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大型发电机灭磁及转子过压保护分析一、大型发电机灭磁保护分析发电机的磁通条件主要包括磁通电压和磁通电流。
通常情况下，发电机的磁通电压保持在一个较稳定的水平，而磁通电流主要由励磁系统提供。
如果发电机的磁通电流突然消失，就会导致转子失去磁场，进而引发故障。
为了解决这个问题，需要设置一个灭磁保护装置。
这个装置通常由灭磁继电器和灭磁电阻组成。
当发电机的磁通电流消失时，灭磁继电器会自动动作，将灭磁电阻接入发电机的励磁回路中，降低励磁系统的电压，从而实现转子灭磁保护。
转子过压保护是为了保护发电机转子，防止转子因过电压而受损。
转子过压保护主要是通过监测发电机的电压条件来实现的。
发电机的电压条件主要包括线电压和相电压。
通常情况下，发电机的电压处于一个较稳定的水平。
但如果发生线电压或相电压突然升高，就会导致转子过电压，进而引发故障。
为了解决这个问题，需要设置一个转子过压保护装置。
这个装置通常由过压继电器和过压限流电阻组成。
当发电机的电压超过设定值时，过压继电器会自动动作，将过压限流电阻接入发电机的线路中，限制过电压的传输，从而实现转子过压保护。
三、大型发电机灭磁及转子过压保护方法1.灭磁保护方法：（1）使用灭磁继电器和灭磁电阻进行保护，实现灭磁电阻的接入和断开。
（2）设置灭磁电流监测装置，当发电机的磁通电流消失时，自动动作灭磁保护。
2.转子过压保护方法：（1）使用过压继电器和过压限流电阻进行保护，实现过压限流电阻的接入和断开。
（2）设置过压电压监测装置，当发电机的电压超过设定值时，自动动作过压保护。
以上是大型发电机灭磁及转子过压保护的分析及相关方法。
这些保护措施对于确保发电机的安全运行非常重要，可以有效避免由于转子失去磁场或过电压而引起的故障，提高发电机的可靠性和稳定性。
发电厂和电力系统中应严格执行相关的保护措施，并进行定期的检修和维护，以确保发电机的正常运行。
D L T294-2011《发电机灭磁及转子过电压保护装置技术条件》学习疑惑DL/T294-2011《发电机灭磁及转子过电压保护装置技术条件》标准学习疑惑周尚军（武汉洪山电工科技有限公司，湖北省武汉市，430000）最近拜读了DLT294.1-2011和DLT294.2-2011《发电机灭磁及转子过电压保护装置技术条件》标准第一部分和第二部分，有些许疑惑提出，期待专家释疑解答。
不欢迎纯粹的“砖家”！DLT294.1-2011部分：显然，4.2.1.1.3的E级绝缘定义有误，90℃属于“Y”级绝缘的温度限制，详见GB/T20113-2006，而E级绝缘的耐热温度限制是120℃，“3.3”条款最先提及的“表1”表格数据是正确的。
这么明显的前后矛盾和疏漏都能搞出来，你们制定标准的时候都在梦游吗？不要告诉我这又是勘误或笔误。
AEBFH绝缘等级显然是抄袭的其他标准，因此应该在引用文件予以体现。
这一部分实际上部分引用了GB50150标准，因此规范性引用文件中应该包括GB50150标准。
好歹尊重一点著作权法。
很显然，上图中右半部分SCR实际画的是二极管整流桥，因为漏画了晶闸管的触发极（门极）。
疑似灭磁电阻两端的最大电压Ummax和晶闸管整流桥输出的最大电压Uzmax 通常不在一个条件下取得！灭磁电阻两端的最大电压Ummax在最大灭磁电流时取得，通常是发电机机端或发电机内部定子三相短路时取得最大转子励磁电流（其中含定子绕组对转子励磁绕组的感应分量），依据IEEE/ANSI C37.18建议值，通常为3~4倍额定磁场电流Ifn。
而晶闸管整流桥输出的最大电压Uzmax 的取值条件，通常是发电机空载误强励工况。
或许有人会辩称：发电机空载误强励可能会导致定子绝缘破坏致使定子三相短路，但实际上二者还是不同步，有先后顺序，定子击穿后机端电压及自并励系统阳极电压已经有所下降。
个人认为，严谨的换流条件及弧压公式应该是Ukmax>(Um+Uz)max或Ukmax>max(Uz+Um)一般情况下要分别核算三相短路和空载误强励工况的换流条件，来确定开关弧压的要求。
76第42卷 第2期2019年2月Vol.42 No.2Feb.2019水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市望城区，装有4台单机300MW的可逆式抽水蓄能机组，2010年10月份全部机组投产，主要承担湖南地区电网调峰、调频及事故备用。
电站投产以来，充分利用抽水蓄能机组工况转换灵活、启动迅速的特点，为湖南电网减少常规水电弃水、晚间填谷发挥了巨大作用，因此保证机组水泵工况启动成功率是电站运维工作的重点，黑麋峰电站水泵工况启动方式以静止变频器（SFC）启动为主，背靠背启动为辅。
1 故障过程监控系统执行抽水调相开机命令，机组充气压水成功后，监控系统向励磁系统发出投入励磁命令（脉冲信号，脉宽2.5s），励磁调节器在检测到监控系统所发出脉冲信号的上升沿时，置“EXC ON”信号为1，持续时间2s，在此信号持续期间，检测直流开关分闸位置触点为1时，即发出直流开关合闸命令，使直流开关合闸。
直流开关合闸1498.904ms后跳闸，由于此时“EXC ON”信号仍为1，直流开关分闸位置触点亦为1，调节器再次发出合闸命令，致使直流开关在跳开284.909ms后第2次合闸。
合闸后由于转子剩磁产生的冲击电压与整流桥输出电压叠加作用，致使过电压保护跨接器（-U40）导通（跨接器的触发导通时间约为2μs），转子绕组的剩余磁场通过非线性电阻器（-F31）进行灭磁，灭磁过程中检流计（-F50）测得灭磁电流超过定值，励磁调节器报“Rotor Overvoltage-crowbar”故障后发出跳闸信号，监控系统及机组保护正常收到跳闸信号，监控系统正常执行事故停机流程。
根据故障录波图查询故障时刻数值为：直流开关第2次合闸时间为1217.74ms；根据监控系统查询数据曲线可知：转子绕组最大电压为476.55V。
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY INFORM TION 2008NO.06SCI ENCE &TECHNOLOGY I NFORMATI ON 工程技术大型同步发电机在运行时常因一些故障或其它的原因使转子系统出现过电压,分析发电机转子过电压产生的原因并采取相应的措施对电力系统的安全运行有重要的意义。
通常当发电机组出现二相、三相突然短路、失步、非同期合闸、灭磁、非全相运行时,会产生转子系统的过电压。
另外可控硅励磁电源出现的换相尖峰过电压以及从交流侧通过励磁变压器和气隙传递过来的大气过电压和电网操作过电压也会出现在转子系统中。
这些过电压产生的条件不同、强弱不同,因此应当采取不同的保护方法。
一般来说,由于铁磁材料的阻尼作用,大气过压和电网操作过电压传递到转子系统上已很微弱,不会超过其它种类过电压的强度和持续时间,可以不自行考虑。
由于过电压产生的原因不同,因此不同的过电压有其自身的特点。
灭磁过电压时间短、能量集中;非全相或大滑差异步运行时过电压剧烈,时间不定,其能量无法估计;可控硅换相尖峰过电压时间极短,但持续时间极长。
灭磁过电压的问题,十几年来已引起充分的注意,并已重视和熟悉。
非全相及大滑差异步运行虽出现较少,但危害很大,应引起重视。
可控硅电源换相引起的尖峰过电压是一步机组误强励,误失磁的根本原因,必须采取保护措施。
过电压保护的基本元件一般大多选用氧化锌压敏电阻阀片。
其原因有四,一是阀片单位体积能容量大,可做到300J/cm 3,单只阀片可做到20K J/只。
二是保护特性好,阀片流过100A 的电压和流过100mA 的电压比值仅为1.5倍(即U 100A /U 10mA =1.5=K 1,K 1称为残压比)。
三是漏电流小,二分之一U 10m A 电压下的电流I<50uA 。
四是寿命长,阀片能在持续运行电压U e =0.75U 10mA 下工作100年。
根据氧化锌电阻的基本性能参数并对各种过电压的特点进行分析,就可以合理地使用阀片对各类过电压进行有效的保护。
同步发电机灭磁及转子过电压保护上海鑫日电气科技有限公司一概述随着大型同步发电机组单机容量的不断增大，特别是采用具有高顶值自励可控硅励磁系统，对灭磁及转子过电压保护的技术要求已提到了一定的高度。
用常规的磁场断路器及非线性电阻相结合的方式已不能满足大型同步发电机组正常可靠灭磁的要求。
在电站实际运行的过程中，由于灭磁失败，引起磁场断路器烧毁以及因灭磁不力而造成转子过压击穿励磁设备的事故屡见不鲜。
因此人们长期以来一直在致力于研究用新的方法来解决直流电感性负载的大电流开断领域这一难以攻克的课题。
二同步发电机的灭磁及技术要求同步发电机的灭磁，即把储藏在同步发电机转子回路中的磁场能量消耗掉。
由于电力系统的不断扩大和大型同步发电机组单机客量的增大，快速切除故障电流是确保电力系统稳定和安全运行的重要条件，特别是当发电机内部或外部（包括机端变，励磁变及主变，出口母线等）出现短路或接地故障时，必须快速切断励磁电流，并在尽短的时间内消耗掉储藏在发电机励磁绕组中的能量。
在电站实际运行的过程中，曾出现过因灭磁失败而引起转子过压，造成磁极击穿，烧毁磁场断路器及励磁设备等严重事故，甚至还出现过因灭磁时间过长，烧毁定子绕组及因主变短路时未能迅速灭磁断流，造成主变绕组烧损，外罩炸裂的恶性事故。
由此可见，快速可靠的灭磁及有效的限制转子过电压措施成了大型发电机组安全运行至关重要的问题。
设计大型同步发电机的灭磁系统，通常应满足以下基本的技术要求：1．必须满足各种运行状况下可靠灭磁的要求。
大型同步发电机组励磁电流的不断增长，转子绕组的电感越来越大，转子所储存的磁场能量也相应随之增大，所以大型机组的灭磁装置必须满足有足够大的灭磁容量，他除了在正常及机端短路等强励状况下能可靠灭磁外，特别是对于具有高顶值系数的自励可控硅系统，还必须满足在空载误强励、三相短路等极限状况下可靠灭磁的要求。
2．满足快速灭磁的要求，尽可能实现接近理想灭磁时间。
大型发电机组虽然采用了现代快速灵敏的继电保护装置，但这种保护装置的作用是当发电机出现故障时，能尽快地将机组解列，但即使机组已经解列，可故障电流依然存在，不论发电机的故障是一相短路还是部分绕组短路，在故障电流期间，损坏的程度是随绝缘燃烧和铜线熔化的时间而增加，所以只有在发电机解列的同时，采用快速灭磁才是限制故障电流和使绕组免于全部烧毁最充分有效的措施。
3．灭磁应更加彻底。
大型机组的出口母线电压很高，在这种高压机组中，哪怕只要有维持发电机母线电压10%的励磁残压，这种残压也足以维持故障处的电弧，为此大型机组的灭磁应更加彻底，其灭磁时间应以转子电流下降到定子的电压不足以维持故障处电弧的燃烧的时间才称灭磁结束。
4．有效的转子过电压限制措施。
大型机组在灭磁的过程中，由于励磁电流的突然中断会产生过电压，这种灭磁过电压的能量很大，若没有有效的限压措施以及足够容量的消能装置，它将直接危及发电机转子及励磁装置的安全。
三. 大型同步发电机灭磁系统的设计。
我们以目前最广为采用的自并激机组励磁系统为例，来介绍设计灭磁系统的方法和基本原则。
由自并激机组励磁系统的原理图1可以看出，励磁系统的能源是取自并接在机端的整流变压器ZB 提供的三相电源，经三相可控整流后向转子绕组提供直流激磁电流的。
灭磁的方法主要有线性电阻灭磁，非线性电阻灭磁，利用短弧阴极效应原理设计的带灭弧栅的自动灭磁开关灭磁、逆变灭磁等。
用带灭弧栅的自动灭磁开关由于受制造容量的限制，大型同步发电机组上不宜采用，逆变灭磁由于在自励系统中，由于逆变电压是随发电机电 ZB 图1 自并激机组励磁系统原理图压变化的，发电机在不对称短路时，有可能导致逆变失败，所以对后两种灭磁方式不能考虑作为大型发电机灭磁的主要方式。
至于交流灭磁及无源零开断自动灭磁仅是解决切断励磁电源实现磁场电流的换流，仍须采用电阻或非线性电阻消能的灭磁方法。
3—1. 理想灭磁时间及非线性电阻灭磁所谓理想灭磁时间，即灭磁时间尽可能短，而且在整个灭磁过程di，不应超过转子绝缘强度所允中转子绕组两端的感应电势e L= －Ldt许的最大值V fm，下面我们用绕组对线性电阻放电的原理接线图来加以说明（见图2）。
LfRf图2. 励磁绕组对线性电阻放电原理接线图在磁场开关BK1跳闸后，根据换路定律：不论产生电路中过渡过程的原因为何，在换路前后每一个电感中的电流都应当保持原值而不能有跃变，所以在接入BK2及电阻R后，磁场绕组回路的灭磁方程式di+if（R+Rf）=0 (1)为：Ldt励磁绕组中的电流i f衰减的规律是i f =ff R V 0e f f L R R )(+-t=i fo e 1T t - (2) T 1=ff R R L + (3) 我们称T 1为放电回路的时间常数，由公式（2）可知灭磁过程为一指数衰减的形式，要想加快灭磁速度，只要增加放电电阻R ，则时间常数T 1值就减小，也就是灭磁时间缩短。
因为灭磁初瞬间励磁电流的初始值为i f0,它与放电电阻R 的乘积就是励磁绕组两端的电压，如果为追求灭磁速度快而选用较大的电阻值，则在灭磁瞬间，将在励磁绕组两端产生过电压U R =i f0R , 将可能超过绕组绝缘强度的允许值V fm 。
为了达到理想灭磁,使灭磁速度尽可能快，而且使绕组两端的感应电势不超过允许电压V fm ，则要求在整个灭磁过程中，希望L dtdi 保持不变，并等于V fm ,即： L dt di f = －i f R=－V fm =C(常数) I f R=V fm =CI f =R 1V fm =R1C （4） 由公式（4）可知，为保证V fm 为一常数。
则必须当灭磁电流i f 在衰减过程中,在R 上的电压降保持不变，也就是放电电阻的变化应与衰减电流i f 成反比。
众所周知，线性电阻R 的值是个恒值电阻，V fm 的值在整个灭磁过程中不可能不变，它将随着灭磁电流i f 的减小而减小，而非线性电阻SiC 和ZnO 就具有满足V fm 基本保持不变的特性。
3—2．非线性电阻器R N压敏陶瓷（V oltage Sensitive Ceramics ）或称压敏变阻器，系指对电压变化敏感的非线性电阻陶瓷，其伏安特性如图3所示。
图3压敏电阻的伏安特性当电压低于某一临界值时，电阻的阻值非常高，几乎为一绝缘体，当电压超过这一临界值时，电阻急剧减小，接近于导体，这一电压值称为“阀值电压”或“压敏电压”。
目前压敏陶瓷主要有SiC和ZnO 两大类，由于ZnO压敏特性远优于SiC，我们在下面会重点介绍高能（低场强）ZnO非线性电阻器的特性，由非线性伏安特性可看出当电压达到一定的阀值，电流通过它的变化率要比在非线性电阻两端的电压变化率大得多，所以用它来实现快速灭磁和有效抑制瞬态过电压是非常理想的器件。
非线性电阻的非线性伏安特性也可以用下列概数来表示：U=Ki β(5)其中：U—端电压瞬时值。
i —通过其中的电流瞬时值。
β—非线性系数。
K —电流为1A 的端电压瞬时峰值。
如果我们将图2中的R 改为采用非线性电阻R N ,则励磁绕组对放电电阻的等值电路，如图4由公式（5）得：U fo =Ki βf U fo —灭磁初始电压i fo —灭磁初始电流则U f =Ki f β=00f f i U i f β=U fo (0f fi i )β 假设放电回路中所有的电阻均是非线性的，则励磁绕组对非线性电阻的放电过程可由下列微分方程时表示：U f +L dtdi f=0 (6) Ri fo (0f fi i )β+L dt di f =0 i βf +R L f i dtdi f=0 i βf dt+(RL f )1-βi fo di f =0 dt+R L f i 1-βf i f di f =0 i f dt+R L fi fo i β-fdi f =0 ⎰∞0dt i f = -(R L f)i 10-βf ⎰-010f i f i βdi f (7)在这里我们引进一个“有效灭磁时间”定义的概念，所谓有效灭磁时间即可从图5来理解T 1=(01f I )⎰∞0i f dt (8) T 1I f0=⎰∞i fdt i fi f0T 1T f t图5 有效灭磁时间T1在没有接入非线性电阻的情况下，发电机的磁场电流实际是以励磁绕组本身的时间常数T f =RtL f 衰减的。
而有效灭磁时间T 1是指在接入非线性电阻R N 后，灭磁时间可以缩短到磁场电流对时间的积分面积对初始磁场电流的平均值。
也就是指S 1面积与S 2的面积相等。
其物理意义是指在T 1时间内可以有效的将转子绕组中对应于磁场初始电流为i fo ，所储藏的能量以最快的时间消耗掉。
代入公式（7）T 1i fo =RL fi 1-β⎰-010f i f i βdi f =-RL f i 02100)2(f f f i i βββ--- =R L fβ-20f i∴ T 1=r L f β-21(9)其中: r=R N +R f它揭示：我们只要增大非线性电阻R N 也可以减小时间常数T 1，而且可以达到接近有效灭磁时间的灭磁速度。
但事实上非线性电阻的起始电阻值同样也受到励磁绕组绝缘强度允许电压V fm 的限制。
它必须满足：U fm ≥R N0i f0R N0—非线性电阻初始值因为非线性电阻当灭磁电流较大时其动态阻值较小,而后随磁场电流的衰减而阻值增大,它始终使非线性电阻的可变阻值与衰减的灭磁电流的乘积基本保持常数，因此我们就可以用的V fm 值来求得理想的灭磁时间。
3—3. 灭磁系统的设计原则由以上对非线性电阻用在灭磁电路中的数学分析,它可以基本满足灭磁系统的技术要求，不但能使灭磁速度尽可能快，而且使绕组两端的感应电势不超过转子绝缘强度的允许值V fm .由此可以得出结论：采用非线性电阻来替代线性电阻灭磁，可以实现理想灭磁。
有了非线性电阻器件，并不一定能实现安全可靠的灭磁，它还必须选择有相应开断特性的直流磁场断路器相配合，才能实现磁场电流从主回路向灭磁回路的安全转移，否则将会酿成重大的恶性事故。
四. 多断口直流磁场断路器配合非线性电阻灭磁目前国内外大型发电机组的灭磁方式，大都采用强力型多断口直流磁场断路器配合非线性电阻的灭磁方式，较典型的原理接线如下：BK 2R f L f 图6强开关型灭磁原理接线图用这种双断口开关配合非线性电阻R N 的灭磁方式，我们曾在三峡试验电站进行反复的试验，并得到下列结论：1. 提高非线性电阻R N 的残压，可以缩短灭磁时间，加快灭磁速度。
2. 高残压的非线性电阻必须采用高断口弧压的磁场断路器，否则灭磁不会获得成功。
我们列出在BK 开断的过程中，转子绕组回路的过渡过程的方程式得以求证：V Z =V K +i f R f -L f dtdi fV Z =V K +i f R f -L f dtdi f L f dt di =V RN =V K +i f R f -V Z 其中： V Z —整流桥输出电压V K =V K1+V K2—磁场断路器断口电压若忽略转子绕组电阻的压降，则磁场电流要从磁场断路器换流到非线性电阻R N 支路，必须满足V K -V Z ＞V RNC , 若V K -V Z 的电压小于非线性电阻动作的残压V RNC , 则不能实现换流，灭磁就不会成功。
