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
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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，
工况 三相短路 负载误强励
灭磁时间 1.9s 4.3s
空载误强励
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8s
3.01MJ
2.25MJ
1317.4V
5110.6A
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灭磁仿真结果
灭磁容量仿真
2.5 x 10
4
8000
6000
7000
5000
2
6000
励磁电流
4000
励磁电流
1.5
励磁电流
5000
4000
3000
1
3000
12Hale Waihona Puke x 1066
x 10
6
总耗能
总耗能
10
4
x 10
6
3.5
5
灭磁电阻耗能
8
总耗能
3
灭磁电阻耗能
6
4
2.5
灭磁电阻耗能
3
2
转子电阻耗能
4
1.5
2
转子电阻耗能
1
转子电阻耗能
2
1
0.5
0 14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
18
0 14
15
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0 14
15
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交流灭磁
冗余灭磁
03
移能型磁场断路器+灭磁电阻
UR=UK-USCR，
交流灭磁
交流灭磁 电路原理
交流灭磁
动作过程
冗余灭磁
冗余灭磁：同时采用两种及以上的方法灭磁 冗余灭磁举例：下图采用了交直流多重灭磁方案，不仅在励磁直流侧设 置有大型直流磁场断路器，而且在励磁交流侧设置有交流磁场断路器， 同时辅助封脉冲确保灭磁的可靠性。
2000
2000
1000
0.5
1000
0
0
0
励磁反压
-0.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 18
-1000
励磁反压
15 16 17 18 19 20 21 22 23
-1000
励磁反压
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
-2000 14
-2000 14
正常逆 变灭磁
优点：操作简单，无须跳
开磁场断路器，磁场断路 器和灭磁电阻不需要消耗 能量 对于自并励系统，逆变时 Uf也随If减小而减小
灭磁系统的分类
01
按开关功能分：
耗能型灭磁：磁场断 路器消耗磁场能量 ( 已
事故停 机灭磁
02
按灭磁方法分： 直流灭磁
逐渐被移能型所取代)
移能型灭磁：灭磁电 阻消耗磁场能量 按灭磁电阻分： 氧化锌非线性电阻灭磁 碳化硅非线性电阻灭磁 线性电阻灭磁 组合灭磁
额定连续电流
I N 1.1I LN
额定分断电流
磁场断路器
瑞士赛雪龙HPB：单断口， 双跳闸线包，合闸后机械保 持，灭弧栅片为金属片，长 弧切割灭磁原理
瑞士赛雪龙UR：单断口，单 跳闸线包/双跳闸线包，合闸 后永磁保持，灭弧栅片为金 属片，长弧切割灭磁原理
磁场断路器
GERapid：单断口，双跳 闸线包，合闸后机械保持， 灭弧栅片为金属片，长弧 切割灭磁原理
雷诺CEX：双断口+常闭 触头，双跳闸线包，合闸 后机械保持，灭弧栅片为 金属片，短弧切割灭磁原 理
弧压特点
耐电弧材料 灭弧片 金属栅片 电弧移动
（a）将电弧分割为短弧
（b）拉长电弧狭缝灭弧
短弧直流断路器，其灭弧栅主要由金属片构成，外加绝缘材料隔断防止 飞弧短路。断路器分断时电弧将被分成若干长度近似相等串联的短弧，此 种断路器每个间隔的弧压一般在25-30伏左右，断路器分断时产生的最大弧 压可以根据弧栅间隔的数量确定；长弧直流高速断路器，其灭弧栅主要由 金属片和覆盖的绝缘材料构成，其灭弧栅尺寸较大，绝缘材料一方面用来 形成绝缘间隔以允许电弧在磁场的作用下被弯曲拉长，另一方面起到隔断 防止飞弧短路的作用。这种断路器采用拉长电弧的方法来提高弧压，通常 采用快速分断并辅助磁吹或气吹的方法，把电弧压入或引入栅片达到拉长 电弧的目的 14
优点：简单可靠
缺点：灭磁速度慢
降低维护量。
组合灭磁技术
兼顾灭磁的可靠、安全、快速的要求，创新 性地使用线性电阻＋非线性电阻的组合灭磁方式。 在灭磁电流较小时，灭磁任务完全由线性电
阻承担；
灭磁电流较大时，励磁绕组中比额定电流稍 大的部分通过线性电阻，其余部分的电流由非线
性电阻承担。
多重灭磁技术
跳直流磁场断路器灭磁时，采用辅助封脉冲的手段，利用可
一 二 三
灭磁原理及分类
灭磁主要器件选型
灭磁技术
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磁场断路器
磁场断路器主要选型参数：
额定电压 最大分断电压
其他参数：
额定短时电流
额定短时电压
������������ > 1.4 ∗ 2������2 ������������������������������ > MAX(������������ + ������������ )
非线性电阻
通常以非线性电阻系数β来表征，
相应的特性表达式为：
U CI

灭磁电阻选型三要素（综合考虑）：
最大灭磁电流、最大灭磁残压、最大灭磁容量
灭磁电阻的选型依靠灭磁容量仿真，其伏安特性与仿真结果采用迭代的方法计算。
灭磁电阻容量计算
机组参数： 额定容量S=1120MVA 额定电压Un=27kV 额定电流In=23949A 额定功率因数为0.9 额定励磁电压437V 额定励磁电流5041A Xd=2.12 ，Xl=0.17； Xd′=0.24/0.20（不饱和值/饱和值）； Xd“=0.21/0.17； Xq=2.12，Xq“=0.21/0.18； rf=0.0847Ω； Td0′=9.1s， Td0"=0.07s Tq0"=0.13 发电机总储 灭磁电阻耗 最大灭磁残 最大转子电 能 能 压 流 9.89MJ 5.43MJ 6.73MJ 4.07MJ 1918.1V 1671.9V 13000A 7110.8A
控硅阳极电压的负半波与磁场断路器的弧压叠加，实现交直流混 合灭磁。
提高换流速度和成功率
最优灭磁时序
事故时，保护跳励磁系统的灭磁时序图 保护跳励磁令
调节器逆变令
逆变灭磁 硬件封脉冲 直流灭磁开关 交流灭磁开关 机械跨接器
电子跨接器
Uf<20%或If<5%
高电平代表合位、低电平代表分位
减小对磁场断路器、灭磁电阻的冲击