CN104037732A - 大型发电机组多级灭磁回路的灭磁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型发电机组多级灭磁回路的灭磁方法，属于发电机励磁控制领域。通过直流磁场断路器的分断将灭磁电阻分为多次接入灭磁回路，直流磁场断路器及其依靠其分断接入灭磁回路的灭磁电阻视为一级灭磁组成部分。灭磁开始后，每分断一个直流磁场断路器就接入一部分灭磁电阻，直至最后一部分灭磁电阻接入后，各级灭磁电阻共同完成灭磁过程。本发明通过对灭磁回路及动作时序的设计解决了大型发电机组自并励励磁系统中励磁电流大，对磁场断路器弧压要求高的技术难点，大大降低了灭磁过程中所需要的磁场断路器弧压要求，保证了在任何情况下都可以安全可靠的灭磁，同时也保证了灭磁的快速性。

Description

大型发电机组多级灭磁回路的灭磁方法

技术领域

本发明属于发电机励磁控制领域，尤其涉及一种大型发电机灭磁回路的灭磁方法。

背景技术

发电机内部或发电机—变压器组的变压器内部，以及发电机端至发电机或发电机—变压器组断路器之间发生短路事故时，继电保护将动作跳闸，但发电机或发电机—变压器组断路器跳闸后短路点未切除，发电机转子磁场电流产生的感应电势继续维持故障电流。短路的持续，可导致绝缘烧坏、导体熔化或烧损铁芯，在很短的持续时间内，往往也可能造成发电机、变压器的严重损坏，并有可能使事故迅速扩大。因此对发电机进行快速灭磁，在尽可能短的时间内使发电机的励磁电流降低到零是避免或减少设备损坏及限制事故扩大的必需措施。目前广泛采用的是移能型灭磁，即通过磁场断路器分断弧压的作用(对交流灭磁方式尚有交流电压的作用)，使转子电流由与磁场断路器构成的回路转移至与灭磁电阻构成的回路。在电流完全转移后，磁场断路器分断电流为零而息弧分断，切断转子励磁电源，发电机转子与灭磁电阻构成闭合回路进而实现灭磁。为实现转子电流向灭磁电阻回路完全转移完成灭磁分断，磁场断路器的灭磁分断弧压，应不低于灭磁电阻的最高电压与灭磁开始励磁功率整流器输出电压之和。

随着我国电源建设突飞猛进,在建发电机机组的单机容量迅速提高，同时核能、水能、风能、太阳能和生物质能等可再生能源也在飞速发展。在各种励磁方式中，自并励励磁系统因其时间常数小、控制响应迅速、无旋转机械部件、灭磁速度快等特点逐渐成为励磁方式的主流，对于百万级发电机组，尤其是百万千瓦核电机组自并励励磁系统而言，其额定励磁电流较常规的1000MW燃煤汽轮发电机组或700MW水轮发电机组要大许多，同时就给发电机灭磁特别是磁场断路器分断能力提出了更高的要求。而采用现有磁场断路器和传统直流灭磁方案其分断能力难以满足大型发电机组安全快速灭磁的需要。

大型机组中在极端严酷工况下，例如晶闸管整流桥触发脉冲失控，灭磁所需弧压往往超过大型直流磁场断路器的提供弧压，为保证在任何工况下都能完成发电机励磁绕组的灭磁，需要对灭磁回路的技术方案进行改进。同时容量的增大也带来了可靠性降低的问题。

综上，针对大容量机组对励磁系统灭磁的可靠性及安全性的更高要求，单纯依靠磁场断路器性能的提升显然很难满足要求，迫切需要保证大容量下保证灭磁安全、可靠、有效的方法。

发明内容

为了解决现有磁场断路器和传统直流灭磁方案其分断能力难以满足大型发电机组安全快速灭磁的需要及大型发电机组中主要设备可靠性降低的问题，本发明提供一种大型发电机组多级灭磁回路的灭磁方法。

一种大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，将灭磁电阻分多次接入灭磁回路。

所述将灭磁电阻分多次接入灭磁回路具体为：灭磁时，将灭磁支路接入主回路，主回路直流磁场断路器(FB1)开始分断，依靠主回路直流磁场断路器(FB1)的分断弧压将励磁电流由主回路转移至第一级灭磁电阻(R1)上，完成励磁电流的转移，励磁主回路被切断后，再依次分断各级直流磁场断路器，依靠第二级直流磁场断路器(FB2)分断弧压将励磁电流转移到第二级灭磁电阻(R2)上，直至最后一级直流磁场断路器分断将最后一部分灭磁电阻接入，最终由各级灭磁电阻共同将励磁绕组中的能量消耗掉，完成灭磁。

为保证主回路直流磁场断路器FB1的可靠分断，所述第一级灭磁电阻(R1)弧压参数根据主回路直流磁场断路器(FB1)所提供的弧压进行确定。确保主回路直流磁场断路器FB1的弧压可以将主回路电流实现转移。

所述各级直流磁场断路器设置在各灭磁支路中或者主回路中。

所述主回路直流磁场断路器(FB1)采用多个直流磁场断路器并联。

所述灭磁支路中采用跨接器，跨接器为机械跨接器、电子跨接器。

本发明所将灭磁电阻分多次接入灭磁回路，直流磁场断路器及其依靠其分断接入灭磁回路的灭磁电阻视为一级灭磁组成部分。

当励磁回路及灭磁回路中的电流较大，单个直流磁场电流能力无法满足时，可以采用多个直流磁场断路器并联的方式。灭磁支路中可采用跨接器，跨接器可以采用机械跨接器、电子跨接器或者混合使用机械、电子跨接器。

励磁系统正常运行时，各级直流磁场断路器(包括主回路上直流磁场断路器)均闭合，跨接器断开，各灭磁支路的灭磁电阻没有接入。当灭磁开始后，跨接器动作将灭磁支路接入回路，主回路的直流磁场断路器开始分断，依靠主回路磁场断路器的分断弧压将励磁电流由主回路转移至第一级灭磁电阻上。为保证主回路磁场断路器的可靠分断，第一级灭磁电阻弧压参数的选择根据主回路磁场断路器所能提供的弧压进行确定，确保主回路磁场断路器的弧压可以将主回路电流实现转移。

完成励磁电流的转移，励磁主回路被切断后，开始分断第二级直流磁场断路器，依靠其分断弧压将电流由第一级灭磁电阻和第二级灭磁电阻上。依次类推，直至最后一级直流磁场断路器分断将最后一部分灭磁电阻接入，最终主要由各级灭磁电阻共同将励磁绕组中的能量消耗掉实现灭磁。其中各级直流磁场断路器可设置在各灭磁支路中，也可以设置在主回路中。降低了为保证电流可靠转移至各级灭磁电阻的直流磁场断路器的弧压参数，易于器件选型并提高了实现灭磁的可靠性。通过对各级灭磁电阻的选择及各级灭磁电阻之间的连接组合，可有效实现快速灭磁及保证灭磁期间的转子电压在安全范围以内。

通过对灭磁回路及动作时序的设计解决了大型发电机组自并励励磁系统中励磁电流大，对磁场断路器弧压要求高的技术难点，大大降低了灭磁过程中所需要的磁场断路器弧压要求，保证了在任何情况下都可以安全可靠的灭磁，同时也保证了灭磁的快速性。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明实例一的电路图；

图3为本发明实例二的电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，将灭磁电阻分多次接入灭磁回路，包括主回路直流磁场断路器FB1、跨接器D、第一级灭磁电阻R1、以及由各级直流磁场断路器及其依靠其分断接入灭磁回路的各级灭磁电阻自称的各级灭磁组成部分。if为励磁电流，L为转子电感，r为转子电阻。

励磁系统正常运行时，各级直流磁场断路器(包括主回路直流磁场断路器FB1)均闭合，跨接器D断开，各灭磁支路的灭磁电阻没有接入。当灭磁开始后，跨接器动作将灭磁支路接入回路，主回路直流磁场断路器FB1开始分断，依靠主回路直流磁场断路器FB1的分断弧压将励磁电流由主回路转移至第一级灭磁电阻R1上。为保证主回路直流磁场断路器FB1的可靠分断，第一级灭磁电阻R1弧压参数的选择根据主回路直流磁场断路器FB1所能提供的弧压进行确定，确保主回路直流磁场断路器FB1的弧压可以将主回路电流实现转移。

完成励磁电流的转移，励磁主回路被切断后，开始分断第二级直流磁场断路器FB2，依靠其分断弧压将电流由第一级灭磁电阻R1和第二级灭磁电阻R2上。依次类推，直至最后一级直流磁场断路器分断将最后一部分灭磁电阻接入，最终主要由各级灭磁电阻共同将励磁绕组中的能量消耗掉实现灭磁。其中各级直流磁场断路器可设置在各灭磁支路中，也可以设置在主回路中。降低了为保证电流可靠转移至各级灭磁电阻的直流磁场断路器的弧压参数，易于器件选型并提高了实现灭磁的可靠性。通过对各级灭磁电阻的选择及各级灭磁电阻之间的连接组合，可有效实现快速灭磁及保证灭磁期间的转子电压在安全范围以内。

各级灭磁电阻可灵活选择其类型和组合方式，各级灭磁电阻之间也可灵活采用串并联方式。当励磁电流超过单个直流磁场断路器的耐流能力时，可采用多个直流磁场断路器并联的方式。当励磁回路及灭磁回路中的电流较大，单个直流磁场电流能力无法满足时，可以采用多个直流磁场断路器并联的方式。灭磁支路中可采用跨接器，跨接器可以采用机械跨接器、电子跨接器或者混合使用机械、电子跨接器。

实例一如图2所示，针对高励磁电流的大型发电机自并励励磁方式，尤其是核电机组，主回路直流磁场断路器FB1由第一主回路直流磁场断路器FB1a、第二主回路直流磁场断路器FB1b并联接入励磁主回路，主回路直流磁场断路器FB1采用连续分断的方式，即先分断第一主回路直流磁场断路器FB1a，将电流转移至第二主回路直流磁场断路器FB1b，再分断第二主回路直流磁场断路器FB1b。第一级灭磁电阻R1为线性电阻，也可采用非线性电阻；第二级灭磁电阻R2采用线性电阻；第三级灭磁电阻R3为非线性电阻。灭磁支路第二级直流磁场断路器FB2与第二级灭磁电阻R2并联。跨接器D采用电子跨接器。if为励磁电流，L为转子电感，r为转子电阻。

大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法步骤如下：

1.励磁系统正常运行时，第一主回路直流磁场断路器FB1a、第二主回路直流磁场断路器FB1b、第二级直流磁场断路器FB2均闭合，跨接器D打开，灭磁支路与主回路断开；

2.开始灭磁时，分断第一主回路直流磁场断路器FB1a，同时闭合跨接器D将灭磁支路接入；

3.第一主回路直流磁场断路器FB1a所在支路电流为零后分断第二主回路直流磁场断路器FB1b；依靠第二主回路直流磁场断路器FB1b分断时产生的弧压将励磁电流由主回路转移至第二级直流磁场断路器FB2、第一级灭磁电阻R1组成的支路和第三级灭磁电阻R3支路上去；

4.分断第二级直流磁场断路器FB2，依靠第二级直流磁场断路器FB2分断时产生的弧压将电流由第二级直流磁场断路器FB2、第一级灭磁电阻R1的串联支路转移到由第一级灭磁电阻R1、第二级灭磁电阻R2、第三级灭磁电阻R3组成的支路上去；

5.由第一级灭磁电阻R1、第二级灭磁电阻R2、第三级灭磁电阻R3组成的灭磁电阻消耗转子中的能量，实现灭磁。

由于主回路励磁电流较大，采取了两个直流磁场断路器并联的方式，而主回路直流磁场断路器FB1的分断弧压要保证电流可以可靠的转移至第一级灭磁电阻R1上。为保证可靠分断主回路直流磁场断路器FB1，第一级灭磁电阻R1选择阻值较小的线性电阻，以此来降低对主回路直流磁场断路器FB1的弧压要求，提高灭磁系统的安全性和可靠性。灭磁支路中的第二级直流磁场断路器FB2要保证电流可以可靠的转移至第二级灭磁电阻R2上，而且第一级灭磁电阻R1已经分担了一部分灭磁电压，因此对灭磁支路中第二级直流磁场断路器FB2的弧压要求也大大降低了，由于第三级灭磁电阻R3的存在可很好的限制灭磁时转子上的电压，适当选取第二级灭磁电阻R2的阻值可以实现灭磁的快速性。灵活配置第一级灭磁电阻R1和第二级灭磁电阻R2可大大提高灭磁速度。在灭磁初期有第一级线性电阻R1和非线性电阻参与，最终的灭磁由第一级灭磁电阻R1、第二级灭磁电阻R2和非线性电阻共同完成。

通过对灭磁回路及动作时序的设计解决了大型发电机组自并励励磁系统中励磁电流大，对磁场断路器弧压要求高的技术难点，大大降低了灭磁过程中所需要的磁场断路器弧压要求，保证了再任何情况下，即便是最严酷的灭磁情况下都可以安全可靠的灭磁，同时保证了灭磁的快速性。

实例二如图3所示，主回路直流磁场断路器FB1、第二级直流磁场断路器FB2、第三级直流磁场断路器FB3串联在励磁主回路上，第一级灭磁电阻R1为线性电阻，通过第一二极管D1与主回路直流磁场断路器FB1组成分级灭磁回路；第二级灭磁电阻R2通过第二二极管D2与第二级直流磁场断路器FB2组成分级灭磁回路。第三二极管D3防止正向励磁电流流通。L为转子电感，r为转子电阻。工作步骤如下：

1.励磁系统正常运行时，主回路直流磁场断路器FB1、第二级直流磁场断路器FB2、第三级直流磁场断路器FB3均闭合；

2.开始灭磁时，分断主回路直流磁场断路器FB1，依靠分断弧压将R1接入励磁回路；

3.再分断第二级直流磁场断路器FB2，依靠分断弧压将第二级灭磁电阻R2接入励磁回路；

4.继续分断第三级直流磁场断路器FB3，只需很小的分断弧压即将电流由第三级直流磁场断路器FB3转移至第三二极管D3上去；

5.由第一级灭磁电阻R1、第二级灭磁电阻R2组成的灭磁电阻消耗转子中的能量，实现灭磁。

主回路直流磁场断路器FB1的弧压只需保证第一级灭磁电阻R1可以可靠接入即可，第二级直流磁场断路器FB2的弧压只需保证第一级灭磁电阻R1可以可靠接入即可，大大降低了开关弧压要求，同时，两个灭磁电阻的相继接入也保证了灭磁速度。

Claims (6)

1.一种大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，将灭磁电阻分多次接入灭磁回路。

2.根据权利要求1所述的大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，所述将灭磁电阻分多次接入灭磁回路具体为：灭磁时，将灭磁支路接入主回路，主回路直流磁场断路器(FB1)开始分断，依靠主回路直流磁场断路器(FB1)的分断弧压将励磁电流由主回路转移至第一级灭磁电阻(R1)上，完成励磁电流的转移，励磁主回路被切断后，再依次分断各级直流磁场断路器，依靠第二级直流磁场断路器(FB2)分断弧压将励磁电流转移到第二级灭磁电阻(R2)上，直至最后一级直流磁场断路器分断将最后一部分灭磁电阻接入，最终由各级灭磁电阻共同将励磁绕组中的能量消耗掉，完成灭磁。

3.根据权利要求2所述的大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，所述第一级灭磁电阻(R1)弧压参数根据主回路直流磁场断路器(FB1)所提供的弧压进行确定。

4.根据权利要求1所述的大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，所述各级直流磁场断路器设置在各灭磁支路中或者主回路中。

5.根据权利要求2所述的大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，所述主回路直流磁场断路器(FB1)采用多个直流磁场断路器并联。

6.根据权利要求2所述的大型发电机组分级灭磁回路的灭磁方法，其特征在于，所述灭磁支路中采用跨接器，跨接器为机械跨接器、电子跨接器。