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發電機滅磁系統分類及其原理
閱讀：4738 發布時間：2023-5-10同步發電機安全可靠的滅磁，不僅關系到勵磁系統本身安全，而且直接關系到整個電力系統安全運行。
發電機組正常停機時：逆變滅磁。
發電機組事故停機時：事故停機滅磁，即當發電機發生內部故障，在繼電保護動作切斷主斷路器時，要求迅速地滅磁； 在發電機發生電氣事故時，滅磁系統應迅速切斷發電機勵磁回路，并將儲藏在勵磁繞組中的磁場能量快速消耗在滅磁回路的非線性電阻中。
逆變滅磁：
利用三相全控橋的逆變工作狀態，控制角由小于90°的整流運行狀態，突然后退到大于90°的某一適當角度，此時勵磁電源改變極性，以反電勢形式加于勵磁繞組，使轉子電流迅速衰減到零的滅磁過程稱為逆變滅磁。這種滅磁方式將轉子儲能迅速地反饋到三相全控橋的交流側電源中去，不需放電電阻或滅弧柵，是一種簡便實用的滅磁方法。由于無觸點、不燃弧、不產生大量熱量，因而滅磁可靠。反電勢愈大，滅磁速度愈快。三相全控橋逆變時產生的反電勢與其交流側電源電勢成正比，因此反電勢的數值受到一定限制，同時為防止“逆變"而設的最大控制 max（或最小逆變角 min）的限制，也在一定程度上降低了反電勢。所以，單獨逆變滅磁，受交流電源電壓的限制，逆變滅磁時，勵磁電流雖直線下降，但逆變時所施加的反電勢數值比滅弧柵滅磁方式要小，因此電流衰減率較小，滅磁時間相對較長，但過電壓倍數也很低。
非線性電阻滅磁：
勵磁系統正常停機，調節器自動逆變滅磁; 事故停機，跳滅磁開關將磁場能量轉移到耗能電阻滅磁。當發電機處于滑極等非正常運行狀態時，將在轉子回路中產生很高的感應電壓，此時安裝在轉子回路中的轉子過電壓檢測單元A61模塊將檢測到轉子正向過電壓信號，馬上觸發V62可控硅元件，將耗能電阻單元FR并入轉子回路，通過耗能電阻的吸能作用，將產生的過電壓能量消除；而轉子回路的反向過電壓信號則直接經過V61二極管接入耗能電阻吸能，以確保發電機轉子始終不會出現開路，從而可靠地保護轉子絕緣不會遭受破壞。由于這種保護的存在，轉子繞組會產生相反的磁場，抵消定子負序電流產生的反轉磁場，以保護轉子表面及轉子護環不至于燒壞。
滅磁電阻的作用
發電機的勵磁繞組就是一個具有較大電感的線圈，在正常情況下，勵磁電流在發電機轉子上產生較強的磁場。當發電機內部故障時，需要迅速切斷勵磁電流，除去發電機的磁場，以免事故擴大。但是，用開關直接切斷這種具有較大電感的電路中的電流是很困難的。因為直接切斷勵磁電流會在勵磁繞組的兩端產生高電壓，可能燒壞開關觸頭。因此，在切斷勵磁回路前，首先在轉子兩端并聯接入滅磁電阻，這樣再切斷勵磁回路時，滅磁電阻就可迅速吸收勵磁繞阻的磁能，減緩轉子電流變化速度，達到降低轉子自感電動勢，起到抑制轉子過電壓和滅磁的目的。
滅磁電阻的投退不是在發電機并列或解列時，而是在發電機起勵建壓之前要將滅磁電阻從轉子回路中斷開，在發電機滅磁時將滅磁電阻投入并在轉子線圈兩端。
1分類及原理
1.1按開關功能分：
耗能型滅磁：滅磁開關將磁場能量消耗掉
移能型滅磁：滅磁開關不消耗磁場能量， 磁場能量由專用的滅磁電阻來消耗
1.2按開關位置分：
直流滅磁開關滅磁：滅磁開關裝設在直流側
交流滅磁開關滅磁：滅磁開關裝設在交流側
跨接器滅磁：不使用滅磁開關而使用跨接器
1.3按滅磁電阻的種類分：
氧化鋅非線性電阻滅磁
碳化硅非線性電阻滅磁
2 直流開關滅磁原理為：
滅磁時，跳開直流開關MK，直流開關斷口產生電弧，電弧電壓與可控硅 SCR輸出的電壓疊加，與轉子的感應反電勢相等， 該反電勢同時加在滅磁電阻兩端
當UR大于滅磁電阻回路的轉子電壓時，滅磁電阻回路導通，消耗磁場能量而滅磁。
2.1 第一階段：
滅磁開關分閘、拉弧、建立轉子反電勢。在這個階段的初始時刻，滅磁開關主觸頭分斷，在觸頭之間產生直流電弧，并由電弧電流在吹弧線圈中產生吹弧磁力，從而使直流電弧拉長并進入滅磁開關的滅弧柵。由于直流電弧被拉長后其弧電阻增加，促使滅磁開關主觸頭兩端的電壓升高，直至達到非線性電阻的動作值。
由于滅磁開關分斷，發電機勵磁電流發生強烈變化，此時發電機轉子將因電流變化而產生反電勢，其反電勢的大小由轉子電感和勵磁電流的變化率所決定。當達到非線性電阻動作值時，由非線性電阻決定轉子的兩端電壓。
2.1 第二階段：非線性電阻換流、移能，轉子滅磁。
在這個階段的開始時刻，由于滅磁開關觸頭斷開引起的轉子反向過電壓使非線性電阻由阻斷變成導通，從而使原經過滅磁開關構成的勵磁電流通路轉換為由非線性電阻與轉子之間構成通路，進而使滅磁開關斷口熄弧，完成勵磁電流由滅磁開關向非線性電阻的換流。
完成換流以后，由于轉子能量并沒有消耗，故非線性電阻將維持導通狀態，直至將轉子的幾乎全部能量都轉移到非線性電阻之中，磁能變成熱能。
2.3直流開關滅磁條件
直流開關滅磁條件：必須保證在發電機任何工況下滅磁時，開關斷口弧壓與可控硅整流橋輸出的電壓疊加后的值，超過滅磁電阻導通電壓。
2.4 直流開關滅磁特點
優點：滅磁時無需外部邏輯配合，操作簡單。
缺點：對直流開關斷口弧壓要求較高，導致開關制造困難。
3 交流開關滅磁原理：
僅斷開交流滅磁開關AC。
3.1 通常三相全控整流橋工作，上下橋臂均各有1元件導通，如+A、-C,這時勵磁電流if經MKa、MKc流過，產生電弧（MKb無電流斷開）。過3.3ms(60°)＋B脈沖到，但因MKb斷開，無作用，再過60°，－A元件導通。這時if流過+A、－A，MKa、MKc息弧斷開。
非線性電阻不能投入，勵磁電流只靠轉子回路時間常數緩慢滅磁，不能快速滅磁。
在切斷交流側滅磁開關之前，先切除可控硅SCR觸發脈沖（簡稱封脈沖）。
當交流線電壓在正半波時
在交流線電壓的負半波時，滅磁電阻回路電壓最高，在交流線電壓的正半波時，滅磁電阻回路電壓低。
3.2 交流滅磁成功的必要條件是：
加在滅磁電阻回路的電壓大于該回路的轉折電壓，則滅磁電阻回路導通，勵磁電源回路續流的兩只元件因電壓反偏而截止，開關因斷口電壓低而熄弧。
在滅磁電阻回路轉折電壓一定的情況下，因交流線電壓負半波的作用，對開關弧壓的要求降低了。而在開關弧壓參數已定的情況下，滅磁電阻回路轉折電壓因交流線電壓負半波的作用而可整定到較高的數值，而獲得快速滅磁的效果。
3.3 交流滅磁條件
必須是可控硅全控整流橋而不能是二極管整流橋或帶續流二極管的可控硅半控整流橋。
必須在開斷交流滅磁開關AC的同時，可控硅整流橋的全部觸發脈沖。
3.4 交流滅磁優點
對滅磁開關斷口弧壓的要求大大降低。降低弧壓要求，也意味著降低斷路器的體積、重量和造價。
4 勵磁跨接器就是轉子過電壓保護裝置
4.1 其基本電路及其原理
一組正反向并聯的可控硅串聯一個放電電阻后再并聯在勵磁繞組兩段，當可控硅的觸發器電路檢測到轉子過電壓后，立即發出觸發脈沖使可控硅導通，利用放電電阻吸收過電壓能量。
跨接器的返回措施：當轉子過電壓大于跨接器動作值時，跨接器動作并將轉子電壓限制為放電電阻兩段的電壓，在此電壓的作用下，放電電阻將流過所要吸收的過電壓能量，如果需要吸收的過電壓能量大于放電電阻的極限能量，就必須采取措施，最常見的措施就是檢測放電電阻的電流，一旦這個電流大于設定值就跳閘滅磁，這種方法也是處理轉子異步過電壓的最好方法。當跨接器動作后轉子過電壓消失，放電電阻承受正常運行的轉子電壓，對于氧化鋅放電電阻來說，由于其正常轉子電壓下的漏電流很小，遠遠小于可控硅的維持電流，此時跨接器能可靠返回；對于碳化硅放電電阻來說，其正常轉子電壓下的漏電流很大，遠遠大于可控硅的維持電流，此時跨接器暫時不能返回，只有當轉子電壓變為零或者瞬時值變極性后才能返回。具體來說，正向過電壓動作后，轉子電壓等于零或者其瞬時值變為負值時才能返回；反向過電壓動作后，轉子電壓等于零或者其瞬時值變為正值時才能返回；為了防止碳化硅電阻跨接器動作后不能可靠返回，最常見的方法也是在跨接器回路裝設過電流檢測器，一旦電流長時間大于設定值就跳閘滅磁。也有資料顯示采取逆變的方法來保證跨接器的返回。
4.2 跨接器滅磁方案的原理：
勵磁回路中不設置滅磁開關，滅磁時先接通滅磁跨接器，后封可控硅整流橋的脈沖 。
4.3 跨接器滅磁方案的特點分析：
跨接器滅磁方案的優點：主回路無開關，結構簡單，可靠性高。
跨接器滅磁方案的缺點：跨接器回路的最大導通電壓不能高于交流線電壓的峰值，滅磁時間相對較長。
5 滅磁電阻
滅磁用電阻可以是線性電阻，可以是非線性氧化鋅滅磁電阻，也可以是非線性碳化硅電阻。
在汽輪發電機的滅磁中由于發電機轉子為實心轉子具有較強的阻尼作用，即使發電機勵磁繞組中的電流迅速衰減到零，但由于阻尼繞組中的電流不能迅速衰減，發電機的機端電壓并不能達到迅速衰減的目的，而且阻尼繞組中的電流是不可控的，所以在具有較強阻尼作用的發電機機組中多采用線性電阻滅磁。而對于阻尼作用較弱的發電機機組則多采用非線性電阻滅磁。
把感性的轉子勵磁繞組切換到放電電阻上防止開路產生的過電壓。利用放電電阻將磁場能量轉換為熱能，消耗于電阻上。目前經常采用非線性電阻（氧化鋅或碳化硅）來放電滅磁，大大提高了滅磁速度，滅磁曲線比較接近理想曲線，是目前應用廣泛的滅磁方式。
在水輪發電機的滅磁中，發電機轉子不為實心轉子，其阻尼作用不強，而且發電機在故障情況下的機端電壓升高很多，為有效降低事故擴大化，宜非線性滅磁。
6 滅磁開關
滅磁開關額定工作電壓： 應大于轉子上的最大工作電壓 ；
滅磁開關額定工作電流： 應大于轉子最大長期連續工作電流；
滅磁開關開斷電流能力： 應大于轉子強勵電流；
滅磁開關開斷電壓能力： 應大于滅磁電阻上電壓和可控硅整流橋輸出電壓之和。