一种发电机人工过零型灭磁装置制造方法及图纸

大型同步发电机的快速灭磁保护装置是保征大型同步发电机组安全运行的重要手段，本实用新型专利技术以氧化锌非线性电阻为吸能元件，采用机械开关与人工过零直流开断技术相配合的方法，能够可靠地切断励磁电源并将励磁电流转入氧化锌非线性电阻，可以达到理想的灭磁效果．附图为本装置的电气原理图．（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于电机控制
大型同步发电机的快速灭磁保护装置是保证大型同步发电机安全运行的必需装置。在近代大型同步发电机转子回路中由于其转子储能及时间常数随单机容量不断增大，以及普遍采用了可控硅励磁电源，致使发电机快速灭磁保护的问题日益突出。目前国外一般的灭磁保护装置采用的是快速机械开关与碳化硅非线性电阻相配合的办法。典型线路如图1所示，其中的吸能元件为碳化硅非线性电阻，由于它的非线性伏安特性远远不如氧化锌非线性电阻理想，所以在灭磁过程中的动态特性与理想灭磁曲线相距较远。另外如果发电机单机容量进一步提高其直流快速机械开关在制造上也会遇到很大困难。在我国目前普遍采用的仍是自动灭磁的方法如图2所示。大量运行经验证明该型灭磁系统事故频繁，主要是自动灭磁开关烧毁，以致引起转子过电压击穿，造成重大经济损失。本技术对现有灭磁技术加以改进研制出了两种类型的发电机人工过零型灭磁装置。第一种真空开关人工过零型，如图3所示。它以三相交流真空开关(3)为主通流开关，快速灭磁保护动作时先打开真空开关，然后触发放电控制器(4)(可以用触发间隙也可以用可控硅等等)将予充有电荷的换流电容器(5)向真空开关放电，强迫其中流过的电流以一定的电流下降速率抵零而开断，从而将可控硅励磁电源(2)与转子绕组(1)断开完成向氧化锌非线性电阻(8)的换流，并使得转子电流在氧化锌非线性电阻中以接近理想灭磁的速度哀减至零。真空开关直流开断技术已在受控核聚变工程中得到广泛应用，各元件参数的配合与选择这里不再详述。第二种可控硅二次换流人工过零型。从可控硅开关相对于转子励磁绕组的接线方式看又可分为并联型和串联型二种，其接线原理图如图4和图5所示。其中图4是可控硅串联二次换流人工过零型，图5是可控硅并联二次换流人工过零型。两种类型的灭磁装置的动作过程如下正常运行中的励磁电流通过机械开关(3)流向励磁绕组，灭磁保护动作时首先断开机械开关(3)，通过机械开关(3)的励磁电流IL自动转入可控硅开关(4)而成续流。继而辅助可控硅(6)受触发而导通，换流电容器(5)上的反向电压突施于(4)上，强迫流过(4)中的电流过零而关断，励磁电流IL对电容(5)继续反向充电，当电压达到氧化锌非线性电阻(8)的导通电压时(8)导通，IL转入(8)完成第二次换流。在(8)提供的反电势下IL迅速哀减。显而易见，等效地看来可控硅开关(4)只起一种静止式灭弧触头的作用，通流时间短暂，约为40～60ms，故无需外加任何冷却措施，且可过载。而机械开关则避开了对强感性负载的直接断流，因此开断过程中机械开关吸收的能量很少，实验测量的结果表明每次开断机械开关的吸能仅为转子总储能的1％左右。这样就大大提高了机械开关的使用寿命，可以考虑设计成为频繁操作的装置，以便简化可控硅励磁电源，提高整个励磁系统的可靠性。换流电容(5)的予充电电源由发电机自激阳极电压通过变压器(13)和二极管(15)半波整流后提供。(6)和(4)的触发电源在机械开关(3)断开后由励磁回路自身提供，而无需任何辅助电源和弱电电子学元件，因而系统具有很高的抗干扰能力。主可控硅(4)关断的触发信号由主机械开关(3)的辅助常闭接触点发出，经30ms延时后(以保证主开关完全熄弧，IL全部转入(4))启动一只高压继电器的一对常闭，常开接点(9)、(10)即可触发(6)使(4)关断。另外为了防止(6)和(4)触发极承受反压在触发极回路中还各串有一个3000V，0.2A的小硅堆(11)、(12)。对于并联型可控硅二次换流方案来说(见图5)在机械开关设计时应考虑能使其建立起足够高的弧电压。这样既使在(4)万一出现拒导通时，即一次换流失败的情况下也能够独立遮断励磁电流IL保证灭磁保护动作成功。如果万一发生可控硅开关关断失败以至二次换流失效励磁电流IL可通过主可控硅(4)，自动转入续流灭磁，而不会产生任何严重后果，所以保护是多重性的，因而也会可靠的。本技术与现有技术相比，由于氧化锌非线性电阻具有比碳化硅非线性电阻更为理想的伏安特性曲线，可使发电机的灭磁时间非常接近理想灭磁时间，同时由于使用了可控硅开关与机械开关相结合的办法开断直流降低了对机械开关的要求，提高了机械开关的寿命和装置动作的可靠性，因而可以满足现代大型同步发电机快速灭磁保护的要求。本装置各元件参数的选择需根据发电机组的具体参数而定。下面以国产SF125型水轮发电机组为例给出一组可控硅并联二次换流型灭磁装置各个元件的参数。由我们编制的发电机转子灭磁能量计算软件可求得SF125型水轮发电机组的最大转子磁储能为1.5兆焦尔。用我所生产的单片能容为30千焦尔的氧化锌非线性电阻元件经我们编制的氧化锌非线性电阻灭磁优化组合程序优选后，可得到3串30并共90片的元件组合。各支路非线性电阻的导通电压可取在1800V，最高电压限制在2000V以内可满足灭磁系统绝缘水平的要求。为了减少非线性电阻中的正向漏电流可串入一组三只并联的二极管(7)，每只参数为2000V，800A。机械开关(3)选用特殊研制的2000V，2000A直流开关。(4)、(6)为4500V，1500A大功率可控硅。(5)取500μF，5000V脉冲电容器组，予充电压2000V。(5)的充电变压器(13)原边为760V，付边为1430V，容量500VA，耐压水平交流5000V，1分钟。限流电阻(14)为10kΩ。整流硅堆(15)为反压5000V，电流0.2A，(16)为限流电抗器取50μH。(4)的触发极电阻(17)取10Ω，(6)的触发极电阻(18)取5KΩ。高压继电器的接点间及对绝缘均需达到交流5000V。图6、图7、图8是本装置在实验室11条件下的动态模拟试验波形图。其中图6是转子电流最大值为1640A，垂直轴416.67A／格，水平轴92.5ms／格。图7是转子绕组两端电压，最大值2000V，垂直轴384.6V／格，水平轴92.5ms／格。图8是氧化锌非线性电阻中的电流，最大值1567A，垂直轴277.8A／格，水平轴92.5ms／格。氧化锌非线性电阻吸能946KJ，机械开关吸能28KJ。由波形图可以看出电压波形上升前沿平滑而迅速(为数面微秒)，消除了机械开关建压中的弧压抖动现象。平顶部分电压下降较少，无过电压尖峰。氧化锌非线性电阻中电流波形呈三角形，已非常接近理想灭磁曲线，可以满足大型同步发电机组快速灭磁保护的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
发电机快速灭磁装置是大型同步发电机内部故障的保护装置，传统的技术有机械开关与碳化硅非线性电阻相配合和自动灭磁开关两种。本实用新型是一种发电机人工过零型灭磁装置，其特征是以氧化锌非线性电阻（８）和可控硅人工过零型开关所组成，可控硅人工过零型开关主要由一个机械开关（３），主可控硅（４），辅助可控硅（６）和换流电容器（５）连接而成。

【技术特征摘要】
1.发电机快速灭磁装置是大型同步发电机内部故障的保护装置，传统的技术有机械开关与碳化硅非线性电阻相配合和自动灭磁开关两种。本实用新型是一种发电机人工过零型灭磁装置，其特征是以氧化锌非线性电阻(8)和可控硅人工过零型开关所组成，可控硅人工过零型开关主要由一个机械开关(3)，主可控硅(4)，辅助可控硅(6)和换流电容器(5)连接而成。2.根据权利要求1所述的发电机人工过零型...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘垣，季幼章，黄河，王川，夏维东，程济昌，黄乔林，杜伟，王士良，
申请(专利权)人：中国科学院合肥等离子体物理研究所，长江流域规划办公室，华中工学院，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]