发电机励磁之灭磁系统简介
灭磁系统介绍
DC or Peak Voltage (Volts)
100 1000
DC or Peak Current (Am ps)
非线性电阻碳化硅V-I特性对数曲线
10000
直流磁场断路器(1)
(1) 灭磁系统的介绍
厂家
GE公司
型号
GERapid-8007 2×2
操作电压范 110V(70%-110%) 围
最大分断电流 125KA 分断时间 <100ms
(1) 灭磁系统的介绍
磁场断路器弧压实验波形
交流磁场断路器
(1) 灭磁系统的介绍
生产厂家： siemens公司 产品型号： 3AH3/3AH5
灭磁开关选择
(1) 灭磁系统的介绍
灭磁开关额定工作电压： 应大于转子上的最大工作电压 ； 灭磁开关额定工作电流： 应大于转子最大长期连续工作电流； 灭磁开关开断电流能力： 应大于转子强励电流； 灭磁开关开断电压能力： 应大于灭磁电阻上电压和
交流开关灭磁
交流灭磁原理
仅断开交流灭磁开关MK。通 常三相全控整流桥工作，上 下桥臂均各有1元件导通， 如A、–C,这时励磁电流if 经MKa、MKc流过，产生电弧 （MKb无电流断开）。过 3.3ms(60°)＋B脉冲到，但 因MKb断开，无作用，再过 60°，－A元件导通。这时 if流过+A、－A，MKa、MKc 息弧断开。非线性电阻不能 投入，励磁电流只靠转子回 路时间常数缓慢灭磁，不能 快速灭磁。
按开关功能分：
耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉
移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量，
磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗
按开关位置分：
直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧
交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧
发电机UN6000励磁系统简介
②
PT AVR
③
CT 直流灭磁开关 G 起励装置
自并励方式的缺点
①
② ③
④
整流装置电源电压取自发电机端，系统故障 时，随着机端电压下降，影响励磁系统的强 励能力。 有碳刷增加了维护量。 发电机近端短路时，因机端电压突然降低很 多时可能不满足强励要求，强励减弱时，短 路电流迅速衰减，而造成出口带时限继电器 拒动，使故障扩大，须加有记忆功能继电器。 起励时，发电机剩磁不足以提供可控硅的导 通电压，发电机不能自励，需要另外设置起 励电源。
自动电压调节器AVR
我公司AVR选用的是 2AVR+2FCR+1BFCR，也就是带有手 动紧急备用通道的双通道系统， 这是目前UN6000系统励磁系统的 最高配置。 AVR：自动电压调节器； FCR：励磁电流调节器； BFCR：后备励磁电流调节器； UG：发电机机端电压测量信号； IG：发电机定子电流测量信号； IF：励磁电流；
自动电压调节器AVR
励磁调节器（AVR）采用数字微机型， AVR中装设无 功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有 过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳 定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护 等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温 度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴 电压毛刺吸收装置等。 采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行， 两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现 故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自 动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动 无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。
自动电压调节器AVR
发电机灭磁工作原理
灭磁工作原理当发电机组的内部或发电机出口端发生故障以及正常停机时都要快速切断励磁电源，由于发电机转子绕组是个储能的大电感，因此励磁电流突变势必在转子绕组两端引起相当大的暂态过电压，造成转子绝缘击穿，所以必须尽快将转子电感中的磁能快速消耗，这就是通常所说的灭磁。
通常使用的灭磁方法有：线性电阻灭磁、灭磁开关灭磁、逆变灭磁和非线性电阻灭磁。
本公司采用氧化锌非线性电阻灭磁方式利用其特殊的伏安特性，达到近似恒压灭磁的效果。
灭磁的原理如图1所示，其中i转子中的电流、FR1为氧化锌非线性电阻、FMK为灭磁开关、Uo为励磁电压、LP为整流电源、Uk为灭磁开关弧压、U R为氧化锌非线性电阻残压。
若要使转子电流衰减至零，必须在转子两端加一个与其励磁电源电势相反的电势U，灭磁方程式为Ldi/dt+U=O。
可见电感中电流衰减率正比于反向电势U，反向电势越大，灭磁时间越短。
但反向电势受转子绝缘水平限，限不能超过转子绝缘允许值因此最理想的灭磁方式是灭磁电压保持恒定，电流保持一个固定的变化率（di/dt=-U/L）按直线规律衰减至零。
由于氧化锌非线性电阻残压U R变化很小，灭磁时近似于恒压，即U R=U。
发电机正常运行时转子电压低，氧化锌非线性电阻呈高阻态，漏电流仅为微安级。
灭磁时，灭磁开关FMK跳开，切开励磁电源，在满足Uk≥Uo+U R时，电流被迫入灭磁过电压保护器中，转子绕组中所储能量被氧化锌非线性电阻消耗，且氧化锌良好的伏安特性保证了这部分能量几乎以恒压的形式消耗，确保了发电机组的安全。
图1发电机转子灭磁及过电压保护装置采用多组氧化锌非线性电阻并联跨接于转子绕组两端，由于氧化锌非线性电阻FR1、线性电阻R1、快速熔断器RD、二极管D1组成（见图2）。
其核心部件FR1具有限制反向过电压和吸收磁能的作用；各支路中都有特制熔断器RD，熔断器的熔断时间小于2ms并且熔丝电压足够高，当部分支路必生故障，其相应熔断器快速熔断，产生的电压将故障支路的短路电流迅速迫入其他支路，故障支路被切除。
发电厂励磁系统灭磁原理
现场灭磁波形-自并励
2014/12/17
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实测灭磁时序
21ms后 外跳2信号来
电子跨接器 动作
22ms后 封脉冲
2ms后
逆变 交流开关分 断 机械跨接器 合闸 直流磁场断 路器分断
58ms后
约20ms后
4ms后
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现场灭磁波形-他励
2014/12/17
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谢 谢 ！ 期待与各位专家的交流
发电机灭磁原理介绍
二零一四年十二月
目录
一 二 三
灭磁原理及分类
灭磁主要器件选型
灭磁技术
2
灭磁系统的主要作用
灭磁装置的性能要求
足够的灭磁 容量 反压3-5倍 Uf
电路和结构 简单可靠 快速性 足够的分断 能力
灭磁系统的分类
三相全控桥整流来提供励 磁的发电机组正常停机， 应采用逆变灭磁
逆变灭磁时要求整流桥交 流进线电压正常，以保证 可控硅整流桥换相正确。
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机端三相短路
负载误强励
空载误强励
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目录
一 二 三
灭磁系统概况
灭磁主要器件选型
灭磁技术
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组合灭磁技术
大型发电机组励磁电流大、励磁电压高，快速与安全可靠 的灭磁是一个必须要解决的难题。
组合灭磁（线性 +ZnO SiC ）： 非线性电阻（ ZnO ）：）： 由于ZnO的限压作用，把灭磁 特性介于线性和非线性之间， 优点：灭磁残压容易控制，恒 线性电阻： 电压限制在机组允许的安全范 不能达到恒压灭磁，灭磁速度 压灭磁，灭磁速度快 围内，线性电阻阻值可以选大 也较慢。 缺点：多次投入灭磁后特性变 （5倍左右），加快正常工况灭 维护便利 差及老化问题 磁速度；减少了ZnO电阻的投 入次数，提高ZnO的使用寿命，
发电机励磁系统原理介绍
PID控制策略在励磁调节中应用
01
02
03
比例（P）控制
根据偏差的大小进行调节 ，快速减小偏差，但可能 产生超调。
积分（I）控制
消除静差，提高控制精度 ，但可能降低系统稳定性 。
微分（D）控制
预测偏差变化趋势，提前 进行调节，以改善系统动 态性能。
现代控制理论在励磁调节中应用
最优控制
01
基于优化算法，寻找最优控制策略，使得系统性能达到最优。
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，可以用正常 的部件进行替换，观察系统运行状态是否 恢复正常，以验证故障部位。
维护保养建议和经验分享
定期检查
定期对励磁系统的各个部件进行检查，包括电源线路、传感器、调节 器等，确保其处于良好状态。
清洁保养
保持励磁系统的清洁，定期清理灰尘和杂物，防止对系统造成损害。
及时更换磨损件
励磁系统参数整定
根据实验数据，对励磁系统的控 制参数进行整定，以优化系统的 动态性能和稳态精度。
数字仿真技术在励磁系统验证中应用
建立数学模型 根据发电机的电磁特性和励磁系 统的工作原理，建立精确的数学 模型，包括电气方程、控制方程 等。
结果分析与优化 根据仿真结果，分析励磁系统的 性能表现，针对存在的问题进行 优化改进，提高系统的稳定性和 适应性。
03
04
交流励磁机
优点：交流励磁机具有效率高、体积小、 重量轻等优点，且可使用交流电源。
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06
缺点：结构相对复杂，维护要求较高。
03
励磁调节器及控制策略
调节器类型及特点分析
模拟式调节器
基于模拟电路实现，具有简单、可靠的特点，但参数调整困难，且易受到环境 温度等因素的影响。
发电机的励磁系统介绍8页
发电机的励磁系统介绍8页发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。
发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。
励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。
我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。
当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。
5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。
整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。
任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。
每一路整流装置都设有快速熔断器保护。
我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。
如图所示：我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KVA，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。
低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。
高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。
我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。
励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。
自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。
两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。
单通道可以完全满足发电机各种工况运行。
励磁系统简介
葛洲坝湖北南河水电开发有限公司
7.1 .4脉放电源层
葛洲坝湖北南河水电开发有限公司
7.1 .5 继电器层
61ZJ 增磁
62ZJ 减磁
61CJ 开机
62CJ 停机
63CJ DL
64CJ FMK
61KRJ I桥快速熔断
62KRJ II桥快速熔断
61JJ 操作回路 直流监视
62JJ 工控机、脉放 交流监视
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五、励磁功率单元
• 励磁功率单元就是向同步发电机转子提供励磁 电流；而励磁调节器则根据输入信号和给定的 调节准则控制励磁功率单元的输出。
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六、灭磁装置
• 灭磁装置就是把转子绕组中的磁场储能尽快地 减弱到尽可能小的程度。
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一、发电机励磁系统
• 发电机励磁系统是供给同步发电机励磁 电流的电源及其附属设备的统称。它一 般由励磁调节单元、励磁功率单元、灭 磁装置三大部分组成。
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二、发电机励磁系统的主要作用
• 1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电 流，以维持机端电压为给定值； • 2）控制并列运行各发电机间无功功率分配； • 3）提高发电机并列运行的静态稳定性； • 4）提高发电机并列运行的暂态稳定性； • 5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以 减小故障损失程度； • 6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制 及最小励磁限制
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发电机励磁系统简介
秦忠印
2017年8月
葛洲坝湖北南河水电开发有限公司
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一、什么是发电机励磁系统 二、发电机励磁系统的主要作用 三、发电机励磁的方式 四、励磁调节单元 五、励磁功率单元 六、灭磁装置 七、能事达MEC-21B3励磁系统简介
发电机灭磁讲解
发电机灭磁发电机灭磁就是消灭发电机转子内部储存的能量的过程，它的主要目的是加快正常的停机速度，特别地，当降低因为发电机故障时可能导致的损坏，把故障造成的损失减小到最小程度。
发电机的正常灭磁都应该采用逆变灭磁，只有事故时保护动作才启动跳灭磁开关等灭磁方式，甚至在许多大的机组的灭磁设计中，当发电机机组故障仍然首先采用逆变灭磁，然后再启动跳开关灭磁的灭磁时序[]。
1灭磁方式的发展过程1．1 串联耗能灭磁灭磁最初就是直接利用耗能开关吸收发电机转子中储存的能量。
比如俄罗斯生产的耗能开关利用弧间隔燃烧来耗能。
但是这种方式存在如下缺点：a. 体积大b. 不易维护c. 灭磁成功与否取决于弧的形成d. 容易引起事故e. 产品根据发电机机组容量需要特殊订制，不易规模化，系列化由于这些缺点的存在，采用耗能开关的灭磁方式逐渐被并联移能灭磁方式代替。
1．2 机械开关并联移能灭磁机械开关串联于励磁主回路、灭磁耗能电阻并联在转子两端是这类灭磁的接线方式。
如图4-1所示：图4-1 机械开关并联灭磁ANSI/IEEEC37.18-1979标准规定，一般机械开关需要有至少一对主触头（MK1）、一对灭磁常闭触头（MK2）。
20年来，随着国内ZnO电阻耗能在灭磁系统中的应用，灭磁触头也并非必要了。
但值得注意的是，在不采用灭磁触头的灭磁系统中，需认真核算ZnO的灭磁残压与荷电率。
这类灭磁方式在国内是主要的灭磁方式。
主回路有明显的开断触头，在励磁系统内部故障时，可以开断励磁主回路，切断故障源，快速地消灭发电机主磁场，将发电机损失控制在最小范围内。
目前使用的机械开关主要有DM2、DM4、DMX、E3H、E4H、UR、PHB、MM74、CEX等。
这类灭磁方式的主要问题是灭磁开关选型比较困难。
小机组选大的开关，成本比较高；选小开关满足不了工况要求；大型尤其是巨型水力发电机机组开关选择更为困难。
1．3 电子开关并联移能灭磁前些年，国内一些厂家将灭磁开关建压任务转移到电力电子器件上来。
发电机灭磁和过压保护系统介绍
2、灭磁系统的分类及原理介绍
灭磁可分为两大类：正常停机灭磁和事故停机灭磁
正常停机灭磁 :跳灭磁开关, 逆变灭磁
事故停机灭磁: (1)直流灭磁
串联式耗能型灭磁开关
机械开关+线性电阻 移能型灭磁开关+非线性电阻
灭磁可分为两大类：正常停机灭磁和事故停机灭磁
正常停机灭磁 :逆变灭磁
事故停机灭磁: (1)直流灭磁
串联式耗能型灭磁开关
机械开关+线性电阻 移能型灭磁开关+非线性电阻
(2)交流灭磁
(3)冗余灭磁
正常停机逆变灭磁
对于三相全控晶闸管整流励磁 方式的发电机组正常停机，常 采用逆变灭磁。
逆变灭磁要求整流桥交流进线 电压正常，以保证可控硅整流 桥换相正确。
交流灭磁成功的必要条件是：
(1) 加在灭磁电阻回路的电压大于该回路的转折电压，则灭磁 电阻回路导通，励磁电源回路续流的两只元件因电压反偏而截止， 开关因断口电压低而熄弧。在灭磁电阻回路转折电压一定的情况下 ，因交流线电压负半波的作用，对开关弧压的要求降低了。
(2) 整流回路必须是可控硅全控整流桥而不能是二极管整流桥 或带续流二极管的可控硅半控整流桥。
图2 耗能式灭磁开关灭磁的原理
这类开关早先从苏联引进，上世纪60年代左右用得很多，国产型号 有DM2,DM3–1500/2500等，其优点：原理比较简单，灭磁速度快。
缺点： (1)由于灭磁时磁场能量全都消耗在开关中，开关体积较大
(2) 机械结构复杂，维护检修困难
(3) 小电流下磁吹力不够时易造成主触头烧环 (4) 如果磁场能量过大，超过开关容量会烧毁开关
励磁系统及其转子磁场的建立和灭磁
调节器
保护装置
用于调节励磁电流的大小，从而控制磁场 的强度。调节器可以是手动的，也可以是 自动的，根据需要进行调整。
用于保护励磁系统免受故障和异常情况的影 响，确保系统的安全运行。
工作原理及过程
工作原理
励磁系统的工作原理基于电磁感应原理。当励磁绕组通以直流电流时，会在绕组周围产 生磁场。这个磁场与电气设备的磁场相互作用，从而产生电磁力或电磁转矩，驱动设备
• 对发电机的影响：不同的灭磁方法可能对发电机产生不同的影响。例如，线性电阻灭磁可能会产生较高的温升 和热量积累，而非线性电阻灭磁则可能产生较高的谐波电流。因此，在评估灭磁方法时需要考虑其对发电机运 行稳定性和寿命的影响。
• 经济性和可靠性：最后，评估灭磁方法时还需要考虑其经济性和可靠性。理想的灭磁方法应具有较低的成本和 较高的可靠性，以便于在实际应用中推广使用。
运转。
工作过程
在电气设备启动前，励磁系统首先建立磁场。一旦设备启动，励磁系统会根据需要调整 磁场强度，以保持设备的稳定运行。如果设备出现故障或异常情况，励磁系统会采取相
应的保护措施，如切断励磁电流或降低磁场强度，以避免对设备造成进一步的损坏。
02 转子磁场建立过程
初始状态分析
01
02
03
转子静止Βιβλιοθήκη 要点二高性能磁性材料的探 索与应用
磁性材料作为励磁系统的核心组成部 分，其性能直接影响发电机的运行效 果。未来将继续探索高性能磁性材料 ，如高温超导材料、纳米磁性材料等 ，以提高励磁系统的整体性能。
要点三
多物理场耦合仿真技 术的完善
为了更准确地模拟发电机实际工作过 程中的复杂物理现象，未来将进一步 发展和完善多物理场耦合仿真技术， 综合考虑电磁、热、机械等多方面的 因素，为励磁系统的设计和优化提供 更强有力的支持。
灭磁系统介绍
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a) 交流灭磁条件 u 必须是可控硅全控整流桥而不能是二极管整流桥或带续流二极
管的可控硅半控整流桥。
u 必须在开断交流灭磁开关AC的同时，封锁可控硅整流桥的全 部触发脉冲。
b) 交流灭磁优点。
对灭磁开关断口弧压的要求大大降低。降低弧压要求，也意味 着降低断路器的体积、重量和造价。
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3 跨接器灭磁方案的原理： 励磁回路中不设置灭磁开关，灭磁时先接通灭磁跨接器，后封
U R UБайду номын сангаасK U SCR
5
a) 直流开关灭磁条件 直流开关灭磁条件：必须保证灭磁开关断口弧压有发电机任何
工况下灭磁均能超过灭磁电阻导通电压。
b) 直流开关灭磁特点 直流开关灭磁优点：灭磁时无需外部逻辑配合，操作简单。
直流开关灭磁缺点：灭磁时对灭磁开关断口弧压要求较高，导
致灭磁开关制造较困难，造价较高。
锌灭磁。 u 对于灭磁容量小于0.6MJ的中小容量机组，应选用线性电阻灭磁。
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3.4
灭磁开关的选择
u 灭磁开关的额定工作电压： 应大于转子上的最大工作电压 。 u 灭磁开关的额定工作电流： 应大于转子最大长期连续工作电流
u 灭磁开关的开断电流能力： 应大于转子强励电流
u 灭磁开关的开断电压能力： 应大于灭磁电阻上电压和可控硅整流 桥输出电压之和。
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2 交流灭磁原理 在切断交流侧灭磁开关AC之前，先切除可控硅SCR触发脉冲
（简称封脉冲）。
u u 当交流线电压在正半波时，有 U R1 U K U X 当交流线电压在负半波时，有 U R 2 U K U X
在交流线电压的负半波时，灭磁电阻回路电压最高，在交流线
电压的正半波时，灭磁电阻回路电压最低。当灭磁电阻两端电压超 过灭磁设计电压时，转子能量就转移到灭磁电阻中。
励磁系统灭磁及过压保护2003
励磁系统灭磁及过压保护1.1灭磁概述灭磁系统的作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速切断发电机的励磁，并将储存在励磁绕组中的磁场能量快速的消耗在灭磁回路中。
应说明的是，当采用发电机-变压器组接线时，在发电机外部至变压器，以及与主断路器连接的导线上出线故障时，发电机也需要快速灭磁。
当发电机定子绕组发生接地时，将产生接地故障电流。
如果发电机中性点经高阻抗接地，一个定子线棒的绝缘被击穿，故障电流较小，则铁芯损伤不会太严重。
如果故障电流较大，除击穿线棒绝缘外，还将有严重的铜和铁芯的烧损，这种故障至少需要更换损坏的绝缘，甚至部分地拆修发电机的定子铁芯。
因此，有的制造厂认为，发电机可以不采用灭磁开关，对于生产具有无刷励磁系统机组的厂家，更倾向于这一观点。
因为在小电流故障时，并不需要快速灭磁，而当大故障电流时，快速灭磁能否限制铜线绕组以及铁芯的损坏程度仍有争议。
更多的厂家认为如果不采用快速灭磁装置，则在某些场合，本来很小的损坏会导致更大的烧损故障，因此，采用简单而有效的快速灭磁装置还是必要的。
如上所述，对发电机灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗储存在发电机中的磁场能量。
最简单的灭磁方式是切断发电机的励磁绕组与电源的连接。
但是，这样将使励磁绕组两端产生较高的过电压，危机到主机绝缘的安全。
为此，灭磁时必须使励磁绕组接至可使磁场能量耗损的闭合回路中。
另外，在实现灭磁方式的依据上，各国的观点不尽相同，例如在灭磁原理上有两种不同的方式，即耗能型灭磁装置和移能型灭磁装置。
耗能型灭磁装置的作用原理是将磁能消耗在灭磁开关装置中，当灭磁开关主触头打开后，储存在发电机励磁回路中的磁场能量形成电弧并在燃烧室中燃烧，将电能转换为热能直至熄弧。
国内应用最为广泛的DM-2型灭弧栅灭磁装置即属于此类产品。
同时，由于这种灭磁开关多与发电机励磁绕组串联连接，故称这种灭磁方式为串联灭磁。
与上述灭磁方式对应的是移能型灭磁装置，在这种灭磁方式中，磁场能量不由灭磁开关装置耗能，而是由灭磁开关将磁场能量转移到线性或非线性电阻耗能元件中。
发电机励磁系统概述
发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。
励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。
另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。
在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。
在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求：图一1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。
2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。
3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。
我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式:1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。
图二2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。
图三3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图图四一、三种发电机励磁系统的组成一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。
如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。
二期是自励直流励磁机励磁系统。
如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。
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直流侧开关灭磁
Uk
SCR
MK
Uscr
Ur
R
G
灭磁条件：UK>UR-U2且主回路为可控硅整流 优点：开关建压能力要求低，开关造价低 缺点：交流侧开关分开前，必须闭锁可控硅触
发脉冲且当机端短路故障时U2=0，换流更困难
交流侧开关灭磁
CB SCR Z1 AC Rb
Uac Uk Ur
dx Z2 Rd G Ld
Uk
SCR
MK
SCR
MK MK
UAC Uscr Ur
R
G
Uscr
Ur
R
G
Uscr
整流桥封锁脉冲后，由于转子电流不可突变， 整流桥转换为一个直通电路，整流桥输出电 压变化为交流电压，正半波输出电压为正， 负半波输出电为负。
直流侧断路器灭磁
Uk
SCR
MK MK
Uscr
Ur
R
G
灭磁条件：Uk=Ufmax+UR 优点：无需外部设备配合，操作简单 缺点：对断路器建压能力要求高，断路器造价高
发电机励磁系统培训系列之 灭磁及过电压保护简介
南京南瑞继保公司：吴龙
发电机励磁系统的定义
为发电机磁场绕组提供可调直流电流以建立磁场的所有有关
设备的总和。 ——建立磁场是发电机能够发电的前提条件 ——磁场可调，是发电机运行工况可调的前提条件
+ U FBK FBK
可 控 直 流 电 源
UR R + IL
+ Ud + U FBK FBK + UL
IL
-
-
灭磁开关指标要求
额定工作电压： 大于转子上的最大工作电压（按照 130%变压器额定电压产生的最大输出直流电压）。 额定工作电流： 大于转子最大长期连续工作电流
（按照110%发电机额定励磁电流计算）
开断电流能力： 大于转子强励电流和短路电流 开断电压能力： 大于灭磁电阻上电压和可控硅整流 桥输出电压之和。
灭磁系统分类
SR
G
逆变灭磁 直流侧磁场断路器灭磁 交流侧灭磁开关灭磁 可控硅跨接器灭磁
SR
G
SR
G
SR
G
分断励磁电流的条件
+ U FBK SCR + U2 Ud R UR FBK FBK -
-
+
IL
~
U MK U d U R Ik I f IR 0
封锁触发脉冲的结果
特性表达式： U 377 I 0.3 I 10m A时，U 377 0.010.3 95V I 20 A时，U 377 200.3 926 V I 100A时，U 377 1000.3 1500 V
灭磁电阻容量计算
灭磁容量计算涉及到非线性模 型计算，采用仿真方法。 模型采用发电机六阶模型，考 虑磁场饱和、阻尼绕组、涡流 反应等因数，计及灭磁开关动 作过程，采用电力系统综合仿 真程序。 灭磁工况考虑空载误强励及发 电机端部短路故障，取最大的 灭磁能容作为灭磁电阻容量的 工程选择依据
+ U FBK SCR + U2 Ud R UR FBK FBK UL
1 E L I 2 f 2
-
+
IL
~
灭磁系统要求
当发电机发生内部故障，在继电保护动作切断主
断路器后，还要求快速地熄灭故障点电弧，故障电 弧由磁场旋转切割定子绕组产生，熄灭电弧即要消 除励磁电源及磁场储能，对灭磁系统的要求：
特性表达式： U 1332 I 0.046 I 10m A时，U 1332 0.010.046 1077 V I 20 A时，U 1332 200.046 1528 V I 100A时，U 1332 1000.046 1646 V
碳化硅灭磁电阻
碳化硅灭磁电阻非线性特性稍弱，在导通状态下，电流 在大范围变化时，电压变化幅度较大，设计碳化硅灭磁 电阻以灭磁电阻通过最大灭磁电流（以短路时流过磁场 绕组电流：约为3倍额定励磁电流）时灭磁电阻两端电压 不超过发电机允许最大灭磁电压为准。
灭磁开关与灭磁电阻的配合
发电机转子额定电压为：Uln 根据标准要求，灭磁控制电压为：（4～7）Uln 可控硅整流桥输出的误强励电压为：(2.5) Uln 可控硅整流桥失控输出的最大电压为： (1.3×1.35×2.05) Uln=3.6 Uln
整流桥失控灭磁时，灭 磁开关断口上的电压： U MK U d U FR (7.6 ~ 10.6)U ln 发电机端部短路时 ， 励磁变副边电压为 0， 则： U MK 0 U FR (4 ~ 7)U ln 假设大型机组，转子电 压500 V，则 U MK 3800 V ~ 5300 V
2
t
-
+
IL
~
灭磁特点
励磁回路分断过程中产生的电压将在开关断口处产生电 弧，这不仅延迟励磁电源分断的时间，也影响开关分 断的可靠性。 灭磁过程中平均灭磁功率越大，磁场消除得越快，故障 电流所存在的时间就越短，所产生损害就越小。 平均灭磁功率为灭磁过程中瞬时功率平均值，瞬时功率 为：P=U*I，
灭磁越快，灭磁等效电阻就越大，灭磁过程中所产生反 向过电压就越高，对设备有产生绝缘损坏的危险。
U L L di L dt
接通转子磁场绕组的灭磁支路——投入耗能回路
E i f ( R f R)dt
0 t
+ U FBK SCR FBK + U2 Ud R UR FBK UL
1 2 Li f K i f ( R f R)dt P T 2 0 T LiL K 2* P
灭磁条件：Uk>UR-U2且主回路为可控硅整流 优点：开关建压能力要求低，开关造价低 缺点：交流侧开关分开前，必须闭锁可控硅触发脉冲 且当机端短路故障时U2=0，换流更困难
跨接器灭磁
SCR Z1 Z2
Rd
CrowBar
Ld
~
灭磁条件：UR<U2且封锁触发脉冲 优点：主回路简洁，维护量少
缺点：灭磁电压低，灭磁速度慢，短路故
障时无法进行正常灭磁
灭磁开关
任务：可靠开断励磁回路，可靠接通灭磁回路 1、开关操作机构动作可靠，动作速度快 2、有足够的分断能力，灭弧能力
1 2 E LiL 2 diL U L L dt U FBK diL Ud UL Ud L dt
特性表达式： U M RM I M 3 * 2U fN RM * 3I fN U M max 5 * 2 *U fN 1.4 R fN RM 2.3R fN
氧化锌灭磁电阻
氧化锌非线性电阻的非线性特性，在导通状态下，电流 在大范围变化时，电压基本保持不变，灭磁过程中能够 保持灭磁电压仅有较小的变化，设计氧化锌灭磁电阻以 串联的片数残压之和作为灭磁电压即可。
灭磁的困难及对策
困难：对于巨大型机组，很多励磁电压达至600V，则 要全部满足灭磁的要求，灭磁开关分断时断口弧压 要求超过6000V，开关选型非常困难。 对策1：选择换流相对容易的线性电阻灭磁，且选择 电阻阻值相对较低，增加灭磁时间； 对策2：降低非线性电阻灭磁电压，增加灭磁时间。 对策3：将非线性电阻和线性电阻并联使用，由非线 性电阻控制灭磁过电压，适当增加线性电阻值； 对策4：研制产生高弧压的灭磁开关，当灭磁电阻出 现故障后，在磁场绕组侧产生危险高压； 对策5：研制更先进的灭磁方法，满足巨大型机组应 用要求（专利）
灭磁电阻特性比较
氧化锌电阻非线性特性最优 （0.046），碳化硅次之(0.3)， 线性电阻(1.0) 热容量碳化硅比氧化锌大，同 样容量，碳化硅体积小得多 非线性电阻寿命用额定容量消 耗次数限制，线性电阻电气寿 命最长，不受灭磁次数限制。
u
ZnO SiC LR
i
线性灭磁电阻
线性电阻灭磁时，其电压与通过电流成正比，设计线性 灭磁电阻以灭磁电阻通过最大灭磁电流（以短路时流过 磁场绕组电流：约为3倍额定励磁电流）时灭磁电阻两端 电压在标准规定的灭磁电压范围（30%至50%转子绝缘 耐压的幅值）为准。
理想灭磁过程
在整个灭磁过程中，在最大灭磁电压作用下， 灭磁电压维持不变，即UL=Umax,灭磁瞬时功
率P=Umax*if即为最大灭磁功率，那么平均
灭磁功率为最大灭磁功率，灭磁时间最短且 灭磁电压满足要求。
UL
If t
灭磁主要技术指标
1）励磁回路可靠开断技术 2）灭磁过电压控制技术 3）灭磁容量设计技术 4）过电压保护设计技术
可靠切断发电机的励磁电源； 快速消耗磁场绕组储存的磁场能量；
灭磁系统重要性
灭磁系统是发电机发生内部故障后最后一道防护 措施，可靠而安全的灭磁系统对发电机安全至关重
要，分享两个灭磁系统故障案例：
空载误强励灭磁失败的案例；
发电机端部短路时灭磁失败的案例；
灭磁回路特征
分断磁场绕组供电回路——分断励磁回路
IL
U FBK U d U FR U FR U10 mA U FBK U d U10 mA
+ UR
-
-
灭磁电阻种类
氧化锌非线性电阻，其伏安 特性的表达式为：U CI 式中： U—非线性电阻两端的电压 I—过非线性电阻的电流 C—材料系数 β —非线性电阻的系数
氧化锌和碳化硅非线性电阻特性曲线
灭磁电阻要求
灭磁电阻的任务：消耗转子磁场储能 a. 灭磁电阻值越大，灭磁耗能功率越大，灭磁时间越短； b. 灭磁电阻值越大，灭磁时反向电压越高； c. 灭磁电阻接入回路应简单可靠；
U R R iR U FBK U d U R
+ Ud + U FBK FBK FBK