发电机灭磁及过电压保护介绍(NR)

1绪论随着我国电力工业的发展，对发电机安全稳定运行提出了更高的要求，励磁系统性能的优劣是机组安全运行的关键之一。

当发电机内部故障或停机时，继电保护装置能快速把发电机与系统断开。

但电机的惯性使转子转速不能突变，储藏在励磁绕组中的磁场能也不能迅速消失，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，这将造成电机内部绝缘损坏等问题。

因此，发电机出现故障停机时必须把转子励磁绕组的磁场能尽快地减弱到可能小的程度，这就是所说的灭磁。

灭磁的关键是：断流和消磁。

相应的灭磁保护装置主要包括两大部分，一是磁场断路器或灭磁开关，二是吸能限压元件，即灭磁电阻。

灭磁开关起断流和部分消磁的作用；灭磁电阻起消磁耗能的作用。

所论述的灭磁方式、设计灭磁方案都是围绕断流和消磁来展开。

目前常用的磁场断路器及非线性电阻灭磁系统，在某些电站的实际运行中曾发生灭磁失败致烧毁励磁系统设备事故，暴露了灭磁系统在参数设计及设备选择上存在的一些问题，包括磁场断路器的性能参数要求及其选择计算方法、灭磁电阻容量要求及其选择计算方法、对灭磁时间的要求、发电机应考虑的严重灭磁工况等。

本文试图对这些问题进行分析，并以这些依据设计出合理的灭磁方案。

2 灭磁方式及原理2.1灭磁方式灭磁系统从原理上分有两种：灭磁开关耗能型灭磁方式和灭磁电阻耗能型灭磁（或移能型灭磁方式）。

灭磁开关耗能型灭磁方式的原理是利用开关断口上的电弧燃烧来消耗转子能量以达到灭磁的目的。

灭磁时直接跳灭磁开关，切断转子电流灭磁。

灭磁开关跳开后，切断了供电电源和转子绕组的电流回路。

但励磁绕组具有很大电感，在开断直流时，会在断口两端产生很高的过电压，该过电压将会使断口开断所产生的电弧维持燃烧，直到磁场储能在电弧上全部消耗，转变为热能。

最终因能量耗尽，电弧不能维持燃烧，断口熄弧开断。

这种灭磁方式对开关的要求较高：①开关在分断转子电流时，要维持电弧的燃烧来消耗能量，并控制电弧电压在安全范围内，不能强力吹弧。

发电机组的灭磁方法和作用发电机组的灭磁方法和作用逆变灭磁利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角由小于90°的整流运行状态，突然后退到大于90°的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电势形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程称为逆变灭磁。

这种灭磁方式将转子储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，是一种简便实用的灭磁方法。

由于无触点、不燃弧、不产生大量热量，因而灭磁可靠。

反电势愈大，灭磁速度愈快。

三相全控桥逆变时产生的反电势与其交流侧电源电势成正比，因此反电势的数值受到一定限制，同时为防止“逆变颠覆”而设的最大控制max（或最小逆变角min）的限制，也在一定程度上降低了反电势。

所以，单独逆变灭磁，受交流电源电压的限制，逆变灭磁时，励磁电流虽直线下降，但逆变时所施加的反电势数值比灭弧栅灭磁方式要小，因此电流衰减率较小，灭磁时间相对较长，但过电压倍数也很低。

非线性电阻灭磁励磁系统正常停机，调节器自动逆变灭磁; 事故停机，跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。

当发电机处于滑极等非正常运行状态时，将在转子回路中产生很高的感应电压，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到转子正向过电压信号，马上触发V62可控硅元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，将产生的过电压能量消除；而转子回路的反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻吸能，以确保发电机转子始终不会出现开路，从而可靠地保护转子绝缘不会遭受破坏。

由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。

灭磁电阻的作用发电机的励磁绕组就是一个具有较大电感的线圈，在正常情况下，励磁电流在发电机转子上产生较强的磁场。

当发电机内部故障时，需要迅速切断励磁电流，除去发电机的磁场，以免事故扩大。

但是，用开关直接切断这种具有较大电感的电路中的电流是很困难的。

浅谈发电机转子灭磁及过电压保护装置的原理【摘要】本文阐述了发电机转子灭磁及过电压保护装置的工作原理，并对发电机转子灭磁及过电压保护装置的工作原理进行了详细分析。

【关键词】发电机；转子；灭磁；过电压保护；应用；跨接器灭磁系统和过电压保护装置都是发电机励磁系统的重要主成部分。

由于电力系统比较复杂，发电机常常会发生一些故障，会影响电力系统的稳定，如发电机定子绕组接地、转子滑环直接短路、整流装置故障等。

这些故障均需要快速切除励磁电源，对发电机进行灭磁。

1、发电机转子灭磁的工作原理发电机运行时，如有突发事件发生时，发电机继电保护跳开灭磁开关，这时由于发电机在运行中突然切掉励磁电源，转子绕组储存着大量能量需要释放，此时若不采取任何措施就突然断开励磁电流，必然会使转子绕组两端形成过电压，由于过电压的产生会给转子造成巨大冲击，甚至会使转子的绝缘层被击穿。

因此，在快速断开励磁电源的同时，必须要采取一定的措施先消耗掉转子绕组中的电磁能，这一过程，通常被称为灭磁。

灭磁的方式：线性电阻灭磁、非线性电阻灭磁等等。

1.1本文所研究的第一种灭磁方式是直流氧化锌非线性电阻灭磁方式。

其具体的工作原理见附图1所示：其中If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、UR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。

灭磁方程式为公式（1）：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制，反向电势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，电流按直线规律衰减至零。

由于氧化锌非线性电阻残压UR变化很小，灭磁时近似于恒压，即UR=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。

电气讲义发电机灭磁开关目录1.何为发电机励磁和自动灭磁开关（灭磁讲座之一）P2-52.何为自动灭磁开关的弧压（灭磁讲座之二）P5-83.如何测量灭磁开关弧压（灭磁讲座之三）P8-134.如何进行和分析灭磁开关弧压试验（灭磁讲座之四）P13-185.确定灭磁开关弧压的三大心得（灭磁讲座之五）P19-226.灭磁开关技术标准的学习心得（灭磁讲座之六）P23-277.HPB和CEX06灭磁开关参数比较（灭磁讲座之七）P28-318.自动灭磁开关插图学习（灭磁讲座之八.终结篇）P32-41何为发电机励磁和自动灭磁开关（灭磁讲座之一）何为发电机励磁和自动灭磁开关？由发电机、变压器和输电设备构成的电力系统，只向广大用户提供一种产品，那就是电。

衡量这种产品的质量指标主要有两个，一个是频率，一个是电压。

保证频率的稳定需要发电机调速器，保证电压的稳定需要发电机励磁装置。

从结构上讲，发电机分为静止的定子和旋转的转子，励磁装置向转子提供可以调节的直流电流产生旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈产生交流的感应电势，感应电势经过输电线路向用户提供电力。

用户的电压过低就增加励磁，电压过高就减少励磁，最终保持电力系统电压的稳定，这是直流励磁的同步发电机励磁装置的最基本原理。

目前还有少量的交流励磁的同步发电机，例如双馈风力发电机，此时的励磁装置输出可以调整幅值和频率的交流励磁电源，励磁的作用不仅只是稳定电压，还可以小范围的稳定频率。

无论何种励磁，只有在发电机正常运行时需要励磁，当发电机停机备用、检修和故障时，我们都需要快速安全的减小励磁，使发电机的磁通降低到接近于零的过程称为灭磁过程。

最简单的灭磁方式是断开转子绕组。

但是由于回路电感很大，在转子绕组两端产生相当大的过电压，会使绝缘击穿。

因此，灭磁时必须使转子绕组接至放电电阻或反电势上。

执行这种操作的电器称为自动灭磁开关。

同步发电机安全可靠的灭磁，是一个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的大问题。

大中型发电机灭磁及过压保护装置条件嘿，伙计们！今天我们来聊聊大中型发电机灭磁及过压保护装置的条件，这可是个非常重要的话题哦！你们知道吗，发电机就像是我们家里的电器一样，也需要定期保养和维护，才能保证正常运行。

那么，什么是灭磁及过压保护装置呢？它们又是如何工作的呢？别着急，我会一一为大家解答的。

我们来聊聊灭磁。

灭磁，顾名思义，就是让发电机“熄火”的意思。

在某些特殊情况下，比如说发电机出现异常振动、噪音过大等问题时，我们需要及时采取措施，让发电机“休息”一下，避免进一步损坏。

这时候，灭磁就派上用场了。

灭磁装置会通过控制发电机的励磁电流，使其迅速降低到一个安全范围内，从而实现灭磁的目的。

这样一来，发电机就可以暂时停机，等待问题解决后再重新启动。

接下来，我们来说说过压保护。

过压保护，顾名思义，就是防止发电机输出过高电压的保护措施。

你们知道吗，过高的电压不仅会对发电机造成损害，还可能对周围的设备和人员造成安全隐患。

因此，我们需要采取一定的措施，确保发电机的输出电压在一个安全范围内。

过压保护装置会实时监测发电机的输出电压，一旦发现电压过高，就会立即切断发电机与电网之间的连接，以防止事故的发生。

等到电压恢复正常后，过压保护装置会再次启动发电机，让它继续为我们的电力需求提供支持。

那么，灭磁及过压保护装置的条件是什么呢？其实，这些条件主要包括以下几点：1. 灭磁及过压保护装置需要具备灵敏的反应速度。

这意味着它们能够在短时间内判断出发电机是否存在异常情况，并及时采取相应的措施。

这样一来，我们就可以避免因为反应迟钝而导致的事故发生。

2. 灭磁及过压保护装置需要具备稳定的性能。

这意味着它们在长时间运行过程中不会出现故障或者误动作。

只有这样，我们才能放心地将发电机交给它们来“照顾”。

3. 灭磁及过压保护装置需要具备良好的互操作性。

这意味着它们能够与其他控制系统相互配合，共同保障发电机的安全运行。

这样一来，我们就可以根据实际情况灵活调整保护措施，提高整个系统的安全性。

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。

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。

技术讲座讲稿灭磁与转子过电压保护2004年1０月灭磁与转子过电压保护1.非线性电阻所谓非线性电阻是指加于此电阻两端的电压与通过的电流呈非线性关系，其电阻值随电流值的增大而减少。

作为非线性电阻的材料一般用碳化硅和氧化锌。

就非线性特性而言，氧化锌电阻优于碳化硅。

在评价非线性电阻特性时，通常以非线性电阻系数β来表征,此系数仅与电阻阀片的材质有关。

碳化硅S ｉC 非线性电阻β＝0．25~0.5；氧化锌ZnO 非线性电阻β=0.025～0.０5。

U GU DU CU对于氧化锌非线性电阻，标志其特征的主要数据有: （1）导通电压U D (U 1０m Ａ）当元件的漏电流为１0mA 时的外加电压值，其后如果电压继续上升，流过非线性压敏元件的电流将迅速增大，为此，定义在导通电压U D 以下的区域为截止区，U D 以上的区域为导通区。

(2）残压U Ｃ(U 残）当元件流过100A 电流时,非线性电阻两端的残压值。

对于氧化锌非线性灭磁电阻元件而言,在正常工作及导通条件下流多的漏电流均会引起元件部分分子结构的损坏并影响到元件的使用寿命，为此正常工作电压的选择不宜过高。

（３）荷电率SU G 为元件工作电压，此值影响到元件的老化寿命。

荷电率比值取得越高，元件的漏电流也越大，从而加速老化过程。

一般S ≤０.5为宜。

U ｆN ——额定励磁电压 U f0——空载励磁电压 U ac ——阳极电压Ｕm ｉn ——最小工作电压 COS α=U ｆ０/ U ａc /1.35U min = 2U ac S ＩN(120+α) Ｓ=︱U min ︱/U D2.灭磁开关2.1 名词、术语2.1.1 断路器按规定条件,对配电电路、电动机或其他用电设备实行通断操作并起保护作用，即当电路内出现过载、短路或欠电压等情况时能自动分断电路的开关电器。

2．１．２磁场断路器用于配合非线性(或线性）电阻分断发电机励磁回路的断路器。

2．２条件发电机成功灭磁的条件,是磁场断路器在分断过程中主触头上的弧压应足够高以保证转子电流全部转移至灭磁电阻，且主触头可以承受此转移过程中的燃弧弧能。

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<Ia<Iset(电流门坎)时判为TV二次回路断线，将失磁保护闭锁。

│Ua+Ub+Uc-3U0│≥Uset用于判别TV单相或两相断线，低压判据判断三相失压。

在电力系统短路或短路切除等非失磁因素引起系统振荡时，保护采取措施闭锁Ufd(P)，可防止保护误出口。

励磁低电压Ufd(P)判据动作后经t1（2s）发出失磁信号。

励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗判据均满足且无TV二次回路断线时经t2（6s）发出跳闸指令。

励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗、系统低电压判据均满足且无TV二次回路断线时经t3（1s）发出跳闸指令。

2.发电机过激磁保护过激磁保护是反应发电机因频率降低或者电压过高引起铁芯工作磁密过高的保护。

过激磁保护分高、低两段定值，低定值经固定延时5s发出信号和降低励磁电压（降低励磁电压、励磁电流的功能暂未用），高定值经反时限动作于解列灭磁。

反时限延时上限为5秒，下限为200秒。

3.发电机定子接地保护发电机定子接地保护作为发电机定子单相接地故障保护，由基波零序电压部分和三次谐波电压两部分组成，基波零序电压保护机端至机尾95%区域的定子绕组单相接地故障，由反映发电机机端零序电压原理构成，经时限t1（3s）动作于解列灭磁；三次谐波电压保护机尾至机端30%区域的定子绕组单相接地故障，由发电机中性点和机端三次谐波原理构成，经时限t2（5s）动作于信号。