象。 2 ）原因 a、机组内部或外部短路故障引起继电保护正确跳闸。 b、机组失磁保护动作跳闸。 c、机组热机系统发生故障，由值班人员就地紧急停机或热力系统的其它故障由热机保护动作联锁使断路器跳闸。 d、直流系统发生两点接地，造成控制回路或继电保护动作跳闸。 e、人员误碰或误操作、继电保护误动作使断路器跳闸。 3 ）处理 a、保护正确动作跳闸处理。 （1）检查励磁开关是否已跳闸，未跳闸时应立即拉开。 （2）复归跳闸断路器控制开关和音响信号。 （3）停用发电机的自动励磁调节器。 （4）调节、监视其它无故障机组的运行工况，以维持其正常运行。 （5）检查继电保护动作情况，根据检查和分析的结果作出下列相应处理： a)若查明为发电机所属一次回路发生短路故障时，应立即将与其有关的系统改为冷备用并详细检查发电机及其它有关的设备和保护区的一切电气回路（包括电缆在内）的情况，作详细的外部检查，查明有无外部征象（如烟、火、响声、绝缘烧焦味、放电或烧伤痕迹等），以判明发电机有无损坏，测量发电机定子线圈绝缘，以确定故障点的故障性质，并停机检修。 b)若为外部故障引起的跳闸，应通知中控操作人员维持汽机转速。在外部故障切除或经运行方式倒换已与故障系统隔离后，发电机组可以重新投运时，应尽快将机组重新并网。 发电机失磁保护的典型配置方案 1 引言 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，对电力系统及发电机的稳定运行有十分重要的影响。由于励磁系统相对较为复杂，主要包括励磁功率单元和励磁控制部分，因而励磁故障的发生率在发电机故障中是较高的。加强失磁保护的研究，找到一个合理而成熟可靠的失磁保护配置方案是十分必要的。 由于失磁保护的判据较多，闭锁方式和出口方式也较多，因此失磁保护的配置目前在所有发电机保护中最复杂，种类也最多。据国内一发电机保护的大型生产厂家统计，2000年中，该厂所供的失磁保护配置方案就有20多种。如此之多的配置方案对于现场运行是十分不利的。不仅业主和设计部门难以作出选择，而且整定、调试、运行、培训都变得复杂。这样，现场运行经验和运行业绩不易取得，无法形成一个典型方案以提高设计、整定效率和运行水平，也不利于保护的成熟和完善。从电网运行中反映，失磁保护的误动率较高。 湖北襄樊电厂4台300MW汽轮发电机组，首次在300MW发电机组上采用国产WFB－100微机保护，经过近3年的现场运行，其失磁保护在试运行期间发生过误动作，在采取一定措施后，未再误动。近年来，失磁保护先后经过数次严重故障的考验和进相运行实验，都正确动作。本文将分析该厂失磁保护方案的特点，并以此为典型方案，以供同行借鉴参考。 2 失磁保护的主判据 目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种，分别是 1）转子低电压判据，即通过测量励磁电压U fd 是否小于动作值； 2）机端低阻抗判据Z＜； 3）系统低电压U m ＜。三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。 2．1转子低电压判据U fd 早期的整流型和集成电路型保护，采用定励磁电压判据，表达式为： U fd ＜K·U fd0 ， U fd0 为空载励磁电压，K为小于1的常数。 目前的微机保护，多采用变励磁电压判据U fd （P），即在发电机带有功P的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。正常运行情况下（包括进相），励磁电压不 会低于空载励磁电压。U fd （P）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因 为U fd 是转子系统的电气量，多为直流，而功率P是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。 在襄樊电厂1＃机试运行期间就因为该判据整定值偏大而误动2次。经检查并结合进相运行 试验数据进行分析发现，整定值K偏大的主要原因是在整定计算中，发电机空载励磁电压U fd0 、 同步电抗X d ，均采用的是设计值，而设计值与实测值有较大的差别［1］。如襄樊电厂1＃机的设计 值U fd0＝160V，X d ＝1．997（标么值），而实测值U fd0 ＝140V，X d ＝1．68（标么值）。由此造成 发电机在无功功率较小或进相运行时，U fd （P）判据落入动作区而误动。这种情况，在全国其他 地区也屡有发生，人们往往因此害怕用此判据。对于水轮机组，由于X d 与X q 的不同，整定计算 就更繁琐一些［2］。 但是勿容置疑的是，该判据灵敏度最高，动作很快。如果掌握好其整定计算方法，在整定 计算上充分考虑空载励磁电压U fd0和同步电抗X d 等参数的影响，或在试运行期间加以实验调整， 不仅可以避免误动作，而且是一个十分有效的判据。能防止事故扩大而被迫停机，特别适用于发电机运行中失磁对发电机本身的影响
灭磁系统简介
发电机失磁的原因和影响
发电机失磁保护.
发电机和励磁系统的故障处理
发电机失磁保护的典型配置方案
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