大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設計新理念

1、大型水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設計新理念批注與討論葛洲壩電廠 黃大可2006年8月20日 由三峽機組勵磁系統(tǒng)投運引起的思考清華大學電力系統(tǒng)國家重點實驗室兼職研究員三峽水電廠勵磁系統(tǒng)高級技術顧問李基成內容摘要隨著三峽水電廠700MW水輪發(fā)電機組的批量投運，及時總結、吸收和推廣三峽機組勵磁系統(tǒng)在調試及運行中取得的寶貴的實踐經驗，并在今后幾年內為即將陸續(xù)投運的近200臺三峽機組容量級的水輪發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)的設計及選型提供有益的依據(jù)和借鑒。 關鍵詞：三峽機組，靜止自勵勵磁系統(tǒng)，勵磁變壓器，滅磁電力系統(tǒng)穩(wěn)定器AbstractAs The Three Gorges Power Stations 700W Hyd

2、ro-Generators operating, to summary the practical experience in time from excitation system regulator and operating test is became a very important issue. It can be use for reference to choose the large-scale Hydro-Generators excitation system. This paper presents the design and the practical experi

3、ence with the Three Gorges Excitation System. Analyze and testify the key technology problem about Static Excitation System. This paper provided a reliable option for the large-scale Hydro-Generators excitation system and connection style.Key words: Three Gorges Power Station, Static Excitation Syst

4、em, Excitation transformer, De-excitation, Power System Stabilizer.目 錄前言勵磁變壓器二次額定電壓的選擇諧波對勵磁變壓器運行的影響功率整流柜設計的新理念滅磁系統(tǒng)設計的新理念水輪發(fā)電機非全相及失磁異步運行時勵磁系統(tǒng)的保護結論與建議前 言近年來我國的水電建設事業(yè)得到了飛躍的發(fā)展，以三峽水電廠為特征的單機容量為700MW的左岸14臺水輪發(fā)電機組已全部投入運行，右岸12臺700MW水輪發(fā)電機組的裝機正在籌建中，預計在2008年前后將陸續(xù)投入運行。在第十一個五年計劃期間，我國將又有一批容量在300MW700MW之間的水輪發(fā)電機組將陸續(xù)投

5、入運行。為此，在當前及時總結已投運的大型水電機組勵磁系統(tǒng)，在設計及運行中取得的寶貴經驗，結合國際勵磁控制技術的最新進展，進一步探討大型水電機組勵磁系統(tǒng)在設計及選型方面存在的問題和經驗，在當前已成為一項重要而迫切的課題。在本文中將從新的設計理念出發(fā)，開拓新思維，擴大新視野，重點對大型水輪機組勵磁系統(tǒng)的設計及選型方面一些關鍵性技術問題進行 分析與探討，并期望文中的結論和建議，在優(yōu)化勵磁系統(tǒng)性能及提高運行可靠性方面有所裨益。1. 勵磁變壓器二次額定電壓的選擇當前，在一些世界級的大型水電廠中，諸如巴西巴拉圭的伊泰普、委內瑞拉的古里（）、俄羅斯的薩彥舒申斯克等的機組中以及我國已投運的三峽水電廠容量在70

6、0MW左右的主力水輪發(fā)電機組中，均采用了自勵勵磁方式。在大型水輪發(fā)電機組中，采用自勵勵磁系統(tǒng)已成為主流。下面就此勵磁方式選擇方面存在的一些關鍵性課題作一簡要的論述：（1）阻容緩沖器的選擇眾所周知，在自勵勵磁系統(tǒng)中，勵磁變壓器二次額定電壓（以下簡稱陽極電壓）的選擇取決于強勵頂值電壓的倍數(shù)，頂值電壓倍數(shù)越高，陽極電壓值也越高。另一方面，接在勵磁變壓器二次繞組側的功率整流橋中的可控硅元件，在換相中吸收的能量經由與整流元件并聯(lián)的R-C阻容緩沖器旁路并予以消耗，存儲與消耗能量之間應達到平衡并有一定的吸收容量儲備，否則將導致吸收換相能量的阻容元件被燒毀，進而引起整流橋相間短路等嚴重事故的發(fā)生，這類事故在國

7、內水、火電廠中曾多次發(fā)生。由阻容阻尼器吸收的能量，根據(jù)美國西屋公司推薦的計算表達式為（1.1） （1.1）式中：c :阻尼器中電容值注意電容量C的大小對總能耗的影響，當F不可變，u2也確定以后，如何選擇C 就是控制能耗的關鍵，應使R-C電路即可吸收掉換相過電壓，又不至于過載燒壞。其實真正的換相能量很小，幾十瓦而已，阻容燒壞并非由此而致。（F）,f-電源頻率（Hz）， u -勵磁變壓器二次額定線電壓（V） 。由式（1.1）可看出，阻容阻尼器吸收的換相磁場能量與外加電壓的平方成正比，如取值為1000V及1243V（三峽機組勵磁數(shù)據(jù)），此時由阻尼器吸收的能量比將為（1243）2/（1000）21.5

8、45倍。 由此可見，勵磁變壓器二次側的陽極電壓越高，與整流元件并聯(lián)的吸收換相能量阻尼器的容量也越大，而且其容量與勵磁變壓器二次額定電壓的平方成正比，一旦換相阻尼器吸收容量小于所產生的換相能量，將引起整流柜相間短路的嚴重事故。在許多大型水電機組勵磁系統(tǒng)的標書中，常常多的是片面強調強勵頂值電壓倍數(shù)的高參數(shù)對強勵頂值的參數(shù)要求是發(fā)電機和系統(tǒng)的大局所決定，勵磁系統(tǒng)是為大局服務的，不能因小而廢大，沒有發(fā)電機和系統(tǒng)的安全運行哪有勵磁的安全運行呢？，而很少認識到由此引起的危及到勵磁系統(tǒng)安全運行的后果，這類教訓，不乏其例。(完全同意李老師的看法，勵磁陽極電壓現(xiàn)在越來越高，其負面的影響也越來越多?，F(xiàn)場工作人員已

9、經都沒有儀器測陽極電壓及其波形。令人欣慰的是，現(xiàn)在已經有700MW機組的勵磁陽極電壓只有800V左右的好局面，西北勘測設計院在這方面作出突破性的改變。說到勵磁陽極電壓，李基成老師和我們，對于三峽右岸電廠12臺機采用一個廠家的勵磁設備，竟然設計三種勵磁陽極電壓感到大惑不解。李老師對于這個問題曾專門向有關方面置疑，并強烈建議統(tǒng)一三峽電廠右岸電廠的勵磁陽極電壓。誠然，三峽右岸電廠12臺機組，由三個主機廠家設計制造，各個廠家的勵磁參數(shù)不一樣，但都是700MW機組，統(tǒng)一成一種陽極電壓沒有技術難題。一個電廠3種陽極電壓，會造成勵磁變不一樣、同步電壓變不一樣，備品備件更加多。如果說：三峽左岸電廠14臺機由于

10、是兩家國外提供主機且提供勵磁參數(shù)，難以協(xié)調造成14臺機一種勵磁設備兩種陽極電壓，那么右岸的12臺主機主要由國內提供，從協(xié)調上、技術上等各個方面，就沒有理由搞成3種陽極電壓。一個電廠一種勵磁裝置3種陽極電壓，真的有必要嗎？，如果有將創(chuàng)一種新的配置模式，但我擔心會成為一個技術笑話。如果歷史證明這是一個錯誤選擇的話，管理者、設計者、制造者、使用者都有責任，但最大的責任是設計單位的不作為以及技術上的放任自流。強行統(tǒng)一陽極電壓，各機組的勵磁參數(shù)不變，只是強勵倍數(shù)有一點小變化，各臺機組的空載控制角不一樣而已，決不影響安全運行。如果搞勵磁設計連這么一點主張都不敢，那我們完全不需要設計院，直接由勵磁廠家設計制

11、造即可） （2）整流橋尖峰過電壓的影響整流陽極電壓，即勵磁變壓器的二次額定電壓取值越高，在額定狀態(tài)下整流器將處于控制角值較大的深控狀態(tài)，由此引起危及整流元件安全運行的尖峰過電壓也越高。從運行角度出發(fā)，期望對陽極電壓的選擇在滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求的同時，應兼顧到上面提及的影響和危及到勵磁系統(tǒng)安全運行的各種因素。從目前我國引進機組的勵磁設備運行來看，當整流橋陽極電壓超過1000V可認為已進入高參數(shù)范圍。（非常高興看見拉西瓦勵磁陽極電壓只有800V左右，曾經多年呼吁降低勵磁陽極電壓的勵磁專家深感欣慰）當前，就大功率可控硅中整流元件應用水平來看，用于三峽機組勵磁系統(tǒng)中的可控硅元件最高反向重復峰值電壓為5

12、200V，可認為是可認為是-高參數(shù)元件。另按我國水電機組勵磁系統(tǒng)標書編制準則，可控硅元件所能承受的反向重復峰值電壓應該不小于2.75倍勵磁變壓器二次側最大峰值電壓，依次可求出在采用上述反向峰值電壓為5200V元件條件下，允許的勵磁變壓器二次電壓有效值為:U=5200/(2.75X1.414)=1337V 。對三峽右岸阿爾斯通機組而言，其勵磁變壓器二次額定電壓已應用到極限值。（三峽7F勵磁陽極過電壓波形實錄，過電壓的尖峰幾乎同陽極電壓的峰值一樣，這就是實例。）為此，在選用勵磁系統(tǒng)強勵頂值電壓倍數(shù)時應兼顧考慮到功率整流元件承受的反電壓值這又是一個本末倒置的“新理念”。（3）對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS參

13、數(shù)的影響 選用過高的強勵電壓倍數(shù)，還將引起由勵磁系統(tǒng)提供的負阻尼力矩的進一步增長，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)整定將帶來更多的困難。例如近年來由于全國聯(lián)網以及電力系統(tǒng)容量的增加，特別是隨著三峽電廠左岸14臺700MW機組的批量投運，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的頻率響應范圍也提出了更高的要求，以三峽機組為例：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的高頻響應頻率為2Hz（機群之間的振蕩頻率），單機對系統(tǒng)的響應頻率在（1.01.2）Hz之間，而區(qū)域間振蕩模式的頻率響應范圍，根據(jù)國調的下達的設定為0.13Hz，顯然在響應頻率范圍如此之廣的條件下，為滿足各種振蕩模式的要求，PSS的參數(shù)設定已十分困難的條件下，如果勵磁系統(tǒng)再選用過高的頂值電壓倍

14、數(shù)，必將進一步加重PSS拓展頻率范圍的困難別忘了PSS正是由快速高頂值的現(xiàn)代勵磁所派生出來的，如果把勵磁調節(jié)器的參數(shù)調慢調小，回到電磁時代的特性，PSS也就沒有存在的必要了。在國內許多重點工程設計中，片面地強調高參數(shù)，而得到的卻是適得其反的后果，這種情況不乏實例，得到的教訓值得深思。對于PSS參數(shù)設定應當明確的一點是：對于機群振蕩，單機對系統(tǒng)的振蕩以及區(qū)域間振蕩等三種振蕩模式的參數(shù)設定如何側重是一個關鍵性課題同一時間、同一種運行方式，只可能有一種振蕩模式產生，不要眉毛胡子一起抓，去掉最不可能發(fā)生的，抓住最可能發(fā)生的再去設置就是了，再說系統(tǒng)已經形成，只要借助工程手段測試一下就行了。從三峽機組投運

15、調試中體會到西門子公司對PSS參數(shù)的設定重點側重于機群以及單機對系統(tǒng)的振蕩模式，并兼顧到區(qū)域間振蕩模式，因為在水電廠投運發(fā)電后，機群之間以及單機對系統(tǒng)的外部,變化因素機群之間以及單機對系統(tǒng)的外部變化因素較少，保證這兩種振蕩模式下機組能穩(wěn)定是運行安全性的基本要求，而區(qū)域振蕩模式受電力系統(tǒng)網絡框架的變化影響因素較多，過分強求滿足于一種運行模式，而忽略了保證機組安全運行的基礎，如何取舍，也值得深思。 （華中兩次系統(tǒng)振蕩，1次是0.77hz，另一次不祥。PSS參數(shù)應該總結這兩次振蕩的情況加以修正。特別是對于華中第二次振蕩，應該到各個電廠去調查PSS的作用。）2. 諧波對勵磁變壓器運行的影響 確切的說，

16、以整流器為負載的勵磁變壓器可能產生兩種諧波：電流諧波和電壓諧波。電流諧波來源于整流負載的非線性阻抗、鐵心的飽和以及換相過程中工作相的切換？諧波電流還是由于電壓諧波造成的高頻諧波電容電流，它有它特定的通道和分布規(guī)率，它直接導致發(fā)電機的高頻軸電壓、軸電流的增大，威脅發(fā)電機的軸承和授油器，以及轉子磁極的絕緣，勵磁變壓器的主絕緣也在其中。由于諧波電流的存在將引起附加損耗和不均勻分布的渦流損耗的增加，渦流損耗將引起銅線以及鐵心局部的過熱。 電壓諧波來源于諧波電流在線路阻抗上產生的諧波電壓降，并導致整流過程中電壓波形的畸變。又是一個互為因果的含糊其詞，勵磁變壓器確實要承受較多的諧波作用，會造成局部的渦流發(fā)

17、熱，特別是在整流器掉相運行時更加嚴重，根本的解決不是評估諧波畸變率，而是應在設計上避免由于諧波造成的發(fā)熱和絕緣損壞的可能性。此外，發(fā)電機電壓波形亦非完全的正弦電壓波形，亦存在非正弦諧波分量，諧波電壓的存在將導致勵磁變壓器空載損耗的增加及噪音的增大。為此對用于大型水電機組的勵磁變壓器，在確定其技術規(guī)范時，不僅應考慮到諧波電流的影響，同時亦應考慮到諧波電壓的影響，即應以綜合考慮了電壓諧波電流諧波總的諧波畸變率作為評估勵磁變壓器的準則。3.功率整流柜設計新理念31 冗余方式的選擇 對于大型水電機組，為了保證勵磁系統(tǒng)可靠地運行，通常要求功率整流有一定的容量冗余。對容量冗余的原則，國內、外各制造廠的理念

18、不盡相同。例如瑞士ABB公司通常采用N-m2，N為總柜數(shù)，m為允許退出并可保證強行勵磁的功率柜數(shù)，此時并聯(lián)總柜數(shù)N3（事實上的情況究竟怎樣？）。另一種冗余方式是N+1冗余方式，（N+1的冗余方式基本為大家使用，所謂的N-m2方式是不是一種廠家宣傳？對于冗余方式，今天N+1，明天N1，后天N-m2，亂七八糟）當N=1，即2柜互為備用（1柜運行，另1柜冷備用）。后一種冗余方式是基于“在線維修”的基本理念，認為應盡可能減少并聯(lián)冗余整流柜數(shù)以提高運行的可靠性。美國GE公司即按此理念考慮冗余原則，其具體措施是采用100直徑大功率可控硅整流元件以減少并聯(lián)支路，當并聯(lián)整流柜中出現(xiàn)故障時，在切除整流柜觸發(fā)脈沖

19、后，借助于可同時分斷交流輸入端及直流輸出端的五極刀閘，將故障柜安全退出，在不帶電的情況下，對故障元件進行更換和維修。 （此設備仍然視為帶電設備，更換和維護工作千萬要小心。五極刀閘故然很好，但好在可以有效隔離故障的功率柜，而不是在線維修。由于水電停機頻繁，一般不提倡帶電檢修功率柜，除非沒有辦法。）上述基于狀態(tài)檢測,在線維修設計新理念,在于盡量減少并聯(lián)柜體的冗余數(shù)以減少故障的機率,同時利用在線維修的措施,經短時間更換故障元器件投入后,又可以達到比按常規(guī)理念設計的整流柜具有更大的冗余。32功率整流柜的均流2 眾所周知,當前大功率整流柜的均流有兩種均流方式:常規(guī)均流及數(shù)字智能均流.理論分析表明可控硅元

20、件的通態(tài)電阻是影響元件均流的主要因素.在多支路并聯(lián)運行整流柜中,對于各相同橋臂按照門檻相近的原則進行選配,以保證導通時通態(tài)電阻的相近.如通態(tài)電阻仍有差異,可進一步調整交流側進線及直流側出線的長度 以求得電阻的均衡.例如采用等長進線電纜對通態(tài)電阻進行均衡.如果交流側進線采用銅排,可在銅排連接端采用鋸槽或鉆孔等機械手段亦可實現(xiàn)均流.（這種方法萬不得已的辦法，如果要采用這種方法，太落后，太原始。據(jù)我估計，沒有人敢用這種方法，用戶也不答應廠家采用這種方法。不易提倡 ）美國GE公司及西屋公司采用在交流側接入空心電抗器以實現(xiàn)均流（最傳統(tǒng)，只有GE還在堅持，可敬可佩）.作為數(shù)字均流是近年來推廣應用的一項新技

21、術.例如瑞士ABB公司在大功率整流器率先推廣數(shù)字均流方式。所謂數(shù)字均流方式系指借助于AVR對并聯(lián)同一相橋臂各支路可控硅元件觸發(fā)脈沖時間的控制達到均流的目的.數(shù)字均流的優(yōu)點是:對可控硅元件參數(shù)的差異,交直流進出線阻抗不均衡等差異的適應性較強,當更換新元器件后也易于實現(xiàn)均流.此外由于均流是通過對各支路元件電流測量并進行比較的條件下進行的,為此比較準確的反映出各元件的均流情況。 數(shù)字均流的缺點是由于增加數(shù)字控制部分而降低了勵磁設備運行的可靠性.另外,由于數(shù)字均流是借助于調整同一相橋臂各元件導通時間的不同達到數(shù)字均流的目的,勢必導致最先導通的并聯(lián)元件承受較大的電流沖擊值。應予以強調指出的是:在采用常規(guī)

22、均流措施的并聯(lián)整流柜中多設置監(jiān)視均流狀態(tài)的整流柜輸出直流電流表,用以作為判斷整流柜并聯(lián)支路的狀態(tài),實際上是即使接在整流柜正輸出端各直流電流表是均衡的,但這并不一定表明,整流柜負極端各支路電流也是均衡的。為此，以整流柜正輸出端各直流電流表作為判斷整流柜均流狀態(tài)是有局限性的。均流的概念就是對整流器某相各并聯(lián)支路的電流均衡度進行評價，而不是對整流柜與柜之間的電流作比較的，現(xiàn)在人們講的“均流”只是整流器正極輸出電流的比較，即使加上負極也不能說明什么。（對于數(shù)字均流，我有技術疑問：是實時檢測控制嗎？有死區(qū)嗎？對于控制環(huán)節(jié)有延時嗎？這個環(huán)節(jié)影響整個脈沖環(huán)節(jié)的可靠性嗎？基于均流不是整流技術的大問題，基于整流

23、柜不均流不影響運行，基于可靠性的要求，普通均流就夠了，除非你不采取任何措施。）4.滅磁系統(tǒng)設計新理念3 41滅磁方式的選擇目前國內應用較為廣泛的滅磁方式有以下幾種:（1） 直流磁場斷路器滅磁（2） 交流斷路器滅磁（3） 交流斷路器接在整流器交流側或勵磁回路直流側構成的交流電壓滅磁 第一種直流斷路器滅磁 為傳統(tǒng)的滅磁方式即我們定義的強開斷/軟開斷滅磁方式，可以獨立滅磁，但在大參數(shù)下滅磁能力有限，或滅磁時間較長。,第二種,利用接在交流側的交流斷路器滅磁方式是近年來在引進機組應用較廣泛的 滅磁方式.如廣州蓄能水電廠II期300MW抽水蓄能 水輪發(fā)電機組,即采用接在整流器交流側的交流斷路器進行滅磁.事

24、故滅磁開始時首先進行逆變滅磁,達到設定的時間后在切除可控硅整流器脈沖同時跳交流斷路器形成交流電壓滅磁方式此方式并不是一種獨立執(zhí)行的滅磁，要依賴陽極電壓的負半周，若發(fā)電機近端短路陽極電壓很低，則交流開關的負擔就很重，還能否保證換流就是問題？而陽極電壓的正半周期間對滅磁沒有一點好處。第三種即所謂的交流電壓滅磁方式與第二種滅磁方式無本質不同,差異之點在于交流斷路器可接在交流或直流側,這種滅磁方式的優(yōu)點是可利用交流電源側的線電壓負半周作為交流斷路器的斷口弧壓的補充,有利于滅磁能量的轉移。此外,在磁場斷路器的選擇上,交流斷路器容量這個“容量”應該是指通流容量，而不是遮斷容量，交流斷路器在分斷直流勵磁電流

25、時的能力遠低于直流開關，其大參數(shù)下滅磁的安全性更是問題。比直流斷路器具有更大的選擇余地。 應予以說明的一點是 :對于容量在700MW左右的大型水輪發(fā)電機組,其勵磁電流通常在4000A以上,此外考慮到滅磁對開關斷口電壓過高的要求,此時可采用由多個具有短弧直流接觸器組合的磁場斷路器。例如三峽電廠發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的直流磁場斷路器即由8個斷口電壓為500V的直流接觸器串聯(lián)所組成，其型號為CEX-5500的組合直流磁場斷路器。但是過多的機械操作機構,從保證滅磁系統(tǒng)可靠的角度來說是不期望的。因為,多個串聯(lián)的斷口在開斷,閉合時難以保證分斷的同步性,而且如彈簧壓力調整不當,還會引起接入滅磁電阻的觸頭發(fā)生反彈,

26、瞬時閉合又斷開的情況。 在三峽水電廠的勵磁裝置的調試中就曾經發(fā)生過弧觸頭閉合后又瞬時反彈(1-2)ms斷開的情況。（這種現(xiàn)象的記錄需要核實?？隙ㄓ袡C械上的反彈，但是否真的斷開了回路還需要研究。的確，對于ABB型號 AMF-CC-NOR -2000A有因弧觸頭閉合而損壞滅磁電阻的事情，但只是個例。三峽電廠CEX98滅磁開關運行中不存在弧觸頭閉合后又瞬時反彈的事情）采用上述的直流磁場斷路器滅磁方式的優(yōu)點是:滅磁回路中具有接入滅磁電阻的常閉接點,直流勵磁回路兩極這些對滅磁過程和是否成功并無作用。分斷以及主、弧觸頭分開的連鎖機構。當選擇直流斷路器的容量受到限制時,采用以交流空氣斷路器為勵磁斷路器的交流

27、電壓滅磁方式是一種簡單、可靠和易于實現(xiàn)的方案。因為從容量方面而言,采用標準交流空氣斷路器的容量基本上不受限制,由于是成熟的系列產品,其價格也比較低廉。至于對于滅磁時交流斷路器斷口電壓的不足的問題(通常每斷口電壓在600V左右),可借助于切功率整流柜脈沖信號后引入勵磁變壓器二次電壓負半周電壓的措施加以解決。 例如:如果滅磁時的滅磁殘壓為2000V計,假定將具有4斷口(A、B、C、D)交流斷路器接在發(fā)電機勵磁回路直流正、負極側,并且以每個斷口的電壓為500V計,則總合成斷口電壓為4×500=2000V,如果在強行勵磁條件下進行滅磁,強勵電壓為1000V,則須勵磁變壓器二次側提供的負半周電

28、壓幅值為2000V-1000V=1000V,相應二次側電壓有效值為1000/11.414=580V,這是什么混亂的算法，強勵電壓是由誰提供的？切掉脈沖以后還有嗎？陽極電壓是不可能變來變去的，交流若有1000V負壓，對付殘壓2000V，則斷口建壓只要1000V即可，這是對開關壓力的減輕措施，而不是降低陽極電壓的理由。亦即當勵磁變壓器二次電壓大于此值即可滿足建立相應滅磁殘壓的要求。對于大型機組，采用交流電壓滅磁當前的一個制約因素是標準規(guī)格的交流空氣斷路器的額定電壓最高為1000伏。為此當勵磁變壓器二次額定電壓大于1000伏時，所需的交流空氣斷路器生產廠家應進行特殊設計。另外，需要說明的是,將交流斷

29、路器接在直流側的優(yōu)點是可充分利用 全部斷口所產生的斷口電壓,并且斷口電壓不受交流電源側電壓下降的影響以及當整流器交流側發(fā)生短路故障時仍可有效地進行滅磁. 42滅磁電阻容量的選擇 對于水輪發(fā)電機機組,一般認為:由于發(fā)電機轉子磁極具有凸極結構,轉子繞阻回路阻尼效應較弱,在滅磁時大部分的磁場能量由滅磁回路吸收,為此對滅磁電阻的容量提出了更加苛刻的要求,按傳統(tǒng)滅磁理念確定的滅磁電阻容量可由以下幾種正?；蚬收线\行方式予以確定,并選取最大值作為選定滅磁電阻容量的依據(jù)。通常,依下列幾種滅磁方式選擇滅磁電阻的容量滅磁電阻的選擇必須滿足最大的滅磁條件要求，而其它的情況僅可作校核容量。: （1）發(fā)電機空載滅磁 （

30、2）發(fā)電機額定滅磁 （3）發(fā)電機強勵滅磁 （4）發(fā)電機空載和負載失控誤強勵滅磁 （5）發(fā)電機突然三相短路滅磁 發(fā)電機及變壓器內部故障時引起的滅磁能量小于上述5種滅磁方式之一的相應值。為此以上述5種典型滅磁方式作為確定滅磁容量的依據(jù)。 下面講對按傳統(tǒng)的滅磁理念確定的滅磁電阻容量的思路予以說明。 對于項(1)發(fā)電機空載、項(2)發(fā)電機額定以及項(3)強勵滅磁三種滅磁方式而言,在此三種滅磁方式中,以強勵狀態(tài)時的滅磁能量為最大,通常強勵電流為兩倍的額定勵磁電流,在勵磁繞組中存儲的能量遠大于額定及空載狀態(tài)的磁場能量。 但是理論分析及運行實踐表明:強勵狀態(tài)時的滅磁容量和空載誤強勵以及發(fā)電機突然三相短路時引

31、起的滅磁容量比較仍是較小的.為此,滅磁容量的選擇取決于空載誤強勵和發(fā)電機突然三相短路時兩種主要滅磁方式滅磁容量的最大者，顯然依此選擇滅磁電阻容量將可完全滿足上述5種滅磁方式對滅磁容量的需求。下面分別對空載失控誤強勵和發(fā)電機突然三相短路時的滅磁電阻容量的選擇作進一步的分析：發(fā)電機空載失控誤強勵滅磁狀態(tài)的分析 首先討論發(fā)電機空載誤強勵的滅磁狀態(tài)，在此滅磁方式下，應注意到滅磁過程具有以下幾點明顯的特征：由于勵磁系統(tǒng)失控，導致可控硅整流器的控制角接近于最小設定值,為此勵磁系統(tǒng)所有的限制功能均處于失效狀態(tài)，因限制狀態(tài)是依據(jù)增大控制角以限制勵磁電流值，當可控硅元件控制角已處于接近完全開放狀態(tài)，后續(xù)較大的控

32、制角已無法對已完全導通的可控硅元件實現(xiàn)限制勵磁的作用。對于發(fā)電機空載失控誤強勵狀態(tài)而言，勵磁電流的增長是隨同定子電壓的升高而增加的，同時隨勵磁電流的增加，轉子磁路飽和程度的加大，促使轉子電流的增加速度進一步加快，直至發(fā)電機定子過電壓保護動作對發(fā)電機進行滅磁。此外還注意到在此過程中隨發(fā)電機電壓變化的勵磁電壓的增量變化是瞬時完成的，而轉子電流的增量變化，則決定于對應的由轉子磁路的飽和程度所決定的發(fā)電機空載時間常數(shù)?？偟膩碚f這是一個勵磁電壓源的變化引起的轉子電流的變化過程，兩者之間受動態(tài)飽和的轉子勵磁繞組時間常數(shù)的影響。但是應強調的是：在勵磁電流增長過程中，任一瞬間的發(fā)電機的電壓值總是與發(fā)電機穩(wěn)態(tài)空

33、載特性曲線確定的轉子電流對應的。例如當定子電壓為1.3倍額定值時此時的轉子電流大約與發(fā)電機額定勵磁電流相當，即使經過0.3S過電壓保護延時動作后，勵磁電流仍處在稍高于額定勵磁電流的范圍內變化實際上當發(fā)電機電壓超過1.1倍額定值以后，轉子磁路迅速飽和，時間常數(shù)會大大減小，轉子電流的上升速率也大大加快，當定子電壓達到1.3倍，保護延時0.3秒出口時，轉子電流將大大超過額定電流值，可能達到額定電流的數(shù)倍，如2000年GZB6F錄波達到4倍6400A。為此以1.3倍定子過電壓保護經0.3S動作啟動滅磁對轉子電流進行“截流”是限制轉子電流的增長的簡單而有效的措施，為此，不必以空載誤強勵作為選擇最大滅磁容

34、量的依據(jù)。（這對于大多數(shù)設計者來說，可能需要再進行一些計算等工作，才可能接受）（對于大型發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，有的項目已經開始按照1.3倍定子過電壓保護經0.3S動作啟動滅磁對轉子電流進行“截流”來設計滅磁容量，對此李基成深感欣慰。按照這個理念，目前有700MW機組的滅磁容量設計值只有12MJ左右） 而傳統(tǒng)滅磁理念選擇在空載誤強勵條件下確定滅磁電阻容量的依據(jù)是：在空載誤強勵條下，以與發(fā)電機1.3倍額定定子電壓對應的空載勵磁電壓,除以轉子勵磁繞組的直流電阻,確定的穩(wěn)態(tài)轉子電流作為選擇滅磁電阻容量的依據(jù)，以三峽ABB型機組為例，求得的相應轉子穩(wěn)態(tài)值高達19100A，以此電流選擇的滅磁電阻容量高達18MJ

35、即使用19100A電流，也不應該有18MJ的能量，此時磁路早已飽和，估算頂多有1213MJ，這是勵磁系統(tǒng)最大可能發(fā)生的滅磁值，當然由于保護動作靈敏快速，在誤強勵還未達到最大值之前就出口滅磁，對滅磁更有利些，但是系統(tǒng)容量的配置還應以最大值為準，如果過壓保護未動呢？要靠后備保護啟動滅磁，這個電流如何選？以上，顯然這一理念是不正確。為此，以發(fā)電機1.3倍額定定子電壓設定并經0.35s延時后，啟動過電壓保護，滅磁開關跳閘；過壓保護動作后對增長的轉子電流進行截流，并以此時的轉子電流作為選擇滅磁電阻容量的依據(jù)是合理的。（按照這個觀點，對于有些電廠的過電壓保護整定值為1.5倍，延時時間可能達到0.5秒，其滅

36、磁電阻容量也應該作相應調整） 至于勵磁系統(tǒng)發(fā)生負載誤強勵時，發(fā)電機仍在電網中并聯(lián)運行，其端電壓仍為額定值，但是由于勵磁調節(jié)器處于誤強勵狀態(tài)，整流橋控制角為最小值，轉子電流將急劇增加。對三峽機組而言，此最終轉子電流值將達到2.5Ifn/0.8=3.125Ifn,將危及到發(fā)電機勵磁繞組回路的安全。對此應以發(fā)電機和勵磁變壓器的過流保護作為對轉子電流進行“截流”的主要措施。過流保護動作值以及延時設定值應以保證發(fā)電機定子及轉子繞組回路的安全運行為首要約束條件，并以此確定滅磁電阻容量勵磁過流保護的動作值和延時是可以整定的，而延時期間轉子電流的上升率是不由誰控制的，繼電操作執(zhí)行的時間差也是不確定的，為了保險還是按穩(wěn)態(tài)