三峡励磁系统交直流灭磁原理分析.doc

三峡励磁系统交直流灭磁原理分析陈小明,胡先洪(三峡水力发电厂,湖北宜昌市三峡坝区,443113)【摘要】本文在介绍直流灭磁和交流灭磁的原理基础上,分析了整流器触发脉冲在交流灭磁过程中作用以及三峡电厂的西门子励磁系统交直流灭磁原理,在讨论交直流灭磁系统可靠性等问题中,给出了使用交流灭磁开关的几点建议。【关键词】三峡电厂,西门子励磁,磁场断路器,真空断路器,交流灭磁。1引言为了实现同步发电机快速安全灭磁,目前国内外广泛采用磁场断路器配合灭磁电阻的放电灭磁方式(也称并联灭磁),三峡电厂也是如此。磁场断路器迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路,同时将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中,灭磁电阻消耗磁场能量。过去和目前,磁场断路器大都串联在励磁直流回路中,采用的是直流灭磁开关及其直流灭磁技术。随着励磁容量的不断增大,现有直流灭磁开关的选择也越来越困难。现在,磁场断路器也已经开始串联在励磁整流电源的交流侧,采用交流开关以及交流灭磁技术。为了保证特大型机组的灭磁安全,三峡电厂的西门子THYRIPOL励磁装置采用交直流灭磁开关双重灭磁方式。分析三峡电厂交直流灭磁原理,有利于我们学****和借鉴西门子励磁装置之灭磁技术。2直流灭磁原理分析直流灭磁是指跳开励磁整流器直流侧灭磁开关的灭磁。对于采用放电灭磁方式的励磁系统来说,灭磁的首要任务是将灭磁电阻并联在转子两端,然后跳开灭磁开关进行换流,即将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中。换流成功就意味着灭磁基本成功。如果换流失败,放电灭磁就变成单纯的开关灭磁(也称串联灭磁),此时的灭磁开关不仅要承担断流的任务,还要承担消耗磁场能量的任务。在发电机励磁回路中,灭磁时由三个电压量组成了一个灭磁回路:励磁整流器LP的整流电压Ud、灭磁开关MK的灭磁弧压Uk、灭磁电阻Rm的灭磁电压Um,如图1所示。图1发电机灭磁回路原理图Um是Rm流过灭磁电流Im时的电压降,对于非线性电阻来说就是其残压。所谓换流成功,是指Im=If,Ik=0。只有当磁场断路器的开断弧压Uk与励磁整流电源电压Ud之和大于或等于灭磁电阻电压Um时,励磁电流才能保证换流成功,即成功换流条件是公式(1)。Uk±Ud≥Um(1)灭磁过程中,Uk和Um的电压极性是是固定不变的,如图1所示,而三相全控桥的输出电压Ud的极性是可以变化的,整流为正,逆变为负。当励磁整流装置在灭磁时处于整流状态,比如处于强励状态时,图1中Ud的极性正,成功换流条件简化为公式(2),此时,需要Uk值很高。一旦Uk值达不到要求且灭磁开关的灭弧能力又不够时,就会发生换流失败,造成灭磁开关损坏等事故。Uk-Ud≥Um(2)当励磁整流装置在灭磁时处于逆变状态,比如跳灭磁开关前先逆变灭磁,图1中Ud的极性是负,成功换流条件简化为公式(3),此时,需要Uk值不高,换流条件很容易满足,灭磁安全可靠。1Uk+Ud≥Um(3)当励磁整流装置在灭磁时处于颠覆状态,此时整流器输出交流电压,图1中Ud的极性是交变的,成功换流条件如公式(1)。交流正半波不利于换流,而负半波有利于换流,交流灭磁正是利用负半波有利于换流的原理来灭磁的。3交流灭磁原理分析交流灭磁是指跳开励磁整流器交流侧灭磁开关的灭磁,如同直流灭磁一样,交流灭磁的主要任务也是换流。为了满足成功换流条件公式(1),灭磁时励磁整流装置应处于颠覆状态,而使整流器颠覆的主要措施就是切除脉冲。因此分析交流灭磁原理,要同灭磁时触发脉冲的状态结合起来分析。,三相灭磁开关MK串联在励磁变的低压侧回路中,MKa、MKb、MKc是MK的三个断口,如图2所示。图2发电机交流灭磁回路原理图由于三相全控桥的可控硅是按照正负组轮流导通的,每一时刻只有两个可控硅导通,这样,流过MK三相断口的电流除了在可控硅换向期间外,任何时刻只有两相通流,图3是三峡电厂某机组励磁变低压侧电假如在+A和-C可控硅导通时进行交流灭磁,即此时跳开MK,因Ib=0,灭磁开关断口MKb轻松开断。由于在脉冲正常情况下跳MK,:+A、-C、+B、-A、+C、-B。现在+A和-C两管已经触发导通,在转子电感的续流作用下,励磁电流If继续通过这两个可控硅以及励磁变AC两相,使得开关断口MKa和MKc不能关断熄弧,Ia=-Ic。接下来+B可控硅被触发,但是此时B相阳极电源已经断开,故+B可控硅不能导通,电流仍经+A和-C流通;-A被触发,这时-A的阳极电压已转为正向,故-A导通,-C截止;励磁电流If经-A及+A短路续流,Ia=Ic=0,MKa和MKc熄弧开断。由于-A和+A可控硅导通压降很小,与之并联的灭磁电阻无法投入灭磁,Im=0。因转子回路时间常数很大,故If衰减缓慢,灭磁时间很长,起不到快速灭磁的保护作