專利名稱：大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁電路的設(shè)計，屬于電力系統(tǒng)勵磁控制技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
近年來我國電源建設(shè)可謂突飛猛進(jìn)，在建發(fā)電機(jī)機(jī)組的單機(jī)容量迅速提高，發(fā)電 機(jī)的額定勵磁電壓、勵磁電流越來越大，對發(fā)電機(jī)的滅磁也相應(yīng)地提出了越來越高的要求; 同時為了提高效率降低發(fā)電成本，電廠少人值班正成為一種趨勢，這就對電廠的各種設(shè)備， 特別是對諸如勵磁此類實(shí)時控制設(shè)備的可靠性以及滅磁裝置的少維護(hù)甚至免維護(hù)同樣提 出了越來越高的要求。對于發(fā)電機(jī)滅磁裝置而言，既要求其能夠滿足各種工況下的可靠滅 磁(特別是空載誤強(qiáng)勵和負(fù)載機(jī)端三相短路兩種工況)，又要求其使用簡單、維護(hù)方便，為 此對現(xiàn)有的滅磁方案做對比研究，并探尋更好的滅磁方案是非常必要的，對電力系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行亦具有重大意義。近年來，隨著發(fā)電機(jī)機(jī)組容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁也 實(shí)現(xiàn)了從耗能型向移能型轉(zhuǎn)變，從線性滅磁轉(zhuǎn)化為非線性滅磁。目前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁回路常用的電氣原理示意圖如

圖1，虛線框中為線性電阻或 非線性電阻。經(jīng)可控硅全控整流橋SCR整流輸出的勵磁電流經(jīng)過滅磁開關(guān)FMK以及與發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子Wf并聯(lián)的滅磁回路(虛線框中所示)后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子WF。線性與非線性滅磁各有優(yōu)缺點(diǎn)。線性滅磁簡單可靠，使用維護(hù)都非常容易；而其缺 點(diǎn)也很明顯，滅磁速度慢，滅磁拖尾嚴(yán)重，而且當(dāng)考慮最嚴(yán)重工況下滅磁時有可能產(chǎn)生威脅 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣的過電壓、嚴(yán)重影響滅磁開關(guān)的順利換流。它只適用于中小型發(fā)電機(jī)以及 有較強(qiáng)阻尼作用的汽輪發(fā)電機(jī)滅磁。我國廣泛采用的高能低場強(qiáng)氧化鋅非線性電阻滅磁，由于其殘壓比一般都在1. 5 以內(nèi)，在整個滅磁過程中近似可以看成恒壓滅磁，大大地加快了發(fā)電機(jī)的滅磁速度；但這種 電阻一方面有老化的問題，它的壽命一般在10年左右，另一方面在受潮以及久置以后其特 性容易發(fā)生改變；特別地，隨著滅磁次數(shù)的增加、使用年限的加長，不同并聯(lián)支路氧化鋅閥 片的特性發(fā)生變化，其均流/均能特性將越來越差，如果不定期檢查將給發(fā)電機(jī)在比較惡 劣工況下的滅磁留下隱患，這樣就大大增加了維護(hù)工作量。碳化硅非線性滅磁是介于線性滅磁和氧化鋅非線性滅磁之間的一種滅磁形式，雖 然它沒有老化問題，但由于碳化硅電阻的殘壓會隨著流過它的電流上升而上升，在較嚴(yán)重 的工況下滅磁時，可能會因?yàn)闇绱懦跏茧娏魈蠖诎l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生威脅到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 絕緣的過電壓，同時也給滅磁開關(guān)的換流帶來困難。并且我國目前沒有生產(chǎn)用于發(fā)電機(jī)滅 磁的碳化硅閥片的廠家，其采購極其不便，而且價格較高，備品也缺乏保證。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既滿足大容量發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子耐壓要求又能夠?qū)崿F(xiàn)快速滅磁的滅磁電路。
3[0008]為了達(dá)到以上的目的本實(shí)用新型提供的大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路，并聯(lián)接入發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，其包括非線性電阻、線性電阻、滅磁開關(guān)，其特征是所述非線性電阻與發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)，所述線性電阻與滅磁開關(guān)常閉觸頭串聯(lián)后與電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)。該滅磁方案可以很好地滿足發(fā)電機(jī)在各種工況下快速滅磁的需要。當(dāng)發(fā)電機(jī)初始 滅磁電流不是非常大時，滅磁等同于線性滅磁，由于線性電阻的阻值選得比較大，滅磁速度 大大加快，完全可以滿足快速滅磁的要求；當(dāng)初始滅磁電流較大時，并聯(lián)非線性電阻的分流 作用將協(xié)助實(shí)現(xiàn)快速滅磁，并且其限壓特性可以把轉(zhuǎn)子電壓限制在安全范圍內(nèi)。一般來說， 滅磁很少發(fā)生在空載誤強(qiáng)勵或者發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路這樣惡劣的工況下，故發(fā)電機(jī)初始滅 磁電流一般不會很大，非線性電阻參與滅磁的工況非常少，其老化問題得到解決，維護(hù)工作 量減小。此外，非線性電阻一方面在嚴(yán)重工況下協(xié)助快速滅磁，另一方面可起到非全相等工 況下轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)功能。針對滅磁速度要求更高的場合，本實(shí)用新型還提供如下改進(jìn)方案前述的大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路還具有一個與所述線性電阻并聯(lián)的輔助滅磁電 路，所述輔助滅磁電路包括串聯(lián)連接的輔助線性電阻、可控硅、熱敏電阻，所述可控硅由跳 滅磁開關(guān)命令控制，所述熱敏電阻兩端并聯(lián)一滅磁輔助接觸器，所述滅磁輔助接觸器受控 于線性電阻和輔助線性電阻的并聯(lián)支路電流繼電器。其中，并聯(lián)支路電流繼電器的動作值根據(jù)線性電阻和輔助線性電阻的配置來整 定，即當(dāng)電流小于整定值時，電流繼電器不動作，輔助開關(guān)斷開，當(dāng)電流大于整定值時，電流 繼電器動作，輔助開關(guān)接通；可控硅由跳滅磁開關(guān)的命令控制，其控制脈沖的寬度為1秒左 右。滅磁初始時電流較大，滅磁輔助接觸器是閉合的，而且可控硅在跳滅磁開關(guān)的脈沖觸發(fā) 下導(dǎo)通，此時滅磁等效于第一種方案。當(dāng)滅磁的初始電流較小時(此值由電流繼電器的整 定值確定)，可控硅雖然處于開通狀態(tài)，但由于滅磁輔助接觸器已經(jīng)打開，流經(jīng)輔助線性電 阻支路的電流很快使得熱敏電阻的溫度上升，從而使得流經(jīng)可控硅的電流不足以維持它的 持續(xù)導(dǎo)通而關(guān)斷，則此時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的滅磁速度由線性電阻確定。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。圖1為現(xiàn)有發(fā)電機(jī)滅磁回路原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)滅磁電路實(shí)施例1的電氣原理示意圖。圖3發(fā)電機(jī)滅磁過程線性、非線性電阻中電流的變化過程圖。圖4為本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)滅磁電路實(shí)施例2的電氣原理示意圖。圖5為實(shí)施例1滅磁仿真波形。圖6為純線性電阻滅磁仿真波形。圖7為實(shí)施例2滅磁仿真波形。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)施例的大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路如圖1所示，并聯(lián)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，其 包括非線性電阻FR、線性電阻R1、滅磁開關(guān)FMK，非線性電阻FR與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子WF并聯(lián)，線性電阻R1與滅磁開關(guān)常閉觸頭FMK-1串聯(lián)后與電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)。通過增加線性電阻的阻值(一般取5倍或略小于5倍的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻)來加快 發(fā)電機(jī)滅磁時滅磁速度，同時為了把滅磁時轉(zhuǎn)子電壓最大值限制在安全范圍內(nèi)，在線性電 阻的兩端并聯(lián)許多組10mA殘壓為發(fā)電機(jī)額定勵磁電壓的5倍左右的非線性電阻。這樣，在 滅磁初始電流小于1. 1倍發(fā)電機(jī)額定電流時，滅磁任務(wù)完全由線性電阻承擔(dān)；而當(dāng)滅磁初 始電流大于發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)額定勵磁電流時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流中比額定電流稍大的部分通 過線性電阻，其余部分的電流由非線性電阻承擔(dān)(如圖3所示)。當(dāng)發(fā)電機(jī)初始滅磁電流不是非常大時，滅磁等同于線性滅磁，由于線性電阻的阻 值選得比較大，滅磁速度大大加快完全可以滿足快速滅磁的要求；當(dāng)初始滅磁電流較大時， 并聯(lián)非線性電阻的分流作用將協(xié)助實(shí)現(xiàn)快速滅磁，并且其限壓特性可以把轉(zhuǎn)子電壓限制在 安全范圍內(nèi)。實(shí)施例2對滅磁速度要求更高的場合，還可以采用圖4所示的改進(jìn)回路。在例1的基礎(chǔ)之 上增設(shè)一個與線性電阻R1并聯(lián)的輔助滅磁電路，輔助滅磁電路包括串聯(lián)連接的輔助線性 電阻R2、可控硅SCR1、熱敏電阻PTC，可控硅SCR1由跳滅磁開關(guān)命令控制，熱敏電阻PTC兩 端并聯(lián)一滅磁輔助接觸器冊，滅磁輔助接觸器受控于線性電阻和輔助線性電阻的并聯(lián) 支路電流繼電器(圖中未畫出)。對于同一發(fā)電機(jī)組而言，圖4中R1、R2并聯(lián)阻值與圖2中 的R阻值相同。其中的動作值可以根據(jù)R1和R2的配置來整定，即當(dāng)電流小于整定值時，電流 繼電器不動作，輔助開關(guān)斷開，當(dāng)電流大于整定值時，電流繼電器動作，輔助開關(guān)接通；可控 硅SCR1由跳FMK的命令控制，其控制脈沖的寬度為1秒左右。滅磁初始時電流較大，是 閉合的，而且SCR1在跳FMK的脈沖觸發(fā)下導(dǎo)通，此時滅磁等效于圖2。當(dāng)滅磁的初始電流 較小時(此值由電流繼電器的整定值確定)，可控硅SCR1雖然處于開通狀態(tài)，但由于輔助 接觸器已經(jīng)打開，流經(jīng)R2支路的電流很快使得熱敏電阻PTC的溫度上升，從而使得流經(jīng) SCR1的電流不足以維持它的持續(xù)導(dǎo)通而關(guān)斷，則此時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的滅磁速度由R1確定。本說明書的兩個實(shí)施例中的涉及的非線性電阻均采用氧化鋅非線性電阻。標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定“采用氧化鋅非線性電阻的滅磁裝置，應(yīng)滿足下列要求滅磁過程中，勵磁繞組反向電 壓一般不低于出廠試驗(yàn)時勵磁繞組對地試驗(yàn)電壓幅值的30%，不高于50%”;過壓保護(hù)“動 作電壓最高瞬時值應(yīng)低于功率整流橋的最大允許電壓，且最大不得超過出廠試驗(yàn)時勵磁繞 組對地耐壓試驗(yàn)電壓幅值的70 % ”； “汽輪機(jī)強(qiáng)勵狀態(tài)下滅磁時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓不應(yīng)超過 6倍額定勵磁電壓值，應(yīng)低于轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作電壓”、“如裝設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝 置，則應(yīng)簡單可靠，動作電壓值應(yīng)高于強(qiáng)勵后滅磁和異步運(yùn)行時的過電壓值，應(yīng)低于轉(zhuǎn)子繞 組出廠工頻耐壓試驗(yàn)幅值的70%”。由于發(fā)電機(jī)在額定工況下運(yùn)行，機(jī)端突然三相短路時滅磁在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生 的過電壓達(dá)到最大，所以線性電阻的阻值以及與之并聯(lián)的氧化鋅非線性電阻殘壓和并聯(lián)之 路數(shù)的選擇應(yīng)該以發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的電壓不高于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的值 即可。以水輪發(fā)電機(jī)為例，如取線性電阻的阻值為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的5倍，非線性電阻 10mA殘壓為發(fā)電機(jī)額定勵磁電壓的3倍，非線性電阻的殘壓比為1.45。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)在機(jī)端三相短路時，滅磁電流可能達(dá)到的最大值為發(fā)電機(jī)額定勵磁電流的3倍(IEC C37. 18)， 為滿足標(biāo)準(zhǔn)對滅磁過電壓的要求則流過線性電阻的最大電流應(yīng)該控制在1. 1倍以下，此時 并聯(lián)氧化鋅支路能夠分擔(dān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子超過1. 1倍額定電流的部分(如圖3所示，對水電而 言約為1. 9倍額定勵磁電流)。由于此時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是瞬態(tài)值，其衰減速度很快，氧 化鋅閥片吸收的能量并不是很大，所以氧化鋅并聯(lián)支路數(shù)只需要考慮能夠通過最大滅磁電 流即可。由于氧化鋅只在1. 1倍發(fā)電機(jī)勵磁電流以上時才參與滅磁，從而大大地減少了氧 化鋅滅磁的次數(shù)和時間。對于火電機(jī)組沒有必要過度追求發(fā)電機(jī)勵磁電流的衰減，所以線性電阻的阻值一 般取2到3倍發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻即可。但需要注意，火電機(jī)組的最大滅磁電流的初始值可能 達(dá)到額定勵磁電流的4-5倍(IECC37. 18)，所以在選擇并聯(lián)的氧化鋅支路時須加以考慮。現(xiàn)以三峽右岸ALST0M機(jī)組參數(shù)為例進(jìn)行仿真，機(jī)組主要參數(shù)為Sn = 777. 8MVA, cos a = o. 9,Uf = 505V, If = 3781A, IfO = 2154A(空載)；xd = 0. 952/0. 822 (不飽和 / 飽和)，xd' = 0. 32，xd" = 0. 255，xq = 0. 473，xq〃 = 0. 255，x o = 0. 1208，T' dO = 10. 8，Td" = Tq" = 0. 04，r = 0. 119Q0仿真工況為負(fù)載額定穩(wěn)態(tài)時三相短路，0. Is跳 負(fù)荷開關(guān)同時聯(lián)跳滅磁開關(guān)。仿真中滅磁時間定義為滅磁開始至勵磁電流衰減到0. 1倍負(fù) 載額定的時間。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變 換形式的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路，并聯(lián)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，其包括非線性電阻、線性電阻、滅磁開關(guān)，其特征是所述非線性電阻與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)，所述線性電阻與滅磁開關(guān)常閉觸頭串聯(lián)后與電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路，其特征是還具有一個與所述線性 電阻并聯(lián)的輔助滅磁電路，所述輔助滅磁電路包括串聯(lián)連接的輔助線性電阻、可控硅、熱敏 電阻，所述可控硅由跳滅磁開關(guān)命令控制，所述熱敏電阻兩端并聯(lián)一滅磁輔助接觸器，所述 滅磁輔助接觸器受控于線性電阻和輔助線性電阻的并聯(lián)支路電流繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路，其特征是所述的非線性電阻為氧 化鋅非線性電阻。
專利摘要大型發(fā)電機(jī)組合滅磁電路，并聯(lián)接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，其包括非線性電阻、線性電阻、滅磁開關(guān)，非線性電阻與電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)，線性電阻與滅磁開關(guān)常閉觸頭串聯(lián)后與電機(jī)轉(zhuǎn)子并聯(lián)。當(dāng)發(fā)電機(jī)初始滅磁電流不是非常大時，滅磁等同于線性滅磁，由于線性電阻的阻值選得比較大，滅磁速度大大加快，完全可以滿足快速滅磁的要求；當(dāng)初始滅磁電流較大時，并聯(lián)非線性電阻的分流作用將協(xié)助實(shí)現(xiàn)快速滅磁，并且其限壓特性可以把轉(zhuǎn)子電壓限制在安全范圍內(nèi)；非線性電阻參與滅磁的工況非常少，其老化問題得到解決，維護(hù)工作量減??；此外，非線性電阻一方面在嚴(yán)重工況下協(xié)助快速滅磁，另一方面可起到非全相等工況下轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)功能。
文檔編號H02P9/12GK201601647SQ200920256519
公開日2010年10月6日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者孫素娟, 程小勇, 許其品, 赫衛(wèi)國 申請人:國電南瑞科技股份有限公司