励磁系统

葛洲坝大江电厂投产时， 其灭磁及过电压保护装置类型较多， 有的采用 DM2 开关灭磁， 有的采用线性电阻灭磁，还有单断口或三断口灭磁开关配 SiC 非线性电阻灭磁系统。经过 近十多年的技术改进，大江电厂目前除进口灭磁及过电压保护装置外，已全部改为 DM4 双 断口灭磁开关配 ZnO 阀片灭磁方式，转子过电压保护全部采用中科院等离子体物理研究所 科聚公司的 GB 系列 ZnO 电阻跨接器。 在大江电厂灭磁系统的技术改进过程中，曾经使用了熔丝灭磁技术和人工过零装置， 50

了解这些技术，对于掌握灭磁原理有一定帮助。 1

熔丝灭磁和人工过零装置

针对 DM2 灭磁开关配合 ZnO 电阻灭磁过程中，开关和阀片的换流时间较长，不利于灭 磁能量的转移等问题， 出现了较多提高灭磁开关拉弧建压速度的方案， 大江电厂试验了熔丝 和人工过零两种方案，并投入了一段时间的运行。 C + TJ RD D SCR D

FMK Rf F

FMK Rf F

图 4-8

熔丝灭磁原理图

图 4-9

人工过零灭磁原理图

在熔丝灭磁原理图 4-8 中，将特制保险丝 RD 并联在灭磁开关 FMK 断口两端，正常运 行

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时， FMK 触头和熔丝并联工作。 FMK 跳闸灭磁时， 当 灭磁电流首先是迅速转移到 RD 上， FMK 安全分断，接着是熔丝快速熔断，由于转子电流不能突变，于是氧化锌电阻 Rf 被转子 产生的反向电压击穿，灭磁电流又转移到阀片上，并被吸收。该方案极大的减轻了灭磁开关 的负担，灭磁安全可靠。但是，由于熔丝熔断的时间随灭磁电流变化，对于大范围变化的灭 磁电流来说， 一种规格的熔丝很难满足最佳灭磁特性的要求。 该方案的最大缺点在于灭磁后 要人工更换熔丝。 在人工过零灭磁原理图 4-9 中，可控硅 SCR 和电容 C 及特制真空继电器组成的具有人 工过零的电子开关，并联在灭磁开关 FMK 断口两端。正常运行时，可控硅导通，并同 FMK 并联运行，继电器接点断开，同时电容被一个高压充电器充满电。当 FMK 跳闸灭磁时，灭 磁电流首先迅速转移到 SCR 上，FMK 安全分断，接着继电器动作，其接点将电容并联于可 控硅两端，可控硅在这个反向高电压作用下关断，由于转子电流不能突变，于是氧化锌电阻 Rf 被转子产生的反向电压击穿，灭磁电流又转移到阀片上，灭磁能量被其吸收消耗。从原 理上讲，该方案中的 FMK 可以不要，可控硅无触点开关完全可以代替灭磁开关。由于人工 过零回路中的电容采用多个并联，整个灭磁装置体积较大。又由于人工过零控制回路复杂， 维护工作量较大，因而限制了这一原理的广泛应用。 2

GB-02 型转子过电压装置

大江电厂国产灭磁系统由 DM4-1600 双断口灭磁开关 FMK 和 ZnO 非线性电阻 Rf 组成， 转子过电压保护采用 GB-02 型过压保护装置，且在整流侧和转子侧各装设一套，如图 4-10 所示。 GB-02 型过压保护装置的基本原理， 就是当转子过电压时， 触发可控硅接通非线性电阻， 利用非线性电阻的稳压特性来吸收和限制过电压。 凡是利用这一个原理所构成的转子过电压 装置，我们称为跨接器。在图 4-10 中，整流侧的氧化锌阀片是 Rf2, 压敏电阻 Rf4 起保护晶 闸管 T2 的作用。转子侧的氧化锌阀片是 Rf1, 压敏电阻 Rf3 起保护 T1 的作用。R1、CF1 是 整流侧跨接器的测量元件， R2、CF2 是转子侧跨接器的测量元件，CF1 和 CF2 是触发器， 改变 R1 和 R2 也就改变过电压保护的动作值。R3 和 R4 是均压电阻, KA1 和 KA2 是特制继 电器, 每当跨接器动作一次，继电器也就动作一次，并触发相应的记录回路。二极管 D2 并 联在可控硅两端可组成正反相跨接器。一般来说，电源侧均配有 D2，转子侧不配 D1。 51

F2 + Rf2 R2

F1 R1 Rf1 Rf F

T2 Rf4 D2 R4 SCR CF2 K A2 R3 Rf3

T1 D CF1 KA1

图 4-10

GB-02 转子过电压保护原理图

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Rf1 采用 5 串 2 并接线，共 10 片 ZnO 阀片，标称电压 1670V，标称能量 150KJ；Rf2 采用 5 串 4 并接线，共 20 片 ZnO 阀片，标称电压 1670V，标称能量 300KJ。CF1 和 CF2 的 动作电压为 2600V，这样, 跨接器正向动作 2600V，过电压被限制在 1670V（压敏电压）至 2500V（残压）之间。GB-02 型过电压保护装置阀片能容大，运行也较为稳定。 3

单断口开关灭磁系统简介

大江电厂 12F、14F 采用 ASEA 公司单断口灭磁开关配合 SiC 非线性电阻灭磁系统，其 原理见图 4-11。灭磁开关 FMK 为 ASLGG-4000 型，能在 1350V 电压下断开 5000A 电流， FMK 跳闸时触发可控硅触发器 CF，使晶闸管 T1～T3 导通，将 SiC 非线性电阻 Rf1～Rf3 并入转子两端，吸收灭磁能量。U1 和 U2 是转子过电压保护触发器，当转子正向过电压时， 比如运行中的过电压毛刺等，U2 触发晶闸管 T4，非线性电阻 Rf3 投入工作，抑制正向过电 压。U1 是转子反向过电压触发器，是灭磁的后备保护。 FMK

CF T1 SCR Rf1 Rf2 Rf3 T2 T3 U1 T4 U2 F

图 4-11

单断口灭磁开关灭磁系统

由于 Rf1～Rf3 的残压值设计的较低，即灭磁电压低，故灭磁时间较长，因而该套灭磁 系统的灭磁指标较差。另外，由于正向过电压保护也是采用残压较低的 Rf3，一旦 U2 触发 器动作， Rf3 不仅吸收过电压能量， 还吸收部分的励磁电流， 曾引起非线性电阻运行中发热。 正因为如此，大江电厂已将 T4 取消，目前 12F 和 14F 灭磁回路没有转子正向过电压保护， 应当增设氧化锌电阻跨接器。 SiC 和 ZnO 非线性电阻的最大区别在于：SiC 的非线性特性没有 ZnO 好，前者一般为 0.2～0.4，而后者为 0.04～0.08。ZnO 较 SiC 的非线性好，因而漏电流小，灭磁电压稳定， 灭磁时间也就少。但是 ZnO 电阻不利于灭磁开关拉弧建压，不利于二者之间的换流，ZnO 电阻也不利于多阀片的并联，并联阀片的均流和均能工作量大。研究证明，ZnO 电阻温度特 52

性没有 SiC 好，ZnO 电阻较 SiC 电阻易老化。目前，SiC 电阻的能容比 ZnO 电阻大，在过 电压过能量的冲击下，ZnO 电阻呈现短路状态。这一切使得 SiC 电阻在国外得到广泛应用。

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4

三断口开关灭磁系统简介

大江电厂 20F、 采用加拿大 GE 公司三断口灭磁开关配合 SiC 非线性电阻灭磁系统， 21F 其原理见图 4-12。灭磁开关 FMK 为 AMF-1B 型，有三个断口：两个常开断口用于转子正负 极，一个常闭断口用于灭磁回路，该断口也称为放电断口，其额定电压为 1000V，额定电流 3000A。正常运行时，常开断口闭合，常闭断口断开，晶闸管 T、电阻 R、二极管 D、电容 C 组成转子正向过电压跨接器。 FMK 跳闸灭磁时， 常闭断口先闭合， SiC 非线性电阻 FRR 将 并联于转子两端后，常开断口再断开，FMK 拉弧建压使 FRR 导通灭磁。VLR 是整流侧过电 压吸收电阻，也是 SiC 电阻。 灭磁开关 AMF-1B 体积巨大，外型像交流 6KV 小车开关。采用灭弧栅灭弧，灭弧栅除 有吹弧线圈外，还有吹弧气泵，以便于吹断小弧电流。FMK 的常闭断口先于常开断口 2 毫 秒动作，以保证可靠灭磁。SiC 阀片型号为 9RV6A251，标称参数：400V D.C./ 140A max。 每组二串 12 并，共 24 片，每片φ160×10mm。VLR 串联二组阀片，即 4 串 12 并，共 48 片。FRR 并联三组阀片，即 2 串 36 并共 72 片。 R D

T FMK VLR C

FRR 图 4-12 三断口灭磁开关灭磁系统

20F 和 21F 励磁装置是 GE 公司成套产品，型号 SILCO-04，主要励磁参数见表 4-6。测 试备用 SiC 阀片的小电流伏安特性，见表 4-7，可以得到此种 SiC 阀片小电流的伏安特性表 达式：U=355I 0.21

，即β=0.21。 表 4-6 459 1850 表 4-7

SILCO-04 励磁装置参数 强励电压 强励电流 1200V at 1653A 3700A at 20″

额定励磁电压（V） 额定励磁电流（A）

SiC 阀片伏安特性测试记录 0.5 76 0.15 241 1.0 88 0.2 258 5.0 122 0.25 271 10 139 0.3 280 50 191 0.35 291 100 222 0.4 301 150 243 0.45 304 200 258

mA V A V

0.01 30 0.01 139

0.05 47 0.05 194

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0.1 54 0.1 225

根据此种 SiC 阀片伏安特性表达式，可得出 SILCO-04 型三断口灭磁系统的灭磁电压及 过电压保护参数：转子侧正反过电压保护标称值：400V×4 =1600V；10mA 压敏值为 139× 4=556V。 电源侧正向过压保护动作值： 2200V （跨接器动作值） 限压称值为 400V×2=800V； ， 10mA 压敏值为 139×2=278V。灭磁电压标称值：400V×2 =800V；而空载灭磁电压实测为 1600V，可见 SiC 阀片的残压比高。值得注意的是，采用低电压的 SiC 电阻作为跨接器放电 53

电阻，要考虑保护动作后关断跨接器的控制措施。否则，可能因 SiC 电阻的漏电流大于可控 硅的维持电流，使跨接器动作后保持，影响设备的正常运行。许多进口励磁装置都曾经发生 此类故障。 4.5

DM4 开关配 ZnO 电阻灭磁系统的改进

近两年来，二江电厂 6F 励磁装置共发生两次空载误强励，造成灭磁开关及灭磁柜严重 烧毁。 为防止此类事故的再次发生， 二江电厂采取了在非线性电阻两端并联线性电阻的临时 措施。如图 4-13 的虚线所示。 + SCR + Uk1 D Ud 图 4-13 Uk2 + Uf + Rf R G

6F 灭磁原理图及临时措施

在双断口开关配 ZnO 电阻灭磁系统中，灭磁成功的基本条件是：FMK 跳闸产生的弧压 （Uk1+Uk2）减去整流输出电压 Ud 后，应大于 ZnO 电阻的残压即此时的 Uf。6F 非线性电 阻残压为 1250V，而励磁整流柜空载误强励电压为 1000V，那么，FMK 至少应产生 2250V 的弧压，才能保证灭磁电流由 FMK 安全转移到 ZnO 阀片上，这对于 DM4 灭磁开关来说是 一个极大的考验，稍有不慎，便会发生灭磁电流转移不成功，巨大的误强励电流会使 FMK 烧毁。 i i i +

u ZnO 图 4-14 电阻 u = u SiC

伏安特性的叠加过程

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励磁系统的任务

同步发电机运行时，必须在励磁绕组中通入直流电流，以便建立磁场，这个电流称为励 磁电流，而供给电流的整个系统称为励磁系统。由于励磁绕组又称发电机转子，故励磁电流 也叫转子电流。 在电力系统的运行中， 同步发电机是电力系统的无功功率主要来源之一， 通过调节励磁 电流可以改变发电机的无功功率， 维持发电机端电压。 不论在系统正常运行还是故障情况下， 同步发电机的直流励磁电流都需要控制， 因此励磁系统是同步发电机的重要组成部分。 励磁 系统的安全运行， 不仅与发电机及其相联的电力系统的运行经济指标密切相关， 而且与发电 机及电力系统的运行稳定性密切相关。同步发电机励磁系统的任务有以下几点：

1 电压控制

在同步发电机空载运行中，转子以同步转速 n 旋转时，励磁电流产生的主磁通Φ0 切割 N 匝定子绕组感应出频率为 f=pn/60 的三相基波电势，其有效值 E0 同 f，N, Φ0 以及绕组系 数 k 的关系： E0=4.44 fNkΦ0 这样，改变励磁电流 If 以改变主磁通Φ0，空载电势 E0 值也将改变，二者的关系就是发 电机的空载特性 E0=f(If)或发电机的磁化特性Φ0=f(Ff)。在发电机空载状态下，空载电势 E0 就等于发电机端电压 Ut，改变励磁电流也就改变发电机端电压。 完成电压控制的设备是由励磁调节器，励磁电源，发电机等组成，同步发电机励磁控制 系统框图的一般形式如图 1-1 所示。 Ug + Uf Uf Ut

给定信号 其他信号 Uc

信号比较放大

励磁电源

发电机

测量信号 励磁调节器 图 1-1 同步发电机励磁控制系统框图

在图 1-1 中，虚线框内是励磁调节器的基本原理框图。按照调节原理，一个控制调节装 置，至少要有三个环节或单元。第一是测量单元，它是一个负反馈环节；第二是给定单元， 它是调节中的参考点；第三是比较放大单元，它将测量值同参考值进行比较，并对比较结果 的差值进行放大，从而输出控制电压 Uk。这里的其他信号，是指调节器中的其他功能的作 用信号，比如调差、励磁电流限制、无功限制、PSS 等。这里的励磁电源是指可控硅整流装 置。 对于一个励磁控制系统来说， 电压控制就是维持发电机端电压在设定位置。 为实现这一 目的，首先就要设定电压，要有一个给定信号 Ug，以便明确电压控制值；其次要测量电压， 看发电机端电压是多少，这里由发电机电压互感器 PT 和调节器中的测量板组成，将 Ut 变 为 Uc；最后，由调节器比较给定值和测量值，当测量值小于给定值时，励磁装置增加励磁 电流 If，使发电机端电压上升，当测量值大于给定值时，励磁装置减少 If 使发电机端电压下 降。

1

2 无功分配 4

在发电机负载运行时，根据所带负载的性质，空载电势 E0 同发电机端电压 Ut 的关系发 生了变化。当发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁性质，随着负载的增加，Ut 越来越 小于 E0，这时为了维持 Ut 不变，必须增大励磁电流；当发电机带容性负载时，电枢反应具 有助磁性质，随着负载的增加，Ut 越来越大于 E0，同样为了维持 Ut 不变，必须减少励磁电 流。 在发电机并网运行时，系统母线电压控制着发电机端电压 Ut，当调节励磁电流 If，使 E0 发生变化时，发电机的定子电流和功率因数也随之变化，即发电机的无功功率随 If 变化。 同步发电机的 V 形曲线，就是反映了励磁电流同定子电流的关系。在这一关系中，功率因 数等于 1 的励磁电流称为正常励磁。当励磁电流大于正常励磁时，定子电流滞后于端电压， 功率因数滞后，发电机输出滞后无功功率，这种状态我们俗称为发电机带无功运行；当励磁 电流小于正常励磁时，定子电流超前于端电压，功率因数超前，发电机输出超前无功功率， 这种状态我们俗称为发电机进相运行。 在发电厂中数台发电机并网运行时， 调节一台发电机的励磁电流， 不仅会改变这台机的 无功，还要影响其他发电机的无功稳定性。为此，励磁系统分配并联运行的发电机无功时， 还要考虑其稳定性和合理性，这就要求励磁调节器具有调差功能。 母线电压水平及无功功率在机组之间的分配， 取决于发电机的电压调节特性即调差特性 Ut=f（Q），一般来说，发电机的调差特性是一条发电机端电压 Ut 随无功 Q 增加而下降的直 线，见图 1-2 的正调差系数 K3，K0 和 K2 分别表示零调差和负调差系数。 Ut (Ug,Uk) K2 K0 K3 K1 Ut Uto Us K1 K2 0 图 1-3 Q1 Q2 Q

0 图 1-2 励磁调差特性 Q

并联运行机组调差特性

如果励磁调节器具有调差功能，则发电机总的调差系数是发电机（发变组）的自然调差 系数与励磁调差系数的代数和。 由于自然调差系数不可变， 故发电机的总调差系数由励磁调 差系数控制。若励磁调差系数为零，比如退出调节器中的调差电路，则发电机的调差特性就 是自然调差特性，其大小由发电机和变压器的电磁参数决定，且变压器参数起主导作用；若 励磁调差系数为负，如图 1-2 中的直线 K2 所示，则发电机调差特性就是发电机的自然调差 系数减励磁调差系数的差；若励磁调差系数为正，如图 1-2 中的直线 K1 所示，则发电机调 差特性就是发电机的自然调差系数加励磁调差系数的和。 在这里之所以有加减之别， 其目的 是在控制励磁调差系数大小情况下， 保证发电机调差特性向下倾斜， 因为只有具有正调差特 性的发电机才能并联运行。对于单元接线的发电机系统来说，若发变组的自然调差率很大， 励磁调差系数应选择负，以补偿无功电流在主变上的压降；若发变组的自然调差率很小，励 磁调差系数应选择正。 对于扩大单元接线的发电机系统来说， 由于发电机的自然调差率很小， 为保证数台发电机的并联运行及其无功功率的均衡分配， 发电机必须具有基本一致的正调差 特性，这就要求励磁调差必须为正极性。图 1-3 是两台发电机并入电网后，二者调差特性与 无功分配关系，图中 Uto 是两台发电机空载额定电压，Us 母线电压，K1 和 K2 是两台发电机 各自的调差系数。这两台发电机并网后，调节励磁电流，其 K1 和 K2 直线平行上下移动，所 对应的无功 Q1 和 Q2 也随之改变，并且相互不影响。

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5

我们知道，无论励磁调节器是何种类型，其工作原理都是将反映发电机端电压 Ut 的测 量电压 Uc，与给定电压 Ug 进行比较，从而得到发电机电压偏差信号即控制电压 Uk。对于可 控硅整流器来说，Uk 经移相器产生α角变化的脉冲，以此改变整流桥输出电压，使发电机 端电压同给定电压保持一致。 如果在测量电压 Uc 或者给定电压 Ug 上，再叠加一个反映发电 机无功变化的附加量 Uq，就能使控制电压 Uk 和α角产生变化，从而改变发电机的电压调节 特性。这个附加量就是励磁调差起作用的量，也称无功补偿量，其极性直接影响励磁调差极 性。一般说来，给定为正信号，测量为负信号，图 1-4 描述了这一过程的基本原理，虚线表 示调差单元的输出电平可以有两种接入方式参与励磁调节。 Ug 给定单元 Q 调差单元 + + Uq 比较放大 Uc 测量单元 图 1-4 励磁装置调差原理图 如果将调节器中调差单元接入到给定单元上，当调差单元随发电机+Q 增加而输出+Uq 时，就会引起给定电压 Ug 增加，控制电压 Uk 增加，α角减少，最终使得发电机端电压 Ut 增加，此时的励磁调差就是负调差。当调差单元随+Q 增加而输出-Uq 时，就会引起相反的结 果，此时的励磁调差就是正调差。在图 1-2 中，将给定电压 Ug 和控制电压 Uk 引入纵坐标， 就能根据 Ug=f（Q）和 Uk=f（Q）来判断励磁调差极性。 如果将调节器中调差单元接入到测量单元上，当调差单元随发电机+Q 增加而输出+Uq 时，就会引起测量电压 Uc 减少，控制电压 Uk 增加，α角减少，最终使得发电机端电压 Ut 增加，此时的励磁调差就是负调差。当调差单元随+Q 增加而输出-Uq 时，就会引起相反的结 果，此时的励磁调差就是正调差。 Uk 移相 α 整流器 Uf Ut 发电机 Ut

3 提高电力系统稳定性

a 提高静态稳定性 静态稳定是指电力系统遭受小扰动之后，不发生自发振荡和非周期失步，自动恢复到起 始运行状态的能力。 电力系统静态稳定性高低， 可以用输电线路的输送功率极限的大小来判 断，这也是励磁装置常用的静态稳定性试验方法。 在单机-无穷大系统中，如果发电机没有励磁控制，则正常运行时，发电机的空载电势 E0 保持不变，那么该系统的静态极限为 Pmax，其功率特性曲线见图 1-5 中的曲线 1。如果 发电机具有常规励磁， 比如直流励磁机或者交流励磁机带二极管整流的励磁系统， 则可保持 发电机的暂态电势 Eq’不变，因此有 Pmax’，其功率特性曲线见图 1-5 中的曲线 2。如果发 电机配置高放大倍数的快速励磁系统， 比如采用运算放大器和可控硅整流器， 并且励磁调节 器带电力系统稳定器 PSS 或者采用最优励磁控制，则可接近保持发电机端电压 Ut 不变，因 此有 Pmax’’， 其功率特性曲线见图 1-5 中的曲线 3。 粗约比较一下单机-无穷大系统静稳极限， Pmax ：Pmax’： Pmax’’=1：2：3，可见励磁系统对于提高电力系统静态稳定性的作用非常 明显。特别是带 PSS 或者采用最优控制的快速励磁系统对于电力系统的静态稳定性作用明 显。 P Pmax’’= UtUc/Xe 6

Pmax’’ Pmax’ 2 Pmax 3 1

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Pmax’= Eq’ Uc/(Xe+Xd’) Pmax = E0Uc/(Xe+Xd) 中：Uc 为无穷大系统电压 Xd 为 d 轴同步电抗 Xd’为 d 轴暂态电抗 Xe 为发电机至无穷大系统间的电抗

图 1-5 调节励磁对功率特性的影响 b 提高动态稳定性 动态稳定是指电力系统遭受小扰动之后， 在自动调节装置和附加控制的作用下， 保持较 长过程稳定运行的能力（通常指不发生周期性振荡失步）。由于影响动态稳定性的主要因数 是电力系统的阻尼特性， 因而常规励磁系统对于电力系统的动态稳定性不起多大作用， 但是， 带 PSS 的快速励磁系统能够阻尼系统的低频振荡，从而提高了电力系统动态稳定性。 C 提高暂态稳定性 暂态稳定是指电力系统遭受大扰动后， 各同步电机保持同步运行并过渡到新的或者恢复 到原来状态运行的能力（通常指保持第一或第二个摇摆周期不失步）。由于影响暂态稳定性 的主要因数是系统中短路故障性质、主保护的动作情况、重合闸动作成功与否，因而调节励 磁对暂态稳定的影响没有对静态稳定那么显著。 励磁系统对于提高暂态稳定而言， 主要表现 在快速励磁和强励的作用上。 电力系统中发生短路故障时， 由于控制输入机械功率的常规调 速系统的动作太慢，主要靠快速继电保护切除故障，以减少加速面积；而故障切除后，快速 励磁和强励可以增大发电机电势，因而增大输出的电磁功率，增大了制动面积，防止发电机 摇摆角过度增大，以利于暂态稳定性的提高。但是发电机励磁回路具有较大的时间常数，即 使是快速励磁系统， 也只能在故障后 0.4~0.6S， 使转子达到最大磁通。 由大量计算结果可知， 故障后发电机摆到最大角度的时间往往只有 0.5~0.6S， 所以快速励磁和强励所能够增加的制 动面积是很有限的，其结果是只能稍许降低第一个振荡周期的摇摆角度。

4 有利于电力设备的运行

在短路故障期间以及故障切除后， 性能良好的励磁控制系统可以尽量维持电力系统的电 压、加速电压的恢复，从而改善了系统中电动机的运行条件，有利于电力设备的运行。类似 地，它改善了并列运行的同步发电机在失磁后转入异步运行时电力系统的工作条件。此外， 励磁系统还可以提高带时限的继电保护装置的工作灵敏性和动作准确性。 1.2

励磁附加控制器

大型同步发电机励磁系统一般由三部分组成，其一是励磁电源，如可控硅整流器；其二 是灭磁和转子过电压保护装置；其三是励磁控制部分，我们称为励磁调节器。 由于励磁调节器按照发电机端电压偏差进行调节， 我们也称之为自动电压调节器， 它是 励磁主控制器。随着自动化技术的发展，调节器的调压精度越来越高，励磁电源的响应越来 越快，于是电力系统低频振荡就时有发生，影响了电力系统稳定运行。人们在研究了电力系 统发生低频振荡的机理之后， 提出了在快速励磁系统上增设励磁附加控制器， 构成了电力系 统稳定器（Power System Stabilizer）,简称 PSS。由于 PSS 对抑制低频振荡，提高电力系统 稳定性有一定的效果，因而得到了广泛的应用。随着现代控制理论和计算机技术的发展，微 机励磁调节器开始采用最优励磁控制（Optimal Excitation Controller）简称 OEC，该技术融 自动电压调整同各种励磁附加功能为一体， 全面改善发电机端电压调节精度和电力系统稳定 性，已取得一定成果。 7

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1 电力系统低频振荡

在电力系统中，发电机经输电线路并列运行时，在负荷突变等小扰动的作用下，发电机 转子之间会发生相对摇摆， 这时电力系统如果缺乏必要的阻尼就会失去动态稳定。 由于电力 系统的非线性特性， 动态失稳表现为发电机转子之间的持续的振荡， 同时输电线路上功率也 发生相应的振荡， 影响了功率的正常输送。 由于这种持续振荡的频率很低， 一般在 0.2~2.5HZ 之间，故称为低频振荡。 电力系统低频振荡在国内外均有发生，通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互 联系统的弱联络线上， 在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。 葛洲坝二 江电厂建厂发电初期，曾多次发生低频振荡。近年来，在二江电厂同湖北恩施的联络线路上 又出现低频振荡，又引起了人们的注意。 一般认为， 发生低频振荡的主要原因是， 现代电力系统中大容量发电机的标幺值电抗增 大，造成了电气距离的增大，再加之远距离重负荷输电，造成系统对于机械模式（其频率由 等值发电机的机械惯性决定）的阻尼减少了；同时由于励磁系统的滞后特性，使得发电机产 生一个负的阻尼转矩，导致低频振荡的发生。采用励磁控制系统的附加控制构成的 PSS 或 其他方式，可以补偿负的阻尼转矩，抑制低频振荡。

2 PSS 原理简介

a 励磁装置的负阻尼作用 所谓阻尼就是阻止扰动，平息振荡，而负阻尼恰恰相反。励磁装置的负阻尼，是指励磁 装置对于系统功角摆动所作出的调节作用，会加大这种摆动，不利于系统的稳定。 并联在电力系统中运行的同步发电机， 其稳定运行的必要充分条件是有正的阻尼转矩和 正的同步转矩。阻尼转矩△MD 为负时将会因为出现自发增幅振荡而最终失去稳定，而当同 步转矩△MS 为负时，发电机将出现爬步失步。在同步发电机受到扰动，引起系统振荡期间， 电磁转矩 M、功角δ和角频率ω都作周期性变化，故可以在△δ△ω坐标中表示△M、△MD 和△MS。△MD 同△ω基本同相，△MS 同△δ同相，二者之和就是和△M，这就是说电磁转矩 既包含了同步转矩分量又包含了阻尼转矩分量。 在不考虑励磁装置的负阻尼情况下， 阻尼转矩就是阻止发电机转速偏离同步转速的一种 转矩，其作用力的方向总是指向阻止转子偏离同步速度的方向，当转速高于同步速度时，阻 尼转矩是制动的；当转速低于同步转速时，阻尼转矩却是驱动的，正是这两种作用，才使得 振荡衰减。阻尼转矩包括两种：一种是一般忽略不计的机械性阻尼，它反映了机械运动的惯 性原理； 另一种是发电机转子中阻尼绕组产生的阻尼， 这种阻尼是在发电机转速不同于同步 转速时，二者就在转子上产生相对运动，阻尼绕组中就感应出一个转差频率的感应电流，并 产生感应电动机那样的转矩，即阻尼转矩。在单机-无穷大系统简化线性模型的电磁转矩矢 量图图 1-6 中，△MD1 是不考虑调节器负阻尼情况下的阻尼转矩，△M1 能抑制系统振荡。 在考虑励磁装置的负阻尼情况下， 阻尼转矩就有了正负之分。 当励磁装置产生的负阻尼 大于阻尼绕组产生的正阻尼时，阻尼转矩就变成图 1-6 中的△MD2，△M2 则不能抑制系统振 荡。我们知道，自动电压调节器按照发电机端电压偏差△Ut 调节，当系统发生振荡时，△δ 的变化就会引起△Ut 变化， 调节器就会依据△Ut 进行调节， 由于发电机转子绕组具有较大的 时间常数， 其励磁输出所产生的转矩相对于输入信号△δ必然有一定的延时， 正是这种延时 才使励磁装置产生的负阻尼转矩。 当然，并不是所有励磁装置都产生负阻尼，理论和实践都证明，在单机-无穷大系统的 完整的线性模型，又称 Phillips-Heffron 模型中，只有当参数 K5 为负时，阻尼转矩才为负。 在远距离重负荷输电的单机-无穷大系统中， 由于 K5 可能变负值， 并且由于高放大倍数快速 响应励磁系统的存在， 可能导致系统中的阻尼为负， 这时如果实际存在的发电机电气的和机 械的正阻尼较小，则该系统可能发生低频振荡。 8

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验成功。通过总结这次试验成果，大家确立了高能氧化锌电阻灭磁的可行性，同时建议 上海立新电器厂尽快研究出新型灭磁开关。86 年 3 月，DM4 新型灭磁开关在 5F 机首次与 高能氧化锌电阻配合参与发电机转子灭磁，试验获得了十分满意的结果。这两次试验的结 果证明：高能氧化锌电阻配合双断口灭磁开关灭磁是有效的，并且所选用的主接线简单、 投资少，具有十分可观的实用价值。从那时起，二江电厂将各类国产灭磁设备全部更换为 氧化锌电阻配合双断口灭磁开关的灭磁系统。 1

氧化锌电阻器简介 45

氧化锌电阻器（简称 ZnO 电阻，又称 ZnO 阀片）是一种以氧化锌为主要成分掺杂多种 金属氧化物，按严格的制造工艺烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，一般为圆饼形状。 氧化锌电阻器一般按照电压场强高低划分类型，一种是高电压场强氧化锌电阻，比如 压敏电阻，避雷器等，其特点就是压敏电压高。另一种是低电压场强氧化锌电阻，也就是 这里所说的高能氧化锌电阻阀片，其特点是压敏电压低，残压低，容量高，特别适合发电 机灭磁使用。 高能氧化锌电阻的能量密度大，其主要性能指标和特点如下： a） 标称电压 U10mA（压敏电压）：它是指阀片通过 10mA 电流时阀片两端的电压降， 是选择阀片的重要指标。国外则用 U1mA 指标来表示标称电压。高能氧化锌电阻器 本身应无极性，正、负极压敏电压应相等，即伏安特性对称。 b） 残压比：阀片通过 100A 电流与通过 10mA 电流时的电压降的比值，它也是选择阀 片的重要指标。高能氧化锌电阻器残压低，抑制过压能力强。 c） 能容量：高能氧化锌电阻能够吸收的额定能量。在此能量下，阀片不应出现永久性 损坏。目前，国产高能氧化锌电阻阀片已经可以做到单片能容量达 20KJ～40KJ。 高能氧化锌电阻器通流容量大(数百安至数千安培) ，放电后无续流；体积小，便 于装配和安装； d） 非线性系数：非线性系数反应非线性特性，其值愈小，说明其非线性特性愈好，那 么，漏电流也小，稳压特性也好。 e） 漏电流：漏电流是非线性电阻工作特性是否稳定的一项重要指标。我国标准规定： 氧化锌电阻阀片的漏电流在 0.5U10mA 下不得大于 0.1mA。按照国际通用标准，氧 化锌阀片的漏电流在 0.75U1mA 电压下不得大于 0.1mA。 高能氧化锌电阻器正常工 作漏电流属于微安级，耗能低，可直接接入发电机转子两端。 氧化锌电阻器的伏安特性见图 4-6。在不同的外加电压下，氧化锌电阻器的电阻值呈现 三种状态：低电压下呈现高电阻，漏电流小；高电压下呈现低电阻，残压低；高电压下大 电流过载后，呈现短路状态，并不可恢复。伏安特性用 U＝C I 表达，这里，U 是电阻两端 的电压，I 是通过电阻的电流，C 是常数，表示电阻的体积大小等参数，β就是非线性系数。 β的范围：0＜β＜1。当β=0，表示理想的氧化锌电阻；β=1，表示线性电阻特性。实用 中通常选用：β ≤ 0.04～0.08。 I 图中： 100A I－－通过阀片的电流。 10mA -U100A － β

U10mA 10mA 100A

U U10mA U100A

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U－－阀片两端的电压降。 U10mA－－阀片的标称电压。 U100A－－阀片通过 100A 电流时的残压。

图 4-6 氧化锌电阻的伏安特性曲线 从特性曲线可以看到有两个区段，在小电流区段选取邻近转折的一点 U10mA 作为阀片 的标称电压点，而把大电流区段的 100A 点选取为阀片的残压点。标称点的电压值称为压敏 电阻的标称电压。它是选择氧化锌电阻的重要依据。大电流残压值与标称电压值的比值称 为氧化锌电阻的残压比，用公式表述为残压比＝U100A/U10mA，一般为为 1.5。 46 2

双断口灭磁开关简介

DM4－1600/8－2 和 DM4－2500/8－2 灭磁开关，具有双断口联动分合闸及单断口分合 闸功能，分断速度快，最高分闸速度可达到 10～20ms，双断口分闸异步小于 15ms。其主要 技术参数见表 4-1。 表 4-1 参数 \\ 型号 DC 额定电压（V） DC 额定电流（A） AC 耐压电压（V） DC 分断电流（A） 建压能力（V） 机械寿命（次） 电 寿 命（次） 触头开距（mm） 触头压力（N） 重 量（kg） 合 闸 电 源 分 闸 电 源 合闸时间 合闸时间同步性 分闸时间 DM4 灭磁开关技术参数一览表 DM4—1600/08—2 800 1600 5000 4800 >1500 5000 400 >26 206±25 115 DC220V < 40A DC220V < 0.8A < 100ms < 20ms < 100ms DMX-3000 1000 3000 5000 8000 >3600 1100 250（免维护）

DM4—2500/08—2 800 2500 5000 7500 >1500 5000 400 >26 206±25 125 DC220V < 40A DC220V < 0.8A < 100ms < 20ms < 100ms

DC220V < 10A DC220V

24 ms（固有分闸 时间）

分闸时间同步性 < 15ms < 15ms <1ms DM4 灭磁开关的整体结构较为简单，检修维护方便。由于开关的各种配合尺寸及各部 间隙是在制造过程中给予控制的，除个别参数需在现场调试外,其余配合关系无需检修人员 调整。又由于该开关具有双极联动及单极分断功能，因此开关的分断非常可靠。运行情况表 明，DM4 开关出现拒动的可能性很小，这一点非常适合作为灭磁开关。然而，DM4 开关是 一种低压直流开关改进产品，运行情况并不是十全十美。近几年，一种新型双断口灭磁开关 DMX 研制成功，并投入应用。DMX 灭磁开关主要技术参数见表 4-1。 DMX 灭磁开关与 DM4 灭磁开关的最大区别：DM4 采用长弧原理灭弧栅，即灭弧罩中 灭弧栅采用绝缘材料，弧电流在灭弧罩中形成一根长弧，弧越长其弧压就越大，虽然每厘米 的弧压为 71V～77V，但不确定的因数很多，它还与电流大小、分断速度、燃弧时间等有关。 DMX 采用短弧原理灭弧栅，即灭弧罩中灭弧栅采用金属材料，弧电流在灭弧罩中被一系列 金属分断成短弧，每两片金属间的弧压为 32V～35V，且稳定，这样灭磁开关断口弧压就等 于灭弧栅金属片数量乘 32V～35V ，弧压稳定，重复性好。试验证明，开断电流从 50A 上 升到 8000A，弧压基本不变，同非线性电阻配合灭磁，均能良好换流移能。 然而，无论是 DM4 还是 DMX，作为大型水轮发电机灭磁开关来说，

1 42

其运行时间和运 行情况都不能证明已经达到国外先进水平。尽管，国外同类型灭磁开关的技术指标并不比 DM4 或 DMX 高多少，但是它们的运行情况非常好，检修维护量也极少。大江电厂有四台 进口灭磁开关，两台单断口开关，两台三断口开关，仅从外观上看，庞大的灭弧罩和宽大的 绝缘距离就让人感到安全可靠，实际的运行情况也很好。我们知道，灭磁开关分断的是很大 的直流电流，由于其直流电弧没有过零点，因而分断较为困难，且分断时会产生较大的过电 压，又因为弧电流温度高，能量大。稍有不慎，便会烧毁开关本身。所以，优良的灭磁开关 一定要有很大的灭弧罩， 且具有足够的绝缘距离。 灭磁开关配合非线性电阻灭磁的最关键技 47

术指标是分断速度快，弧压高。 3

灭磁装置试验参数简介

一个安全可靠的发电机灭磁系统应具备下列条件： a)当发电机因故障解列时， 应能同时将发电机转子励磁电流切除， 并且不得危及相应设 备； b)灭磁时间应尽可能短，以便使发电机的冲击减到最低程度； c)灭磁装置动作时，转子绕组两端承受的过电压不应超过转子试验电压的一定比值， 从而使转子过电压水平尽可能低。 在给定转子过电压倍数的条件下，发电机灭磁时间常数由下式决定： Tm＝Um×Lf /[(RO＋Rf)×Ufm]＝τ/(k+1) 式中：Lf－－转子电感； Rf－－转子直流电阻； RO－－灭磁电阻； K=R0/Rf（转子过电压倍数）； τ＝Lf/Rf＝TdO （发电机空载、定子绕组开路，转子励磁绕组的时间常数）。 从上式可见，灭磁时间正比于发电机的转子电感，反比于转子过电压倍数。 葛洲坝二江电厂最初采用氧化锌电阻灭磁试验时，选择 K＝5，即灭磁电压取 1500V， 计算 Tm 得 0.167TdO。计算和试验数据如表 4-2。实际灭磁时间是指转子电流衰减到零的时 间，我们平常所说的灭磁时间也是这一概念。 表 4-2 机组 编号 1～2F 3～7F 参 机 组 型 号 TS1760/200-110 SF125-96/15600 灭磁时间计算值和实测值比较 容 量 170Mw 125Mw Td0(秒) 5.95 5.53 数 计算时间(秒) 实际时间(秒) 0.99 0.86 0.92 0.79

在表 4-2 中，实际灭磁时间比计算的灭磁时间短，是因为实际灭磁电压并不是恒定的 1500V，而是高于 1500V。表 4-2 说明，采用氧化锌电阻灭磁，灭磁速度可以由灭磁电压控 制，而灭磁电压是同转子一系列试验电压相匹配的，表 4-3 是二江电厂机组的转子试验电 压数据，从中可以看出灭磁电压同其它电压的关系。 表 4-3 机 组 编 号 1～2F 3～7F 转子额定 电压（v） 497 483 二江电厂机组转子耐压及允许过电压数据 大修试验 电压（v） 3000 3000 允许最高 过电压 （v） 2500 2500 实测过电压水平（V） 灭 磁 过电压保护 2500 2500 1600～1800 1500～1700

验收试验 电压（v） 4970/4000 4830/4000

注：验收试验电压前面是接机时的实际耐压值，其后是标准参考值。标准请参考 DL489－ 92(大中型水能发电机静止整流励磁系统及装置试验规程)。 灭磁电压同灭磁时间成反比关系， 这是在不考虑转子的阻尼绕组情况下得出的。 实际上， 当灭磁电压设计得越来越高时，灭磁时间反而也开始增大。其原因是灭磁电压高，灭磁电流 就衰减的快，转子磁能就

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向转子阻尼绕组转移的多，而一旦磁能转移到阻尼绕组，转子回路 的氧化锌电阻就无能为力了。因此，选择一个合理的灭磁电压，就会得到一个最佳的灭磁时 间。在这方面，合肥凯立电子公司进行了一些研究，并得出灭磁电压和时间之间“U”型曲 线特性：当灭磁电压很低时，灭磁时间较长，当灭磁电压很高时，灭磁时间也很长。在二者 之间，存在一个灭磁电压，此时灭磁时间最短。按照这一特性，合肥凯立电子公司为二江电 48

厂生产的 FMB32 型灭磁装置，其灭磁电压设计为 1250V，比以前设计的 1500V 少了 250V。灭 磁时间也是 0.8 秒左右，现有录波资料无法证明比以前短。 氧化锌电阻灭磁装置的另一个重要参数， 就是灭磁能量， 其基本要求是要保证机组能在 最恶劣工况下安全灭磁。这些最恶劣工况包括：发电机机端三相短路，发电机异步运行，励 磁装置误强励状态，转子操作过电压等情况。对于国产励磁装置来说，最大的灭磁能量是励 磁装置误强励，此时，定子电流为零时无电枢反应，即只有全部转子电流建立的磁势而无反 向磁势之故。同时，由于励磁失控，励磁电压和电流上升，使得发电机机端电压上升，而机 端电压的上升又促使励磁电压和电流上升，进一步加大发电机转子磁能。然而，国外励磁装 置一般只按发电机机端三相短路来考虑灭磁能量， 因为国外励磁装置误强励几率很小。 二江 电厂励磁装置误强励时，励磁电压上升到 1000V，励磁电流将达到 5000A。根据这种情况， 二江 3F～7F 机组的最大转子磁能可达到 1400 千焦耳。 由于高能氧化锌电阻阀片的单片容量只有 20KJ，再加之单片残压也不高，要满足二江 电厂最初灭磁试验要求：灭磁电压 1500V，灭磁容量 1400KJ，就只有采取并联和串联阀片 的方法， 并考虑一定的裕度， 最后选用 120 片氧化锌电阻阀片， 采用 3 串 40 并， 总容量 2400KJ。 二江电厂首次高能氧化锌电阻灭磁实验数据见表 4-4。这是 7F 空载灭磁试验，If 和 Uf 是灭磁前的励磁电流电压，Uk+和 Uk-是 DM4 双断口灭磁开关的正负断口电压，-Uf 就是灭 磁电压，它是转子两端灭磁时产生的反向励磁电压，Ud 是可控硅整流电压。表中所列数据 中：Uk、Uf、Ud 均是最大值，但出现的时刻不为同一时刻，这里的灭磁时间，从开关动作 开始时刻到发电机端电压 Ut＝0.368Ute 为止，它比表 4-2 中的灭磁时间短。 表 4-4 试验 次数 1 2 灭 If 890A 890A 磁 前 Uf 198V 198V Uk+ 1904V 1941V Uk1018 V 981V ZnO 电阻配合双断口开关灭磁试验记录 灭 -Uf -1632V -1624V 磁 过 Ud 1070 V 1045V 程 中 换弧时间 30ms 30ms 灭磁时间 0.59s 0.59s 4

FMB32 型灭磁及转子过电压保护装置

目前，二江电厂 1F～6F 采用 FMB32 型灭磁及转子过电压保护装置，该装置由合肥凯立 电子公司生产，其原理接线见图 4-7。 在正常励磁时， FMK 合闸， 励磁电流经 FMK 送入发电机转子， 此时， 励磁电压一般在 500 以下，非线性电阻 FR2 和 FR4 都只有较小的漏电流，相当于开路状态。FR1 和 FR3 因 D1、 D2 和 KPT 的阻断也相当于开路。当外来高压侵入励磁回路时，正向过电压由 FR2 和 FR4 共 同吸收过压能量，其中 FR4 吸收频率很高，幅值约为 1700V 的过压毛刺，FR2 吸收幅值约为 2400V 的过压毛刺。对于超过 2400V 的过压毛刺，则由触发器 CF 触发可控硅 KPT，使 FR3 投入工作，将过压限制在 2450V 内。反向过电压由 FR1 和 FR4 共同吸收，FR4 依然吸收高频 过压毛刺，灭磁电阻 FR1 将过压限制在 1250V 内。 在 FMK 跳闸灭磁时，其 DM4 双断口同时断开，触头拉弧并将电弧吹入灭弧罩，电弧 在 FMK 双断口形成电弧电压， 与此同时， 转子两

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端产生反向励磁电压， 当这一电压大于 FR1 的残压 1250V 时， 励磁电流流经 FR1， FMK 双断口电弧熄灭， 转子能量转移到灭磁电阻 FR1 上。由于 FR1 有良好的恒压耗能特性，因而缩短了灭磁时间，大大减轻了事故危害。 FMK FR3 R5 R1 RD2 RD1 49 FR5 C

R2 D2 KPT FR2 FR1

ZTC F

SCR FR4 CF D1 RZ

图 4-7

FMB32 型灭磁及过电压保护装置原理图

当发电机非全相及大滑差异步运行时， 定子负序电流产生的反转磁场以两倍转速切割转 子绕组，产生很强的转子过电压。此时，FR3 阀片投入运行，将绕组两端的电压限制在安全 范围内，确保发电机转子始终有电流通过。该电流在转子绕组中产生相反磁场，抵消定子负 序电流产生的反转磁场，从而可靠的保护转子和滑环不致于烧坏。FMB32 型灭磁及过电压保 护装置器件配置情况见表 4-5。 表 4-5 功能名称 灭磁电阻 组件名称 阀片 二极管 过压保护 非全相保 护 阀片 阀片 二极管 可控硅 触发器 电阻 尖峰吸收 器 压敏电阻 阀片 电阻 FMB32 型灭磁及转子过电压保护装置组件配置 组件编号 FR1 D1 FR2 FR3 D2 KPT CF R1/R5 FR5 FR4 R2 组件规格 1-2F：3 串 64 并共 192 片，4.0MJ，U 残=1250V 3-6F：3 串 48 并共 144 片，2.88MJ，U 残=1250V 3200V/1000A 1-2F：U1mA=3125V 3-6F:U10mA/U 残=1630V/2445V U10mA/U 残=1660V/2490V 3200V/1000A 3200V/1000A 2500V/0.25A 4.2K100W/15K100W U1mA=400V U10mA/U 残=1133V/1700V 0.1K/100W

电容 C 20uf/630V 值得注意的是，在 FMB32 型灭磁及转子过电压保护装置中，FR2、FR3、FR4 的能量都较 小，这就大大限制了其过电压保护能力。另外，由于 FR4 长期受到过电压尖峰冲击，其漏 电流增加较快，也影响了过电压保护装置的寿命。 4.4

大江电厂灭磁及转子过电压保护装置

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表 3-2 1．额定交流输入电压 2．额定直流输出电流 3．半额定直流输出电流 4．25%额定直流输出电流 5．15 倍额定输出允许时间 6．额定通风量 表 3-3 机组容量 170MW 125MW 3台 2台

励磁大功率柜单柜技术参数 800V 1600A 最大允许 2000A(强迫风冷条件下) 800A 400A 最大允许 1600A(弱风冷条件下) 最大允许 500A(自然冷却条件下)

1 分钟(强迫风冷) 4500M3/小时 励磁大功率柜整体工作能力 额定输出电压 800V 800V 总输出电流 4800A 3200A

功率柜配备数 3．2

励磁大功柜的技术特点

无论是 KGLF—1600/800 整流装置， 还是 STR—1600/800 整流装置， 使用的都是西安电 力电子技术研究所引进美国 GE 公司技术生产的 KPX1650A/4200V 大功率晶闸管， 其主要技 术参数见表 3-4。 表 3-4 参 数 名 称 通态平均电流 断态和反向重复峰值电压 断态和反向峰值电流 浪涌电流 通态峰值压降 断态电压临界上升率 通态电流临界上升率 KPX1650/4200 晶闸管主要技术参数 符号 IT VDRM/VRRM IDRM/IRRM ITM VTM dv/dt di/dt 技术指标 1650A 4200V 10/150mA 26KA/ms 1.85V 1000V/μs 100A/μs 测 试 条 件 Tj＝70℃ Tj＝－40℃～＋125℃ Tj＝25℃/125℃ 门极开路 8.3ms 2KA Tj＝125℃ Tj＝125℃ 门极开路 Tj＝125℃ 门极开路

可控硅是晶闸管的俗称，有三个极，它们是阳极 A，阴极 K 和控制极 G。可控硅导通 的条件是：在可控硅加正向电压即 A 极电位高于 K 极电位的同时，再在控制极加正向脉冲 即 G 极电位高于 K 极电位。可控硅具有单向导电特性，电流只能从 A 极流向 K 极，且可控 硅一旦导通，其触发脉冲就失去作用。可控硅关断的条件是：在可控硅两端加反向电压即 A 极电位低于 K 极电位即可。由此可见，可控硅是一种只能控制开通而不能控制其关断的半 导体器件。 判断可控硅好坏的简单方法有两个， 第一是用万用表电阻档测可控硅的电阻。 一般来说， 可控硅 A 极和 K 极的电阻很大，至少 100KΩ以上。G 极和 K 极的电阻很小，在 10～200Ω 之间。第二是用两个对线灯检测，具体方法是：用第一个对线灯的正极接可控硅 A 极，其负 极接 K 极，此时该对线灯不亮，因为没有触发信号；用第二个对线灯的正极接可控硅的 G 极，其负极接 K 极，此时两个对线灯都亮，表明这个可控硅可以被触发；最后断开第二个对 线灯的接线，如果第一个对线灯仍然还亮，表明这个可控硅不仅可以被触发，还可以维持导 通，是一个好可控硅。反之，表明这个可控硅的维持电流很大。 35

可控硅常用技术参数的简要说明见表 3-5，这里以 KPX1650A/4200V 为例。 表 3-5 参 数 名 称 符 号 IT UTM UDRM URRM IDRM IRRM dv/dt di/dt VGT IGT 通态平均电流 通态峰值电压 断态重复峰值电压 反向重复峰值电压 断态重复峰值电流 反向重复峰值电流 断态电压上升率 通态电流上升率 门极触发电压 门极触发电流 可控硅常用参数简要说明 技

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术指标 1650A 1.5V 4200V 4200V 300mA 200mA 1000v/us 100A/us 4.5V 300mA 简 要 说 明 导通状态下的额定平均电流 导通状态下通过额定平均电流时的电压降 关断状态下允许施加的最大正向电压 关断状态下允许施加的最大反向电压 关断状态下允许通过的最大正向漏电流 关断状态下允许通过的最大反向漏电流 关断状态下允许施加正反向电压的最大上升 速率 导通状态下允许通过的电流的最大上升速率 触发可控硅导通的最小控制电压 触发可控硅导通的最小控制电流

能够维持可控硅导通的最小平均电流 维 持 电 流 250mA IH 葛洲坝电厂大功率柜采用多个大功率柜并联方式， 每个功率柜是一个三相全控整流桥电 路，由三只大功率组件所组成，每只组件装有一正一负两只 KPX1650/4200 晶闸管管芯，它 们共用一只风冷散热器型材。 三相电源从功率柜后面输入， 正负极从功率柜前面的上下端输 出。为了防止直流侧短路时对可控硅组件的过度冲击，在每只组件的直流侧串联有 NT 型快 速熔断器，并附有熔断报警装置。 Vcc R 复位 R 输出

放电 阀值 控制电压 复位 输出 触发 GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

Vcc 放电 阀值 控制电压 复位 输出 触发

阀值 控制

+ R 比较器 +

放电 S FET R-S 触发器 GND 触发 R

图 3-1

556 管脚图 图 3-2 555 内部原理图

整流桥中的每只可控硅组件两端并联一个 RC 阻容电路，限制组件两端的电压变化率 dv/dt。选择合适的电阻和电容值，既可以防止过高的 dv/dt 对可控硅造成损坏，又可以防

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止 过高的 dv/dt 使其误导通。另外，RC 阻容电路对降低整流桥运行中所产生的过电压毛刺极 为有效。在二江电厂某机组测试后发现，选用 25 欧姆电阻和 1 微法电容，可使交流阳极电 压的过电压毛刺降低 1000 伏左右。 一般来说， 在可控硅组件与交流电源之间应装设串联电抗器， 即可以平衡各功率柜的输 出电流，又能限制可控硅的电流上升率。然而，励磁大功率柜没有装设此串联电抗器。究其 原因，一方面是大可控硅的 di/dt 指标很高，使其具有较高的抗冲击能力；另一方面是设计 制作大电流的电抗器极其困难。另外，由于励磁阳极电源回路中串联变的作用，使其具有较 36

高电感量，而串联电抗器的电感量一般都较小，因而认为串联电抗器的作用不大。但是，二 江电厂励磁大功率柜数年运行结果表明，各功率柜之间的均流效果不好。实际上，励磁阳极 电源回路中的电感同串联电抗器的电感所产生的作用不完全相同， 理想的励磁系统要求阳极 电源回路中的电感要尽量的小，串联电抗器的电感量要满足设计要求。 在励磁大功率柜内设置有脉冲放大电路， 采用了较为先进的脉冲列触发技术， 不仅使整 个电路体积小，耗能低，而且还保证了输出脉冲的前沿和强触发能力。 大功率柜脉冲放大电路见 MEC 脉冲放大电路图。在这个电路中，由励磁调节器提供的 双脉冲，经电阻限流后进入一个光电隔离集成块 4N25，使调节器和功率柜之间没有直接电 的联系，提高了励磁装置的抗干扰能力。该光电隔离器将双脉冲反向后，触发 556 时基集成 块产生双脉冲列，再经一个三极管放大，驱动脉冲变压器，脉冲变压器主要起隔离励磁装置 强电和弱电回路，是励磁装置稳定运行的关键设备。该电路的工作电源为 24～36V 直流， 适应范围较宽，同时对脉冲输入信号的适应能力也较强，技术较为先进。 时基集成块 556 是一个双 555 时基集成块，556 管脚图见图 3-1，555 内部原理图见图 3-2，555 的真值表见表 3-6。 表 3-6 阀值电压 >2/3V 1/3V<阀值电压<2/3V 任何状态无关 >2/3V 1/3V<阀值电压<2/3V 555 的真值表 复位 0 1 1 输出 0 0 R-S-FF 状态 放电 ON ON R-S-FF 状态

触发输入电压

<1/3V <1/3V 1 1 OFF 在该电路的 556 中，第一个 555 对双脉冲进行整形，提高电路的抗干扰能力。反向的双 脉冲触发 556 的 6 脚，5 脚输出正向双脉冲又去触发第二个 555 的复位脚即 556 的 10 脚。 第二个 555 是一个单稳触发器，当 10 脚没有双脉冲即呈现低电平时，这个单稳不工作，556 的 9 脚也就没有振荡脉冲输出。当 10 脚接受到双脉冲即呈现高电平期间，单稳触发器振荡 工作，其震荡频率由外部的 RC 充放电时间决定。按照现有的电路参数，震荡频率为 20 千 周。对于脉冲变压器来说，振荡频率越高，变压器的传输效率就高，其线圈匝数就可以少， 绝缘等级也就易提高。 + 1 +A 3 +B 5 +C -B +A -C 4 -A

6 -B 图 3-3

2 -C -

+C -A +B

1 33

三相全控桥 6 相脉冲触发顺序

显而易见， 该电路输出的双脉冲列宽度是受双脉冲控制的， 而双脉冲的宽度是由调节器 按照三相全控桥的要求发出的。 三相全控桥要求在一个周期内， 每个可控硅都必须接受到一 个宽脉冲或双脉冲。宽脉冲的宽度要求大于 60 度小于 120 度，双脉冲要求两个脉冲之间的 距离为 60 度，每个脉冲的宽度满足可控硅的强触发要求即可，一般 8 度左右。图 3-3 是三 相全控桥 6 相脉冲的触发顺序：1→2→3→4→5→6→1，不断循环。其向量图按顺时针方向 旋转。 37

在三相全控桥中， 每一时刻必须有两个可控硅处于导通状态， 其脉冲也必须同时触发给 两个可控硅。结合大功率柜脉冲放大电路，用图 3-4 表示宽脉冲、双脉冲、双脉冲列以及脉 冲的成对触发关系：6 和 1、1 和 2、2 和 3、3 和 4、4 和 5、5 和 6、接着也是 6 和 1，不断 循环。在图 3-4 中，在有脉冲的时刻，总是有不同的两相脉冲重叠，这就表示同时给两个可 控硅触发脉冲。每一行的始发脉冲显示 6 相脉冲顺序，且每隔 360 度再重复出现，这里为了 注解方便，去掉了一些重复脉冲，并且省略了-A 和+B 相脉冲。 从图 3-4 可见，宽脉冲每相隔 360 度重复出现，其宽度> 60 度并且<120 度。双脉冲的 间距 60 度，双脉冲的每个脉冲的宽度一般为 8 度左右，由调节器控制。这里的脉冲列只是 大功率柜的情况，事实上，不同的调节器有不同的脉冲列形式。

+A +A 双脉冲 +A 脉冲列 +A 360 度 +A

+A 宽脉冲

由调节器决定其宽度 -C -C

60 度 > 60 and <120 +B +B +B -B

图 3-4

1 34

三相全控桥 6 相脉冲顺序 3．3

励磁大功率柜过电压保护

对于三相全控桥来说， 在阳极电压和控制脉冲的双重作用下， 正组可控硅和负组可控硅 成对轮流导通。理想情况下，一个可控硅的导通就使得另一个可控硅立即关断，前者的电流 由零瞬时变大，后者瞬时变为零。然而，由于阳极电源回路电感存在，这两个可控硅的电流 38

不能突变，二者有一个你减少我增大的过程，这一个过程就是可控硅的换相。正是由于可控 硅换相，使得励磁功率柜的过电压很大，因此必须采取有效措施，对其加以限制。 励磁大功率柜过电压保护原理接线见图 3-5，它采取了两种过电压保护技术：第一，在 阳极电源回路装设压敏电阻，利用压敏电阻的非线性特性，吸收交流过电压毛刺。压敏电阻 也是氧化锌非线性电阻，但是，它不同于灭磁用的氧化锌非线性电阻阀片，其特点是电压场 强高，能量小。压敏电阻的技术指标是 10mA 压敏电压和浪涌电流。励磁大功率柜选择 YM 的压敏电压一般为 2500 至 3000 伏，浪涌电流 10～20KA。为防止压敏电阻击穿短路，在回 路中还串联保险 RD。第二，在可控硅两端并联阻容吸收器，利用电容两端的电压不能突变 的特性，限制可控硅两端的过电压及其上升率，其电阻限制电容的充放电电流，保证电容安 全正常运行。大功率柜阻容的设计值：电容 1 微法/1400VAC，电阻 30 欧姆/60W。大功率 柜阻容安装在可控硅的冷却风道中。 + 交流阳极电压 C R RD YM 三相全控桥 -

图 3-5

大功率柜过电压保护原理图

然而，励磁大功率柜的过电压保护效果却不理想，主要表现在：RC 阻容器件严重过载， 电阻发热；电容损坏和击穿；压敏电阻损坏和击穿；阳极过电压毛刺高大 2000 多伏。分析 其原因，主要有三点，第一是励磁串联变压器使阳极电源回路的电感太大，造成可控硅换相 过电压大；第二是大功率柜的电流较大，阻容负载也就大；第三是压敏电阻的压敏值无法再 降低，因而其过电压保护效果不好。针对这些情况，我们认为应采取下列措施： a

增加电阻参数，减轻阻容负载

励磁大功率柜的阻容直接装设在可控硅的散热器上， 并且在冷却风道之中。 由于阻容负 载过重， 造成电阻严重发热和电容击穿， 更换极不方便， 维护工作量极大。 为减轻阻容负载， 首先要将阻容从风道移出来，只有这样，才有空间更换新的阻容参数。试验表明，阻容的好 坏，直接影响阳极过电压毛刺，且电容的大小影响最大。为此，只用增加电阻的参数来减轻 阻容负载。 增加电阻参数， 主要是增加电阻的阻值和功率， 取值范围： 欧姆/300 瓦至 100 欧姆/200 50 瓦。

1 35

b 取消压敏电阻，装设集中式过电压保护

为保证压敏电阻的荷电率不超标即在正常运行时所加的电压不能太高， 阳极回路的压敏 电压就不能太小，因而限制过电压的作用就难以发挥。更为重要的是，压敏电阻的功率一般 都不大，因而吸收过电压的能力也就不大。鉴于这些原因，一种称为集中式过电压技术在国 内外励磁设备上得到应用， 南京自动化研究院自动控制研究所就是采用这种技术， 不仅取消 39

压敏电阻，而且还取消了可控硅阻容保护，运行情况很好。 集中式过电压保护原理见图 3-6 的虚线框， 它是在三相全控桥阳极输入侧并联一个三相 全波整流桥电路，其输出并联电阻 R 和电容 C 后， 再经 R1C1 和 R2C2 同三相全控桥直流输 出端并联。电容 C 起滤波作用，电阻 R 既是 C 的放电电阻，又是整个保护的主要吸收耗能 电阻。 三相全波整流桥可以看成一个随阳极电压变化的尖峰过电压自动吸收装置， 即过电压 的整定值随阳极电压变化。 集中式过电压保护不仅吸收阳极交流侧过电压， 还吸收直流侧的 过电压尖峰毛刺，并且过电压毛刺的频率越高，吸收效果越好，可以全面改善励磁功率单元 的过电压问题。 + -

R1 C R R2 图 3-6 C1 C2

集中式过电压保护原理图

+ 交流阳极电压 C Rf R C1 C2 R1 三相全控桥 -

图 3-7

励磁功率柜过电压保护经典设计

目前，还有一种简化式集中式过电压保护，即只在交流侧装设过电压保护，具体方法就 是将图 3-6 中的 R1C1 和 R2C2 取消。中科院等离子体所科聚公司已将这种保护广泛应用， 效果很好。 励磁功率柜完整的过电压保护原理见图 3-7，它是励磁过电压保护的经典设计。这里， 由三个 C2 电容组成星形接线，抑制阳极回路的共模过电压，即线路对大地的过电压，比如 雷击过电压等。由三组 R1C1 组成三角形接线，限制阳极电源的差模过电压，即线路与线路 之间的过电压毛刺。R1 和 C1 的参数，考虑吸收可控硅部分换相过电压，要有一定的吸收功 率。RC 依然是可控硅的阻容吸收器，由于在阳极已有 R1C1 阻容吸收器，因而 RC 吸收功 率可以小一点。Rf 是非线性电阻，吸收直流侧过电压毛刺。 葛洲坝大江电厂 20F、21F 励磁功率柜也是采用图 3-7 这种接线，C2 取 0.1 微法/2500 40

伏，C1 取 5 微法/4000 伏，R1 为 10 欧姆绕线电阻，4 并 2 串，功率很大。R 为 30 欧姆，C 为 0.5 微法/2000 伏。C2、C1 和 R1 均装设在功率柜风道之中。Rf 为炭化硅非线性电阻，采 用 400V/140A 阀片，4 串 12 并接线，共 48 片，能量很大。该过电压装置

1 36

运行情况很好。

第四章

发电机灭磁及转子过电压保护 41 4．1

发电机灭磁及转子过电压保护概述

同步发电机安全可靠的灭磁，是一个不仅关系到励磁系统本身安全，而且直接关系到 整个电力系统安全运行的大问题。发电机转子过电压保护，不仅只是动作发信号，更重要 的是采取有效措施来限制过电压，以保护发电机转子绝缘和励磁装置的安全运行。 葛洲坝电厂投产以来，其灭磁和过电压保护经历了如下三种方式，这三种方式也是同 时期励磁装置灭磁及转子过电压保护的主要类型。 a：灭磁开关灭磁，即采用具有灭弧栅片的 DM2 型灭磁开关灭磁，采用可控硅跨接器 限制转子过电压，跨接器的放电电阻为线性电阻。 b：线性电阻灭磁，即将二极管串联线性电阻后并联在转子两端，利用一个恒值电阻的 放电来灭磁。此间，没有装设发电机转子过电压保护。 c：非线性电阻灭磁，即采用 DM4 灭磁开关配合氧化锌非线性电阻灭磁，采用可控硅 跨接器限制转子过电压，跨接器的放电电阻也是氧化锌非线性电阻。 上述三种灭磁类型， 若按磁场能量的消耗方式而言， 磁场能量主要消耗在灭磁开关中的 称为耗能型（如 DM2 型灭磁开关）。而在线性或非线性电阻灭磁系统中，由于灭磁开关并 不承担或不全部承担耗能任务， 仅仅起到断开磁场回路使转子建立较高的反电势的作用， 转 子磁场的能量主要消耗在线性或非线性电阻中。此种方式称为非耗能型或转移型灭磁系统。 耗能型灭磁系统的灭磁原理：利用 DM2 开关断开时产生的弧电流，将转子能量消耗在 灭弧室的灭弧栅中，即转子的磁场能量转换成热能而消耗掉。 转移型灭磁系统的灭磁原理： 利用灭磁开关断开励磁绕组时产生的高压反电势， 击穿非 线性灭磁电阻，将励磁电流转移到灭磁电阻中，并通过热能转换而灭磁。 目前的发展趋势是： 一方面非耗能型的非线性电阻灭磁系统得到越来越广泛的应用， 但 线性恒值电阻灭磁系统仍有一定市场。另一方面是耗能型的灭弧栅式灭磁系统亦得到重视， 特别是中小型机组。在这方面，东欧国家应用的较普遍，技术上也较为成熟，我国在沿用这 项技术方面亦取得了优异的成绩。但此种灭磁方式正在受到非线性灭磁系统的挑战。 4．2 1

发电机灭磁的基本原理

发电机灭磁性能指标简介

衡量发电机灭磁性能指标有两个： 灭磁速度和灭磁电压。 其要求是速度快即灭磁时间短， 灭磁电压不能超过转子允许电压值。 最优的灭磁系统是灭磁电压较高且在灭磁过程中保持恒 定，只有这样，灭磁电流才能按线性方式衰减，其灭磁时间才最短。最优的灭磁系统称为理 想灭磁系统。 灭磁开关利用灭弧栅的短弧原理灭磁， 灭磁效果非常接近理想灭磁的

1 37

目标。 而线性电阻 灭磁利用一个恒值电阻放电灭磁，灭磁电压不可控，灭磁时间很长，因而灭磁效果最差，但 很安全。 实现理想灭磁的基本条件是：灭磁电压 Ufm 保持不变，灭磁电流 ifm 直线衰减，这就要 只有这样才 求在一个大电感回路中， 其灭磁电阻 Rm 应具有随电流 ifm 而变化的非线性特性。 能保证 ifmRm=Ufm =常数。 多种试验表明， 金属电极间形成的短弧电阻具有满足这一要求的非线性特性， 这是灭弧 栅灭磁系统之所以接近于理想灭磁的基本条件。经验测试证明，当金属电极间距离在 3－ 6mm 之间时，电流由几安～2.4×103 安范围内时，所产生的电弧电压降接近恒等于 30V 左 右。由于弧压降为一常数 30V，则当电流变化时，Rm 将随电流的变化而变化。图 4-1 中 Ufm1 和 ifm1 是灭弧栅灭磁的灭磁特性曲线。如果 Rm 是一个恒定值，则灭磁时电压就会因电流的 42

变化而变化，图 4-1 中 Ufm2 和 ifm2R 就是线性电阻灭磁的灭磁特性曲线。值得注意的是采用 线性电阻灭磁的时间将比理想灭磁时间长很多，而图 4-1 没有体现这一特征。 if,Uf,R Ufm2 If0 ifm1 R Ufm1

R0 ifm2 0 tm=Td0/6 图 4-1 灭磁特性曲线 t 2

开关灭磁和线性电阻灭磁原理

葛洲坝电厂投产时所采用的是灭磁开关灭磁方式， 其原理接线如图 4-2。 FMK 采用 DM2 灭磁开关，SCR 和 Rm 组成转子过电压跨接器，当转子产生过电压时，可控硅导通，线性 电阻 Rm 吸收过电压能量。由于整流电压 Ud 大幅度的变化对灭磁开关拉弧建压极为不利， 再加之灭磁中跨接器常常误动等原因，连续造成灭磁开关烧毁事故，极大的影响了发电机 和励磁装置的安全运行。为此，葛洲坝电厂临时改用线性电阻灭磁方式，尽管灭磁时间长， 但灭磁安全，有效的扭转了烧毁灭磁开关的局面。图 4-3 就是临时采用线性电阻灭磁的接线 原理。尽管这里只是用二极管 D 取代 SCR，且 Rm2 小于 Rm1，但灭磁原理发生了根本性 的改变。 Uk SCR FMK Rm1 Ud 图 4-2 Uf 开关灭磁原理接线 Ud 图 4-3 F FMK Rm2 Uf 线性电阻灭磁原理接线 Uk D F

在上述两个图中，FMK 是 DM2 灭磁开关，它由主触头、弧触头和灭弧栅片组成，其画 法是主触头在里， 弧触头在外， 灭弧栅由一个横长线将许多短线穿过。 是续流二极管， D SCR 是跨接器中可控硅，Rm1 和 Rm2 是线性电阻。 灭磁开关的灭磁原理：FMK 跳闸时，因励磁电流不能突变，其两端将产生弧压 Uk，该 弧压减去功率柜整流电压 Ud 后，使励磁电压 Uf 由正常运行时的上正下负变为下正上负。 由于灭磁能量没有地方转移，励磁电流只有继续在 FMK 的灭弧栅片上燃烧。根据前面所述 的短弧原理，弧压 Uk 基本不变，其值为栅片数乘以 30V。葛洲坝电厂的 DM2 栅片数一般 取 60 片，弧压即为 1800V。如果 Ud 取 300V，那么灭磁电压也就为 1500V，且基本恒定， 43

此时灭磁电流线性衰减，灭磁时间很短，符合理想灭磁要求。但是由于 Ud 大幅度的变化， 使得灭磁电压不能确定。另外，跨接器只是一个过电压保护，灭磁时一般不会动作，如果灭 磁过程中误动，则将导致灭磁开关的灭磁失败。更为严重的是，由于 Rm1 远大于 Rm2，

1 38

励 磁电流在 Rm1 上会产生很高的过电压，该电压则会击穿刚刚熄弧的 DM2 触头，从而烧毁 DM2 灭磁开关。正是因为葛洲坝二江电厂投产初期，几乎每台机组都发生了烧毁灭磁开关 事故，所以才临时该为线性电阻灭磁。 线性电阻的灭磁原理：FMK 跳闸时，因励磁电流不能突变，其两端将产生弧压 Uk，该 弧压减去功率柜整流电压 Ud 后，使励磁电压 Uf 由正常运行时的上正下负变为下正上负， 此时二极管 D 导通，励磁电流开始经 Rm2 和 D 续流。由于 Rm2 很小，励磁电流在 Rm2 上 的压降也不很高，因而较安全。一旦 FMK 的弧电流下降到不能维持，FMK 就彻底断开了， 灭磁能量由 FMK 转移到续流电阻上，灭磁电压和灭磁时间就由励磁电流和续流电阻确定。 正如前面所述，利用恒阻值电阻放电，其电压和电流都将呈指数衰减，且时间较长。 3

非线性电阻灭磁的原理

如前所述， 理想灭磁的灭磁电阻必须具有非线性特性， 于是随着非线性电阻器件的产生， 非线性电阻灭磁方式也就发展起来了。 按照非线性电阻器件划分， 目前主要有以下两种类型： a 碳化硅灭磁装置，即采用的非线性电阻是碳化硅电阻，此类国外已经大量使用。 b 氧化锌灭磁装置，即采用的非线性电阻是氧化锌电阻，此类目前主要在我国和日本 使用，其它国家还未见报道。 我们知道， 在灭磁开关灭磁系统中， 转子的灭磁主要是依靠灭磁开关的灭弧栅吸能来灭 磁。而在非线性电阻灭磁系统中，一般也有灭磁开关 FMK，但其作用主要是用来接通和断 开转子回路，使转子建立起反电势并击穿非线性电阻 Rf，将转子磁场能量由开关转移到非 线性电阻上，因而一般都是属移能型灭磁系统。非线性电阻灭磁系统原理接线如图 4-4。这 里，ZTC 是自动投入电阻 Rz 的接触器，由 FMK 跳闸并延时投入，延时时间一般为 1 秒左 右，主要考虑因数是在氧化锌电阻完成大部分灭磁任务后，及时投入 Rz，一方面吸收发电 机阻尼绕组能量，另一方面短接停机过程中的发电机转子，防止转子出现过电压。 Ik

FMK Rf Irf

ZTC F Rz Ut

图 4-4

非线性电阻灭磁原理接线图

对于图 4-5 中的非线性电阻灭磁系统来说，其灭磁过程可如下分为三个阶段： 第一阶段：灭磁开关分闸、拉弧、建立转子反电势（图 4-5 中 t0～t1 时段）。 在这个阶段的初始时刻，灭磁开关主触头分断，在触头之间产生直流电弧，并由电弧电 流在吹弧线圈中产生吹弧磁力， 从而使直流电弧拉长并进入灭磁开关的灭弧栅。 由于直流电 弧被拉长后其弧电阻增加， 促使灭磁开关主触头两端的电压升高， 直至达到非线性电阻的动 作值。 由于灭磁开关分断， 发电机励磁电流发生强烈变化， 此时发电机转子将因电流变化而产 生反电势， 其反电势的大小由转子电感和励磁电流的变化率所决定。 当达到非线性电阻动作 值时，由非

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线性电阻决定转子的两端电压。 第二阶段：非线性电阻换流、移能，转子灭磁（图 4-5 中 t1～t2 时段）。 在这个阶段的开始时刻， 由于灭磁开关触头断开引起的转子反向过电压使非线性电阻由 44

阻断变成导通， 从而使原经过灭磁开关构成的励磁电流通路转换为由非线性电阻与转子之间 构成通路，进而使灭磁开关断口熄弧，完成励磁电流由灭磁开关向非线性电阻的换流。 完成换流以后，由于转子能量并没有消耗，故非线性电阻将维持导通状态，直至将转子 的几乎全部能量都转移到非线性电阻之中，磁能变成热能。 第三阶段：线性电阻消耗能量（图 4-5 中 t2～t3 时段）。 在这一阶段的初始时间中，由于非线性电阻的移能作用，发电机转子能量逐渐减少，转 子两端反电势逐渐降低， 当不能继续维持非线性电阻的导通状态时， 非线性电阻由导通转换 为阻断，不再吸收转子能量。 由于非线性电阻并没有完全转移转子中的全部能量， 当非线性电阻不再继续吸收转子能 量时，应该及时投入 ZTC，以便使线性电阻 RZ 投入工作，完成转子剩余能量的消耗，使转 子完全灭磁。 u/i

1 (Ut) 3 (Irf) 2 (Ik) t0 t1 t2 t3 ωt

5 (Uf) 4 (Urf)

图 4-5

非线性电阻灭磁过程示意图

图中： 1—发电机机端电压 Ut 变化曲线 2—灭磁开关断口电流 Ik 变化曲线 3—非线性电阻的电流 Irf 变化曲线 4—非线性电阻两端电压 Urf 变化曲线 5─转子两端电压 Uf 变化曲线 4.3

二江电厂灭磁及转子过电压保护装置

在葛洲坝二江电厂采用线性电阻灭磁方式之后，便开始联合有关院校共同开发非线性 电阻灭磁系统。经过几年的努力，第一台具有实用价值的高能氧化锌电阻灭磁装置，在 7F 试

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