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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。
灭磁的那些事（一）内容：励磁系统技术交流、资料共享的平台关注：点击标题下方的【励磁技术交流】灭磁的那些事（一）1、灭磁灭磁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，并将蓄藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗。
同步发电机发生内部短路故障时，虽然继电保护装置能迅速地把发电机与系统断开,但如果不能同时将励磁电流快速降低到接近于零值，则由磁场电流产生的感应电动势继续维持故障电流，时间一长，将会使故障扩大，造成发电机绕组甚至铁心严重受损，因此，当发电机发生内部故障时，在继电保护动作快速切断主断路器的同时，还要求将发电机的励磁电流迅速地降到零值。
2、能量消耗最简单的灭磁方法是将磁场回路断开，则磁场电流瞬时到零，完成灭磁。
但磁场绕组具有很大电感，突然断流会在其两端产生很高的感应过电压，可能将绝缘击穿，因此，在断开磁场电流的同时，还应将转子励磁绕组自动接入到放电电阻或其他消能装置上,使磁路中的储能迅速消耗掉。
1）逆变灭磁，即通过大于90度的触发角使得绕组储能转移到整流桥交流侧。
2）耗能灭磁，即通过开关本身消耗掉绕组储能。
3）移能灭磁，即通过措施将储存在转子绕组的能量转移到灭磁电阻上消耗。
3、汽轮机、水轮机灭磁区别一般认为水轮发电机组由于转子本体的阻尼作用较小，在灭磁时励磁绕组中的磁场能量几乎为灭磁装置全部吸收，因此需要快速灭磁，以阻止事故的扩大。
对于汽轮发电机，鉴于转子本体具有很强的阻尼作用，由阻尼绕组全电感及电阻所决定的阻尼绕组时间常数TD远大于由阻尼绕组漏电感及电阻之比所决定的超瞬变时间常数T d″，因此，尽管采用快速灭磁系统，也只能加速纵轴励磁绕组回路中的转子励磁电流的衰减，而不能使储藏在发电机转子本体以及横轴阻尼绕组中的能量迅速消失，因此不强调快速性而注重安全性。
4、灭磁开关安装方式1）交流灭磁：磁场断路器安装在整流器交流侧称为交流灭磁。
这种方式灭磁一般用于励磁电流小于4500A的发电机组。
灭磁开关工作原理灭磁开关是一种常见的电气元件，主要用于控制电路中的磁场，实现开关功能。
它的工作原理基于电磁感应和磁性材料的特性，具有快速、可靠、耐用等特点，在电力、机械、自动化等领域得到广泛应用。
一、灭磁开关的结构和组成灭磁开关由铁芯、线圈和触头等部分组成。
其中铁芯是由软磁材料制成的，通常采用钢板或铸铁等材料。
线圈则是通过绕制导线在铁芯上形成的，通常采用漆包线或超细线等导电材料。
触头则是通过弹性接触实现与外部电路连接的部分。
二、灭磁开关的工作原理当外部电源施加在线圈上时，会产生一个强大的磁场，使得铁芯被吸引并形成一个闭合回路。
此时触头也会被吸引并闭合，使得外部电路通断控制。
但是，在某些情况下需要解除这个闭合状态，即需要将铁芯上储存的能量释放出来，并消除磁场。
这时就需要使用灭磁开关来实现。
灭磁开关的工作原理基于铁芯的饱和特性。
当线圈中的电流突然中断时，铁芯上储存的能量会形成一个反向电动势，并产生一个反向电流。
这个反向电流会使得铁芯上储存的磁能逐渐消失，并逆转原来的磁场方向。
当铁芯完全失去磁性时，触头也会被弹回到断开状态，从而实现了灭磁开关的功能。
三、灭磁开关的应用灭磁开关广泛应用于各种电气设备中，如发电机、变压器、继电器等。
它可以保护设备免受过载和短路等故障的影响，同时也可以控制设备的启动和停止。
例如，在发电机中，灭磁开关可以通过切断励磁线圈上的电源来实现快速停机，并消除发电机上储存的能量，以避免对系统造成损害。
在变压器中，灭磁开关可以通过切断一次侧线圈上的电源来实现快速卸载，并消除变压器上储存的能量，以保护设备和人员安全。
总之，灭磁开关是一种重要的电气元件，具有广泛的应用和重要的作用。
它的工作原理基于铁芯的饱和特性和线圈中断时产生的反向电流，可以实现快速、可靠、耐用等特点。
在各种电气设备中得到广泛应用，并发挥着重要的作用。
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。
HMGB系列灭磁及过电压保护装置（2.0版）一、概述灭磁和过电压保护是发电机励磁系统必须具备的基本功能。
传统的方法是利用线性常值电阻灭磁。
八十年代末期，磁场断路器配非线性电阻（SiC或ZnO）的灭磁及过电压保护方式出现。
由于非线性电阻具有压敏特性，特别是ZnO电阻的性能更为优良，能够近似恒压快速灭磁，并有效地抑制过电压。
因此这类产品已为电力部门在励磁系统的设计和技术改造中广泛采用。
同任何新技术都有有个认识提高的过程一样，这项新技术在早期应用中出现过一些问题。
主要表现在：●非线性电阻配用DM2灭磁开关。
DM2是一种吸能型开关，误动、拒动频繁（尤其是在小电流状况下），不具有转磁场能量的功能，为使磁场能量转移到氧化锌电阻上，采用了并联换流熔丝加电子开关等方法。
这使得线路复杂，并且设备每次动作后都必须人工更换笨重的换流熔丝，给现场工作造成极大的不便。
●采用均流的理论设计氧化锌灭磁电阻群，又无密封措施，结果不能满足实际要求，运行不长时间后，氧化锌电阻就大量被击穿。
●配备的ZnO阻群的能容过小，不能满足机组释放储能的需要。
我们对上述存在的问题经过分析研究和实践，在利用氧化锌压敏电阻进行灭磁及过电压保护方面取得了新的进展：●用移能型磁场开关取代吸能型磁场开关。
这种开关在灭磁时基本不吸收磁场能量，而是依靠迅速建立足够的弧压开通氧化锌电阻吸能。
●打破了原有的思维模式，用新的设计思想均能理论（通过微机技术来实现）取代均流理论。
●提高氧化锌的质量、单片能容、降低氧化锌的漏电流指标。
●合理配制氧化锌群体的总体能容，保证有足够的能量裕度。
●采用专利技术对每组氧化锌阀片实行改苯护套加环氧压板双层密封措施。
目前，此产品已在国内三百多个厂家近千台机组中安全运行，同时还被上百个电厂在二百多台机组的励磁系统改造方案中所采用。
二、产品型号三、产品结构HMGB 系列产品分为一次主电路和二次控制、信号电路两大部分（主回路框图见图1）。
通常安装在标准开关柜内独成一体，与外部联接简洁明了，运行可靠，检修、维护方便。
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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。
双断口磁场断路器配高能氧化锌非线性电阻灭磁存在的问题与改进建议邵显钧（葛洲坝水力发电厂湖北宜昌443002）【摘要】本文阐述双断口磁场断路器配高能氧化锌非线性电阻灭磁系统的工作原理、成功灭磁所必须具备的条件；以葛洲坝6号机组灭磁系统为例，分析该灭磁系统存在的问题，并就此提出一些改进建议。
【关键词】磁场断路器非线性电阻灭磁断口电压能量转移误强励The existing perplexities of the Dualpole Field Breaker with High Energy Nonlinear ZnO Resistor and its’s improving proporsalsAbstract This article describes the working principle of the Dualpole FieldBreaker with High Energy Nonlinear ZnO Resistor, and the essencial conditions for successsful deexcitation , Take the No.6 generating unit of GZB Hydro-electric Power Plant as an example, this article analyzes the existing preplexities of the deexitation system, and according to these problems,some improving proporsals are offeredKeywords field breaker, nonlinear resistor, deexcitation, voltage of thepole, energy transfer,1．问题的提出目前，双断口磁场断路器配高能氧化锌非线性电阻灭磁系统，越来越广泛的应用在水轮发电机组转子回路，以满足同步发电机快速灭磁的要求。
课程论文/研究报告
课程名称：水力机组控制
任课教师：
论文/研究报告题目：
非线性电阻灭磁原理及阀片的配置原则
完成日期：2013 年11 月13 日
学科：水利工程
学号：
姓名：
非线性电阻灭磁原理及阀片的配置原则
摘要：
本文叙述了非线性电阻灭磁的原理，及实际应用中非线性电阻阀片的合理配置原则。
关键词：非线性电阻，氧化锌阀片，过电压，保护
前言：
在同步发电机的运行过程中，由于种种原因，可能会是励磁装置的主要部件和发电机的转子励磁绕组中呈现过电压。
这些过电压往往会对励磁装置和同步发电机本身构成较大的危害，因此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。
其中，励磁系统最常见的过电压为灭磁过电压，本文针对灭磁过电压进行了分析，着重叙述了非线性电阻灭磁方法及非线性电阻灭磁时非线性电阻阀片的配置原则。
1、灭磁过电压及其保护
图1.1 灭磁等效电路
励磁系统最常见的过电压为灭磁过电压。
灭磁过电压是指当励磁电源断开时，
励磁绕组的大电感释放能量所产生的高电压,此过电压值为。
这个电压值如超过励磁回路绝缘允许值，就要发生绝缘击穿。
为避免发生这种现象,就要正确处理灭磁速度和过电压之间的矛盾。
理想灭磁条件是：在保证灭磁过电压不超过转子励磁绕组容许值的前提下，
励磁电流保持最大速度衰减，直到灭磁过程结束。
发电机灭磁工况有空载灭磁、事故甩负荷灭磁等。
灭磁过电压保护的设计首先需要对可能出现的各种故障下的灭磁进行磁场能量的计算，最大灭磁能量计算的准确是灭磁装置设计的关键,灭磁时间的快慢是判断灭磁装置优劣的关键指标。
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。
目前，应用广发的是非线性电阻灭磁。
非线性电阻灭磁目前有两种构成方式，一种是利用碳化硅（SiC）非线性电阻构成的，另一种是利用氧化锌（ZnO）非线性电阻构成。
两者的基本工作原理相同。
前者非线性系数0.4～0.8,后者为0.04～0.08,相比之下前者换流电压较低,但泄漏大,易发热,相应灭磁时间略长于后者；氧化锌泄漏电流小，导通后电压恒定,伏安特性极其优越，且体积小，能容大，灭磁条件理想，虽然导通电压较碳化硅材料高，但仍能满足转子绝缘水平要求。
下面以ZnO型为例进行分析。
图1.2 非线性电阻灭磁原理图
灭磁的原理如图1.2所示，其中i为转子中的电流、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，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，在满足Uk≥Uo+UR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。
2、非线性电阻阀片配置
图2.1 实际应用中的非线性电阻灭磁方法
实际应用中，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通过串并联跨接于转子绕组两端，如图2.1所示。
在实际非线性电阻灭磁装置设计时，除了需要对可能出现的各种故障下的灭磁进行磁场能量的计算，准确计算出最大灭磁能量，为阀片容量的选择奠定依据。
另外一个较为关键的技术在于并联后各种阀片能否均匀地分担磁场总能量。
目前国内生产的氧化锌单只阀所能承受的极限能量是15KJ-25KJ,而大型发电机励磁绕组中存贮的能量是几百万焦耳。
因此必须采用大量的氧化锌阀片进行串并联组合以提供足够的能容。
由于氧化锌阀片间存在着固有的离散性,因此保证氧化锌阀片串、并联组合的均衡性，是氧化锌阀片串并联组合技术的关键。
高能氧化锌阀片是能量元件,造成阀片损坏的主要原因就是能量超过极限而引起的热击穿,贯穿出一个弹孔状小孔,孔壁上呈现出极低的电阻形成该元件片的短路。
几百只氧化锌元件中只要有一只承受不住能量的冲击而短路,该元件所在的支路的所有元件都会随之击穿,引起一条支路的短路,转子的磁场能量在这个短路点释放,燃起很大的电弧将装置烧毁。
所以氧化锌串并联组合技术是保证灭磁柜质量的关键,只要每条支路吸收的能量比较均匀,就不至于引起热击穿损坏。
实际应用中，通过采用均能配片的方法进行阀片的串并联。
所谓均能配片就
是在测试、选配、组合氧化锌阀片时通过计算机计算出实际等效灭磁支路应承受的能量,按设计给定误差范围,配出每一支路的氧化锌阀片。
在进行均能配片时，可通过串联控制阀片电压的分散度,并联控制阀片在灭磁过程中吸收能量均衡性,
综上所述，一个品质优良的非线性电阻灭磁装置，应具备以下几点：
(1)灭磁能量的精确计算
(2)阀片正确的测试方法和精度
对阀片不仅测其一点或几个点,应对阀片作全电流的测试,即对 100安培以下的各点的电流电压值作快速密集的采样,将采样到的几百对数据由计算机作拟合曲线处理。
(3)数据采集系统必须保证有足够的精度
(4)用均能的原则对阀片进行合理的组合匹配
图2.2 熔断器的配置
需要说明的是，即使做到上面几点，也不可能保证灭磁装置在运行中不被烧毁。
这是因为除了有的阀片达到临界能量冲击寿命外,阀片即使在有密封处理后也可能受潮发生沿面爬电击穿。
为使灭磁装置在个别支路发生故障时也能可靠灭磁,唯一的保证就是各个支路上装有特制的熔断器，如图1.4所示RD。
熔断器的熔断时间必须小于 2s,熔丝电压要有足够的高，这样可以将故障支路短路电流快速迫入其它支路,故障支路被切除。
此时，灭磁装置仍可以可靠的灭磁。
