发电机励磁之灭磁系统简介
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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,其相应熔断器快速熔断,产生的电压将故障支路的短路电流迅速迫入其他支路,故障支路被切除。
发电机的励磁系统介绍8页发电部培训专题(发电机的励磁系统)(因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到,该培训资料还是不全面的,其间还有许多不足之处希望大家批评指正)我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统,全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。
发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。
励磁系统具有短时间过负荷能力,励磁强励倍数为2倍,允许强励时间为20秒,励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。
我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量,功率整流装置并联支路为5路。
当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况;当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况,但闭锁强励功能。
5路整流装置均设有均流装置,均流系数不低于95%。
整流柜冷却风机有100%的额定容量,其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。
任意一台整流柜或风机有故障时,都会发生报警。
每一路整流装置都设有快速熔断器保护。
我厂励磁系统主要包括:励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。
如图所示:我厂励磁变采用三相油浸式变压器,其容量为7500KVA,变比为,接线形式为△/Y5形式,高压侧每相有3组CT ,其中两组分别提供给发变组保护A、C柜,另一组为测量用。
低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜,另一组为备用。
高压侧绝缘等级是按照35KV设计的,它设有静态屏蔽装置。
我厂励磁调节器采用的是数字微机型,具有微调节和提高暂态稳定的特性。
励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。
自动调节器有两个完全相同而且独立的通道,每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。
两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。
单通道可以完全满足发电机各种工况运行。
发电机灭磁发电机灭磁就是消灭发电机转子内部储存的能量的过程,它的主要目的是加快正常的停机速度,特别地,当降低因为发电机故障时可能导致的损坏,把故障造成的损失减小到最小程度。
发电机的正常灭磁都应该采用逆变灭磁,只有事故时保护动作才启动跳灭磁开关等灭磁方式,甚至在许多大的机组的灭磁设计中,当发电机机组故障仍然首先采用逆变灭磁,然后再启动跳开关灭磁的灭磁时序[]。
1灭磁方式的发展过程1.1 串联耗能灭磁灭磁最初就是直接利用耗能开关吸收发电机转子中储存的能量。
比如俄罗斯生产的耗能开关利用弧间隔燃烧来耗能。
但是这种方式存在如下缺点:a. 体积大b. 不易维护c. 灭磁成功与否取决于弧的形成d. 容易引起事故e. 产品根据发电机机组容量需要特殊订制,不易规模化,系列化由于这些缺点的存在,采用耗能开关的灭磁方式逐渐被并联移能灭磁方式代替。
1.2 机械开关并联移能灭磁机械开关串联于励磁主回路、灭磁耗能电阻并联在转子两端是这类灭磁的接线方式。
如图4-1所示:图4-1 机械开关并联灭磁ANSI/IEEEC37.18-1979标准规定,一般机械开关需要有至少一对主触头(MK1)、一对灭磁常闭触头(MK2)。
20年来,随着国内ZnO电阻耗能在灭磁系统中的应用,灭磁触头也并非必要了。
但值得注意的是,在不采用灭磁触头的灭磁系统中,需认真核算ZnO的灭磁残压与荷电率。
这类灭磁方式在国内是主要的灭磁方式。
主回路有明显的开断触头,在励磁系统内部故障时,可以开断励磁主回路,切断故障源,快速地消灭发电机主磁场,将发电机损失控制在最小范围内。
目前使用的机械开关主要有DM2、DM4、DMX、E3H、E4H、UR、PHB、MM74、CEX等。
这类灭磁方式的主要问题是灭磁开关选型比较困难。
小机组选大的开关,成本比较高;选小开关满足不了工况要求;大型尤其是巨型水力发电机机组开关选择更为困难。
1.3 电子开关并联移能灭磁前些年,国内一些厂家将灭磁开关建压任务转移到电力电子器件上来。
励磁系统灭磁及过压保护1.1灭磁概述灭磁系统的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁,并将储存在励磁绕组中的磁场能量快速的消耗在灭磁回路中。
应说明的是,当采用发电机-变压器组接线时,在发电机外部至变压器,以及与主断路器连接的导线上出线故障时,发电机也需要快速灭磁。
当发电机定子绕组发生接地时,将产生接地故障电流。
如果发电机中性点经高阻抗接地,一个定子线棒的绝缘被击穿,故障电流较小,则铁芯损伤不会太严重。
如果故障电流较大,除击穿线棒绝缘外,还将有严重的铜和铁芯的烧损,这种故障至少需要更换损坏的绝缘,甚至部分地拆修发电机的定子铁芯。
因此,有的制造厂认为,发电机可以不采用灭磁开关,对于生产具有无刷励磁系统机组的厂家,更倾向于这一观点。
因为在小电流故障时,并不需要快速灭磁,而当大故障电流时,快速灭磁能否限制铜线绕组以及铁芯的损坏程度仍有争议。
更多的厂家认为如果不采用快速灭磁装置,则在某些场合,本来很小的损坏会导致更大的烧损故障,因此,采用简单而有效的快速灭磁装置还是必要的。
如上所述,对发电机灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗储存在发电机中的磁场能量。
最简单的灭磁方式是切断发电机的励磁绕组与电源的连接。
但是,这样将使励磁绕组两端产生较高的过电压,危机到主机绝缘的安全。
为此,灭磁时必须使励磁绕组接至可使磁场能量耗损的闭合回路中。
另外,在实现灭磁方式的依据上,各国的观点不尽相同,例如在灭磁原理上有两种不同的方式,即耗能型灭磁装置和移能型灭磁装置。
耗能型灭磁装置的作用原理是将磁能消耗在灭磁开关装置中,当灭磁开关主触头打开后,储存在发电机励磁回路中的磁场能量形成电弧并在燃烧室中燃烧,将电能转换为热能直至熄弧。
国内应用最为广泛的DM-2型灭弧栅灭磁装置即属于此类产品。
同时,由于这种灭磁开关多与发电机励磁绕组串联连接,故称这种灭磁方式为串联灭磁。
与上述灭磁方式对应的是移能型灭磁装置,在这种灭磁方式中,磁场能量不由灭磁开关装置耗能,而是由灭磁开关将磁场能量转移到线性或非线性电阻耗能元件中。
发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分,它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。
励磁系统一般由两部分组成:(如图一所示)一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流,以建立直流磁场,通常称作励磁功率输出部分(或称励磁功率单元)。
另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流,以满足安全运行的需要,通常称作励磁控制部分(或称励磁控制单元或励磁调节器)。
在电力系统的运行中,同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用,它不仅控制发电机的端电压,而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。
在电力系统正常运行的情况下,维持发电机或系统的电压水平;合理分配发电机间的无功负荷;提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性,所以对励磁系统必须满足以下要求:图一1、常运行时,能按负荷电流和电压的变化调节(自动或手动)励磁电流,以维持电压在稳定值水平,并能稳定地分配机组间的无功负荷。
2、应有足够的功率输出,在电力系统发生故障,电压降低时,能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值(即顶值),以实现发动机安全、稳定运行。
3、励磁装置本身应无失灵区,以利于提高系统静态稳定,并且动作应迅速,工作要可靠,调节过程要稳定。
我热电分厂现共有三期工程,5台同步发电机采用了3种励磁方式:1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。
图二2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。
图三3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图图四一、三种发电机励磁系统的组成一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统,即无刷励磁系统。
如图二所示,它的副励磁机是永磁发电机,其磁极是旋转的,电枢是静止的,而交流励磁机正好相反,其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转,不需任何滑环与电刷等接触元件,这就实现了无刷励磁。
二期是自励直流励磁机励磁系统。
如图三所示,发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电,调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。