发电机交直流灭磁的模拟试验

发电机交直流灭磁的模拟试验

曲 国 权

东北电网公司松江电站工程建设局

彭 辉 李 自 淳

中科院等离子体物理研究所科聚公司

摘 要：本文说明了同步发电机交流和直流灭磁多项模拟试验的情况，介绍了试验电路和试验方法，分析了试验录波图反映的试验物理过程，最后总结出试验结论。 关键词：发电机；交流灭磁；直流灭磁；模拟试验

1 前言

随着电力事业的飞速发展，发电机的容量和参数不断提高，传统的以DM2型灭磁开关为代表的“串联型吸能灭磁”已经趋于淘汰，新型的以磁场断路器为中心的“并联型移能灭磁”正在广泛应用。但由于磁场断路器产品的发展跟不上需要，所以在灭磁方式上出现了交流灭磁和直流灭磁等多种方案。

关于同步发电机交流灭磁和直流灭磁的理论分析，经过多年学术会议和专业刊物的组织引导，以及广大业内同行的深入探讨，已经比较成熟。有关这方面的论文和专著也已广泛流传[1]，大家观点基本趋于一致。但是由于条件的限制，在实验验证方面还比较欠缺。本着“实践是检验真理的唯一标准”的宗旨，我们利用中国科学院等离子体物理研究所1:1灭磁模拟实验室的有利条件，对交直流灭磁的各种工况做了一系列模拟试验，吸能元件分别用ZnO 、SiC 和线性电阻。经过大量对比试验，得出一番有意义的结论，本文就有关情况作一介绍。

2 试验原理接线图

见图1和图2。本试验的负载受设备条件的限制，采用了空气芯电感L 和线性电阻R 1来模拟发电机的励磁绕组，这样就不能充分模拟发电机的一些特性，如饱和特性、阻尼特性和电枢反应特性，所以本文所述的灭磁时间就相当于纵轴灭磁时间。试验将侧重于对交流侧和直流侧灭磁的原理和特点进行验证。

3 试验参数

励磁电流150L ≤I A ，励磁电压150L ≤U V ，

电感L =0.72H ，电阻R 1=1Ω。

AC.380V

可控硅三相全控桥式整流器

灭磁L

KC

电阻

图1 交流侧灭磁模拟试验原理接线图

AC.380V

三相全控桥式整流器

DW 10开关灭磁电阻

图2 直流侧灭磁模拟试验原理接线图

4 录波量

U L ，U Z ，U K ，U ab ，U bc ， U KA ，U KB ，U KC ，I L ，I RV ，I K ，I KA ，I KB ，I KC ，共14个量。

14个录波量的检测位置和正负极性见图1和图2，录波量的定义见表1。

表1 录波量定义表

以上各量不同时录取。交流侧灭磁和直流侧灭磁分别录取不同量（见图1和图2），交流灭磁11个量，直流灭磁5个量。

5 磁场断路器和灭磁电阻

试品磁场断路器MK用DW10-1500/3型，三极交流空气开关，额定电压380V AC，额定电流1500A，加装联动常闭触头。

灭磁电阻用ZnO、SiC非线性电阻RV或线性电阻R分别做试验，串联MK 联动常闭触头，分闸时该触头比MK主触头分断提前2～4ms闭合。

6 试验项目、目的、方法及结果分析

6.1直流侧灭磁测磁场断路器MK断口弧压

本试验目的为实测MK的断口弧压，以便选配合适的灭磁电阻及在后续试验中验证理论换流条件。

试验回路用图2，不接灭磁电阻RV/R，合MK，调节I K≈200A，跳MK，录波图见图3、图4和图5。各录波量及关键时刻均标注在图3上，图4和图5相同。

t1时刻为MK主触头分断点，t2时刻为MK断口熄弧点。

从录波图可看出，“实测最高平均弧压”[2]，单断口为500V，双断口串联为950V，三断口串联为1450V。

实际试验时，交流和直流灭磁断口弧压均为双断口叠加，故选配灭磁电阻的非线性电阻RV残压在1000V左右，线性电阻R=10Ω和5Ω。

6.2交流侧灭磁不切脉冲试验

本试验目的为验证是否如理论分析那样，在这种情况下会形成整流桥同相正

负桥臂可控硅同时导通，自然续流灭磁。

试验回路用图1，接线性灭磁电阻R=10Ω，合MK，调节I L≈82A，不切除整流器可控硅的触发脉冲，跳MK。录波图见图6a和图6b（因同时测录的量太多，如标在一张图上会看不清，故分标于二张图，读者应二图同时对照着看，下同）, 各录波量及关键时刻均标注在图上。

时刻t1以前为正常励磁状态，MK常开主触头闭合，断口弧压U KA =U KB = U KC=0；断口电流I KA、I KB、I KC均为方波；MK常闭放电触头断开，故I RV=0；转子电压U L为周期3.33ms的锯齿波，转子电流I L为平直水平线。

t1时刻MK常闭放电触头闭合，I RV电流上升；同时交流侧I KA和I KC也同步上升，此时I KB=0；随后I KA向I KB换流，I KA下降到0。图6a和图6b的t1时刻不重合系录波误差。

t2时刻MK常开主触头断开，此时I KA=0，A相断口无电弧开断，U KA立即分到电压而上升；I KC= -I KB，+C和-B相两只可控硅管导通续流，励磁回路演变成如图A, U L=U bc-U KB+U KC；MK开关B、C两相断口燃弧续流，弧压-U KB和U KC逐渐上升，叠加在交流电压U bc上，使U L逐渐偏移升高。由于线性电阻R 的电流I RV与其两端电压成正比，故随着U L的反向及升高，I RV也作同样的变化。由于线性电阻R的分流，在I L基本不变的情况下，使交流侧电流I KB和I KC作相应下降。

。

MK C

L

R1图A 交流侧灭磁两相可控硅导通续流等效电路图

t2后不到3.33ms，+A相触发脉冲来到，但此时MK开关A相断口已断开，无阳极电压，故+A相可控硅不能导通换相，波形图上无任何反映。

t2后不到6.66ms的t3时刻，-C相触发脉冲来到，-C相可控硅导通（-B相可控硅关断），与原来导通的+C相可控硅形成同相桥臂导通续流（见图B），整流器接近短路，U L下降到仅为两只可控硅管的正向压降；MK开关断口熄弧，I KB=I KC=0。