CN107453327B - 一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法，通过将两台同型号的磁场断路器并联实现分流，共同承担发电机转子电流；通过将耦合电抗器单元的两组线圈分别与两条磁场断路器支路串联，利用两组线圈的耦合性，实现两条磁场断路器支路均流；通过耦合电抗器单元，使并联磁场断路器支路的电流相互牵制，避免先分闸的磁场断路器先断开，保持两者同步，解决了目前大电流下磁场断路器分断能力不足的难题，提高了大型发电机组在各种严重工况下灭磁的安全性，具有良好的应用前景。

Description

一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法

技术领域

本发明涉及大容量发电机组灭磁技术领域，具体涉及一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法。

背景技术

近年来，随着我国用电负荷的增长，发电机单机容量的不断提高，相应的发电机励磁电压、励磁电流也越来越大，对发电机灭磁系统的要求越来越高。对于百万千瓦级发电机组，尤其是百万千瓦级核电机组，其额定励磁电流已达到10000A，现有的磁场断路器无法满足要求。

为解决磁场断路器的额定电流不足问题，在核电机组往往采取将两个相同磁场断路器并联的方案，但是，简单并联方案一旦发生发电机转子侧短路等严重灭磁工况，由于磁场断路器分断时间不一致，其中，先分闸的磁场断路器先分断，而后分断的磁场断路器必然承受全部电流的分断，而单个磁场断路器分断能力有限，必将导致后分闸的磁场断路器无法断开，造成磁场断路器短路损坏，直接威胁到核电机组的安全。

目前应用最广的灭磁形式是单磁场断路器和灭磁电阻组成的移能型灭磁，其电路图，如图1所示，主要参数包括：励磁整流器的整流电压Ud、磁场断路器MK的灭磁弧压Uk、非线性灭磁电阻Rm 的灭磁残压Um，工作原理如下：磁场断路器MK主触头分离后，弧压升高，转子两端的电压因磁场作用而反向，在转子反向电压达到非线性电阻的动作电压前，流过非线性电阻的电流近似为0；当转子反向电压达到非线性电阻的动作电压后，非线性电阻导通，电阻流过的电流Im随弧压的升高而增加，Ik减少，至Ik=0时，磁场断路器熄弧分断。但是，由于受材料及工艺水平等限制，想进一步提高磁场断路器的分断能力十分困难，而灭磁电阻系统是发电机电气事故的最后一道防线，其性能及安全可靠性至关重要，因此，为了克服上述的问题，迫切需要一种能够满足大容量发电机组安全可靠的灭磁技术和方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有的单磁场断路器和灭磁电阻组成的移能型灭磁无法满足巨型发电机组事故灭磁要求的问题。本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法，通过将两台同型号的磁场断路器并联实现分流，共同承担发电机转子的电流；利用两组线圈的耦合性，实现两条磁场断路器支路均流；通过耦合电抗器单元，使并联磁场断路器支路的电流相互牵制，避免先分闸的磁场断路器先断开，保持两者同步，提高了大型发电机组在各种严重工况下灭磁的安全性，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：包括双断路器并联回路单元、耦合电抗器单元和灭磁电阻单元，

所述双断路器并联回路单元，采用两台同型号磁场断路器并联构成，两条磁场断路器支路用于实现分流，且两条磁场断路器支路的一端部共同与发电机转子的一端相连接；

所述耦合电抗器单元内设置有两组线圈，两组线圈的一端部分别与对应侧的磁场断路器支路的另一端部相串联，用于实现两条磁场断路器支路均流；

所述灭磁电阻单元，并联在发电机组转子的两端，用于在双断路器并联回路单元建立弧压过程中使灭磁电阻导通消耗磁场能量。

前述的一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：所述耦合电抗器单元内两组线圈共用同一铁芯。

前述的一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：所述两组线圈的同名端相反。

一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（A），将两台同型号磁场断路器并联，将耦合电抗器单元同一铁芯的两组线圈分别与两条磁场断路器支路相串联，两组线圈的同名端相反；

步骤（B），在发电机机组正常运行时，发电机的转子加入励磁电流，电流流入耦合电抗器单元的两组线圈，两组线圈的电流在铁芯中产生方向相反、大小相等的两路磁通，耦合电感呈现消磁作用；当流入耦合电抗器单元两组线圈的电流大小不等时，铁芯中的磁通量发生变化，从而感生出电动势，驱使两组线圈的电流达到均衡，实现两条磁场断路器支路均流；

步骤（C），当发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸，并在断口快速建立弧电压，引起该磁场断路器支路的电流衰减，同时，在对应侧耦合电抗器单元的一组线圈的耦合作用下，该磁场断路器支路的电流不会快速减少，该磁场断路器延迟分断，断口继续维持弧压；

步骤（D），另一条磁场断路器支路内的磁场断路器分闸，并在断口建立弧电压，当任一磁场断路器支路的弧压大于导通电压阈值时，在发电机机组的励磁绕组两端的反向电压超过灭磁电阻的导通电压，灭磁电阻单元回路导通；

步骤（E），当弧压继续升高，发电机机组的励磁绕组中的电流将全部转移到灭磁电阻单元中，此时，并联的两条磁场断路器支路内的磁场断路器同时分断。

前述的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：步骤（C），发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，由于两个磁场断路器的机械特性不完全一致，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸。

前述的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：步骤（D），所述导通电压阈值为灭磁电阻的导通电压与整流桥输出电压之和。

本发明的有益效果是：本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法，通过将两台同型号的磁场断路器并联实现分流，共同承担发电机转子的电流；通过将耦合电抗器单元的两组线圈分别与两条磁场断路器支路串联，利用两组线圈的耦合性，实现两条磁场断路器支路均流；通过耦合电抗器单元，使并联磁场断路器支路的电流相互牵制，避免先分闸的磁场断路器先断开，保持两者同步，解决了目前大电流下磁场断路器分断能力不足的难题，提高了大型发电机组在各种严重工况下灭磁的安全性，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是现有的移能型灭磁电路的电路图；

图2是本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路的系统框图；

图3是本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图2所示，本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，包括双断路器并联回路单元、耦合电抗器单元和灭磁电阻单元，

所述双断路器并联回路单元，采用两台同型号磁场断路器并联构成，两条磁场断路器支路用于实现分流，且两条磁场断路器支路的一端部共同与发电机组转子的一端相连接；

所述耦合电抗器单元内设置有两组线圈，两组线圈的一端部分别与对应侧的磁场断路器支路的另一端部相串联，用于实现两条磁场断路器支路均流；

所述灭磁电阻单元，并联在发电机组转子的两端，用于在双断路器并联回路单元建立弧压过程中使灭磁电阻导通消耗磁场能量。

所述耦合电抗器单元内两组线圈共用同一铁芯，所述两组线圈的同名端相反。

本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，包括以下步骤，

步骤（A），将两台同型号磁场断路器并联，将耦合电抗器单元同一铁芯的两组线圈分别与两条磁场断路器支路相串联，两组线圈的同名端相反；

步骤（B），在发电机机组正常运行时，发电机的转子加入励磁电流，电流流入耦合电抗器单元的两组线圈，两组线圈的电流在铁芯中产生方向相反、大小相等的两路磁通，耦合电感呈现消磁作用；当流入耦合电抗器单元两组线圈的电流大小不等时，铁芯中的磁通量发生变化，从而感生出电动势，驱使两组线圈的电流达到均衡，实现两条磁场断路器支路均流；

步骤（C），当发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，由于两个磁场断路器的机械特性不能完全一致，因此，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸，并在断口快速建立弧电压，引起该磁场断路器支路的电流衰减，同时，在对应侧耦合电抗器单元的一组线圈的耦合作用下，该磁场断路器支路的电流不会快速减少，该磁场断路器延迟分断，断口继续维持弧压；

步骤（D），另一条磁场断路器支路内的磁场断路器分闸，并在断口建立弧电压，当任一磁场断路器支路的弧压大于导通电压阈值时，在发电机机组的励磁绕组两端的反向电压超过灭磁电阻的导通电压，灭磁电阻单元回路导通，所述导通电压阈值为灭磁电阻的导通电压与整流桥输出电压之和。

步骤（E），当弧压继续升高，发电机机组的励磁绕组中的电流将全部转移到灭磁电阻单元中，此时，并联的两条磁场断路器支路内的磁场断路器同时分断。

优选的，本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，采用的两台同型号磁场断路器的型号均为GERapid或者HPB 系列的磁场断路器。

如图3所示，本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，具体电路图，该电路具体工作过程如下：

（1）将两台同型号的磁场断路器MK1与MK2并联，将耦合电抗器同一铁心的两组线圈分别与磁场断路器1支路及2支路串联，两组线圈同名端相反；

（2）发电机正常运行时，可控硅整流柜的发电机机组G输出的发电机励磁电流If，If分成两路If1及If2分别流入耦合电抗器的两组线圈，如图3所示，两支路电流在铁芯中产生两路磁通Φ1及Φ2，当If1= If2时，Φ1及Φ2方向相反、大小相等，此时耦合电感阻抗值很小，压降可忽略不计；当If1≠ If2时，铁芯中的磁通量∣Φ1-Φ2∣发生变化，从而感生出电动势，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化，感生出的电动势将驱使两支路电流达到均衡，从而实现两支路均流；

（3）当发电机机组故障，需要分断磁场断路器快速灭磁时，磁场断路器MK1先快速分闸并在断口快速建立弧电压Uk1，引起该支路电流衰减；由于耦合电感的作用，磁场断路器MK1回路电流If1不能快速减少，磁场断路器MK1延迟分断，断口继续维持弧压；

（4）磁场断路器MK2分闸并在断口建立弧电压Uk2，当Uk2上升到一定程度后，在励磁绕组两端的反向电压超过灭磁电阻的导通电压Um，灭磁电阻回路导通；

（5）当弧压Uk2继续升高，发电机组的励磁绕组中的电流将全部转移到灭磁电阻中，并联的两个磁场断路器MK1和 MK2同时分断。

综上所述，本发明的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路及方法，通过将两台同型号的磁场断路器并联实现分流，共同承担发电机转子的电流；通过将耦合电抗器单元的两组线圈分别与两条磁场断路器支路串联，利用两组线圈的耦合性，实现两条磁场断路器支路均流；通过耦合电抗器单元，使并联磁场断路器支路的电流相互牵制，避免先分闸的磁场断路器先断开，保持两者同步，解决了目前大电流下磁场断路器分断能力不足的难题，提高了大型发电机组在各种严重工况下灭磁的安全性，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：包括双断路器并联回路单元、耦合电抗器单元和灭磁电阻单元，

所述双断路器并联回路单元，采用两台同型号磁场断路器并联构成，两条磁场断路器支路用于实现分流，且两条磁场断路器支路的一端部共同与发电机转子的一端相连接；

所述耦合电抗器单元内设置有两组线圈，两组线圈的一端部分别与对应侧的磁场断路器支路的另一端部相串联，用于实现两条磁场断路器支路均流；

所述灭磁电阻单元，并联在发电机组转子的两端，用于在双断路器并联回路单元建立弧压过程中使灭磁电阻导通消耗磁场能量；

所述采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路的灭磁方法为：

在发电机机组正常运行时，发电机的转子加入励磁电流，电流流入耦合电抗器单元的两组线圈，两组线圈的电流在铁芯中产生方向相反、大小相等的两路磁通，耦合电感呈现消磁作用；当流入耦合电抗器单元两组线圈的电流大小不等时，铁芯中的磁通量发生变化，从而感生出电动势，驱使两组线圈的电流达到均衡，实现两条磁场断路器支路均流；

当发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸，并在断口快速建立弧电压，引起该磁场断路器支路的电流衰减，同时，在对应侧耦合电抗器单元的一组线圈的耦合作用下，该磁场断路器支路的电流不会快速减少，该磁场断路器延迟分断，断口继续维持弧压；

另一条磁场断路器支路内的磁场断路器分闸，并在断口建立弧电压，当任一磁场断路器支路的弧压大于导通电压阈值时，在发电机机组的励磁绕组两端的反向电压超过灭磁电阻的导通电压，灭磁电阻单元回路导通；

当弧压继续升高，发电机机组的励磁绕组中的电流将全部转移到灭磁电阻单元中，此时，并联的两条磁场断路器支路内的磁场断路器同时分断。

2.根据权利要求1所述的一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：所述耦合电抗器单元内两组线圈共用同一铁芯。

3.根据权利要求2所述的一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁电路，其特征在于：所述两组线圈的同名端相反。

4.一种采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，将两台同型号磁场断路器并联，将耦合电抗器单元同一铁芯的两组线圈分别与两条磁场断路器支路相串联，两组线圈的同名端相反；

步骤(B)，在发电机机组正常运行时，发电机的转子加入励磁电流，电流流入耦合电抗器单元的两组线圈，两组线圈的电流在铁芯中产生方向相反、大小相等的两路磁通，耦合电感呈现消磁作用；当流入耦合电抗器单元两组线圈的电流大小不等时，铁芯中的磁通量发生变化，从而感生出电动势，驱使两组线圈的电流达到均衡，实现两条磁场断路器支路均流；

步骤(C)，当发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸，并在断口快速建立弧电压，引起该磁场断路器支路的电流衰减，同时，在对应侧耦合电抗器单元的一组线圈的耦合作用下，该磁场断路器支路的电流不会快速减少，该磁场断路器延迟分断，断口继续维持弧压；

步骤(D)，另一条磁场断路器支路内的磁场断路器分闸，并在断口建立弧电压，当任一磁场断路器支路的弧压大于导通电压阈值时，在发电机机组的励磁绕组两端的反向电压超过灭磁电阻的导通电压，灭磁电阻单元回路导通；

步骤(E)，当弧压继续升高，发电机机组的励磁绕组中的电流将全部转移到灭磁电阻单元中，此时，并联的两条磁场断路器支路内的磁场断路器同时分断。

5.根据权利要求4所述的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：步骤(C)，发电机机组故障，需要分断两条磁场断路器支路内的磁场断路器快速灭磁时，由于两个磁场断路器的机械特性不完全一致，其中一条磁场断路器支路内的磁场断路器先分闸。

6.根据权利要求4所述的采用耦合电抗器的并联磁场断路器灭磁方法，其特征在于：步骤(D)，所述导通电压阈值为灭磁电阻的导通电压与整流桥输出电压之差。