专利名称：新型发电机灭磁装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于发电机的灭磁装置。
我国目前部分大型水轮发电机的灭磁系统，采用灭磁开关配合ZnO非线性电阻的灭磁方案，其原理图如
图1所示。SCR表示励磁整流柜，Ud是其输出的整流电压。FB是双断口灭磁开关，也可以采用单断口灭磁开关。Rf是ZnO非线性电阻器，D是二极管。正常运行时，FB合上，励磁电压Uf正压，Rf上没有电流。灭磁时，FB跳闸并在其断口建立弧电压Uk。根据灭磁时的电压关系Uf＝Ud-Uk，当Uk＞Ud时Uf开始变负；只有当Uf的负压大于ZnO电阻的转折电压，转子电流If就不再流经SCR和FB，而直接流经Rf，此时，开关断弧，转子电流经D和Rf进行灭磁。由于ZnO非线性电阻的非线性特性非常好，灭磁时的反向Uf也就基本恒定，If就能快速衰减，转子磁能在ZnO电阻上发热消耗，当If＝0时，发电机灭磁完成。
这种以FB跳闸建立弧电压，并击穿Rf，以此将转子电流由FB转移到Rf，最后由Rf来吸收子磁能的灭磁方法，在国外也得到广泛的采用，但所用的器件和材料不同。国外一般采用的Rf是SiC非线性电阻，且FB都有一个常闭断口，用来代替上图中的D。正常运行时，该常闭断口断开；跳闸灭磁时，该常闭断口先闭合后，FB的主断口才跳开。尽管这种FB的结构复杂、体积庞大，但性能好、质量高。再加上SiC电阻的非线性较差，其设计的转折电压也低，都有利于磁场电流的转移，二者配合非常好，运行可靠。只是SiC电阻的稳压特性差，使得转子电压在灭磁过程中变化范围大，灭磁时间也就较长。尽管ZnO电阻在灭磁和过电压保护上比SiC电阻更具优越，但是由于国产的FB容量小，拉弧建压的性能不稳定，灭弧能力较差，再加上ZnO电阻的非线性系数小，所配置的转折电压高，不利于磁场电流的转移，这种配合下的灭磁方案，其运行的可靠性就不高在励磁装置误强励时，还会发生磁场电流不能从FB转移到Rf，并造成FB烧毁的严重事故。
本实用新型的目的是提供直接并联于发电机转子绕组两端、具有磁场电流动态转移特性、满足任何边界条件、灭磁快且灭磁电压稳定的新型发电机灭磁装置。
本实用新型的目的是这样实现的一种发电机灭磁装置4，同励磁整流柜1、灭磁开关2、转子绕组3一起构成发电机转子主要回路。灭磁开关FB串联在转子回路中，非线性电阻Rf1串联二极管D后并联在转子绕组两端，其特征在于设置并联在非线性电阻Rf1两端的辅助灭磁通道，它由辅助非线性电阻Rf2串联线性电阻R2后，再串联RC阻回路，该阻容回路由电容C和线性电阻R并联组成。在二极管D两端并联一个转子正向过电压保护非线性电阻Rf3。
本实用新型采用主灭磁非线性电阻Rf1、辅助非线性电阻Rf2和过电压保护非线性电阻Rf3都是由ZnO非线性电阻阀片申并联组成，在并联阀片支路上串联线性电阻作均流。磁场电流动态转移技术，降低了对灭磁开关的灭弧性能要求，解决了灭磁开关配合ZnO非线性电阻灭磁的技术难题；充分利用ZnO电阻的非线性特性，使其在灭磁和转子过电压保护上电压稳定，可适用任何容量的发电机组；对于并联运行的ZnO电阻阀片采用均流或均能措施，其整体外特性由每一支路的阀片串均流电阻的特性组合而成，可根据机组的参数进行选配，统一考虑灭磁和转子过电压保护，电路简单可靠，动作电压准确，容量充足。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型的现有技术原理图。
图2是本实用新型的电路原理图。
图3是图2的部分等效电路图。
图4是本实用新型的灭磁特性图。
图中1、励磁整流柜，2、灭磁开关，3、转子绕组，4、灭磁装置。
ZnO非线性电阻分为灭磁非线性电阻Rf1、辅助非线性电阻Rf2，灭磁非线性电阻Rf1又称为主阀片，辅助非线性电阻又称为辅阀片Rf2。主阀片Rf1串联二极管D后再并联在转子绕组两端，它由许多ZnO非线性电阻串并联组成，且数量多、均流电阻小，其转折电压就是设计的灭磁电压，起主要灭磁作用；辅助阀片Rf2串联一个RC电阻电容回路后再同Rf1并联，它由许多ZnO非线性电阻并联组成，且数量小、均流电阻大，其转折电压比主阀片小，起帮助磁场电流动态快速转移和辅助灭磁作用。Rf3是转子过电压保护阀片，也是由许多ZnO非线性电阻串并联组成。R是一个大功率线性电阻，C是一个高压大电容。灭磁开关FB是一个带有灭弧栅的双极直流开关。其原理如图2所示。
在图2中，机组正常运行时，FB合上，ZnO非线性电阻参与转子过电压保护工作，阀片Rf1、Rf2和Rf3组成转子过电压综合保护，其中Rf2和Rf3组成转子正向过电压主保护，Rf2和RC阻容回路组成转子反向过电压主保护。在机组事故灭磁时，也是首先由灭磁开关FB跳闸建立弧电压，该弧电压减去Ud后Uf开始负压，当Uf的负压大于Rf2后，If经RC阻容回路加速击穿Rf2，快速地向辅助阀片转移，导致灭磁开关FB断弧，快速切断SCR和转子之间的联系。随着电容C的充电和电阻R的投入，灭磁电压建立，灭磁电压又将击穿主阀片Rf1，大部分转子电流转移到主阀片上，最后由主、辅阀片共同将整个转子磁能吸收。
本实用新型装置的特点就是全部由固态元件组合而成、直接并联在转子绕组两端、结构紧凑。优化组合各固态元件的特性，可获得性能优良的灭磁特性和完整的转子过电压保护，发电机灭磁时，只需要跳开灭磁开关，不需要任何辅助操作，即可快速、安全的灭磁。
方案的设计原则(1)主阀片Rf1Rf1转折电压Uf1取Rf2的转折电压Uf2的三倍左右，且在转子绕组出厂对地耐压值的30％至40％之间。Rf1的容量Qf1取励磁装置空载误强励下的转子磁能，并以此来决定阀片组的并联数。每组阀片的均流电阻Rf1取1-2欧姆。
(2)辅助阀片Rf2Rf2的转折电压Uf2取一定倍数的励磁装置空载逆变时的Uf值，Rf2的容量Qf2取Qf1的30％左右，并以此来决定阀片的并联数，对于阀片的均流电阻R2则在RC回路的参数计算中给出。
(3)过电压保护阀片Rf3Rf3的转折电压Uf3取Uf1的值，可直接采用Rf1组件。Rf3的容量取Qf1的10％左右，可不需要均流电阻。
(4)阻容参数从新方案主辅阀片的结构来看，二者都是由ZnO非线性电阻和线性均流电阻串联组成。现将二者分开标出，Rf1的均流电阻等效为R1，Rf2的均流电阻同R2合并等效为R2，从而得到新方案灭磁时的等效电路图3。
理想的ZnO非线性电阻的伏安特性是一条平行电流轴的直线，Rf1串联R1后的整体伏安特性是一条起点为Uf1的直线L1，如图4所示。在灭磁过程中，电容C的暂态作用就是短接和断开R两端即线性电阻的初值为零，经过T时间充电后，才恢复原值。当C短接R两端时，Rf2串联R2后的伏安特性是一条起点为Uf2的直线L2；当C断开R两端时，Rf2串联(R2+R)后的伏安特性是一条起点也为Uf2的直线L3。在C短接和断开的过程中，整体伏安特性就是界于L2和L3之间的曲线，实际上，电流的充电过程就是灭磁初始由L2直线向L3直线的动态过程，中间可能被L1直线拦截，即进入主灭磁过程，最后过M点由L3直线结束灭磁。由L1和L2的交点N所对应电流I2来确定R2、L1和L3的交点M所对应的I1来计算R。I1和I2根据灭磁要求取一倍数的额定励磁电流。电容C的容量值折中C对电阻R2和R的充放电时间参数来考虑，其额定电压可取Uf1。
葛洲坝水力发电厂曾对ZnO非线性电阻并联线性电阻这种灭磁接线方式进行了工业试验，当时阀片的转折电压为1500V，线性电阻为5欧姆，灭磁开关是D M2-2500型。试验结果如下表1所示。
表1 ZnO非线性电阻并联线性电阻灭磁试验记录
权利要求1.一种新型发电机灭磁装置，其特征在于它包括主灭磁非线性电阻Rf1、辅助非线性电阻Rf2、整流二极管D、线性电阻R2和RC阻容回路；主灭磁非线性电阻Rf1串联二极管D后并联在发电机转子绕组两端，在主灭磁非线性电阻Rf1两端设置与之并联的辅助灭磁通道，它由辅助非线性电阻Rf2串联线性电阻R2后，再串联RC阻容回路，该阻容回路由电容C和线性电阻R并联组成。
2.根据权利要求1所述的新型发电机灭磁装置，其特征在于在二极管D两端并联转子正向过电压保护非线性电阻Rf3，辅助灭磁通道是转子正反向过电压保护通道。
3，根据权利要求1或2所述的发电机灭磁装置，其特征在于主灭磁非线性电阻Rf1、辅助非线性电阻Rf2和过电压保护非线性电阻Rf3都是由ZnO非线性电阻阀片串并联组成，在并联阀片支路上串联线性电阻作均流。
专利摘要一种新型发电机灭磁装置、并联在发电机转子绕组两端,与励磁整流柜、灭磁开关构成发电机转子主回路。主灭磁非线性电阻R
文档编号H02P3/00GK2390357SQ9923827
公开日2000年8月2日 申请日期1999年8月6日 优先权日1999年8月6日
发明者陈小明, 邵显钧 申请人:陈小明, 邵显钧