灭磁系统简介

励磁系统交直流灭磁原理分析陈小明　胡先洪(三峡水力发电厂　湖北省宜昌市　443113)【摘要】　在介绍直流灭磁和交流灭磁的原理基础上,分析了整流器触发脉冲在交流灭磁过程中作用以及三峡电厂的西门子励磁系统交直流灭磁原理,在讨论交直流灭磁系统可靠性等问题中,给出了使用交流灭磁开关的几点建议。

【关键词】　三峡电厂　西门子励磁　磁场断路器　真空断路器　交流灭磁原理【数据库分类号】　SZ 03收稿日期:2006-08-09。

0　引言为了实现同步发电机快速安全灭磁,目前国内外广泛采用磁场断路器配合灭磁电阻的放电灭磁方式(也称并联灭磁),三峡电厂也是如此。

磁场断路器迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路,同时将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中,灭磁电阻消耗磁场能量。

过去和目前,磁场断路器大都串联在励磁直流回路中,采用的是直流灭磁开关及其直流灭磁技术。

随着励磁容量的不断增大,现有直流灭磁开关的选择也越来越困难。

现在,磁场断路器也已经开始串联在励磁整流电源的交流侧,采用交流开关以及交流灭磁技术。

为了保证特大型机组的灭磁安全,三峡电厂的西门子THY RIPO L 励磁装置采用交直流灭磁开关双重灭磁方式。

分析三峡电厂交直流灭磁原理,有利于我们学习和借鉴西门子励磁装置之灭磁图1　发电机灭磁回路原理图技术。

1　直流灭磁原理分析直流灭磁是指跳开励磁整流器直流侧灭磁开关的灭磁。

对于采用放电灭磁方式的励磁系统来说,灭磁的首要任务是将灭磁电阻并联在转子两端,然后跳开灭磁开关进行换流,即将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中。

换流成功就意味着灭磁基本成功。

如果换流失败,放电灭磁就变成单纯的开关灭磁(也称串联灭磁),此时的灭磁开关不仅要承担断流的任务,还要承担消耗磁场能量的任务。

在发电机励磁回路中,灭磁时由三个电压量组成了一个灭磁回路:励磁整流器L P 的整流电压U d 、灭磁开关MK 的灭磁弧压U k 、灭磁电阻R m 的灭磁电压U m ,如图1所示。

灭磁开关原理灭磁开关是一种用来消除磁场的装置，它在许多领域都有着重要的应用，比如电子设备、医疗设备和科学研究等。

它的原理和工作方式非常简单，但却可以发挥重要的作用。

本文将介绍灭磁开关的原理，以及它在实际应用中的作用和意义。

首先，让我们来了解一下磁场的产生和影响。

磁场是由电流产生的，当电流通过导线时，会在周围产生磁场。

这种磁场可以对周围的物体产生影响，比如磁化铁磁材料或影响电子设备的正常工作。

因此，有时候我们需要消除这些磁场，这就需要用到灭磁开关。

灭磁开关的原理很简单，它通过改变电流的方向和大小来消除磁场。

当我们需要消除磁场时，只需要将导线连接到灭磁开关上，然后将开关打开。

此时，灭磁开关会改变电流的方向和大小，从而消除周围的磁场。

当磁场消失后，我们可以关闭灭磁开关，让电流恢复正常，这样就完成了磁场的消除。

灭磁开关在实际应用中有着广泛的用途。

比如在电子设备中，由于电子元件对磁场非常敏感，所以在生产和维护过程中，需要使用灭磁开关来消除可能对电子元件产生影响的磁场。

在医疗设备中，灭磁开关也可以用来消除磁场对医疗设备产生的影响，保证设备的正常工作。

在科学研究领域，灭磁开关也可以用来消除实验环境中可能影响实验结果的磁场。

可以说，灭磁开关在现代社会中发挥着重要的作用。

总之，灭磁开关是一种用来消除磁场的装置，它通过改变电流的方向和大小来消除周围的磁场。

在电子设备、医疗设备和科学研究等领域都有着重要的应用。

它的原理和工作方式非常简单，但却可以发挥重要的作用。

希望通过本文的介绍，读者能对灭磁开关有更深入的了解。

发电机灭磁工作原理分析作者：张燕星来源：《城市建设理论研究》2013年第19期摘要：简要介绍旺隆电厂励磁系统，说明了发电机灭磁开关结构及工作原理，分析了灭磁装置在各种工况下工作原理及过电压保护相关内容，以及非线性电阻的特性与应用。

关键词：励磁；灭磁开关；非线性电阻；过电压中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号：引言灭磁是发电机运行操作的一个环节，也是发电机及主变压器内部故障的一项保护措施。

同步发电机发生内部故障时，虽然继电保护装置能快速地把发电机与系统断开，但磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流。

无论是发电机机端短路或部分绕组内部短路，时间较长，都可能造成导线的熔化和绝缘的烧坏。

如果系统对地故障电流足够大时，还要烧铁芯。

因此，必须迅速将发电机灭磁，使其电压降至熄弧电压以下，以限制发电机故障时损坏的范围。

1.概述旺隆热电厂位于广州市增城新塘镇，其发电机型号为QF-100-2，哈尔滨电机厂生产。

励磁系统采用国电南瑞SAVR-2000调节器，励磁方式为静止自并励方式。

灭磁开关型号为SACE E3H/E20（厦门ABB）自并励励磁系统通常采用逆变灭磁加直流开关灭磁的方式。

逆变灭磁时使整流装置的控制角90α>°，整流装置出现负电压，发电机转子绕组中的电磁电量反馈回电源系统中。

逆变角越大负电压值也越大，灭磁速度越快，但α角加整流装置的换弧角应小于180°，以防止逆变失败。

励磁变压器电抗较小，换弧角在强励电流时一般小于30°，因此逆变角α可采用140°∼150°。

自并励系统逆变灭磁时励磁电压下降，发电机端电压也随之下降。

电源电压的下降使逆变速度也相应降低，因此一般在逆变一段时间后跳开灭磁开关，以加快后期的灭磁速度，并保证可靠灭磁。

现阶段，同步发电机自并励系统中采用非线性电阻灭磁的方法得到广泛的应用，由于非线性电阻在灭磁过程中磁场绕组反电压基本不变，因此它的灭磁速度远快于线性电阻灭磁。

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。

第五章同步发电机的灭磁第一节概述近年来，随着主机容量的增加，发电机的自动灭磁系统越来越受到重视。

特别是对于采用快速励磁系统的同步发电机而言，当电机内部出现故障时，要求尽快地灭磁以缩短在故障点的燃弧时间。

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主断路器连接的导线上出现故障时，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电阻接地，一个定子线棒的绝缘被击穿，故障电流较小，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坏，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。

从这一观点出发，有的制造厂认为发电机可以不用灭磁开关，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以及铁芯的损坏仍有争议。

如果认为不采用快速灭磁装置，在某些场合本来很小的损坏会导致更大的烧损事故。

采用简单而有效的快速灭磁装置还是有必要的。

特别是现代大型水轮发电机多采用单元式接线，为降低发电机、变压器及高压电缆（若有的话）故障所造成的损害，希望发电机在此情况下能快速灭磁。

由于汽轮发电机转子本身的巨大阻尼作用，使汽轮发电机的快速灭磁变得十分困难。

但对水轮发电机，快速灭磁是可以实现的，并且具有十分重要的意义。

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存储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，危及到主绝缘的安全。

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。

目前灭磁系统就其原理而言，主要有以下几种方式：（1）具有短弧栅片的灭磁系统；（2）利用非线性电阻的灭磁系统；（3）利用恒值电阻的灭磁系统。

如按磁场能量的消耗方式而言，在灭弧栅片式灭磁系统中，磁场能量主要消耗在开关中，可称为耗能型。

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、冗余灭磁方式近年来，国内有单位提出了冗余灭磁方式，即在转子回路串联两个磁场断路器，互为备用，以此实现冗余。

应当指出，这种方式仅仅是为了防止灭磁开关分闸失败而采取的一种防范措施，增加了主回路和控制回路的复杂性，降低了主回路的可靠性，得不偿失。

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。

灭磁系统简介（基础知识，共同温习）同步发电机安全可靠的灭磁，不仅关系到励磁系统本身安全，而且直接关系到整个电力系统安全运行。

机组正常停机时：逆变灭磁。

机组事故停机时：事故停机灭磁，即当发电机发生内部故障，在继电保护动作切断主断路器时，要求迅速地灭磁；在发电机发生电气事故时，灭磁系统应迅速切断发电机励磁回路，并将储藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。

灭磁开关按开关功能分：耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉灭磁开始主触头先分开，这时不产生电弧，因为和它并联的弧触头没分开，之后经极短时间弧触头分开，便产生了电弧，后者在由专门磁铁产生的外部交轴磁场的作用下，进入灭弧栅燃烧。

灭弧栅将电弧分割成串联的短弧，这些短弧一直要烧到励磁绕组中的电流到零。

移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量，磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗灭磁电阻的种类分：氧化锌非线性电阻、灭磁碳化硅非线性电阻和灭磁线性电阻灭磁。

灭磁开关按开关位置分：直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧；交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧。

1.直流灭磁系统1.直流开关灭磁原理直流开关灭磁原理为：灭磁时，跳开直流开关MK，直流开关断口产生电弧，电弧电压与可控硅SCR输出的电压叠加，与转子的感应反电势相等，该反电势同时加在灭磁电阻两端，当电压大于灭磁电阻的转折电压时，灭磁电阻回路导通，消耗磁场能量而灭磁。

第一阶段：灭磁开关分闸、拉弧、建立转子反电势。

在这个阶段的初始时刻，灭磁开关主触头分断，在触头之间产生直流电弧，并由电弧电流在吹弧线圈中产生吹弧磁力，从而使直流电弧拉长并进入灭磁开关的灭弧栅。

由于直流电弧被拉长后其弧电阻增加，促使灭磁开关主触头两端的电压升高，直至达到非线性电阻的动作值。

由于灭磁开关分断，发电机励磁电流发生强烈变化，此时发电机转子将因电流变化而产生反电势，其反电势的大小由转子电感和励磁电流的变化率所决定。

当达到非线性电阻动作值时，由非线性电阻决定转子的两端电压。