发电机快速灭磁结构及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明有关发电机，特别是一种发电机的快速灭磁结构及方法。
【背景技术】
[0002]目前，各种汽轮发电机以及各种水轮发电机多采用它励或自并励方式励磁，一般都采用非线性电阻灭磁或线性电阻灭磁。采用非线性电阻灭磁的优点是:在灭磁时如果非线性电阻能够导通的话，其灭磁速度将可能比线性电阻更快，但问题是非线性电阻的导通是需要一个比较高的电压将其“击穿”才能导通，由于发电机的灭磁工况千变万化，实际运行中并不能保证每次都能提供足够高的电压去“击穿”非线性电阻，因此，有时即使电流很大，也不能保证非线性电阻一定能导通，岱海电厂2006年1月1日的事故就说明了这一点。线性电阻灭磁灭磁的优点是在任何工况时都能导通，但灭磁速度比非线性电阻慢(假定在线性电阻投入灭磁时发电机励磁绕组两端的电压与采用非线性电阻时相同)，因此，仍可能对发电机造成损坏，潮州电厂2012年3月28日的事故就说明了这一点。
[0003]图1为现有的非线性电阻灭磁结构，图2为现有的线性非线性电阻灭磁结构。其包含励磁整流器1，励磁整流器1连接励磁绕组2，励磁绕组对应发电机5，励磁整流器1和励磁绕组2之间设有灭磁开关3及灭磁电阻4，灭磁开关3与灭磁电阻4相连接，需要灭磁时，打开灭磁开关3即可。图1的灭磁电阻为非线性电阻，图2的灭磁电阻为线性电阻。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种发电机快速灭磁结构及方法，既确保快速导通，又保障灭磁速度。
[0005]本发明的技术方案为:一种发电机快速灭磁结构，其包含励磁整流器，励磁整流器连接励磁绕组，励磁绕组对应发电机，励磁整流器和励磁绕组之间设有灭磁开关及灭磁电阻，该灭磁电阻全部为线性电阻，该灭磁电阻分段设置，其至少由两组线性电阻串联，其中一个线性电阻为固定段电阻，其他电阻为变化段电阻，每一变化段电阻两端连接投退开关，相邻的投退开关相连接。
[0006]该变化段电阻为两组以上，各个变化段电阻的阻值不相同。
[0007]变化段电阻的阻值为固定段电阻阻值的倍数。
[0008]该投退开关为断路器、接触器或IGBT。
[0009]一种发电机快速灭磁方法，使用一种发电机快速灭磁结构，其包含励磁整流器，励磁整流器连接励磁绕组，励磁绕组对应发电机，励磁整流器和励磁绕组之间设有灭磁开关及灭磁电阻，该灭磁电阻全部为线性电阻，该灭磁电阻分段设置，其至少有两组线性电阻串联，其中一个线性电阻为固定段电阻，其他电阻为变化段电阻，每一变化段电阻两端连接投退开关，相邻的投退开关相连接。
[0010]当需要发电机灭磁时依据需求投入任意段的灭磁电阻。
[0011]在回路电流见效后，可以退出已经投入的灭磁电阻，并投入其他灭磁电阻，直至全部灭磁电阻全部投入。
[0012]本发明的有益效果为:充分利用了线性电阻确保可靠导通的优点，避免了非线性电阻不能可靠导通的缺点，同时加快了灭磁的速度。
【附图说明】
[0013]图1为现有的采用非线性电阻的灭磁结构。
[0014]图2为现有的采用线性电阻的灭磁结构。
[0015]图3为本发明的发电机快速灭磁结构。
【具体实施方式】
[0016]如图3所示，一种发电机快速灭磁结构，其包含励磁整流器1，励磁整流器1连接励磁绕组2，励磁绕组2对应发电机5，励磁整流器1和励磁绕组2之间设有灭磁开关3及灭磁电阻4，其中，该灭磁电阻4全部为线性电阻，该灭磁电阻4分段设置，其至少由两组线性电阻串联，其中一个线性电阻为固定段电阻41，其他电阻为变化段电阻42，每一变化段电阻42两端连接投退开关6，相邻的投退开关6相连接。该变化段电阻为两组以上，各个变化段电阻的阻值可以不相同。变化段电阻的阻值可以为固定段电阻阻值的倍数。该投退开关为断路器、接触器或IGBT。
[0017]本发明将线性灭磁电阻分成若干段，当需要发电机灭磁时，仅投入其中的一部分，在灭磁过程中，连续监测灭磁电阻中的电流，当电流减小到一定程度后，再串入另一部分灭磁电阻(以励磁绕组电压不超过预期值为准，下同)，当电流进一步减小后，再串入一部分灭磁电阻，直至串入全部灭磁电阻。为保证陆续串入灭磁电阻后不致使转子电压超过预期值，应该先退出(短接)部分灭磁电阻，然后再串入新的电阻。
[0018]灭磁电阻全部采用线性电阻，线性电阻可分为若干段，每段阻值可以不相等，以便控制系统可以选择任何一段或几段同时投入/退出，必要时，还可在投入某段或某几段时退出已投入的另一段或另几段，从而保证在灭磁过程中励磁绕组的电压始终保持在略低于最高允许值的条件下，这样就加快了灭磁的速度。
[0019]灭磁电阻的投入、退出及间隔时间由励磁系统AVR根据灭磁电流及励磁绕组两端的电压计算并确定。其计算依据励磁绕组内的电流、励磁绕组两端电压及投入新的灭磁电阻后的预期电压确定。在灭磁时，由于电流在灭磁电阻上的不断消耗，其值是逐渐减小的。当计算显示若再加入一段灭磁电阻后励磁绕组两端电压仍在允许范围内则通过控制开关再投入1个基准单位的灭磁电阻，若电流下降速度较快，则也可能直接投入2个基准单位或更多的灭磁电阻。
[0020]灭磁电阻基准单位的确定可以根据发电机组的技术条件确定。例如，某发电机组的应用条件是，允许最大强励电流为额定励磁电流的2倍，此电流就是确定灭磁电阻基准单位的依据。假定强励不成功后灭磁时本机组具有最大灭磁电流，根据有关的制造标准，励磁绕组出厂后的最高试验电压不超过额定电压的7倍，则选定强励后灭磁时的最高电压为额定励磁电压的6倍，由此可得下式:
[0021]6 (倍额走励磁电压)/ (R灭磁电阻最小值+R励磁绕组)=2 (倍额走励磁电流)
[0022]由此得，
[0023]3(名页走励磁电压/名页走励磁电流)=R 3??电阻最小值+R励磁绕组
[0024]由于
[0025]额定励磁电压/额定励磁电流=Rmmm
[0026]所以，
[o〇27] R灭磁幅最小值=2XR励磁绕组
[0028]这就是1个基准单位的灭磁电阻值，它近似等于2倍发电机转子电阻(热态值)，即2倍励磁绕组的热态电阻值。
[0029]当强励倍数不是2倍时，可按上述方法计算出其基准值。
[0030]下面确定灭磁电阻的最大值。
[0031]一般认为当励磁绕组中的电流衰减到额定电流的5%或更小时即可认为灭磁过程结束。为加快灭磁速度，通常都希望在可能的条件下尽量加大灭磁电阻的阻值，但灭磁电阻的阻值过大将可能使励磁绕组上的电压过高，因此，在有条件时，既应该使灭磁电阻的阻值尽量大，同时还要控制励磁绕组上的电压不超过预先设定的允许值。假定在灭磁即将结束时(即励磁绕组内的电流略大于5%额定励磁电流)，励磁绕组的端电压仍为6倍额定励磁电压，并且在灭磁过程中始终保持在这一水平附近，则这时的灭磁速度是最快的。
[0032]由此可得灭磁电阻的最大值:
[0033]6 (倍额走励磁电压)/ (R灭磁电阻最大值+R励磁绕组)=0.05 (倍额走励磁电流)
[0034]6 (倍额走励磁电压)/0.05 (倍额走励磁电流)=(R灭磁电阻最大值+R励磁绕组)
[0035]磁电阻最大值+R励磁绕组=120 (额走励磁电压/额走励磁电流)
[0036]同样由于
[0037]额走励磁电压/额走励磁电流=RniidiMiR
[0038]R灭磁幅最大值=119XR励磁绕组
[0039]而
[0040]R灭磁电阻最大值=R灭磁幅最小值+nXR灭磁电阻最小值=119XR励磁绕组[ο。41]R灭磁幅最大值=(n+!) XR灭磁电阻最小值
[0042]= (n+1) X2XR励磁绕组=119XR励磁绕组
[0〇43]= (n+1) XR励磁绕组=59.5XR励磁绕组
[0044]ΜβΟΧΙ?励磁绕组
[0045]由此可得
[o〇46] R灭磁幅最小值=2XR励磁绕组[0〇47] R灭磁幅最大值=60 XR励磁绕组
[0048]为了获得较大的灭磁电阻变化范围，同时减少灭磁电阻的分段数量，设计的灭磁电阻各段并不相等，但在使用时通过控制各段不同阻值灭磁电阻的投、退，可获得以1个基准单位为步长的细微变化，从而获得近似连续的变化，避免由于阶跃式变化产生的不安全以及灭磁速度过慢的问题。
[0049]为了确保发电机励磁绕组的安全，灭磁电阻有一段是固定接入的，以防止由于各段灭磁电阻的投、退开关失灵危及励磁绕组的安全。这段固定灭磁电阻的选择按照强励时的最大电流和励磁绕组允许的最高电压确定的，其它段电阻的阻值都是这段电阻阻值的倍数。
[0050]灭磁电阻的投、退控制原则:由于开始灭磁时的电流是最大的，因此投入的灭磁电阻阻值是最小值或较小值；随着灭磁的不断进行，一部分能量被消耗，回路中的电流越来越小，允许投入的电阻值也越来越高。投入的时机可以由控制系统根据实际的电流随时计算出来。
[0051]举例来说，当电流为2.0时若灭磁电阻为1.0，且此时的电压就是允许值2.0X 1.0=2.0，则当电流衰减到1.0时就可以投入第2段也为1.0的电阻，此时的电压仍为1.0X2.0 = 2.0，在允许的范围内；当电流为0.5时，允许投入的电阻为4.0，此时的电压为
0.5X4.0 = 2.0，仍在允许的范围内。
[0052]由于可以控制灭磁时的电阻最佳投入值及投入时间，因此灭磁可以在可控范围内以最快速度、最安全的方式进行灭磁。
[0053]灭磁电阻的投、退开关可以采用接触器，也可采用断路器，在某些场合(例如电流较小时)甚至也可以采用诸如IGBT等电力电子器件。当投、退开关接通时，灭磁电阻被退出；当投、退开关断开时，灭磁电阻被投入。为了安全起见，每次动作时应该先退出部分灭磁电阻，然后接入新的灭磁电阻，以防止新的灭磁电阻投入后产生的电压过高。
[0054]以灭磁电阻划分为7段为例，各段灭磁电阻的阻值关系为:
[0055]固定段电阻为1.0，第1段为1.0，第2段为2.0，第3段为4.0，第4段为8.0，第5段为16.0，第6段为28.0。
[0056]如果希望灭磁电阻有更大的变化范围，第6段电阻也可改为32.0。
[0057]为叙述方便起见，灭磁电阻值均以标么值表示而不是以实际值表示。
[0058]在以2倍额定励磁电流进行灭磁且要求始终将电压控制在接近6倍的工况下:
[0059]第1次仅投入固定段，此时灭磁电阻阻值为1.0 ；
[0060]第2次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为2.0 ；
[0061]第3次退出第1段投入第2段，此时灭磁电阻阻值为3.0 ；
[0062]第4次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为4.0 ；
[0063]第5次退出第1、2段投入第3段，此时灭磁电阻阻值为5.0 ；
[0064]第6次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为6.0 ；
[0065]第7次退出第1段投入第2段，此时灭磁电阻阻值为7.0 ；
[0066]第8次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为8.0。
[0067]第9次退出第1、2、3段投入第4段，此时灭磁电阻阻值为9.0 ；
[0068]第10次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为10.0。
[0069]第11次退出第1段投入第2段，此时灭磁电阻阻值为11.0。
[0070]第12次投入第1段，此时灭磁电阻阻值为12.0。
[0071]第13次退出第1、2段