电气讲义(发电机灭磁)

电气讲义(发电机灭磁)电气讲义发电机灭磁开关0 目录 1.何为发电机励磁和自动灭磁开关P2-5 2.何为自动灭磁开关的弧压P5-8 3.如何测量灭磁开关弧压P8-13 4.如何进行和分析灭磁开关弧压试验P13-18 5.确定灭磁开关弧压的三大心得P19-22 6.灭磁开关技术标准的学习心得P23-27 和CEX06灭磁开关参数比较P28-31 8.自动灭磁开关插图学习P32-41 1 何为发电机励磁和自动灭磁开关何为发电机励磁和自动灭磁开关？发电机、变压器和输电设备构成的电力系统，只向广大用户提供一种产品，那就是电。

衡量这种产品的质量指标主要有两个，一个是频率，一个是电压。

保证频率的稳定需要发电机调速器，保证电压的稳定需要发电机励磁装置。

从结构上讲，发电机分为静止的定子和旋转的转子，励磁装置向转子提供可以调节的直流电流产生旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈产生交流的感应电势，感应电势经过输电线路向用户提供电力。

用户的电压过低就增加励磁，电压过高就减少励磁，最终保持电力系统电压的稳定，这是直流励磁的同步发电机励磁装置的最基本原理。

目前还有少量的交流励磁的同步发电机，例如双馈风力发电机，此时的励磁装置输出可以调整幅值和频率的交流励磁电源，励磁的作用不仅只是稳定电压，还可以小范围的稳定频率。

无论何种励磁，只有在发电机正常运行时需要励磁，当发电机停机备用、检修和故障时，我们都需要快速安全的减小励磁，使发电机的磁通降低到接近于零的过程称为灭磁过程。

最简单的灭磁方式是断开转子绕组。

但是于回路电感很大，在转子绕组两端产生相当大的过电压，会使绝缘击穿。

因此，灭磁时必须使转子绕组接至放电电阻或反电势上。

执行这种操作的电器称为自动灭磁开关。

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。

灭磁是发电机内部短路时限制故障扩大的唯一办法。

2 发电机灭磁技术的演变，首先跟随了励磁技术的演变，其次就是自动灭磁开关的演变。

灭磁技术的演变按照灭弧栅灭磁，线性电阻灭磁，非线性电阻灭磁发展，逆变灭磁和交流灭磁，伴随着现代励磁的基础即三相全控桥整流电路的出现而发展。

在灭磁系统中，自动灭磁开关占据很重要的地位，其分类复杂。

按照灭磁开关是否参与吸收灭磁能量，分为耗能型和移能型；按照灭磁开关的断口数量，分为多断口和单断口；按照灭弧栅片是金属还是非金属，分为短弧原理灭弧栅和长弧原理灭弧栅；按照灭磁开关安装位置，分为直流灭磁开关和交流灭磁开关。

本灭磁技术讲座，主要分析四种自动直流灭磁开关，这里按照上面的分类进行简要说明，以后再进行专门分析。

，采用铜片灭弧栅片，属于短弧原理灭弧栅，耗能型开关，可以吸收4MJ左右的能量）3 一般来说，带常闭断口的开关是专门用于灭磁的开关；双断口灭磁开关，在停机后可以隔离发电机转子与励磁装置回路，有利于检修试验。

于励磁装置灭磁设备主要考虑的是安全、快速的吸收转子能量，因而灭磁方式的分类主要是按吸收能量方式来划分的： 4上面这三个灭磁录波，是安徽时代科聚电气有限公司试验法国的灭磁波形，这显然是带着灭磁电阻的灭磁录波，而真真试验灭磁开关的弧压，必须去掉灭磁电阻才行，这里将RV用红色框起来，表示下面的回路中没有这个灭磁电阻。

利用上面这个电感回路进行灭磁试验，就能够得到我们在开关选型中需要的开关弧压参数，安徽科聚公司提供了两个录波图，如下图所示。

11 总结上述两个录波，我们得到的开关弧压有两个，如果科聚公司再进行同样参数的开关弧压试验，我们就会得到四个不同的弧压值，因为弧压的分散性较大，它与下列因素有关：1、首先与开关结构有关，如灭弧罩结构、吹弧措施(气吹、磁吹)、引弧系统。

2、其次与电流大小有关，特别是用吹弧线圈磁吹时，电流太小使吹弧磁场过弱，导致弧压降低；但有的开关在电流过大时弧压也会降低。

3、最后与回路电感有关，回路电感太小使感应电势减小，弧压也会降低。

4、电弧具有随机性，以上条件不变时，弧压也会有变化。

那么，如何决定的开关弧压呢？本人将继续在以后的灭磁技术讲座中进行专题分析，现在首先祝广大读者新年愉快，身体健康。

最后告诉大家的是，安徽科聚公司是我国目前进行灭磁开关试验最有经验的科研单位，依托中科院合肥等离子体研究院，成功进行了许多灭磁开关的弧压试验，是我们委托灭磁开关试验的首选科研单位，我们应该感谢他们的辛勤劳动。

12 如何进行和分析灭磁开关弧压试验正如前文所述，灭磁开关弧压试验不是在具有灭磁电阻的回路中进行的，否者所测得的开关弧压受到灭磁电阻残压限制。

安徽时代科聚公司采用如下开关弧压试验电路图，这里，U是试验电源电压；R和L表示大电感负载参数，QF是试验中的灭磁开关，QF1、QF2、QF3表示这个QF有三个断口，用了三个分压电阻来测量这三个断口的开关弧压，Uk是开关总弧压；Ik是利用分流器来测量开关电流，而所谓分流器实际上就是串联在回路中的毫欧姆级的铜电阻；K是试验电源开关，也是后备灭磁开关，只有当QF拒动或者发生灭磁失败才启动K，保护人身和试验设备安全。

13 开关弧压试验的大致步骤如下：预先设定的R和L参数，合上K和QF，调节U使Ik上升到预定值后，跳开QF，用试验仪器自动记录Ik和Uk，然后分析并确定灭磁开关的弧压试验值。

正如前文所提供的开关弧压数据那样，每次进行的弧压试验值具有分散性，因此，我们有必要总结一套科学的弧压波形分析方法，进而确定开关弧压值。

我们首先来分析两次弧压试验波形。

这里以Ik=1700A的弧压波形为基础，然后手动将Ik=1450A的弧压波形叠加上去。

显然，我们不能说这个开关的弧压是3250V或4400V。

如果将试验电流增加到2560A或者更高，假设最高弧压与试验电流的关系是线性的，则开关弧压将达到8650V或更高，这显然也是错误的，因为弧压不仅具有分散性，还具有非线性特征。

在下面的波形中，我们将Ukmax与Umax的比值，成为过电压倍数。

显然，Ukmax高出Umax部分，就是电感负载反向感应电势部分，灭磁开关弧压等于电源电压和负载反向感应电势之和；灭磁开关拉弧建压，就是为了产生转子反向过电压。

既然弧压具有分散性和非线性，那么我们确定开关的弧压首先要明确灭磁开关的应用环境，比如电源额定电压和最大电压、负载额定电流和最大电流，负载的过电压能力等。

如果不考虑灭磁开关的应用环境，也得不到这个开关的其他试验资料，我们只能确定开关弧压不低于3000V或大于3000V；如果该开关应用于额定电流附近，那么我们就确定开关的弧压不低于4000V或大于4000V。

事实上，如果我们加大试验电流到额定值附近，我们就会得出一个比较准确的弧压值，此时的弧压波形最高处会出现一小段平坦的地方。

弧压波形顶部平坦部位的平均值，就是开关的弧压值。

两次弧压试验波形顶部没有平坦出现，这是于灭弧能量太小，以至于开关拉弧减压过程中就消耗掉了整个灭磁能量。

14我们看DMX-3000-2/1灭磁开关断流试验波形，Uk上部出现了平坦部位，于是确定该开关的弧压为2244V。

弧压波形顶部会出现平坦部位，表明电弧在开关灭弧室进入稳定燃烧状态，只有电弧稳定燃烧状态下，弧压已经于电流的大小无关，弧压的非线性和稳压特性显露无疑。

正是弧压的这种特性，过去的灭磁方式仅采用开关灭磁，现在的灭磁方式变为电阻灭磁，但灭磁开关大都采用金属灭弧栅片，即具有很好稳压特性的短弧原理。

所谓短弧原理，就是采用金属灭弧栅片，将一个长电弧隔离成一个个短电弧，使其弧压稳定。

相对于短弧，长弧原理则采用绝缘材料灭弧栅片，使电弧进一步变长。

2009年10月大连励磁会议上，与会代表得到了一本科聚公司论文集，这是他们对于我国励磁事业的又一次贡献，此时，我呼吁我国大型励磁厂家向科聚学习，编辑自己的励磁论文集，并提供给广大励磁技术人员。

15 在这论文集中，科聚公司李自淳、彭辉、宣自平和秦山核电的陈子明、余前军总结了科聚公司“磁场断路器的弧压试验”，给出了部分灭磁开关典型弧压试验波形和试验结果。

希望读者通过比较弧压波形和试验结果表，体会“弧压波形顶部平坦部位的平均值，就是开关的弧压值”。

最后，再次说明，于我们现在采用的灭磁方式是电阻灭磁，灭磁开关就像交流断路器一样，主要起切断电流的作用，因此，放电灭磁系统中的灭磁开关也称为磁场断路器。

16 17 18 确定灭磁开关弧压的三大心得正如读者所说的那样，发电厂是不能去掉灭磁电阻测量灭磁开关弧压的，只能进行发电机空载和负载灭磁试验，此时的开关弧压是受回路限制的。

我们之所以在这里讨论这个问题，这是因为灭磁开关的选型，除了额定电压、额定电流等常规参数外，最主要的灭磁开关弧压。

即便是科研单位和励磁厂家进行灭磁开关弧压试验，也是具有很大风险的。

就拿灭磁开关的跳闸操作，都是采用远方控制，严禁现地手动操作，否者一旦失败，电弧就会造成人身伤害。

下面是我们在常州进行灭磁试验的照片，采用灭磁开关配合ZnO并联PTC灭磁试验，照片好朋友张明君拍摄，共进行了三次灭磁试验。

灭磁开关在夜幕中拉弧建压，才让我们见识到了这蓝色的诡异的电弧。

19可见，灭磁开关弧压试验并不是出厂常规试验，而是产品定型后的型式试验。

另外，于国外灭磁开关试验按照国际标准，没有弧压试验这个概念，相应的只有“最大分断电压”和“过电压倍数”。

因此，我们不能期望所用的灭磁开关都有灭磁开关弧压数据。

20 弧压概念源自于苏联教科书，相比于“最大分断电压”和“过电压倍数”这个概念，对象清楚。

现在我们国家标准朝着国际标准看齐，于是对于国家标准是否应该采用这个弧压概念，现在有争议，这是可以理解的，但是，只有我们清楚了弧压比“最大分断电压”和“过电压倍数”更适合描述开关的灭弧能力，我们的国家标准应该采用弧压概念，我的建议是：最大分断电压、过电压倍数。

作为一个资深的工程师，作为一个励磁产品的设计者，作为一个爱好励磁的现场技术人员，我们如何确定灭磁开关弧压？我的最新心得有下面三个方面。

第一、直接看灭磁开关技术参数的弧压值。

断口弧压大于或等于某个值，实际上是不小于这个值，因此该值就是我们所需弧压值。

例如对于DMX2双断口灭磁开关来说，断口弧压为2800V。

断口弧压能量，是断口进行弧压试验时所消耗的能量，该断口在运用中，只有弧能不大于这个值就是安全的。

上述参数是灭磁开关厂家试验得来的，有的是按照低压电器标准试验得来的，有的是按照自己的试验条件进行的。

如果在应用中发现选择的灭磁开关弧压裕度不大，特别是采用氧化性电阻灭磁，我们可能要进一步核实开关弧压值，这就需要分析弧压试验波形，看一看弧压值是否就是弧压波形顶部平坦部位的平均值。

第二、直接看灭磁开关技术参数的最大分断电压或过电压倍数21 按照低压电器标准试验开关的最大分断电压、额定分断电流和过电压倍数，试验电路原理接线同灭磁开关弧压试验，即试验电源、灭磁开关和小电感负载组成。