[其他]一种发电机人工过零型灭磁装置

说明书

本实用新型属于电机控制技术领域。

大型同步发电机的快速灭磁保护装置是保证大型同步发电机安全运行的必需装置。在近代大型同步发电机转子回路中由于其转子储能及时间常数随单机容量不断增大，以及普遍采用了可控硅励磁电源，致使发电机快速灭磁保护的问题日益突出。目前国外一般的灭磁保护装置采用的是快速机械开关与碳化硅非线性电阻相配合的办法。典型线路如图1所示，其中的吸能元件为碳化硅非线性电阻，由于它的非线性伏安特性远远不如氧化锌非线性电阻理想，所以在灭磁过程中的动态特性与理想灭磁曲线相距较远。另外如果发电机单机容量进一步提高其直流快速机械开关在制造上也会遇到很大困难。在我国目前普遍采用的仍是自动灭磁的方法如图2所示。大量运行经验证明该型灭磁系统事故频繁，主要是自动灭磁开关烧毁，以致引起转子过电压击穿，造成重大经济损失。

本实用新型对现有灭磁技术加以改进研制出了两种类型的发电机人工过零型灭磁装置。

第一种：真空开关人工过零型，如图3所示。它以三相交流真空开关（3）为主通流开关，快速灭磁保护动作时先打开真空开关，然后触发放电控制器（4）（可以用触发间隙也可以用可控硅等等）将予充有电荷的换流电容器（5）向真空开关放电，强迫其中流过的电流以一定的电流下降速率抵零而开断，从而将可控硅励磁电源（2）与转子绕组（1）断开完成向氧化锌非线性电阻（8）的换流，并使得转子电流在氧化锌非线性电阻中以接近理想灭磁的速度哀减至零。真空开关直流开断技术已在受控核聚变工程中得到广泛应用，各元件参数的配合与选择这里不再详述。

第二种：可控硅二次换流人工过零型。从可控硅开关相对于转子励磁绕组的接线方式看又可分为并联型和串联型二种，其接线原理图如图4和图5所示。其中图4是可控硅串联二次换流人工过零型，图5是可控硅并联二次换流人工过零型。两种类型的灭磁装置的动作过程如下：正常运行中的励磁电流通过机械开关（3）流向励磁绕组，灭磁保护动作时首先断开机械开关（3），通过机械开关（3）的励磁电流IL自动转入可控硅开关（4）而成续流。继而辅助可控硅（6）受触发而导通，换流电容器（5）上的反向电压突施于（4）上，强迫流过（4）中的电流过零而关断，励磁电流IL对电容（5）继续反向充电，当电压达到氧化锌非线性电阻（8）的导通电压时（8）导通，IL转入（8）完成第二次换流。在（8）提供的反电势下IL迅速哀减。显而易见，等效地看来可控硅开关（4）只起一种静止式灭弧触头的作用，通流时间短暂，约为40～60ms，故无需外加任何冷却措施，且可过载。而机械开关则避开了对强感性负载的直接断流，因此开断过程中机械开关吸收的能量很少，实验测量的结果表明：每次开断机械开关的吸能仅为转子总储能的1％左右。这样就大大提高了机械开关的使用寿命，可以考虑设计成为频繁操作的装置，以便简化可控硅励磁电源，提高整个励磁系统的可靠性。换流电容（5）的予充电电源由发电机自激阳极电压通过变压器（13）和二极管（15）半波整流后提供。（6）和（4）的触发电源在机械开关（3）断开后由励磁回路自身提供，而无需任何辅助电源和弱电电子学元件，因而系统具有很高的抗干扰能力。主可控硅（4）关断的触发信号由主机械开关（3）的辅助常闭接触点发出，经30ms延时后（以保证主开关完全熄弧，IL全部转入（4））启动一只高压继电器的一对常闭，常开接点（9）、（10）即可触发（6）使（4）关断。另外为了防止（6）和（4）触发极承受反压在触发极回路中还各串有一个3000V，0.2A的小硅堆（11）、（12）。

对于并联型可控硅二次换流方案来说（见图5）在机械开关设计时应考虑能使其建立起足够高的弧电压。这样既使在（4）万一出现拒导通时，即一次换流失败的情况下也能够独立遮断励磁电流IL保证灭磁保护动作成功。如果万一发生可控硅开关关断失败以至二次换流失效励磁电流IL可通过主可控硅（4），自动转入续流灭磁，而不会产生任何严重后果，所以保护是多重性的，因而也会可靠的。

本实用新型与现有技术相比，由于氧化锌非线性电阻具有比碳化硅非线性电阻更为理想的伏安特性曲线，可使发电机的灭磁时间非常接近理想灭磁时间，同时由于使用了可控硅开关与机械开关相结合的办法开断直流降低了对机械开关的要求，提高了机械开关的寿命和装置动作的可靠性，因而可以满足现代大型同步发电机快速灭磁保护的要求。