發(fā)電機(jī)滅磁分解

1、發(fā) 電 機(jī) 滅 磁發(fā)電機(jī)滅磁就是消滅發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量的過(guò)程， 它的主要目的是加快正常的停 機(jī)速度， 特別地， 當(dāng)降低因?yàn)榘l(fā)電機(jī)故障時(shí)可能導(dǎo)致的損壞， 把故障造成的損失減小到最小 程度。發(fā)電機(jī)的正常滅磁都應(yīng)該采用逆變滅磁， 只有事故時(shí)保護(hù)動(dòng)作才啟動(dòng)跳滅磁開(kāi)關(guān)等滅磁 方式， 甚至在許多大的機(jī)組的滅磁設(shè)計(jì)中， 當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組故障仍然首先采用逆變滅磁， 然后 再啟動(dòng)跳開(kāi)關(guān)滅磁的滅磁時(shí)序 。1滅磁方式的發(fā)展過(guò)程11 串聯(lián)耗能滅磁滅磁最初就是直接利用耗能開(kāi)關(guān)吸收發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的能量。 比如俄羅斯生產(chǎn)的耗能 開(kāi)關(guān)利用弧間隔燃燒來(lái)耗能。但是這種方式存在如下缺點(diǎn)：a. 體積大b. 不易維護(hù)c. 滅磁成功

2、與否取決于弧的形成d. 容易引起事故e. 產(chǎn)品根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)組容量需要特殊訂制，不易規(guī)?；?，系列化 由于這些缺點(diǎn)的存在，采用耗能開(kāi)關(guān)的滅磁方式逐漸被并聯(lián)移能滅磁方式代替。12 機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)移能滅磁機(jī)械開(kāi)關(guān)串聯(lián)于勵(lì)磁主回路、 滅磁耗能電阻并聯(lián)在轉(zhuǎn)子兩端是這類(lèi)滅磁的接線(xiàn)方式。圖 4-1 所示：圖 4-1 機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)滅磁ANSI/IEEEC37.18-1979 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一般機(jī)械開(kāi)關(guān)需要有至少一對(duì)主觸頭（ MK1 ）、一對(duì)滅磁常閉觸頭（ MK2 ）。 20 年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi) ZnO 電阻耗能在滅磁系統(tǒng)中的應(yīng)用，滅磁觸頭 也并非必要了。但值得注意的是，在不采用滅磁觸頭的滅磁系統(tǒng)中，需認(rèn)真核算 ZnO 的

3、滅 磁殘壓與荷電率。這類(lèi)滅磁方式在國(guó)內(nèi)是主要的滅磁方式。 主回路有明顯的開(kāi)斷觸頭， 在勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故 障時(shí)， 可以開(kāi)斷勵(lì)磁主回路，切斷故障源，快速地消滅發(fā)電機(jī)主磁場(chǎng)，將發(fā)電機(jī)損失控制在最小范圍內(nèi)。目前使用的機(jī)械開(kāi)關(guān)主要有DM2 、DM4 、DMX 、E3H、E4H、UR、PHB 、MM74 、 CEX 等。這類(lèi)滅磁方式的主要問(wèn)題是滅磁開(kāi)關(guān)選型比較困難。小機(jī)組選大的開(kāi)關(guān)，成本比較高； 選小開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足不了工況要求；大型尤其是巨型水力發(fā)電機(jī)機(jī)組開(kāi)關(guān)選擇更為困難。13 電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)移能滅磁前些年， 國(guó)內(nèi)一些廠家將滅磁開(kāi)關(guān)建壓任務(wù)轉(zhuǎn)移到電力電子器件上來(lái)。其原理是利用電4-2：容的放電過(guò)程，使可控硅的電流降

4、到零，并形成反壓使之關(guān)斷。具體回路如圖圖 4-2 電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)滅磁這類(lèi)方式下開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間短， 因此開(kāi)關(guān)在開(kāi)斷過(guò)程中所需遮斷能容就小， 并且建壓速度 快，利于快速滅磁。但其缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)動(dòng)作的可靠性取決于電子回路工作的可靠性。與機(jī)械開(kāi)關(guān)比較它沒(méi)有觸頭磨損， 易于維護(hù)， 成本也低。 但目前在大電流系統(tǒng)中不宜采 用。它存在兩個(gè)問(wèn)題：發(fā)熱問(wèn)題及器件選型問(wèn)題。 然而值得注意的是， 隨著電力電子器件的 快速發(fā)展， 高電壓大電流的全控器件也會(huì)在不久投入商業(yè)運(yùn)行。 電力電子器件將在滅磁中發(fā) 揮更大的作用。但是長(zhǎng)期通流帶來(lái)的發(fā)熱仍是采用這種方法需解決的首要問(wèn)題。為克服上述兩種滅磁方式的缺點(diǎn)，人們開(kāi)始在材料科學(xué)領(lǐng)域探

5、索，尋找一種既不發(fā)熱， 又可以建壓的材料。將 PTC 電阻或鉬棒與開(kāi)關(guān)并聯(lián)，利用材料在溫度升高時(shí)電阻急劇增加 的特點(diǎn)， 建立比較高的電壓， 打通滅磁電阻回路， 實(shí)現(xiàn)滅磁。 也可以采用超導(dǎo)材料串入回路， 在需要滅磁時(shí)使超導(dǎo)材料失超。 但是若要建立比較高的電壓， 超導(dǎo)體的長(zhǎng)度相應(yīng)比較長(zhǎng)， 體 積比較大。由于以上滅磁方式的缺陷， 業(yè)內(nèi)人士希望能夠?qū)⒖煽毓枵鳂蛑苯雨P(guān)斷， 將機(jī)械開(kāi)關(guān)移至勵(lì) 磁變低壓側(cè)。 這樣解決了勵(lì)磁系統(tǒng)具有明顯開(kāi)路點(diǎn)的問(wèn)題、 又解決了機(jī)械并聯(lián)滅磁方式開(kāi)關(guān) 難選擇的問(wèn)題。14 交流滅磁與水輪發(fā)電機(jī)相比，滅磁對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)要相對(duì)容易一些。主要因?yàn)檗D(zhuǎn)子電感值較小， 阻尼繞組作用比較明顯，

6、 因此交流滅磁在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用較多。 交流滅磁是將直流 開(kāi)關(guān)難開(kāi)斷、難建壓的問(wèn)題轉(zhuǎn)移到勵(lì)磁源的交流側(cè)。如圖4-3。圖 4-3 交流滅磁接線(xiàn)圖圖 4-4 交流滅磁勵(lì)磁電壓錄波圖交流滅磁是利用可控硅陽(yáng)極電源負(fù)半周輔助實(shí)現(xiàn)的一種滅磁方式， 交流滅磁勵(lì)磁電壓波 形如圖 4-4 所示。 滅磁開(kāi)關(guān)既可以安裝在交流側(cè)也可以安裝在直流側(cè)， 但都必須配合封脈沖 的措施 （由于交流滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)過(guò)程中同步電源缺相而導(dǎo)致的自動(dòng)封鎖脈沖等效于封脈沖），否則都不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。當(dāng)滅磁開(kāi)關(guān)裝在交流側(cè)時(shí)， 可以利用在滅磁開(kāi)關(guān)打開(kāi)的過(guò)程中一相無(wú)電流而自動(dòng)分?jǐn)嗟?特點(diǎn)，并借助可控硅的自然續(xù)流將可控硅陽(yáng)極的交流電壓引入到滅

7、磁過(guò)程中去。 即使在發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子電流換流到滅磁電阻支路前，有可控硅的觸發(fā)脈沖使得某個(gè)橋臂的兩個(gè)可控硅直通， 形成轉(zhuǎn)子回路短接滅磁， 仍然可以保證交流側(cè)滅磁開(kāi)關(guān)的分?jǐn)喽鴮?shí)現(xiàn)自然續(xù)流滅磁。 當(dāng)然這 樣滅磁時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) Td0 進(jìn)行衰減，而且滅磁過(guò)程中最多只能利用滅磁 開(kāi)關(guān)兩個(gè)斷口的弧壓。當(dāng)滅磁開(kāi)關(guān)安裝在直流側(cè)時(shí)， 必須配合封脈沖措施， 否則不能實(shí)現(xiàn)交流滅磁。 滅磁開(kāi)關(guān) 安裝在直流側(cè)的好處是滅磁過(guò)程中可以充分利用滅磁開(kāi)關(guān)串聯(lián)斷口的弧壓。 事實(shí)上， 封脈沖 是一種簡(jiǎn)便易行的方法， 而其作用非常顯著， 因此在采用交流滅磁的場(chǎng)合， 封脈沖措施是必須的。值得注意的是，交流滅磁需要考慮以下兩種

8、情況：第一， 需要考慮機(jī)端三相短路。 當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路時(shí)， 只能夠靠滅磁開(kāi)關(guān)的斷口弧 壓滅磁， 如果滅磁電阻換流需要的電壓大于交流滅磁開(kāi)關(guān)的斷口電壓， 則不能成功滅磁， 就 會(huì)損壞交流開(kāi)關(guān)。 考慮到這種情況， 一般在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置電子跨接器或機(jī)械跨接器， 甚至兩 者都設(shè)置。第二， 需要考慮到可控硅整流橋臂是否存在可控硅損壞， 是否有橋臂短路的情況， 以及 在交流側(cè)短路的異常情況下可否可靠滅磁。當(dāng)然， 采用封閉母線(xiàn)的發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)端短路可以認(rèn)為基本不存在，一般勵(lì)磁變到整流橋之間短路幾率也比較小。 若整流裝置交流側(cè)故障， 只要整流橋臂熔斷器選擇合理， 是能 夠降低此類(lèi)故障幾率的， 所以這些異常

9、工況也不必考慮。 即使機(jī)端短路也能夠利用短路點(diǎn)比 較低的電壓進(jìn)行電流轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)滅磁。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能比較小， 電感比較小， 加之阻尼比較大， 參與滅磁過(guò)程作用比 較大， 采用短接轉(zhuǎn)子滅磁，也是能夠接受的。 所以在配備了跨接器的情況下，可以單獨(dú)采用 交流滅磁。 然而通常建議在水輪發(fā)電機(jī)滅磁中不選擇單獨(dú)的交流滅磁。 而是選擇機(jī)械開(kāi)關(guān)并 聯(lián)移能滅磁或下面介紹的冗余滅磁方案。15 冗余滅磁所謂冗余滅磁，是同時(shí)采用兩種及兩種以上的方法滅磁，如在交流、直流側(cè)分別設(shè)置 開(kāi)關(guān)， 在滅磁過(guò)程中同時(shí)分?jǐn)啵?共同建壓，在跳滅磁開(kāi)關(guān)的同時(shí)封鎖脈沖， 利用封脈沖后可 控硅續(xù)流形成的交流電壓輔助滅磁等等， 這類(lèi)滅磁

10、方式的好處是， 當(dāng)一種滅磁不能正常工作 時(shí)，另外的滅磁方式仍然能夠可靠地實(shí)現(xiàn)滅磁， 當(dāng)多種滅磁都正常時(shí)， 可以大大降低對(duì)開(kāi)關(guān) 的要求。如三峽滅磁設(shè)計(jì)甚至可以在兩重以上故障情況下可靠滅磁。實(shí)現(xiàn)交直流冗余滅磁可以采用多種方法2 ，不同的方法結(jié)果可能相差很大，或者需要高性能的交 /直流滅磁開(kāi)關(guān)作為必要的保障。采用以下的滅磁時(shí)序可以最大限度地降低對(duì)交/直流滅磁開(kāi)關(guān)的要求，實(shí)現(xiàn)多種工況下的可靠滅磁，即：正常情況下采用逆變滅磁；故障時(shí)首先采用約 1-2 個(gè)調(diào)節(jié)器控制周期的逆 變滅磁， 然后采用硬件封脈沖手段閉鎖調(diào)節(jié)器輸出脈沖， 如果有交流滅磁開(kāi)關(guān)可以同時(shí)跳交 流滅磁開(kāi)關(guān) （一般情況交流滅磁并非必須設(shè)置交流

11、滅磁開(kāi)關(guān)， 但對(duì)于大型發(fā)電機(jī)配備交流滅 磁開(kāi)關(guān)是有益的） ，最后延時(shí) 6 到 7 毫秒（對(duì)于 50 赫茲而言）跳直流滅磁開(kāi)關(guān) 3 。2 滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則由于當(dāng)今大多采用氧化鋅非線(xiàn)性電阻滅磁，所以以下的討論都是基于氧化鋅非線(xiàn)性電 阻。采用碳化硅滅磁時(shí)與氧化鋅非線(xiàn)性電阻滅磁設(shè)計(jì)的原則類(lèi)似。而對(duì)于線(xiàn)性電阻的滅磁， 所要考慮的僅僅是滅磁電阻以及電阻功率的選取， 標(biāo)準(zhǔn)中有確切規(guī)定， 在此也不作詳細(xì)論述。2 陳小明，章俊“三峽電廠左岸勵(lì)磁裝置滅磁時(shí)序分析” ，水電站機(jī)電技術(shù) 2004 年第四期 （專(zhuān)集） PP25-273 許其品，朱曉東 許其質(zhì)等“關(guān)于發(fā)電機(jī)滅磁方案的探討” ，大電機(jī)技術(shù)21 滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

12、考慮工況滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需考慮的工況， 目前在國(guó)內(nèi)有些爭(zhēng)議。 一是建議按照額定負(fù)載下， 發(fā)電 機(jī)機(jī)端三相短路的工況考核滅磁系統(tǒng)電流、 能容以及需要建立的弧壓。 二是認(rèn)為在空載發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)的工況來(lái)考核。通常認(rèn)為最危險(xiǎn)的工況是空載勵(lì)磁失控誤強(qiáng)勵(lì)。 此時(shí)開(kāi)關(guān)面臨應(yīng)對(duì)整流輸出直流電壓和 滅磁殘壓的疊加，并且電流也上升到失控強(qiáng)勵(lì)的電流（此電流值不會(huì)比三相短路電流?。?， 而且可以證明此時(shí)發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存的能量比三相短路的能量要大。 因而采用此工況是合適的。 具 體參見(jiàn)附錄 4 。滅磁系統(tǒng)的任務(wù)是以盡快的速度消滅磁場(chǎng)能量， 使發(fā)電機(jī)電壓消失， 使事故程度降低到 最小。那么滅磁設(shè)計(jì)的原則就是： a）能夠轉(zhuǎn)

13、移電流實(shí)現(xiàn)滅磁、 b）安全轉(zhuǎn)移能量、 c）快速消耗 能量， 其重要性依次遞減。所以，選擇滅磁方式、考核滅磁參數(shù)和配置首要的前提是考慮能 夠在最?lèi)毫庸r下滅磁，否則快速都是空談。2.2 滅磁設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題 567ZnO（這里以及文中其他地方所提到的ZnO 均是指低場(chǎng)強(qiáng)高能量的非線(xiàn)性 ZnO 電阻）與 SiC 相比有較強(qiáng)的非線(xiàn)性特性， 在滅磁過(guò)程中磁場(chǎng)電壓幾乎不變， 滅磁速度快， 可以使發(fā) 電機(jī)的滅磁更接近于理想滅磁，因此在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要針對(duì) ZnO 滅磁設(shè) 計(jì)中值得注意的問(wèn)題展開(kāi)討論。在滅磁主回路確定的前提下， ZnO 滅磁的設(shè)計(jì)中主要考慮的問(wèn)題包括：滅磁能容的估 算、滅

14、磁閥片最大允許通流能力、滅磁裝置最大允許電流、滅磁電阻的殘壓、滅磁電阻正反 向荷電率、并聯(lián)支路滅磁電阻的均流和均能等。2.2.1 滅磁容量的計(jì)算文獻(xiàn)1討論了大型水力發(fā)電機(jī)機(jī)組滅磁能量的估算，文獻(xiàn) 4主要討論了帶阻尼繞組的火力發(fā)電機(jī)機(jī)組滅磁容量的估算，根據(jù)文獻(xiàn) 1到4 可以正確地估算出滅磁設(shè)計(jì)中所需的ZnO 非線(xiàn)性滅磁電阻的容量。事實(shí)上根據(jù) ZnO 閥片的試驗(yàn)結(jié)果， ZnO 閥片的最大能容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其標(biāo)稱(chēng)容量。 ZnO 非 線(xiàn)性電阻的能容量不是設(shè)計(jì)中最重要的因素，因?yàn)?ZnO 容量基本能夠滿(mǎn)足滅磁支路最大允 許電流時(shí)的能容， 而非線(xiàn)性滅磁電阻的損壞主要是由短時(shí)過(guò)電流以及長(zhǎng)期老化引起。 以火電 13

15、5MW 自并激機(jī)組為例，根據(jù)能容的計(jì)算，一般都在 2MJ 以下，而發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流 一般在 1300A 以上。 IEC37.18 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)電機(jī)最大可能產(chǎn)生的勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流 的 3 倍，即 3900A 以上。一般非線(xiàn)性滅磁電阻的并聯(lián)支路數(shù)在 32 路以上，甚至不少于 40 支路，當(dāng)采用兩個(gè)閥片串聯(lián)時(shí)，則閥片數(shù)量不少于 80 片。而閥片的實(shí)際能容都在 30KJ 以 上，大多數(shù)閥片的最大能容在 50-60KJ 以上。也就是說(shuō)，當(dāng) ZnO 并聯(lián)支路數(shù)滿(mǎn)足要求時(shí)， 一般閥片的總能容都遠(yuǎn)遠(yuǎn)在滅磁能容的計(jì)算值之上。這里有兩點(diǎn)值得大家注意： 第一， 在我們?cè)诳紤]最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)， 滅磁閥片的能

16、容不 應(yīng)該簡(jiǎn)單地考慮閥片的標(biāo)稱(chēng)能容， 而應(yīng)該考慮閥片的最大能容， 在此基礎(chǔ)上考慮均能、 均流 因素以及一定的裕量。 也就是說(shuō)， 在考慮發(fā)電機(jī)最危險(xiǎn)滅磁工況時(shí)， 閥片的每片能容按 30KJ 計(jì)算是可行的。 第二， 理論上同樣配比的材料燒制出的閥片的能容與閥片的體積成正比，所以同樣截面的 ZnO 閥片，殘壓較高的閥片應(yīng)該具有較大的能容。2.2.2 滅磁閥片的最大通流能力使用 ZnO 非線(xiàn)性電阻，必須了解 ZnO 閥片自身的最大通流能力，并做好各個(gè)支路的均 流措施，以保證在最?lèi)毫拥墓r滅磁時(shí)，流過(guò)滅磁裝置的任何一個(gè) ZnO 支路的最大電流值 不超過(guò)它允許通過(guò)的最大電流值。我國(guó)目前生產(chǎn) ZnO 的廠家

17、生產(chǎn)的閥片標(biāo)稱(chēng)電流一般都在 100A ，而實(shí)際的最大通流能力 一般都不小于 200A ，但在采用 ZnO 非線(xiàn)性電阻時(shí)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中的均流和安全裕量， 一般按每支路 100A 考慮，并根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流確定所需要并聯(lián)的 ZnO 非線(xiàn)性電 阻的支路數(shù)。例如，當(dāng)一個(gè)機(jī)組的額定勵(lì)磁電流為 3000A 時(shí)，考慮到最嚴(yán)重的情況下，發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流可能達(dá)到 3*3000=9000A ，據(jù)此選擇并聯(lián)的 ZnO 支路數(shù)應(yīng)該不少于 9000/100=90。2.2.3 滅磁裝置最大允許電流只有這樣才能保證當(dāng)發(fā)ZnO 非線(xiàn)性電阻支路滅磁裝置的最大允許電流應(yīng)該大于三倍的發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流， 電機(jī)發(fā)生空載誤

18、強(qiáng)勵(lì)或者三相短路這樣的最?lèi)毫拥墓r時(shí)，流過(guò)每個(gè) 的電流都不大于其最大允許電流，即保證在任何工況下能夠?qū)崿F(xiàn)可靠滅磁。 確定了滅磁裝置的最大電流以后， 我們便可以根據(jù)滅磁閥片的最大通流能力和并聯(lián) ZnO 支路的均流情況選擇合理的支路數(shù)，從而保證每個(gè) ZnO 支路都是安全的。所以 ZnO 各個(gè)并 聯(lián)支路的均流是個(gè)很重要的指標(biāo)， 因?yàn)槿绻?ZnO 并聯(lián)支路均流不好， 即使 ZNO 閥片的通流 能力很強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)行在較大的滅磁工況時(shí)，可能會(huì)因?yàn)?ZnO 支路的均流問(wèn)題，而使得一些支 路流過(guò)的電流超過(guò)其允許的最大電流而損壞， 而另一些支路卻只有很小的電流通過(guò)， 沒(méi)有能 夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。2.2.4 滅磁

19、電阻的殘壓在設(shè)計(jì) ZnO 非線(xiàn)性滅磁時(shí)，要考慮到 ZnO 非線(xiàn)性電阻通過(guò)較大電流時(shí)的殘壓。僅僅知 道 10 毫安的殘壓是不充分的，事實(shí)上也沒(méi)有太大的意義。作為滅磁裝置的設(shè)計(jì)人員最應(yīng)該 關(guān)心的是 ZnO 通過(guò)較大電流時(shí)各個(gè)支路的殘壓是否非常接近， 為了使并聯(lián)的 ZnO 支路能夠 在比較惡劣的工況下有好的均流效果， ZnO 的殘壓在最大允許工作電流附近應(yīng)該盡可能相 等。因?yàn)槿绻?ZnO 支路僅僅在 10 毫安時(shí)殘壓非常接近， 那么在滅磁電流很小時(shí)， 并聯(lián) ZnO支路可能有較好的均流效果，而當(dāng)滅磁電流較大時(shí)，則會(huì)因?yàn)?ZnO 各支路在大電流時(shí)的殘 壓有較大差別而導(dǎo)致并聯(lián) ZnO 支路均流惡化。事實(shí)上

20、我們知道， 在小電流時(shí)即使并聯(lián) ZnO 支路均流很差也是無(wú)關(guān)緊要的， 因?yàn)楦?ZnO 支路通過(guò)的電流都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其允許通過(guò)的最大電流，不會(huì)對(duì) ZnO 造成損壞，也不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán) 重的老化不均勻；更重要的是，正常情況下的滅磁均采用逆變滅磁，因此采用 ZnO 滅磁時(shí)， 小滅磁電流的工況少有發(fā)生。而真正采用 ZnO 滅磁往往是在故障情況下，一般此時(shí)的滅磁 電流都比較大。 所以， 正如滅磁電阻能容不應(yīng)該簡(jiǎn)單地考慮標(biāo)稱(chēng)能容一樣，滅磁設(shè)計(jì)更多的應(yīng)該考慮大電流的工況。2.2.5 滅磁電阻的荷電率非線(xiàn)性電阻的荷電率包括正向荷電率和反向荷電率， 但對(duì)滅磁電阻來(lái)說(shuō)一般正向荷電率 都比較高，為可控硅陽(yáng)極電壓的最大值，所以

21、在 ZnO 非線(xiàn)性滅磁電阻的支路里都有反向二 極管以阻止 ZnO 非線(xiàn)性電阻的正向泄露。當(dāng)然當(dāng)二極管的泄露電流比較大，而 ZnO 的并聯(lián) 支路又比較少時(shí)，如果平均每個(gè) ZnO 支路的泄露電流大于 50 微安，還應(yīng)在 ZnO 支路旁并 聯(lián)線(xiàn)性電阻以減小 ZnO 支路的泄露電流，防止 ZnO 的老化。由上述可得，非線(xiàn)性電阻荷電 率一般考慮的多為反向荷電率。而對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)支路的 ZnO 非線(xiàn)性電阻，由于它的殘壓 設(shè)計(jì)都比滅磁的非線(xiàn)性電阻要高，所以其反向荷電率不需要考慮，而只需考慮正向荷電率。所以， 在滅磁設(shè)計(jì)中， 對(duì)于滅磁支路， 還應(yīng)注意校驗(yàn)可控硅整流輸出的反向電壓的最大 值是否大于 ZnO 非線(xiàn)

22、性滅磁電阻允許長(zhǎng)期施加的電壓值， 即要保證滅磁用 ZnO 非線(xiàn)性電阻 的反向荷電率不大于 0.6。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)調(diào)節(jié)裝置的控制角小于空載控制角時(shí)，可控硅整流 裝置輸出電壓的最小瞬時(shí)值 （即負(fù)的最大值） 不應(yīng)該大于滅磁用 ZnO 閥片 10 毫安時(shí)殘壓的 60%。對(duì)于過(guò)壓保護(hù)支路，則需要校驗(yàn)可控硅陽(yáng)極電壓的最大值是否大于ZnO 過(guò)壓保護(hù)電阻允許長(zhǎng)期施加的電壓值， 即要保證過(guò)壓用 ZnO 非線(xiàn)性電阻的正向荷電率不大于 0.6，或可 控硅陽(yáng)極電壓的最大值不大于 ZnO 閥片 10 毫安殘壓的 60%，如果不能滿(mǎn)足條件， 則需要在 ZnO 過(guò)壓保護(hù)支路的正方向增加跨接器。2.2.6 并聯(lián)的 ZnO非線(xiàn)性

23、電阻支路的均流和均能ZnO 閥首先應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，均流是指無(wú)論何種滅磁工況下，同一臺(tái)機(jī)組采用的 ZnO 并聯(lián)支路 間的電流近似相等；均能則是指無(wú)論何種滅磁工況下，同一臺(tái)機(jī)組所有參與滅磁的片單位體積吸收的能量近似相等。為了保證并聯(lián) ZnO 支路的均流和均能，選擇伏安特性完全相同的 ZnO 支路并聯(lián)是最理 想的辦法，但實(shí)際應(yīng)用中很難做到這一點(diǎn)，所以在選擇伏安特性盡可能相近的 ZnO 閥片以 后，為了達(dá)到均流和均能的目的，通常還需要采用一定的均流措施。目前普遍采用的均流措施主要有：a. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)小阻值的線(xiàn)性電阻b. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)快熔c. 在每個(gè) ZnO 支路串聯(lián)一個(gè)

24、 PTC 支路其中方法 a、b 的實(shí)現(xiàn)原理基本相同，都是利用電阻或者快熔上的壓降實(shí)現(xiàn)均流，同時(shí) 靠電阻或者快熔實(shí)現(xiàn)支路的過(guò)流保護(hù)；方法 c 則是利用 PTC 的正溫度特性實(shí)現(xiàn)均流，當(dāng)某 個(gè)支路 ZnO 的殘壓較低時(shí)，流過(guò)該支路的電流就比其他支路要大，這樣與之串聯(lián)的 PTC 將 產(chǎn)生更多的熱量， 引起其阻值上升， 從而起到使該支路電流減小的目的。 這是一種負(fù)反饋式 的動(dòng)態(tài)均流方法， 理論上講它最有效， 而且安裝比較容易。 目前這種方法之所以沒(méi)有得到廣 泛應(yīng)用，是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)還不夠成熟， PTC 電阻選擇比較困難，成本也較高。2.2.7 ZnO 閥片的選擇實(shí)際上， 目前 ZnO 的配料和燒制工藝已

25、經(jīng)比較成熟。 在 ZnO 的配料和制造工藝確定后， ZnO 閥片的最大允許工作場(chǎng)強(qiáng)和最大通流能力也隨之確定，所以 ZnO 閥片的殘壓只與其厚 度有關(guān)，換句話(huà)說(shuō) ZnO 的能容只與 ZnO 的厚度和橫向有效截面積有關(guān)。所以在可能的情況 下應(yīng)該減少 ZnO 閥片的串聯(lián)數(shù)量，而且盡量選擇厚度較厚，有效截面積較大的閥片（當(dāng)然 還要考慮大電流時(shí)的集膚效應(yīng)） 。此外由于 ZnO 的配料和燒制工藝直接影響到 ZnO 閥片的性能， 同一批閥片如果厚度不 一樣，則其燒制效果就可能有差別； 同樣不是同一批的閥片則可能因?yàn)榕淞虾蜔频牟町惗?使得材料系數(shù)不盡相同。 所以我們應(yīng)該盡量選用同一批殘壓相近（厚度接近）的閥

26、片， 因?yàn)?只有這樣的閥片，其特性最為相近，才最容易實(shí)現(xiàn)均流。特別地， 對(duì)于具有相同非線(xiàn)性特性的閥片， 只要保證各并聯(lián)支路間有非常接近的非線(xiàn)性 特性，它們就很容易在全范圍內(nèi)均流， 而且在并聯(lián)支路實(shí)現(xiàn)均流的同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了閥片間按 單位體積的均能； 對(duì)于不同非線(xiàn)性特性的閥片， 盡管它們有可能保證不同并聯(lián)支路串聯(lián)疊加 后的非線(xiàn)性特性在全范圍內(nèi)非常接近， 即可以實(shí)現(xiàn)不同支路閥片間在全范圍內(nèi)的的單位體積均能，但它不能保證串聯(lián)閥片間的單位體積均能。在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)， ZnO 的擊穿大多為 ZnO 閥片的邊緣表面放電所致，而很少發(fā) 生邊緣擊穿，所以雖然低密度高場(chǎng)強(qiáng)的 ZnO 材料研究已經(jīng)取得了大的突破，

27、但就目前應(yīng)用 來(lái)看，低密度高場(chǎng)強(qiáng)的 ZnO 的材料系數(shù)還有待于進(jìn)一步降低。23滅磁系統(tǒng)參數(shù)復(fù)核為了保證滅磁設(shè)計(jì)的可靠性，在滅磁設(shè)計(jì)完成以后還必須按下述原則復(fù)核滅磁系統(tǒng)參數(shù)：a. 按照能夠轉(zhuǎn)移電流為前提的原則， 要求磁場(chǎng)斷路器在最?lèi)毫庸r下分?jǐn)啻艌?chǎng)電流時(shí) 能夠建立足夠高的弧壓，以確保換流成功；b. 滅磁殘壓要求按最大可能滅磁電流復(fù)核，避免額定參數(shù)與惡劣參數(shù)相矛盾；c. 滅磁能容需要考慮到滅磁電阻損壞的情況，保證一定的冗余度。3 滅磁系統(tǒng)用部件介紹31 磁場(chǎng)斷路器關(guān)鍵參數(shù)滅磁系統(tǒng)的主要部件是直流磁場(chǎng)斷路器或交流斷路器。 目前國(guó)內(nèi)對(duì)于交流真空開(kāi)關(guān)的研 究比較多。其主要問(wèn)題是交流開(kāi)關(guān)在交流滅磁系統(tǒng)中能

28、否承受一個(gè)或兩個(gè)周波的連續(xù)燃弧過(guò) 程真空開(kāi)關(guān)觸頭之間的間隙比較小， 容易形成燃弧， 問(wèn)題在于電流過(guò)零時(shí)能否熄弧， 熄弧后 是否會(huì)重燃，另外反向恢復(fù)電壓能否將之擊穿。交流滅磁中， 只要能夠順利轉(zhuǎn)移電流， 開(kāi)關(guān) 一般不存在反向恢復(fù)電壓； 因此關(guān)鍵問(wèn)題是開(kāi)關(guān)能否連續(xù)進(jìn)行兩周波的燃弧， 即開(kāi)關(guān)的遮斷 能容多大。對(duì)于容量較小的機(jī)組，諸如勵(lì)磁電源交流側(cè)電壓不超過(guò) 1000V 的勵(lì)磁系統(tǒng)，完 全可以采用額定工作電壓為 1000V 的 ABB 低壓交流開(kāi)關(guān)，它有一定遮斷容量，比較適合在 中型機(jī)組交流滅磁中采用。直流磁場(chǎng)斷路器考核的參數(shù)比較多。 主要涉及開(kāi)關(guān)的額定工作電流、 電壓、 主觸頭在額 定電流下的分?jǐn)嚯?/p>

29、壓 （區(qū)別于通常說(shuō)的建壓能力） 、最大電流下的額定分?jǐn)嚯妷?（建壓能力） 、 短時(shí)允許電流（開(kāi)關(guān)過(guò)載能力） 、滅磁觸頭的短時(shí)通流能力等。直流滅磁開(kāi)關(guān)接線(xiàn)主要有兩 種方式， 即兩對(duì)開(kāi)關(guān)觸頭放在轉(zhuǎn)子正負(fù)極各一對(duì)或串聯(lián)在一極，目前由于考慮到滅磁開(kāi)關(guān)的 飛弧安全距離， 一般將其觸頭設(shè)置在勵(lì)磁回路的一極。 通常在選擇開(kāi)關(guān)時(shí)也需考核開(kāi)關(guān)的飛 弧安全距離，避免弧的短接造成滅磁事故。磁場(chǎng)斷路器的燃弧過(guò)程是非線(xiàn)性的， 研究較為困難。 一般情況， 假定轉(zhuǎn)子電流沒(méi)有任何 衰減，從滅磁開(kāi)關(guān)燃弧到完成電流轉(zhuǎn)移的過(guò)程中， 認(rèn)為滅磁開(kāi)關(guān)建立的電壓與弧電流的乘積 是一常數(shù)。 但是在電弧形成、 尤其是在陰極表面氣化的金屬等離子

30、體形成、 以及氣筒吹弧或 磁場(chǎng)引弧的過(guò)程， 都不滿(mǎn)足乘積定常數(shù)定律， 同樣在熄弧的過(guò)程也不滿(mǎn)足定常數(shù)定律。 因?yàn)?這兩過(guò)程在時(shí)間上都是微秒級(jí)， 研究非常復(fù)雜， 一般認(rèn)為是一個(gè)突變的瞬間， 只是滿(mǎn)足弧電 流保持原電流初值，熄弧電流突然到零，如圖 4-5 所示。QF+UbUbUhRIbUdLUd0tn t圖 4-5 滅磁開(kāi)關(guān)建壓過(guò)程波形32 滅磁電阻滅磁電阻的選擇需要根據(jù)滅磁能容、滅磁殘壓、滅磁電流等因素綜合考核。線(xiàn)性電阻滅磁問(wèn)題較少， 主要考慮滅磁殘壓的核查， 避免轉(zhuǎn)子回路的過(guò)電壓。 為了快速滅磁，選擇的電阻可以為轉(zhuǎn)子電阻的3-5 倍。但事實(shí)上并不需要選擇如此高的倍數(shù)，一般3倍比較合理。非線(xiàn)性電

31、阻滅磁主要有 SiC 和 ZnO 。目前國(guó)內(nèi)主要采用 ZnO 滅磁，因?yàn)閮r(jià)格較低、采 購(gòu)容易、滅磁殘壓容易控制、滅磁速度比較快。而 SiC 采購(gòu)不方便，主要從國(guó)外進(jìn)口，同時(shí) 價(jià)格也高； 而且在滅磁殘壓的控制上， 選擇 SiC 需要額外的小心， 避免開(kāi)關(guān)配合不合理導(dǎo)致 滅磁事故。但由于它不存在均流的問(wèn)題，加之壓接要比 ZnO 容易，安裝方便，體積較小， 所以在國(guó)內(nèi)也有小范圍的應(yīng)用。非線(xiàn)性電阻需要考慮長(zhǎng)期工作電壓下漏電流與壽命的問(wèn)題， ZnO 需要進(jìn)行荷電率的復(fù) 核。一般額定（最大）工作電壓為閥片 10mA 下電壓的 60%的工況， ZnO 的壽命在 20 年左 右，而在 70%以上的卻只有平均幾

32、年的壽命。然而對(duì)于SiC，考慮到使用壽命，由于其漏電 流比較大，則需要配備滅磁常閉觸頭或電子跨接器，使發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中， SiC 支路 處于開(kāi)路狀態(tài)。非線(xiàn)性電阻還需進(jìn)行閥片能量的核查。一般閥片的最大能容是工作一次的沖擊焦耳數(shù)。 閥片進(jìn)行了一次沖擊后一般需要進(jìn)行一段時(shí)間散熱， 才能夠進(jìn)行第二次沖擊。 所以在實(shí)際操 作過(guò)程中需要合理安排勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度， 并且配備滅磁的可能性的預(yù)報(bào)， 以避免滅磁電阻燒 毀的事故。汽輪發(fā)電機(jī)不必要選擇過(guò)快的滅磁方案，過(guò)快的滅磁方案實(shí)際上對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不利。 因?yàn)樵跍绱胚^(guò)程中， 阻尼繞組 （由渦流效應(yīng)等價(jià)的繞組） 承受過(guò)大的電流可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的過(guò) 熱，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子毀壞。33 電