自励发电机快速失磁保护器的制造方法
【专利摘要】本发明是一种自励发电机快速失磁保护器，主要结构为在三相全控桥路下半桥的三个可控硅控制极与负极电压之间，连接一组硅堆二极管组件，使它在可控硅换相失败，单管导通情况下，另辟一条转子续流旁路，创建了一种叫做主路与旁路轮换运行方式，来延续发电机转子励磁电流的流通，使发电机不失磁，还能强励。该保护器包括三个并联的硅堆二极管；所述硅堆二极管的阳极端与可控硅换流器直流侧负极U?端连接；所述各硅堆二极管的阴极端分别连接可控硅换流器下半桥的三个可控硅控制极，建立了“主路与旁路”轮换运行方式，就能彻底解决自励发电机的快速失磁难题。
【专利说明】
自励发电机快速失磁保护器
技术领域
[0001]本发明属于电网技术领域，具体为一种自励发电机快速失磁保护器。
【背景技术】
[0002]现代电网与早期电网有天壤之别，而最大的区别，在于励磁方式的改变，现代电网几乎清一色地使用自励发电机励磁系统，简称自励发电机或自励系统。
[0003]自励励磁方式，励磁快速、设备静止、电源可靠，优点突出，已被世界各国电网普遍选用。但是，这种自励发电机，最怕电网突发线路短路故障，因为，自励发动机的励磁电源接在机端，距电网线路短路故障点，只有一台变压器之隔。对最初的自励发动机的设计者来说，的确是无法解决的难题。经历了 1965年、1977年、1995年美国连续三次电网大停电之后，美国电科院专家于1999年提出智能电网的决策，虽然，采取了多种应对电网故障大停电措施，但毕竟，还是无法杜绝电网灾难性停电事故的发生，势必，会给极端分子破坏电网故障，制造电网大范围停电灾难，留下可趁之机，实在令人担心！因为，“电是现代社会生活的魂”。
[0004]智能电网是西方理念，不能解决电网大停电问题，为了减少损失，要求要把一个大的电网，分割成3-4个小电网，而我们中国，国情不同，不但，要搞全国大联网，还要搞国际、洲际大联网，全球大联网。这种伟大的创举，就必须从根本上找到现代电网的大停电原因，和切实可行的解决办法与技术方案。我国电力专家，就应当，不畏难，自主创新解决电网大联网的停电问题。
[0005]进入21世纪以来，尤其是2003年美-加“8.14”大停电事故后，电网大停电的严重性，引起世界各国电网专家和新闻媒体的关注。值得庆幸的是，改革开放以来，世界电力技术有了飞速发展，过去无法解决的难题，如今，就有解决的条件，电网大停电，将不再是无解的世界难题了。
【发明内容】
[0006]发明目的:本发明是一种自励发电机快速失磁保护器，其目的在于彻底解决自励发电机的快速失磁难题。
[0007]技术方案:
一种自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:该保护器为在发电机可控硅换流器上增加的一条转子续流旁路，包括由三个并联的硅堆二极管组成的硅堆二极管组GD1或一个大功率可控硅；
所述硅堆二极管组⑶:的阳极端与可控硅换流器直流侧负极U-端连接；
所述硅堆二极管组GD1中的各硅堆二极管的阴极端分别连接可控硅换流器下半桥的三个可控硅控制极；
所述大功率可控硅连接在可控硅换流器直流侧负极U-和正极U+之间。
[0008]所述硅堆二极管组和直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。
[0009]所述大功率可控硅的控制极与直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。
[0010]还包括检验模拟机JYMNJ;所述检验模拟机JYMNJ的脉冲传感器MCC与所述脉冲控制器MKQ中的电阻R两端相连;所述检验模拟机JYMNJ与模拟失磁继电器接点MSJ相连。
[0011]优点及效果:通过本发明的实施，可以使自励发电机会变成永电机，当电网线路故障时，发电机转子会立即强励，定子电压会增高，为电网发送救急的无功负荷，电网稳定有保障。
[0012]本发明既是保护器，又是模拟机:高科技，体积小，安装、调试方便，可以带来巨大技术经济效益和社会经济效益。
[0013]【附图说明】:
图1本发明电路示意图(I型)；
图2本发明电路示意图(2型)；
图3为模拟电网线路故障自并励交流灭磁试验的录波图；
图4为模拟故障继电器操作接线示意图。
[0014]图中标注:FZR发电机转子绕组;MK灭磁开关;FR非线性电阻;D功率二极管;Ka、Kb、Kc可控硅控制极;U+直流侧正极;U—直流侧负极;DYC电压传感器;DLC电流传感器;UA—c交流侧A-C相电压;⑶硅堆组件;SCBHQ失磁保护器;MSJ模拟失磁继电器及闭节点；I接硅堆组件(一柜)；2接硅堆组件(二柜)；3接硅堆组件(三柜);R限流电阻;CT电流互感器;MCC脉冲传感器；JYMNJ检验模拟机;ANi强励试验按钮;AN2失磁试验按钮；AN3录波器启动按钮;MQJ模拟强励继电器。
[0015]【具体实施方式】:
本发明的技术思想是:根据可控硅三相半控桥路失控强励特性的原理，在三相全控桥路下半桥，三个可控硅的控制极与负极-U之间，接入一组硅堆⑶二极管组件，在所述硅堆二极管与负极-U之间，串接入脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。是它在可控硅换相失败，单管导通情况下，另辟一条转子续流旁路，创建了一种主路与旁路轮换运行方式，来延续发电机转子励磁电流的流通，就能让发电机不失磁，还能强励。(图1)
另一种形式，还可在三相换流器(功率柜)直流侧，电压的正极与负极之间，接入一个大功率可控硅。而在负极-U与大功率可控硅的控制极的连线之间同样串接入脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。电网故障时，主路换相失败，作为转子绕组的外旁路续流通道，来延续发电机转子励磁电流的流通。同样，可达到保护自励发电机不失磁的目的。(图2)自励发电机的换流器，其可控硅三相全控桥路的结构，与直流输电，可说是基本相似的，脉冲控制原理，也是相同的。借鉴直流输电，当电网出现异常运行情况时，采用主路与旁路轮换运行方式，作为电网正常情况运行方式的补充。
[0016]如图1、图2所示，本发明通过如下方案实施:
一种自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:该保护器为在发电机可控硅换流器上增加的一条转子续流旁路，包括由三个并联的硅堆二极管组成的硅堆二极管组GD1或一个大功率可控硅；
所述硅堆二极管组⑶:的阳极端与可控硅换流器直流侧负极U-端连接；
所述硅堆二极管组GD1中的各硅堆二极管的阴极端分别连接可控硅换流器下半桥的三个可控硅控制极；
所述大功率可控硅连接在可控硅换流器直流侧负极U-和正极U+之间。
[0017]所述硅堆二极管组和直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。
[0018]所述大功率可控硅的控制极与直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。
[0019]还包括检验模拟机JYMNJ;所述检验模拟机JYMNJ的脉冲传感器MCC与所述脉冲控制器MKQ中的电阻R两端相连;所述检验模拟机JYMNJ与模拟失磁继电器接点MSJ相连。
[0020]直流换流器，电网短路故障时，会出现换相失败的失控问题，这种现象，在直流输电技术方面，早已发现，并且，早已采取防范措施解决了。自励发电机的换流器，其可控硅三相全控桥路的结构，与直流输电，可说是基本相似的，脉冲控制原理，也是相同的。借鉴直流输电，电网异常运行情况，采用主路与旁路轮换运行方式，作为电网正常情况运行方式的补充。按此思路，研究分析，现将自励换流器的正常和异常运行情况，说明如下:
由六个可控硅组成的三相全控桥路换流器，电网正常运行时，其交流侧三相阳极电压健全，其六个可控硅，按三相电压的相序、极性与相间电压幅值，配对成六条换流通道，UAB:+A-B; UAC:+A-C;UBC:+B-C; UBA:+B-A; UCA:+C-A; UCB:+C_B。每隔60度，轮换一个相别，周而复始。直流侧才有直流励磁电流，源源不断输入发电机转子绕组，发电机才能建立电压稳定发电。
[0021]而当电网发生线路故障时，由于，换流器交流侧三相阳极电压不健全，轮流换相失败后，只剩最后一路的可控硅在继续通流，不再换相，这种现象，叫做单管导通。这时，直流侧将出现交变电压波:交变电压正半波时，可控硅的阳极电压为正向，直流侧会输出直流励磁电流;交变电压负半波时，可控硅的阳极电压为逆向，转子绕组的自感电势e=_Ldi/dt，会逆变极性，来维持转子励磁电流的导通。这种异常运行状况，根据实验录波图显示，只能维持两个周波的时间40ms.第三个周波开始，会因可控硅的维持电流，小于最小维持电流而截止，励磁电流降为零值，导致自励发电机转子失磁，定子卸压，机端电压也降为零值。
[0022]发电机转子励磁电流降为零值，定子机端电压必定降为零值，这是同步发电机的电压特性，不用质疑。在网上运行的发电机，转子失磁，定子绕组卸压，成了空导线，接在发变组的主变低压侧，变成了网变的三相短路线，其后果，不堪设想。这是近期电网大停电的真实原因。是电网故障扩大化大停电的真实原因，大型发电机组主设备烧损的直接原因。
[0023]发明人经过多年深入研究与实验，并且，从交流灭磁试验录波图中，意外发现有一张录波图(图3)，是在未断开灭磁开关和(模拟换流器换相失败)封脉冲的条件下录制的。它是因可控硅截止而断流灭磁的录波图。这张录波图，是自励发电机失磁原因的铁证;也为化解这个世界性大停电难题的完满解决，找到了相应解决措施的依据。
[0024]可控硅三相全控桥路换流器，是自励发电机励磁系统的主要设备，它能把三相交流电压，转换成直流励磁电流，靠的是可控硅轮流换相的换流特性。当电网故障时，三相电源不健全的异常情况下，换流器换相失败后，可控硅三相桥路失控，变成单管导通时，转子绕组的自感电势极性逆变，有维流功能，能让可控娃继续通流，约为40ms，这个短暂的时间段，发电机励磁电流和定子电压，仍然会处于强励状态。
[0025]安装了本发明的发电机快速失磁保护器:即在三相全控桥路下半桥的三个可控硅，控制极与负极电压之间，连接一组硅堆二极管GD组件之前，串接入脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ，使它在可控硅换相失败，单管导通情况下，另辟一条转子续流旁路，创建了一种叫做主路与旁路轮换运行方式，来延续发电机转子励磁电流的流通，就能让发电机不失磁，还能强励(一型)。
[0026]另外，还可在三相换流器(功率柜)直流侧，电压的正极与负极之间，接入一个大功率可控硅，而在负极-U与大功率可控硅的控制极的连线之间，同样，串接入脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。电网故障时，主路换相失败，作为转子绕组的外旁路续流通道，来延续发电机转子励磁电流的流通。同样，可达到保护自励发电机不失磁的目的。这样，就能赢得时间，让电网线路保护切除故障，就能恢复电网额定电压稳定运行(二型)。
[0027]电网正常运行时，失磁保护器处于待命状态，对励磁系统的运行无任何影响。电网故障时，自励系统换流器换相失败的瞬间，假定，当时阳极电压的正半波是UAB，，其极性:A相为正;B相为负，主路可控硅+A-B在开通中，转子励磁绕组有励磁电流流通;随后阳极电压负半波UBA，，其极性:B相为正;A相为负，主路可控硅-B+A通道受阻(阳极电压为负)不通;这时，失磁保护器，会因转子绕组自感电势E的极性逆变，使旁路可控硅-A+A开通，作为转子绕组的续流旁路，而确保转子励磁电流不会中断。这种，以主路换相运行方式为主，以主、旁路轮换运行方式为辅，的自励发电机快速失磁保护原理，实验证明，有效可行。
[0028]本失磁保护器，有极大的实用价值。自励发电机:不装设本失磁保护器，电网故障时，发电机转子会失磁，定子会卸压，电网会大停电；装设了本失磁保护器，电网故障时，自励系统立即进入强励状态，发电机不会失磁，还会为电网发送无功功率，保电网暂态稳定。
[0029]本发明的装置安装、调试说明:
本“失磁保护器”，属高科技产品，它的优点:体积小，功能多，便于安装、接线，模拟实验方便，省时省力。
[0030]发电机空载额定电压下，可进行两种模拟实验:
1、未装本“失磁保护器”，发电机空载额定电压条件下，模拟实验结果:转子励磁电流会快速降为零，发电机机端电压降为零；
2、装了本“失磁保护器”，发电机空载额定电压条件下，模拟实验结果:转子励磁电流不降有增，发电机定子电压会上升；模拟故障切除:发电机定子电压，随即恢复到空载额定值。
[0031]这项模拟实验，与正常发电机空载升压操作一样，在空转额定下，只需按一下模拟实验按钮，小于0.1秒，就完成励磁电压、电流变化过程的录波图形。同时，调试人员会看到发电机空载电压的相应变化情况。
[0032]本失磁保护器，在发电机额定电压，带负荷运行情况下，电网故障，会使自励发电机进入强励状态装置会自动录取发电机强励过程，励磁电流、电压的录波图，起到“黑匣子”作用。
[0033]本失磁保护器，在发电机解列后，额定空载电压下，按一下失磁模拟按钮，可进行发电机交流灭磁，转子电流、电压和定子电压都会下降到零值。交流灭磁，快速又安全。
【主权项】
1.一种自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:该保护器为在发电机可控硅换流器上增加的一条转子续流旁路，包括由三个并联的硅堆二极管组成的硅堆二极管组GD1或一个大功率可控硅； 所述硅堆二极管组⑶:的阳极端与可控硅换流器直流侧负极U-端连接； 所述硅堆二极管组GD1中的各硅堆二极管的阴极端分别连接可控硅换流器下半桥的三个可控硅控制极； 所述大功率可控硅连接在可控硅换流器直流侧负极U-和正极U+之间。2.根据权利要求1所述的自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:所述硅堆二极管组GDi^和直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MS J。3.根据权利要求1所述的自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:所述大功率可控硅的控制极与直流侧负极U-端之间串接有脉冲控制器MKQ和模拟失磁继电器接点MSJ。4.根据权利要求2或3所述的自励发电机快速失磁保护器，其特征在于:还包括检验模拟机JYMNJ;所述检验模拟机JYMNJ的脉冲传感器MCC与所述脉冲控制器MKQ中的电阻R两端相连;所述检验模拟机JYMNJ与模拟失磁继电器接点MSJ相连。
【文档编号】H02H7/06GK106099859SQ201610765516
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月31日
【发明人】汤鸣招, 潘宁, 田鹏飞
【申请人】汤鸣招