CN105591580A - 一种大型水轮发电机转子灭磁及过电压保护组合装置 - Google Patents
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Abstract
一种大型发电机灭磁及过电压保护组合装置，它包括励磁系统可控硅整流桥、带有常闭触头的双断口直流断路器、可以正反向过电压触发器与氧化锌非线性电阻组成的转子过电压保护装置，带延时功能的电流继电器串联在过电压保护回路中，在发电机转子正负极并联的碳化硅非线性电阻组成的灭磁装置，碳化硅非线性电阻与辅助开关连接。本发明既能快速可靠的灭磁，又能保证过电压消失后回路的自动关断。
Description
技术领域
本发明属于水利水电设施领域，具体涉及一种用于大型发电机灭磁及过电压保护组合装置。
背景技术
近年来我国的水电建设事业得到了飞跃的发展，随着机组单机容量的增加，发电机励磁电压及励磁电流也上升到新的水平，机组故障后的灭磁电压和灭磁电流也大大增加，这给机组的灭磁系统的方案设计及设备选型带来严峻的挑战。灭磁装置的重要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励磁，并将储存在发电机励磁绕组的磁场能量快速消耗在灭磁装置的耗能元件中，避免或降低对设备的损坏及限制事故的扩大，是发电厂和电力系统安全运行的重要保障。
目前我国水轮发电机转子灭磁及过电压保护装置中核心部件灭磁电阻均采用氧化锌或碳化硅非线性电阻，且非线性电阻为灭磁耗能和过电压保护吸能共用电阻的单一模式。氧化锌电阻具有良好的开关特性，漏电流小，可以直接并联在发电机转子的两端。采用氧化锌非线性电阻的灭磁及过电压保护装置具有灭磁可靠、吸能快速的特点，且过电压消失后自动关断的特点。灭磁装置采用氧化锌电阻时，由于氧化锌电阻具有较高的压敏电压，在施加电压低于压敏电压前，氧化锌电阻仅有漏电流流过，可以认为处于截止状态。而对于大型发电机组为了快速的耗能灭磁，氧化锌电阻的压敏电压取值较高，因此需要较高断口弧压的灭磁开关相配合，否则可造成换流失败而烧毁开关。氧化锌电阻单片容量较小且击穿后呈短路状态需要在支路中串联熔断器，对大型机组灭磁容量需求庞大时，氧化锌电阻灭磁装置的体积远超过碳化硅电阻。灭磁装置采用碳化硅电阻时，碳化硅的伏安特性介于线性电阻和氧化锌电阻之间，具有特性稳定、导通电压低的特点。国内大型发电机灭磁电阻大部分采用碳化硅电阻。但碳化硅电阻的漏电较大，不能直接并联在发电机的两端，需采用跨接器或辅助断口隔离，用作过电压保护电阻时，在正向过电压消失后无法自动关断，只能采用逆变灭磁方式造成机组的停运。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供的一种既能快速可靠的灭磁，又能保证过电压消失后回路自动关断的过电压保护装置。
发明的目的是这样实现的：
一种大型发电机灭磁及过电压保护组合装置，它包括励磁系统可控硅整流桥、带有常闭触头的双断口直流断路器、可以正反向过电压触发器与氧化锌非线性电阻组成的转子过电压保护装置，带延时功能的电流继电器串联在过电压保护回路中，在发电机转子正负极并联的碳化硅非线性电阻组成的灭磁装置，碳化硅非线性电阻与辅助开关连接。
进一步的，过电压保护装置包括正向可控硅和反向可控硅以及相应的电压触发器，常闭触头与辅助开关并联后依次与二极管、碳化硅非线性电阻串联。
具体的，碳化硅非线性电阻一端接发电机转子绕组的正极，另一端接二极管的负极，二级管的正极分别接至双断口直流断路器的常闭触头和辅助灭磁开关，常闭触头和辅助灭磁开关与发电机转子绕组的负极连接。
本发明取得了以下的技术效果：
采用上述结构，在发电机事故停机时，灭磁开关跳开，发电机转子绕组等效为大电感。发电机正常运行时转子通过直流电流进行励磁，当灭磁开关主触头断开时，常闭触头闭合投入碳化硅电阻构成灭磁时转子绕组的续流回路。
在事故停机灭磁时，当灭磁开关的主触头分离并形成电弧后，在灭磁开关主触头形成的分断弧压小于励磁装置可控硅整流桥的输出电压之前，将在碳化硅非线性电阻流过一定的电流，该电流流过灭磁开关的主触头而成为灭磁开关分断电流的电流增量，为了降低空载误强励等极端灭磁工况下灭磁开关的最大分断电流，因此在碳化硅非线性电阻灭磁回路中串入二级管限制灭磁开关分断电流的电流增量。
当发电机运行时由于异常工况如雷击、操作、失步及非全相合闸等都会在转子上产生正反向过电压。则由触发装置进行检测，如过电压超过设定值时，触发装置产生触发脉冲导通相对应的正、反向可控硅，接入氧化锌电阻，将转子电压限制为氧化锌电阻导通电压。在此电压的作用下，氧化锌电阻将吸收过电压的能量，如果吸收的过电压能量大于氧化锌放电阻的极限能量时，限制过电压的幅值。采用氧化锌电阻利用其较硬的伏安特性，带延时功能的电流继电器将启动励磁调节器进行跳闸灭磁，保护氧化锌放电阻不被永久损坏。当转子过电消失时，氧化锌放电阻只承受正常运行的转子电压，由于氧化锌放电阻的阀值电压远大于正常运行的转子电压，因此其正常运行的转子电压下的漏电流很小，远小于可控硅的维持电流，此时可控硅就能正常的关断。由可控硅实现开关功能，而氧化锌电阻实现正反向过电压的限压，避免了氧化锌电阻直接跨接在发电机转子上造成电阻老化和特性变化带来安全隐患。由于正反向过电压用的氧化锌电阻所需的能容量较小，因此需要的安装空间并没有比单一使用氧化锌或碳化硅非线性电阻作为灭磁和过电压保护的装置有明显增大。
本发明满足了大型水轮发电机灭磁容量大、灭磁速度快的要求，采用冗余的碳化硅电阻投切装置，避免了灭磁时转子绕组的开路，提高了灭磁的可靠性。过电压保护动作迅速，对发电机非全相或异步大滑差运行时转子回路所出现的正反向过电压值都能可靠的限制在转子允许的安全运行范围内，当过电压消失后，过电压保护装置能够安全可靠的自动退出。利用电流继电器进行过电压能量的监视，避免了持续过电压对转子绝缘的冲击，保护了转子绕组的运行安全。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
如图1所示一种大型发电机灭磁及过电压保护组合装置，它包括励磁系统可控硅整流桥1、带有常闭触头201的双断口直流断路器2、可以正反向过电压触发器3与氧化锌非线性电阻4组成的转子过电压保护装置，带延时功能的电流继电器5串联在过电压保护回路中，在发电机转子正负极并联的碳化硅非线性电阻6组成的灭磁装置，碳化硅非线性电阻6与辅助开关7连接。
所述过电压保护装置包括正向可控硅8和反向可控硅9以及相应的电压触发器3，常闭触头201与辅助开关7并联后依次与二极管10、碳化硅非线性电阻6串联。
所述碳化硅非线性电阻4一端接发电机转子绕组的正极，另一端接二极管10的负极，二级管10的正极分别接至双断口直流断路器2的常闭触头201和辅助灭磁开关7，常闭触头201和辅助灭磁开关7与发电机转子绕组的负极连接。
采用上述结构，如图1所示该装置包括它包括励磁系统可控硅整流桥，带有常闭触头的双断口直流断路器，双断口灭磁开关可选择高国产DMX或进口法国雷诺CEX系列开关。可以正反向过电压触发器与氧化锌非线性电阻组成的转子过电压保护装置，带延时功能的电流继电器串联在过电压保护回路中。灭磁开关的两极接发电机转子的正负极。在发电机转子绕组的正负极并联以碳化硅非线性电阻进行灭磁及氧化锌非线性电阻为主的正反向过电压保护的回路。灭磁回路结构为：碳化硅非线性电阻一端接发电机转子绕组的正极，另一端接二极管的负极，二级管的正极分别接至灭磁开关的常闭触头和辅助灭磁开关。常闭触头和辅助灭磁开关分别连接至发电机的负极。
在发电机事故停机时，灭磁开关跳开，灭磁开关主触头断开，常闭触头闭合使转子电流通过二极管进入到碳化硅电阻回路中进行能量转移，实现快速灭磁。为了提高碳化硅电阻投入的可靠性，辅助开关在直流断路器动作75ms时间内自动闭合，实现快速可靠灭磁。
当发电机运行时由于异常工况如雷击、操作、失步及非全相合闸等都会在转子上产生正反向过电压，当转子的正、反向电压瞬时值达到触发装置的整定值时，相应的可控硅将被触发导通，导通的正向或反向可控硅经过氧化锌非线性电阻构成回路进行限压。电流继电器提供检测可控硅导通信号给励磁调节器进行过电压的告警，此外当电流继电器检测到过电压持续时，经过延时其辅助触点将启动跳闸进行灭磁，以保护转子不受持续过电压的危害。
本发明解决了大型水轮发电机灭磁容量大、灭磁速度快的要求，采用冗余的碳化硅电阻投切装置，避免了灭磁时转子绕组的开路，提高了灭磁的可靠性。过电压保护动作迅速，对发电机非全相或异步大滑差运行时转子回路所出现的正反向过电压值都能可靠的限制在转子允许的安全运行范围内，当过电压消失后，过电压保护装置能够安全可靠的自动退出。利用电流继电器进行过电压能量的监视，避免了持续过电压对转子绝缘的冲击，保护了转子绕组的运行安全。本发明提供了一种大型水轮发电机灭磁及过电压保护的解决方案。
Claims (3)
1.一种大型发电机灭磁及过电压保护组合装置，其特征在于：它包括励磁系统可控硅整流桥(1)、带有常闭触头(201)的双断口直流断路器(2)、可以正反向过电压触发器（3）与氧化锌非线性电阻（4）组成的转子过电压保护装置，带延时功能的电流继电器（5）串联在过电压保护回路中，在发电机转子正负极并联的碳化硅非线性电阻（6）组成的灭磁装置，碳化硅非线性电阻（6）与辅助开关（7）连接。
2.根据权利要求1所述的大型发电机灭磁及过电压保护组合装置，其特征在于：所述过电压保护装置包括正向可控硅（8）和反向可控硅（9）以及相应的电压触发器（3），常闭触头（201）与辅助开关（7）并联后依次与二极管（10）、碳化硅非线性电阻（6）串联。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型水轮发电机灭磁及过电压保护组合装置，其特征是：所述碳化硅非线性电阻（4）一端接发电机转子绕组的正极，另一端接二极管（10）的负极，二级管（10）的正极分别接至双断口直流断路器（2）的常闭触头(201)和辅助灭磁开关（7），常闭触头（201）和辅助灭磁开关（7）与发电机转子绕组的负极连接。
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