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何为发电机励磁和自动灭磁开关（灭磁讲座之一）前言励磁陈小明溯江而上开博一年多，得到了许多朋友的厚爱和支持，特别是得到了励磁界朋友的肯定，本人既高兴又惶恐，一直想写一些励磁技术培训博客感谢大家。
在励磁网上的论坛里，发现发电机灭磁技术，特别是自动灭磁开关的技术问题很热门，故决定在这个辞旧迎新的日子里，首先开始灭磁技术讲座，阐述我个人对灭磁技术的理解，希望大家喜欢，希望大家评论和留言，或给我发邮件，互相学习和交流，共同进步。
2009年12月21日，我带着这个想法征求葛洲坝电厂黄大可老师的意见，他很支持，并且给了我一本他自己翻印的书，有了他的支持，更加增添了我的决心和信心，尽管我们在很多技术问题上看法不尽相同，但是对于传播励磁知识，都有一个火热的心。
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。
发电机灭磁断路器跳闸保护原理1. 引言1.1 发电机灭磁断路器跳闸保护原理发电机灭磁断路器跳闸保护原理是电力系统中非常重要的一部分，它能够在发电机出现故障时及时跳闸保护，确保系统的安全运行。
发电机灭磁断路器能够有效地保护发电机免受短路、过载等故障的影响，同时能够有效地保护发电机的绝缘系统不受损坏。
在电力系统中，发电机灭磁断路器的作用至关重要，它可以在发电机出现故障时迅速切断电路，防止故障扩大导致事故发生。
发电机灭磁断路器的工作原理是通过检测发电机的电流、电压等参数，当超出设定值时，断开电路以实现跳闸保护。
影响跳闸保护的因素包括电流大小、电压变化、温度等多种因素，需要进行综合考虑。
跳闸保护的应用范围非常广泛，不仅用于发电机，还可以用于输电线路、变电站等电力设备。
发电机灭磁断路器的重要性不言而喻，它是保障电力系统安全稳定运行的关键设备之一。
跳闸保护的可靠性直接关系到电力系统的安全性，因此需要不断改进技术，提高可靠性。
未来发电机灭磁断路器跳闸保护技术将继续发展，更加智能化、高效化，以满足电力系统日益复杂的运行需求。
2. 正文2.1 发电机灭磁断路器的作用发电机灭磁断路器是发电机保护系统中的重要组成部分，其作用主要包括以下几个方面：1. 防止发电机过热：发电机在运行过程中会产生大量的热量，如果发电机过载或短路等故障发生，可能会导致发电机过热，进而损坏发电机绕组。
灭磁断路器可以在发生故障时及时切断电路，避免发电机过热。
发电机灭磁断路器的作用是保护发电机系统安全稳定运行，防止发生损坏和事故，保障发电机可靠运行。
通过及时切断电路，灭磁断路器能够有效地保护发电机及其相关设备，提高发电机的使用寿命和运行效率。
2.2 发电机灭磁断路器的工作原理发电机灭磁断路器的工作原理是通过监测发电机的电流和电压状态，当发电机出现过载、短路或其他故障时，灭磁断路器会迅速跳闸，切断发电机与电网之间的连接，保护电网和发电机不受损坏。
具体来说，发电机灭磁断路器内部包含了电流传感器和电压传感器，它们监测发电机的电流和电压波形，当电流或电压超过设定的阈值时，灭磁断路器会触发跳闸动作。
同步发电机灭磁方法《同步发电机灭磁方法那点事儿》哎呀，说起同步发电机灭磁方法，这可有点像在解开一团乱麻，还得小心翼翼的呢。
我就记得有一次啊，我跟着师傅去一个发电厂瞅了瞅那些大发电机。
一进去，那场面，嚯！好多巨大的机器在嗡嗡作响，就像一群钢铁巨兽在低声咆哮。
我的目光一下子就被那几台同步发电机给吸引住了。
师傅说，这发电机要是出点啥毛病，灭磁可是个关键步骤。
我就看到那些发电机周围有好多复杂的线路和设备。
师傅告诉我，灭磁的方法其实有好几种呢。
一种就是采用线性电阻灭磁。
你看啊，这就好比是给电流找了一个平缓的下坡路，让它慢慢流走。
那个电阻就像一个小小的收费站，电流经过的时候就一点一点地消耗自己的能量，最后就没劲儿了，就像一个跑累了的小仓鼠，慢慢停下来。
在那个发电厂里，我看到连接电阻的线路都特别粗，师傅说这是因为要承受很大的电流呢，要是线细了，那可就像小水管接大水龙头，一下子就爆掉了。
还有一种灭磁方法是采用非线性电阻灭磁。
这可就有点神奇了。
非线性电阻就像是一个有个性的小卫士。
平常的时候，它对电流有点爱搭不理的，但是一旦电流太大，它就突然变得很“强硬”，像个大力士一样把电流的能量给吸收掉。
我当时就好奇地问师傅，这东西怎么这么神呢？师傅笑着说，这就跟人的脾气似的，平常看着温和，真到事儿上就不一样了。
我仔细瞧了瞧那些非线性电阻的设备，它们的形状有点怪，但是一看就很结实，感觉能顶得住很大的压力。
再说说灭磁开关灭磁这种方法吧。
这灭磁开关就像是一个大门的守卫。
当需要灭磁的时候，它就“啪”地一下把路给切断。
不过这切断也不是那么简单的事儿。
就像你关门的时候，如果太用力，可能会把门框给弄坏；如果太轻呢，门又关不严。
这灭磁开关切断电路的时候，也要掌握好那个度。
我看到那灭磁开关的构造也很复杂，有好多小零件，师傅说每个小零件都有它的作用，就像一个小团队一样，缺了谁都不行。
从那次去发电厂参观之后，我就对同步发电机灭磁方法有了更深的印象。
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。
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。
在线性恒值和非线性电阻灭磁系统中，灭磁开关不全部承受耗能任务，磁场能量主要消耗在线性和非线性电阻端，故此类系统可称为非耗能型或转移型灭磁系统。
就近年来的发展趋势而言，非耗能型的线性和非线性电阻灭磁系统获得了广泛的运用。
第二节线性电阻灭磁过程中的一对矛盾——灭磁速度及转子过电压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。
从国外某大型水电站，曾因主变压器至升压站的500KV电缆故障，致使整个电缆廊道烧毁，造成巨大的经济损失。
国内的大型水轮发电机也有因不能快速灭磁而造成主变压器或发电机大规模烧损的情况发生。
早期采用的灭磁电路如图5-1所示，若灭磁开始，发电机定子开关已跳，并且不考虑阻尼的作用，则灭磁过程中发电机励磁电流：图5-1 早期线性电阻灭磁电路i I e L Lt T M=-(5-1) 式中：i L——灭磁过程中发电机的励磁电流；I L——灭磁开始瞬间发电机的励磁电流；T M——灭磁时间常数。
TLRRMLM=+(5-2)式中：L——发电机励磁绕组的电感；R L——发电机励磁绕组的电阻值；R M——灭磁电阻值。
在灭磁开始瞬间励磁绕组两端的过电压为：U I RLM L M=(5-3)在电力系统故障时，励磁系统要进行强励，设灭磁开始时励磁已上升顶值，则有I K IL Le=⋅(5-4)式中：I L——灭磁开始时的励磁电流；K——励磁倍数，通常K=1.8～2；I Le——发电机的额定励磁电流。
将式（5-4）代入式（5-3）可得:U K I R K RRU KK ULM Le MML Le M Le=⋅==(5-5)式中：U Le——发电机额定励磁电压；K M——灭磁电阻和励磁绕组电阻之比。
KRRMML=(5-6)由上可见，若要加快灭磁速度，则要加大R M，以减少灭磁时间常数T M，然而，R M加大，会使灭磁开始时的转子过电压升高，通常选K M=5，K=2，则灭磁过程中转子过电压可能达额定励磁电压的100倍，这样就形成了加快灭磁速度和减小灭磁时发电机转子过电压的矛盾。
怎样解决这一矛盾呢？仔细分析一下灭磁过程曲线（图5-2）即可发现在灭磁过程中只是开始时励磁绕组两端的电压很高，随着励磁电流的衰减，励磁绕组两端的电压在不断降低，这意味着励磁绕组中电流的衰减速度在不断变慢（U L di dtLL =），从而使整个灭磁过程变得很长。
我们若能使灭磁过程中励磁绕组两端的电压基本不变，则励磁电流将一直以较高的速度衰减，从而使整个灭磁过程大为缩短，这样就较好地解决了灭磁速度和转子过电压的矛盾。
即所谓理想灭磁。
利用燃弧栅灭磁，压敏电阻灭磁及它励系统中用逆变灭磁的特性均接近理想灭磁。
图5-2 线性电阻灭磁过程第三节利用燃弧栅灭磁的自动灭磁开关如图5-3所示，这种开关（国产型号DM2）是利用燃弧栅中的电弧作为灭弧过程中的耗能元件，燃弧栅将整个电弧分隔成一段段的短弧，据短弧极效应原理，短弧的压降基本恒定，这使灭磁过程中励磁绕组两端的电压基本不变，整个灭磁过程接近理想灭磁过程（图5-4）。
图5-3 采用燃弧栅灭磁开关灭磁的电路原理图图5-4 燃弧栅灭磁过程当发电机采用静止晶闸管励磁系统时，若采用燃弧栅灭磁开关灭磁，由于晶闸管整流桥和灭磁开关是串联的，晶闸管整流桥的工作状态将对灭磁过程和发电机转子过电压产生重大影响（图5-5）。
图5-5 静止可控硅励磁系统采用燃弧栅灭磁电路图在灭磁过程中，若整流桥处于逆变状态，即整流桥的输出电压为负值，则励磁绕组两端的电压U L等于灭磁开关灭磁电压U M和整流桥的输出电压U Z之和。
即：U U UL M Z=+(5-7)由于整流桥的输出电压会随着发电机电压及励磁电流的减小而降低，故整个灭磁过程中励磁绕组两端的电压有较大的变化，使转子过电压增加，整个过程离理想灭磁较远，而且整流桥的阳极电压越高，这种差别越大，如图5-6所示。
图5-6 整流桥逆变时的灭磁过程图5-7 整流桥强励时的灭磁过程在灭磁过程中，若整流桥处于强励状态，则励磁绕组两端的电压U L等于灭磁开关灭磁电压U M和整流桥的输出电压U Z之差。
即：U U UL M Z=-(5-8)这样的结果是使灭磁开始一段过程中，励磁绕组两端的电压U L较小从而使励磁电流的衰减变慢，灭磁过程延长（如图5-7）。
比较图5-6和图5-7不难看出，整流桥的工作状态对灭磁过程有很大的影响，并使灭磁过程偏离理想灭磁，晶闸管整流桥的阳极电压越高，这种差别也就越大。
这种情况在发电机发生空载误强励（发电机的端电压即整流桥的阳极电压可能升到额定值的1.5倍）时，显得尤为突出。
这时，励磁绕组两端的电压很低，灭磁过程会变得很长。
同时，灭磁过程中耗能元件（燃弧栅）吸收能量的很大一部分是由励磁电源提供的，这加大了耗能元件的负担。
产生这种结果的原因是由于励磁绕组，耗能元件灭磁开关和励磁电源（整流桥）三者是串联的，称串联灭磁，若将三者改为并联（图5-8）称并联灭磁。
当采用并联灭磁时，则上述问题可得到解决，用此方案灭磁时，励磁绕组中的能量消耗在DM的燃栅上。
这样使灭磁过程中转子绕组两端了电压基本不变，接近理想灭磁的要求。
这个方案中要求D和DM之间有较好的配合，目前正在研究之中。
图5-8 并联灭磁接线原理图第四节 利用压敏电阻灭磁一、压敏电阻目前用于灭磁的压敏电阻有碳化硅压敏电阻，和氧化锌压敏电阻，由于后者有压敏特性好，泄漏电流小，能容大等许多优点，在我国用得较多。
图5-9 压敏电阻灭磁接线图图5-10 压敏电阻的伏安特性所谓压敏电阻是指它的电阻值会随它两端的电压变化的电阻，即当它两端电压限低时，它呈高阻态，只有很小的电流（微安级）从中流过，但当它两端的电压高于某一数值时，它的电阻急剧降低，允许有很大的电流从中流过，图5-9、5-10表示了压敏电阻灭磁的接线图和它的伏安特性，在使用中，我们常用非线性系数β来表示压敏电阻压敏特性的好坏，定义：β=R R e c(5-9)其中： R U I c =为工作点的静态电阻； R dU dIc =为工作点的动态电阻。
显然，β越小，压敏电阻的压敏特性越好。
不难看出，压敏电阻的伏安特性类似于稳压二极管，但压敏电阻有双向稳压特性。
当大电流流过压敏电阻，由于它两端的电压也很高，故压敏电阻上要消耗大量的能量，使压敏电阻发热。
若流过压敏电阻的电流过大，或电流持续的时间过长，使压敏电阻上消耗的能量超过其极限允许值时，压敏电阻会击穿损坏，损坏后的压敏电阻呈短路状态。
通常把一次通流过程中压敏电阻上允许消耗的最大能量称为压敏电阻的能容量。
它是压敏电阻的主要性能指标之一。
二、能量问题压敏电阻在灭磁过程中，要吸收转子的磁场能量，而压敏电阻所能吸收的最大能量是有限制的。
若其吸收的能量超过它的容量，压敏电阻便会因过热而烧毁。
因此，准确计算发电机在各种可能运行方式下转子绕组储存的磁场能量，便成为适当地选取压敏电阻能容量的基础，在计算机上进行的大量计算表明，在发电机各种运行方式中，发生空载误强励时，压敏电阻上消耗的能量往往最大，我们可对此过程进行近似分析。
在发电机空载并忽略阻尼绕组作用的情况下，励磁绕组中储藏的磁场能量为：W L I L L =⋅122 (5-10)式中：I L ——励磁绕组中的励磁电流；L ——励磁绕组的电感；W L ——励磁绕组储藏的总能量。
当发电机工作在空载误强励时，这时还认为L 为常数，但当发电机发生空载误强励时，这时还认为L 为常数，会带来很大的误差，我们可以用下述方法来近似计算励磁绕组的磁场能量。
忽略励磁绕组的电阻，假定在灭磁过程中励磁绕组两端的电压恒定为U LM ，则有：U Wd dt cont LM L ==Φ （5-11）式中：U LM ——灭磁过程中励磁绕组两端的电压；ΦL ——励磁绕组的总磁通；W ——励磁绕组的匝数。
此式说明在灭磁过程中，励磁绕组中的磁通（即铁芯中的磁密）随时间作线性变化。
见图5-11（a ）。
这样励磁电流I L 随时间的变化将和发电机的空载特性曲线有相似的形状，相当于将发电机的空载特性曲线逆时针旋转90°，如图5-11（b ）、（c ）所示。
在整个灭磁过程中压敏电阻上消耗的总能量也就是灭磁前励磁绕组的总磁能。
即：W U I dt U I dt L M L t M L t ==⎰⎰0101（5-12）式中：U M ——励磁绕组两端的电压；I c ——励磁电流；W L ——励磁绕组的总磁能。
图5-11 灭磁过程曲线 （a ）磁通（b ）空载特性（c ）励磁电流显然，是图5-11（c ）中阴影线所示面积，即此面积正比于励磁绕组总磁能的大小，由于灭磁过程中I L 的变化和发电机所示的面积是相同的，所以，我们可采用发电机的空载特性曲线来估算励磁绕组在所研究状态下的总磁能。
