发电机灭磁系统分类及其原理

同步发电机安全可靠的灭磁，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。

发电机组正常停机时：逆变灭磁。

发电机组事故停机时：事故停机灭磁，即当发电机发生内部故障，在继电保护动作切断主断路器时，要求迅速地灭磁； 在发电机发生电气事故时，灭磁系统应迅速切断发电机励磁回路，并将储藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路的非线性电阻中。

逆变灭磁：

利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角由小于90°的整流运行状态，突然后退到大于90°的某一适当角度，此时励磁电源改变极性，以反电势形式加于励磁绕组，使转子电流迅速衰减到零的灭磁过程称为逆变灭磁。这种灭磁方式将转子储能迅速地反馈到三相全控桥的交流侧电源中去，不需放电电阻或灭弧栅，是一种简便实用的灭磁方法。由于无触点、不燃弧、不产生大量热量，因而灭磁可靠。反电势愈大，灭磁速度愈快。三相全控桥逆变时产生的反电势与其交流侧电源电势成正比，因此反电势的数值受到一定限制，同时为防止“逆变"而设的最大控制 max（或最小逆变角 min）的限制，也在一定程度上降低了反电势。所以，单独逆变灭磁，受交流电源电压的限制，逆变灭磁时，励磁电流虽直线下降，但逆变时所施加的反电势数值比灭弧栅灭磁方式要小，因此电流衰减率较小，灭磁时间相对较长，但过电压倍数也很低。

非线性电阻灭磁：

励磁系统正常停机，调节器自动逆变灭磁; 事故停机，跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。当发电机处于滑极等非正常运行状态时，将在转子回路中产生很高的感应电压，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到转子正向过电压信号，马上触发V62可控硅元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，将产生的过电压能量消除；而转子回路的反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻吸能，以确保发电机转子始终不会出现开路，从而可靠地保护转子绝缘不会遭受破坏。由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场，抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。

灭磁电阻的作用

发电机的励磁绕组就是一个具有较大电感的线圈，在正常情况下，励磁电流在发电机转子上产生较强的磁场。当发电机内部故障时，需要迅速切断励磁电流，除去发电机的磁场，以免事故扩大。但是，用开关直接切断这种具有较大电感的电路中的电流是很困难的。因为直接切断励磁电流会在励磁绕组的两端产生高电压，可能烧坏开关触头。因此，在切断励磁回路前，首先在转子两端并联接入灭磁电阻，这样再切断励磁回路时，灭磁电阻就可迅速吸收励磁绕阻的磁能，减缓转子电流变化速度，达到降低转子自感电动势，起到抑制转子过电压和灭磁的目的。

灭磁电阻的投退不是在发电机并列或解列时，而是在发电机起励建压之前要将灭磁电阻从转子回路中断开，在发电机灭磁时将灭磁电阻投入并在转子线圈两端。

1分类及原理

1.1按开关功能分：

     耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉

     移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量， 磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗

1.2按开关位置分：

     直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧

     交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧

     跨接器灭磁：不使用灭磁开关而使用跨接器

1.3按灭磁电阻的种类分：

        氧化锌非线性电阻灭磁

        碳化硅非线性电阻灭磁

2 直流开关灭磁原理为：

灭磁时，跳开直流开关MK，直流开关断口产生电弧，电弧电压与可控硅 SCR输出的电压叠加，与转子的感应反电势相等， 该反电势同时加在灭磁电阻两端

    当UR大于灭磁电阻回路的转子电压时，灭磁电阻回路导通，消耗磁场能量而灭磁。

2.1 第一阶段：

灭磁开关分闸、拉弧、建立转子反电势。在这个阶段的初始时刻，灭磁开关主触头分断，在触头之间产生直流电弧，并由电弧电流在吹弧线圈中产生吹弧磁力，从而使直流电弧拉长并进入灭磁开关的灭弧栅。由于直流电弧被拉长后其弧电阻增加，促使灭磁开关主触头两端的电压升高，直至达到非线性电阻的动作值。

由于灭磁开关分断，发电机励磁电流发生强烈变化，此时发电机转子将因电流变化而产生反电势，其反电势的大小由转子电感和励磁电流的变化率所决定。当达到非线性电阻动作值时，由非线性电阻决定转子的两端电压。

2.1 第二阶段：非线性电阻换流、移能，转子灭磁。

 在这个阶段的开始时刻，由于灭磁开关触头断开引起的转子反向过电压使非线性电阻由阻断变成导通，从而使原经过灭磁开关构成的励磁电流通路转换为由非线性电阻与转子之间构成通路，进而使灭磁开关断口熄弧，完成励磁电流由灭磁开关向非线性电阻的换流。

完成换流以后，由于转子能量并没有消耗，故非线性电阻将维持导通状态，直至将转子的几乎全部能量都转移到非线性电阻之中，磁能变成热能。

2.3直流开关灭磁条件 

直流开关灭磁条件：必须保证在发电机任何工况下灭磁时，开关断口弧压与可控硅整流桥输出的电压叠加后的值，超过灭磁电阻导通电压。

2.4 直流开关灭磁特点

优点：灭磁时无需外部逻辑配合，操作简单。

缺点：对直流开关断口弧压要求较高，导致开关制造困难。 

3 交流开关灭磁原理：

仅断开交流灭磁开关AC。

3.1 通常三相全控整流桥工作，上下桥臂均各有1元件导通，如+A、-C,这时励磁电流if经MKa、MKc流过，产生电弧（MKb无电流断开）。过3.3ms(60°)＋B脉冲到，但因MKb断开，无作用，再过60°，－A元件导通。这时if流过+A、－A，MKa、MKc息弧断开。

非线性电阻不能投入，励磁电流只靠转子回路时间常数缓慢灭磁，不能快速灭磁。

在切断交流侧灭磁开关之前，先切除可控硅SCR触发脉冲（简称封脉冲）。 

当交流线电压在正半波时

在交流线电压的负半波时，灭磁电阻回路电压最高，在交流线电压的正半波时，灭磁电阻回路电压低。

3.2 交流灭磁成功的必要条件是：

加在灭磁电阻回路的电压大于该回路的转折电压，则灭磁电阻回路导通，励磁电源回路续流的两只元件因电压反偏而截止，开关因断口电压低而熄弧。

在灭磁电阻回路转折电压一定的情况下，因交流线电压负半波的作用，对开关弧压的要求降低了。而在开关弧压参数已定的情况下，灭磁电阻回路转折电压因交流线电压负半波的作用而可整定到较高的数值，而获得快速灭磁的效果。

3.3 交流灭磁条件 

 必须是可控硅全控整流桥而不能是二极管整流桥或带续流二极管的可控硅半控整流桥。

  必须在开断交流灭磁开关AC的同时，可控硅整流桥的全部触发脉冲。

3.4 交流灭磁优点

对灭磁开关断口弧压的要求大大降低。降低弧压要求，也意味着降低断路器的体积、重量和造价。

4 励磁跨接器就是转子过电压保护装置

4.1 其基本电路及其原理

一组正反向并联的可控硅串联一个放电电阻后再并联在励磁绕组两段，当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后，立即发出触发脉冲使可控硅导通，利用放电电阻吸收过电压能量。 

跨接器的返回措施：当转子过电压大于跨接器动作值时，跨接器动作并将转子电压限制为放电电阻两段的电压，在此电压的作用下，放电电阻将流过所要吸收的过电压能量，如果需要吸收的过电压能量大于放电电阻的极限能量，就必须采取措施，最常见的措施就是检测放电电阻的电流，一旦这个电流大于设定值就跳闸灭磁，这种方法也是处理转子异步过电压的最好方法。当跨接器动作后转子过电压消失，放电电阻承受正常运行的转子电压，对于氧化锌放电电阻来说，由于其正常转子电压下的漏电流很小，远远小于可控硅的维持电流，此时跨接器能可靠返回；对于碳化硅放电电阻来说，其正常转子电压下的漏电流很大，远远大于可控硅的维持电流，此时跨接器暂时不能返回，只有当转子电压变为零或者瞬时值变极性后才能返回。具体来说，正向过电压动作后，转子电压等于零或者其瞬时值变为负值时才能返回；反向过电压动作后，转子电压等于零或者其瞬时值变为正值时才能返回；为了防止碳化硅电阻跨接器动作后不能可靠返回，最常见的方法也是在跨接器回路装设过电流检测器，一旦电流长时间大于设定值就跳闸灭磁。也有资料显示采取逆变的方法来保证跨接器的返回。

4.2 跨接器灭磁方案的原理：

励磁回路中不设置灭磁开关，灭磁时先接通灭磁跨接器，后封可控硅整流桥的脉冲 。

4.3 跨接器灭磁方案的特点分析：

跨接器灭磁方案的优点：主回路无开关，结构简单，可靠性高。

跨接器灭磁方案的缺点：跨接器回路的最大导通电压不能高于交流线电压的峰值，灭磁时间相对较长。

5 灭磁电阻

灭磁用电阻可以是线性电阻，可以是非线性氧化锌灭磁电阻，也可以是非线性碳化硅电阻。

在汽轮发电机的灭磁中由于发电机转子为实心转子具有较强的阻尼作用，即使发电机励磁绕组中的电流迅速衰减到零，但由于阻尼绕组中的电流不能迅速衰减，发电机的机端电压并不能达到迅速衰减的目的，而且阻尼绕组中的电流是不可控的，所以在具有较强阻尼作用的发电机机组中多采用线性电阻灭磁。而对于阻尼作用较弱的发电机机组则多采用非线性电阻灭磁。

把感性的转子励磁绕组切换到放电电阻上防止开路产生的过电压。利用放电电阻将磁场能量转换为热能，消耗于电阻上。目前经常采用非线性电阻（氧化锌或碳化硅）来放电灭磁，大大提高了灭磁速度，灭磁曲线比较接近理想曲线，是目前应用广泛的灭磁方式。

在水轮发电机的灭磁中，发电机转子不为实心转子，其阻尼作用不强，而且发电机在故障情况下的机端电压升高很多，为有效降低事故扩大化，宜非线性灭磁。

6 灭磁开关

灭磁开关额定工作电压： 应大于转子上的最大工作电压 ；

灭磁开关额定工作电流： 应大于转子最大长期连续工作电流；

灭磁开关开断电流能力： 应大于转子强励电流；

灭磁开关开断电压能力： 应大于灭磁电阻上电压和可控硅整流桥输出电压之和。