励磁系统灭磁及过压保护2003

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。其作用原理是，灭磁时，当主触头断开后产生一过电压，将使与发电机励磁绕组并联到非线性灭磁电阻导通，由此电阻消耗发电机的磁

场能量。如灭磁电阻采用线性电阻，灭磁过程更为简单，只预先合弧触头，然后打开主触头即可完成灭磁。

众所周知，当发电机采用全控整流桥式线路时，还可以利用逆变方式将发电机的磁场能量反馈到发电机定子侧，供电交流电源为恒定值（如交流励磁机方式）时，这种逆变灭磁作用非常有效。但是对自励励磁系统，随灭磁的加速，发电机的电压随之下降，作用于逆变回路的反电压亦随之降低，将影响逆变灭磁的衰减。由于逆变电气灭磁的加入，可在一定程度上减轻机械灭磁开关的负担。 此外，应用在水轮发电机和汽轮发电机励磁系统中的灭磁方式，亦有很大的差异。

对于水轮发电机组，由于转子本体的阻尼作用较小，在灭磁时励磁回路中的磁场能量几乎为灭磁装置全部吸收，为此，在灭磁开关容量选择上，一般要偏大些。

当发电机采用直流励磁机励磁方式时，灭磁开关多设在主励磁回路中，并采用线性电阻灭磁方式。 如水轮发电机采用交流励磁机或自励晶闸管励磁系统，则灭磁方式多采用非线性电阻灭磁，并多和逆变灭磁配合使用。

对于汽轮发电机，鉴于转子本体具有很强的阻尼作用，有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，为此，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，而不能使蓄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，得不到快速灭磁的效果。为此，对于大型汽轮发电机多采用简化的灭磁方式：

（1）对于无刷励磁系统，因无法在发电机励磁绕组回路中接入灭磁开关，故只能在交流励磁机励磁绕组侧进行灭磁，而发电机励磁回路则经旋转整流器按相应发电机时间常数进行自然灭磁。如引进美国西屋公司技术生产的国产330MW及600MW汽轮发电机组即采用这种灭磁方式。

（2）对采用交流主、副励磁机的静止励磁系统，国外均以在交流主励磁机励磁回路设置灭磁开关作为典型灭磁方式。国内则多以在发电机主励磁回路设置两或三断口灭磁开关及线性灭磁电阻作为主要灭磁方式。

（3）对静止励磁系统，国外采用了如下几种灭磁方式：

1）断开晶闸管整流器交流侧电源中性点进行灭磁，如美国GE公司所生产的Generrex-PSS励磁系统，在灭磁时将由P线棒供电的励磁变压器的中性点断开，使晶闸管整流器失去交流电源，实现灭