发电机灭磁保护分析 作者彭可竹 指导老师：刘东 (上海交通大学电气工程系，上海市200240：) 摘要：本文总结了发电机灭磁保护的几种原理，以及它们各自的优缺点和实际应用范围。 在此基础上，阐述了发电机的几种不同励磁系统及其灭磁保护的接线原理图。最后分析了当 今最重要的灭磁方法一一逆变灭磁，并在此基础上提出了几点想法和改进方案，并了解了逆 变灭磁确实是当前几种性能优秀的灭磁方式之一。 关键词：同步发电机励磁系统灭磁保护逆变灭磁 1.引言 文献[11]在实验的基础上，比较了短弧栅 灭磁和逆变灭磁及其联合灭磁，提出了利用联 文献[1][2]阐述了发电机灭磁系统的不合灭磁改善灭磁效果的可行方案。 同原理类型，并与实际应用相结合，分别讨论 最后本文在以上基础上总结了各种灭磁 了Z0非线性电阻在灭磁装置中的应用和比较 原理的优缺点，以及不同励磁系统的灭磁方 了福建发电机组的主要灭磁系统。 法，并着重分析了逆变灭磁的方法及其优点， 文献[3]主要在我国灭磁技术现状方面进 并针对逆变过程中发电机端电压减少，使逆变 行了讨论，分析了6种灭磁方案，介绍了它们 灭磁效果减弱的问题，提出了改进方案。 的基本原理、发展过程以及实际应用的可行 性。 2.问题的提出 文献[4]针对不同的汽轮机励磁系统了， 介绍了相应的灭磁方式。 发电机组的内部发生故障时，虽然主断 文献[5]对水轮发电机的几种灭磁方式进 路器断开可将发电机与系统隔离，但是发电 行了原理和性能分析，并与发电机理想灭磁 机仍然有电压，维持故障电流，这时，灭磁 的要求进行了比较，提出采用氧化锌非线性 是减小故障范围使绕组乃至铁芯免于全部 电阻灭磁装置灭磁的必要性。 烧损的唯一手段，因此必须要将发电机灭 文献[6们对同步发电机几种灭磁方式灭磁 磁，使其电压降到熄弧电压以下。灭磁即是 性能的比较，得出了新型的双断口磁场断路器 在转子绝缘允许的条件下，尽快地将发电机 一一氧化锌电阻的灭磁方式是至今为止较理 转子绕组中的励磁电流所产生的磁场减弱 想的一种灭磁方式。 到尽可能小的过程。 文献[7]介绍了他励可控硅励磁系统逆变 随着发电机单机容量的日益增大，励磁 灭磁的物理状况，并分析了逆变灭磁时间的计 技术不断提高，励磁功率的加大，强行励磁 算，以及逆变结束后的物理状况。 技术的应用，以及励磁供电调节方式的发 文献[8]讨论了自励可控硅励磁系统的逆 展，发电机励磁绕组的时间常数及灭磁储能 变时间计算方法。 也不断增大，这对发电机转子在事故状态下 文献[9]对产生发电机低频过励的原因 的灭磁提出了更严格的要求。 进行了分析，提出改造发电机逆变灭磁二次 不同的励磁系统的灭磁方式不同，目前 回路的思路。 常用的几种励磁系统有直流励磁机励磁系 文献[10]：介绍了水电厂发电机组在停 统、交流励磁机静止整流器励磁系统、交流 机过程中发生逆变失败的原因和处理方法，提 励磁机无刷励磁系统、自并励励磁系统。此 出了改进措施，并总结了故障处理经验。 外，汽轮机和水轮机的灭磁方式也有区别
发电机灭磁保护分析 作者 彭可竹 指导老师： 刘东 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240；） 摘 要：本文总结了发电机灭磁保护的几种原理，以及它们各自的优缺点和实际应用范围。 在此基础上，阐述了发电机的几种不同励磁系统及其灭磁保护的接线原理图。最后分析了当 今最重要的灭磁方法——逆变灭磁，并在此基础上提出了几点想法和改进方案，并了解了逆 变灭磁确实是当前几种性能优秀的灭磁方式之一。 关键词： 同步发电机 励磁系统 灭磁保护 逆变灭磁 1．引言 文献[1][2]阐述了发电机灭磁系统的不 同原理类型，并与实际应用相结合，分别讨论 了ZnO非线性电阻在灭磁装置中的应用和比较 了福建发电机组的主要灭磁系统。 文献[3]主要在我国灭磁技术现状方面进 行了讨论，分析了6种灭磁方案，介绍了它们 的基本原理、发展过程以及实际应用的可行 性。 文献[4]针对不同的汽轮机励磁系统了， 介绍了相应的灭磁方式。 文献[5]对水轮发电机的几种灭磁方式进 行了原理和性能分析, 并与发电机理想灭磁 的要求进行了比较, 提出采用氧化锌非线性 电阻灭磁装置灭磁的必要性。 文献[6]对同步发电机几种灭磁方式灭磁 性能的比较，得出了新型的双断口磁场断路器 ——氧化锌电阻的灭磁方式是至今为止较理 想的一种灭磁方式。 文献[7]介绍了他励可控硅励磁系统逆变 灭磁的物理状况，并分析了逆变灭磁时间的计 算，以及逆变结束后的物理状况。 文献[8]讨论了自励可控硅励磁系统的逆 变时间计算方法。 文献[9] 对产生发电机低频过励的原因 进行了分析, 提出改造发电机逆变灭磁二次 回路的思路。 文献[10] ：介绍了水电厂发电机组在停 机过程中发生逆变失败的原因和处理方法，提 出了改进措施，并总结了故障处理经验。 文献[11]在实验的基础上，比较了短弧栅 灭磁和逆变灭磁及其联合灭磁，提出了利用联 合灭磁改善灭磁效果的可行方案。 最后本文在以上基础上总结了各种灭磁 原理的优缺点，以及不同励磁系统的灭磁方 法，并着重分析了逆变灭磁的方法及其优点， 并针对逆变过程中发电机端电压减少，使逆变 灭磁效果减弱的问题，提出了改进方案。 2．问题的提出 发电机组的内部发生故障时，虽然主断 路器断开可将发电机与系统隔离，但是发电 机仍然有电压，维持故障电流，这时，灭磁 是减小故障范围使绕组乃至铁芯免于全部 烧损的唯一手段，因此必须要将发电机灭 磁，使其电压降到熄弧电压以下。灭磁即是 在转子绝缘允许的条件下，尽快地将发电机 转子绕组中的励磁电流所产生的磁场减弱 到尽可能小的过程。 随着发电机单机容量的日益增大，励磁 技术不断提高，励磁功率的加大，强行励磁 技术的应用，以及励磁供电调节方式的发 展，发电机励磁绕组的时间常数及灭磁储能 也不断增大，这对发电机转子在事故状态下 的灭磁提出了更严格的要求。 不同的励磁系统的灭磁方式不同，目前 常用的几种励磁系统有直流励磁机励磁系 统、交流励磁机静止整流器励磁系统、交流 励磁机无刷励磁系统、自并励励磁系统。此 外，汽轮机和水轮机的灭磁方式也有区别
对灭磁装置的基本要求如下： 般仅在小容量机组中使用。 (1)灭磁装置应使一切保护装置可靠 地动作，将发电机从系统中切除。 3.1.2移能型灭磁方式分析 (2)灭磁时间应尽量短。 根据灭磁电阻的不同和移能方式不同， (3)灭磁装置动作时，转子励磁绕组 有两种划分方式： 两端承受的过电压不应超过转子试验电压 a.灭磁电阻的形式有线性灭磁、非线性 的一定比例值。 灭磁、线性电阻加非线性电阻组合灭磁等。 (4)灭磁装置动作后，发电机的定子 为了提高灭磁效果，一般还采取一些辅助措 绕组残余电压应尽量小。 施，如用换流熔丝、无源灭磁、高能正温度 但是其中第(2)、(3)项，是有矛 系数电阻PTC配合氧化锌移能灭磁等。 盾的两项要求。因为发电机励磁绕组是一个 b.移能的方式有直流灭磁、交流灭磁、 大电感线圈，在灭磁过程中，励磁绕组相 交直流双重灭磁、无开关灭磁。 当于一个逐步衰减的电流源。对于这种电源， 外接等效电阻越大，其反接电势越高，衰 3.1.2.1直流灭磁 减越快。 灭磁开关置于整流桥直流侧。灭磁时一 般先断开直流断路器的主触头，再通过闭 合辅助弧触头或触发可控硅跨接器，以接通 3.解决问题的方法 灭磁电阻回路灭磁。灭磁电阻可为线性电 3.1灭磁原理 阻，也可为非线性电阻，但是通常总是配合 从原理上说，灭磁方式主要分为两种： 非线性灭磁电阻使用。其原理图如图1所示。 (1)耗能型：直接将励磁回路断开， 强迫转子回路的电流截断，使转子电流降到 SCR 零，称为灭磁开关耗能型灭磁方式。 (2)移能型：强迫转子电流流经一高 阻值的灭磁回路，将转子能量消耗在灭磁电 阻上，直至转子能量到零，转子电流降到 零，称为灭磁电阻耗能型灭磁方式或移能 型灭磁方式。全控桥励磁系统一般还配合使 图1直流灭磁原理图 用逆变灭磁，其切换原则是：正常停机时采 直流灭磁优点为灭磁时无需外部逻辑 用逆变灭磁，事故停机时采用移能灭磁。 配合，操作简单，尤其是利用Z0作为非线 性吸能元件时，非线性伏安特性好，能有效 3.1.1耗能型灭磁方式分析 抑制过电压，具有恒压灭磁的快速特性。 灭磁开关跳开后，切断供电电源回路， 缺点为灭磁时灭磁场开关断口弧压要求较 切断转子绕组的电流回路。但励磁绕组具有 高，导致灭磁开关制造较困难，造价较高， 很大的电感，在开断直流电流时，会在断 使用维护工作量大。这种方法是解决大中型 口两端产生很高的过电压，该过电压将会 同步发电机组转子灭磁与过电压保护技术 使断口开断所产生的电弧维持燃烧，直到磁 的主要方法之一。 场储能在电弧上全部消耗，转变为热能。最 终，因能量耗尽，电弧不能维持燃烧，断 3.1.2.2交流灭磁 口熄弧开断。这种灭磁方式的原理是利用开 灭磁开关置于整流桥交流侧。随着励磁 关断口上的电弧燃烧来消耗转子能量的。 容量的不断增大，对灭磁开关的弧压要求也 这种灭磁方式，存在开关的能容量有 越来越高。对于三相全控桥静止励磁系统， 限、每次灭磁后需要一定的绝缘恢复时间、 采用交流灭磁方式，利用交流负压帮助灭 小电流不能断弧等缺点，己逐渐被淘汰。一 磁，可降低对灭磁开关弧压的要求。灭磁时
对灭磁装置的基本要求如下： （1）灭磁装置应使一切保护装置可靠 地动作，将发电机从系统中切除。 （2）灭磁时间应尽量短。 （3）灭磁装置动作时，转子励磁绕组 两端承受的过电压不应超过转子试验电压 的一定比例值。 （4）灭磁装置动作后，发电机的定子 绕组残余电压应尽量小。 但是其中第（2）、（3） 项, 是有矛 盾的两项要求。因为发电机励磁绕组是一个 大电感线圈, 在灭磁过程中, 励磁绕组相 当于一个逐步衰减的电流源。对于这种电源, 外接等效电阻越大, 其反接电势越高, 衰 减越快。 3．解决问题的方法 3.1 灭磁原理 从原理上说，灭磁方式主要分为两种： （1）耗能型：直接将励磁回路断开， 强迫转子回路的电流截断，使转子电流降到 零，称为灭磁开关耗能型灭磁方式。 （2）移能型：强迫转子电流流经一高 阻值的灭磁回路,将转子能量消耗在灭磁电 阻上, 直至转子能量到零, 转子电流降到 零, 称为灭磁电阻耗能型灭磁方式或移能 型灭磁方式。全控桥励磁系统一般还配合使 用逆变灭磁，其切换原则是：正常停机时采 用逆变灭磁，事故停机时采用移能灭磁。 3.1.1 耗能型灭磁方式分析 灭磁开关跳开后, 切断供电电源回路, 切断转子绕组的电流回路。但励磁绕组具有 很大的电感, 在开断直流电流时, 会在断 口两端产生很高的过电压, 该过电压将会 使断口开断所产生的电弧维持燃烧,直到磁 场储能在电弧上全部消耗, 转变为热能。最 终, 因能量耗尽, 电弧不能维持燃烧, 断 口熄弧开断。这种灭磁方式的原理是利用开 关断口上的电弧燃烧来消耗转子能量的。 这种灭磁方式，存在开关的能容量有 限、每次灭磁后需要一定的绝缘恢复时间、 小电流不能断弧等缺点，已逐渐被淘汰。一 般仅在小容量机组中使用。 3.1.2 移能型灭磁方式分析 根据灭磁电阻的不同和移能方式不同， 有两种划分方式： a.灭磁电阻的形式有线性灭磁、非线性 灭磁、线性电阻加非线性电阻组合灭磁等。 为了提高灭磁效果，一般还采取一些辅助措 施，如用换流熔丝、无源灭磁、高能正温度 系数电阻 PTC 配合氧化锌移能灭磁等。 b.移能的方式有直流灭磁、交流灭磁、 交直流双重灭磁、无开关灭磁。 3.1.2.1 直流灭磁 灭磁开关置于整流桥直流侧。灭磁时一 般先断开直流断路器的主触头， 再通过闭 合辅助弧触头或触发可控硅跨接器，以接通 灭磁电阻回路灭磁。灭磁电阻可为线性电 阻，也可为非线性电阻，但是通常总是配合 非线性灭磁电阻使用。其原理图如图1所示。 图 1 直流灭磁原理图 直流灭磁优点为灭磁时无需外部逻辑 配合, 操作简单，尤其是利用 ZnO 作为非线 性吸能元件时，非线性伏安特性好，能有效 抑制过电压, 具有恒压灭磁的快速特性。 缺点为灭磁时灭磁场开关断口弧压要求较 高, 导致灭磁开关制造较困难, 造价较高, 使用维护工作量大。这种方法是解决大中型 同步发电机组转子灭磁与过电压保护技术 的主要方法之一。 3.1.2.2 交流灭磁 灭磁开关置于整流桥交流侧。随着励磁 容量的不断增大，对灭磁开关的弧压要求也 越来越高。对于三相全控桥静止励磁系统， 采用交流灭磁方式，利用交流负压帮助灭 磁，可降低对灭磁开关弧压的要求。灭磁时
先进行逆变灭磁，达到设定时间后，再跳交 流侧的灭磁开关，并配合封锁整流桥的可控 3.2不同励磁系统的灭磁方式 硅触发脉冲灭磁。其原理图如图2所示。 3.2.1直流励磁机励磁系统灭磁方式 CB dx 早期发电机容量较小，都采用空气冷 SCR 却、直流励磁机励磁系统，发电机采用断开 发电机励磁回路内直流开关进行灭磁。为避 免励磁电流断开时产生过电压，在断开灭磁 开关前先由该开关的常闭接点接通灭磁电 阻Rm,如图4所示。 图2交流灭磁原理图 交流灭磁的优点是在交流灭磁过程中， 4 由于励磁电源交流电压负半波叠加在灭磁 开关断口弧压上，这使得在同样灭磁电压 条件下，对灭磁开关断口弧压的要求大大 ()不计及发电机碗尼 (包计及发电机阻尼 降低。缺点是仅适用于三相全控桥静止励磁 图4直流励磁机励磁系统灭磁方式 系统。 3.2.2交流励磁机励磁系统灭磁方式 3.1.2.3交直流双重灭磁 3.2.2.1交流励磁机静止整流器励磁系统 在整流桥直流侧和交流侧分别设置大 随着发电机容量的增大，发电机直流机 型直流断路器和交流断路器，该方式解决 励磁系统逐渐被交流励磁机静止整流励磁 了交流过压过于依赖交流电源的问题。正常 系统代替，冷却方式也也有变化。 停机采用先逆变，后跳交流断路器的灭磁方 随着无刷励磁系统交流励磁机励磁绕 式：事故停机则先跳直流断路器，后跳交流 组灭磁方式的成功应用，交流励磁机定子整 断路器。以直流灭磁为主、交流灭磁为辅的 流器励磁系统越来越多地采用图5所示的灭 双重灭磁方案，增加了冗余度，保证了特 磁方式，并逐渐将原来的转子回路灭磁开关 大机组的灭磁安全。 灭磁改为图5中的自然灭磁方式。 LMK 3.1.2.4无开关灭磁 不在励磁回路设置灭磁开关，灭磁时先 逆变灭磁，达到设定时间后，触发可控硅跨 接器以接通灭磁电阻回路，同时配合封锁 AVR 整流桥的可控硅触发脉冲灭磁。其原理图如 图5交流励磁机励磁系统灭磁方式 图3所示。 72本 3.2.2.2交流励磁机无刷励磁系统 SCR 随着硅整流元件的发展，同时为了避免 滑环电刷系统故障，人们开始采用交流励磁 机旋转整流器励磁系统，又称无刷励磁系 统。但由于转子回路内不能安装直流灭磁开 关，因此不能采用快速灭磁，对图5所示的 图3无开关灭磁原理图 交流励磁机励磁回路灭磁方式，快速灭磁对 无开关灭磁方式的优点是主回路无开 减小事故范围影响不大，且对汽轮发电机快 关，结构简单，可靠性高。缺点是跨接器回 速灭磁效果不大，所以无刷励磁系统采用自 路的最大导通电压不能高于交流线电压的 然灭磁方式仍能获得成功，且在实践中也得 峰值，灭磁时间相对较长。 到了验证
先进行逆变灭磁，达到设定时间后，再跳交 流侧的灭磁开关，并配合封锁整流桥的可控 硅触发脉冲灭磁。其原理图如图 2 所示。 图 2 交流灭磁原理图 交流灭磁的优点是在交流灭磁过程中, 由于励磁电源交流电压负半波叠加在灭磁 开关断口弧压上, 这使得在同样灭磁电压 条件下, 对灭磁开关断口弧压的要求大大 降低。缺点是仅适用于三相全控桥静止励磁 系统。 3.1.2.3 交直流双重灭磁 在整流桥直流侧和交流侧分别设置大 型直流断路器和交流断路器， 该方式解决 了交流过压过于依赖交流电源的问题。正常 停机采用先逆变，后跳交流断路器的灭磁方 式；事故停机则先跳直流断路器，后跳交流 断路器。以直流灭磁为主、交流灭磁为辅的 双重灭磁方案， 增加了冗余度，保证了特 大机组的灭磁安全。 3.1.2.4 无开关灭磁 不在励磁回路设置灭磁开关，灭磁时先 逆变灭磁，达到设定时间后，触发可控硅跨 接器以接通灭磁电阻回路， 同时配合封锁 整流桥的可控硅触发脉冲灭磁。其原理图如 图 3 所示。 图 3 无开关灭磁原理图 无开关灭磁方式的优点是主回路无开 关, 结构简单, 可靠性高。缺点是跨接器回 路的最大导通电压不能高于交流线电压的 峰值, 灭磁时间相对较长。 3.2 不同励磁系统的灭磁方式 3.2.1 直流励磁机励磁系统灭磁方式 早期发电机容量较小，都采用空气冷 却、直流励磁机励磁系统，发电机采用断开 发电机励磁回路内直流开关进行灭磁。为避 免励磁电流断开时产生过电压，在断开灭磁 开关前先由该开关的常闭接点接通灭磁电 阻 Rm，如图 4 所示。 图 4 直流励磁机励磁系统灭磁方式 3.2.2 交流励磁机励磁系统灭磁方式 3.2.2.1 交流励磁机静止整流器励磁系统 随着发电机容量的增大，发电机直流机 励磁系统逐渐被交流励磁机静止整流励磁 系统代替，冷却方式也也有变化。 随着无刷励磁系统交流励磁机励磁绕 组灭磁方式的成功应用，交流励磁机定子整 流器励磁系统越来越多地采用图5所示的灭 磁方式，并逐渐将原来的转子回路灭磁开关 灭磁改为图 5 中的自然灭磁方式。 图 5 交流励磁机励磁系统灭磁方式 3.2.2.2 交流励磁机无刷励磁系统 随着硅整流元件的发展，同时为了避免 滑环电刷系统故障，人们开始采用交流励磁 机旋转整流器励磁系统，又称无刷励磁系 统。但由于转子回路内不能安装直流灭磁开 关，因此不能采用快速灭磁，对图 5 所示的 交流励磁机励磁回路灭磁方式，快速灭磁对 减小事故范围影响不大，且对汽轮发电机快 速灭磁效果不大，所以无刷励磁系统采用自 然灭磁方式仍能获得成功，且在实践中也得 到了验证
3.2.3自并励励磁系统 自并励励磁系统通常采用逆变灭磁加 直流开关灭磁的方式。逆变灭磁时使整流装 置的控制角a>90°，整流装置出现负电压， 发电机转子绕组中的电磁电量反馈回电源 系统中。逆变角越大负电压值也越大，灭磁 速度越快，但a角加整流装置的换弧角应小 于180°，以防止逆变失败。逆变角a可采 用140°150°。 以整流装置交流侧的交流开关作为自 并励系统的灭磁开关，简化了灭磁回路，提 高了灭磁系统的可靠性。其灭磁电路如图6 所示。 IT> KZ A106 图6可控硅励磁系统交流开关灭磁方式 3.3逆变灭磁 图7逆变灭磁的主电路 最为重要的灭磁方法是逆变灭磁，在原 当主发电机发电时，励磁绕组由整流装 理上逆变灭磁和励磁机反接灭磁相似。可控 置供电，贮藏有磁能，突然使调节器的控制 硅励磁逆变不需断开电路，而是通过改变 电压降低，从而触发脉冲立即由控制角ā小 可控硅导通角使整流侧电压为负，改变励 于90°而达到90°~180°之间的某一角度， 磁绕组极性：可控硅励磁逆变电压通常比逆 在这个短暂的过程中，原由交流侧供电的整 变前整流电压高，故灭磁更为迅速：可控硅 流电压突然将至零以下的某一负值，由于电 励磁逆变灭磁只是将励磁绕组储能反馈给 感的作用，电流连续，发电机转子贮能通过 电源，当励磁电流衰减至零时自行结束。所 逆变的方式反馈到交流励磁机定子侧去。 以可控硅励磁系统逆变灭磁比励磁绕组反 理想逆变灭磁时间的公式为 接灭磁优越。 L 逆变灭磁的电路基础是三相桥式全控 Lm+VLe tm=RIn- 的变流装置，工作在逆变状态，所以它非常 0 适合使用在现在广泛应用的静态可控硅励 其中U.是控制角a的函数，与逆变前 磁系统中。在灭磁时，控制角为大于90°的 发电机运行状态有关：U。是逆变电压，是逆 某一适当角度，由调节器根据运行需要调节 变导通角B(180-a)的函数。 得到。一般为了防止逆变颠覆，取控制角为 他励可控硅励磁系统逆变时间与逆变 140150°。逆变灭磁的主电路如图7所示。 前储能有关，a越小，逆变前整流电压高，励 磁绕组储能大，逆变时间越长。和反接电压 大小有关，B越小，反接电压越高，灭磁越 快。 他励可控硅励磁系统逆变灭磁的波形
3.2.3 自并励励磁系统 自并励励磁系统通常采用逆变灭磁加 直流开关灭磁的方式。逆变灭磁时使整流装 置的控制角 a > 90°，整流装置出现负电压， 发电机转子绕组中的电磁电量反馈回电源 系统中。逆变角越大负电压值也越大，灭磁 速度越快，但 a 角加整流装置的换弧角应小 于 180°，以防止逆变失败。逆变角 a 可采 用 140°~150°。 以整流装置交流侧的交流开关作为自 并励系统的灭磁开关，简化了灭磁回路，提 高了灭磁系统的可靠性。其灭磁电路如图 6 所示。 图 6 可控硅励磁系统交流开关灭磁方式 3.3 逆变灭磁 最为重要的灭磁方法是逆变灭磁，在原 理上逆变灭磁和励磁机反接灭磁相似。可控 硅励磁逆变不需断开电路, 而是通过改变 可控硅导通角使整流侧电压为负, 改变励 磁绕组极性；可控硅励磁逆变电压通常比逆 变前整流电压高, 故灭磁更为迅速；可控硅 励磁逆变灭磁只是将励磁绕组储能反馈给 电源, 当励磁电流衰减至零时自行结束。所 以可控硅励磁系统逆变灭磁比励磁绕组反 接灭磁优越。 逆变灭磁的电路基础是三相桥式全控 的变流装置，工作在逆变状态，所以它非常 适合使用在现在广泛应用的静态可控硅励 磁系统中。在灭磁时，控制角为大于 90°的 某一适当角度，由调节器根据运行需要调节 得到。一般为了防止逆变颠覆，取控制角为 140~150°。逆变灭磁的主电路如图 7 所示。 图 7 逆变灭磁的主电路 当主发电机发电时，励磁绕组由整流装 置供电，贮藏有磁能，突然使调节器的控制 电压降低，从而触发脉冲立即由控制角 a 小 于90°而达到90°~180°之间的某一角度， 在这个短暂的过程中，原由交流侧供电的整 流电压突然将至零以下的某一负值，由于电 感的作用，电流连续，发电机转子贮能通过 逆变的方式反馈到交流励磁机定子侧去。 理想逆变灭磁时间的公式为 其中 UFLm是控制角 a 的函数，与逆变前 发电机运行状态有关；ULβ是逆变电压，是逆 变导通角β（180-a）的函数。 他励可控硅励磁系统逆变时间与逆变 前储能有关，a 越小,逆变前整流电压高,励 磁绕组储能大,逆变时间越长。和反接电压 大小有关，β越小，反接电压越高,灭磁越 快。 他励可控硅励磁系统逆变灭磁的波形
图如图8所示。 本文主要总结了发电机灭磁的原理类 型，包括耗能型和移能型，以及各自的特点 和使用范围。耗能型灭磁方式存在开关的能 容量有限、每次灭磁后需要一定的绝缘恢复 时间、小电流不能断弧等缺点，己逐渐被淘 C 汰，仅仅适用于小容量机组。移能型灭磁方 式有直流灭磁、交流灭磁、交直流双重灭磁、 无开关灭磁四种，它们有不同的优缺点，适 用范围也不同。 本文同时对不同励磁系统的灭磁方式 图8发电机励磁回路逆变灭磁波形图 进行了分析。 逆变灭磁快速自动而且不受时间及线 逆变灭磁是现在应用比较广泛的灭磁 路设备操作过程的限制，不需要额外增加灭 技术。这种方法利用励磁系统本身的桥式全 磁及操作设备即可获得优良的灭磁效果，一 控电路进行逆变，本身具有不需要额外电路 旦需要灭磁，这种灭磁方式有“应运而生” 支持等优点，且灭磁速度较快，但逆变过程 的方便，而不像其他任何一种灭磁方法那 中会对电网带来一定的影响，尤其是在装机 样，灭磁动作一次，在电厂说来就大大小小 容量较大的机组当中。 算一次故障或事故。此外，在系统产生过电 压的时候还可以有效抑制过电压。所以，这 4.1小论文写作的体会 种灭磁方式现在被广泛采用。 本次小论文写作是我第一次写格式这 尽管如此，逆变灭磁对系统仍然会产生 么规范的小论文，虽然写作的过程中遇到了 一些不好的影响。逆变灭磁产生负阻尼和消 不少波折，但是最终总算成功的完成了任 磁作用，会影响励磁的调节精度和引起电网 务，并在这个过程中让自己收集资料，阅读 的低频振荡，另外，它产生的300Hz的可控 资料，捕捉重点，总体把握论文，总结论文 硅换向过电压有可能对可控硅装置造成损 精髓的能力得到了显著的提高。 坏。 本次小论文的题目一一发电机灭磁保 护，之前虽然在继电保护的课程中有一定的 3.4逆变灭磁的改进方案 了解，但是都很肤浅，仅仅知道失磁保护的 逆变灭磁过程中，发电机端电压相应跟 重要性，但是对于其具体如何实现并没有了 着减少，使逆变灭磁效果减弱，逆变时间变 解，这次小论文的写作，通过不断的查找论 长，因此，考虑采用联合灭磁方式来灭磁， 文，阅读论文，终于对发电机灭磁的方式有 既保证灭磁效果，也保证灭磁的时间。考虑 了一个大体的认识，对各种灭磁方法的优缺 短弧栅灭磁与逆变灭磁配合，灭磁时间缩短 点和适用范围都有了一个大体的认识。尤其 47%,消耗在灭磁开关上的能量减少很多， 是逆变灭磁的方法，逆变灭磁对系统的影响 提高了灭磁开关动作的可靠性，同时在转子 和影响逆变灭磁时间的因素。 绕组上承受的过电压峰值只增加了25%。因 总之，这次小论文的写作显著的提高了 此，同步发电机在事故状态下，充分利用短 我们的综合能力，尤其是对以后的科研有着 弧栅灭磁与逆变灭磁的特点，使其合理配 重要的帮助，这让我们受益匪浅。 合，可以达到既减少转子绕组承受的过电 压，又缩短灭磁时间的的目的。 参考文献： [1]常炳权，吴光军.发电机灭磁方式 4.总结与体会 技术分析[A].黑龙江电力，2006,28(1)：15-19 [2]高伟娇，张孔林，邓超平，蔡金锭. 4.1本文所做的的内容和作用 几种发电机灭磁方式的分析比较[A].电力与
图如图 8 所示。 图 8 发电机励磁回路逆变灭磁波形图 逆变灭磁快速自动而且不受时间及线 路设备操作过程的限制，不需要额外增加灭 磁及操作设备即可获得优良的灭磁效果，一 旦需要灭磁，这种灭磁方式有“应运而生” 的方便，而不像其他任何一种灭磁方法那 样，灭磁动作一次，在电厂说来就大大小小 算一次故障或事故。此外，在系统产生过电 压的时候还可以有效抑制过电压。所以，这 种灭磁方式现在被广泛采用。 尽管如此，逆变灭磁对系统仍然会产生 一些不好的影响。逆变灭磁产生负阻尼和消 磁作用，会影响励磁的调节精度和引起电网 的低频振荡，另外，它产生的 300Hz 的可控 硅换向过电压有可能对可控硅装置造成损 坏。 3.4 逆变灭磁的改进方案 逆变灭磁过程中，发电机端电压相应跟 着减少，使逆变灭磁效果减弱，逆变时间变 长，因此，考虑采用联合灭磁方式来灭磁， 既保证灭磁效果，也保证灭磁的时间。考虑 短弧栅灭磁与逆变灭磁配合，灭磁时间缩短 47%，消耗在灭磁开关上的能量减少很多， 提高了灭磁开关动作的可靠性，同时在转子 绕组上承受的过电压峰值只增加了 25%。因 此，同步发电机在事故状态下，充分利用短 弧栅灭磁与逆变灭磁的特点，使其合理配 合，可以达到既减少转子绕组承受的过电 压，又缩短灭磁时间的的目的。 4．总结与体会 4.1 本文所做的的内容和作用 本文主要总结了发电机灭磁的原理类 型，包括耗能型和移能型，以及各自的特点 和使用范围。耗能型灭磁方式存在开关的能 容量有限、每次灭磁后需要一定的绝缘恢复 时间、小电流不能断弧等缺点，已逐渐被淘 汰，仅仅适用于小容量机组。移能型灭磁方 式有直流灭磁、交流灭磁、交直流双重灭磁、 无开关灭磁四种，它们有不同的优缺点，适 用范围也不同。 本文同时对不同励磁系统的灭磁方式 进行了分析。 逆变灭磁是现在应用比较广泛的灭磁 技术。这种方法利用励磁系统本身的桥式全 控电路进行逆变，本身具有不需要额外电路 支持等优点，且灭磁速度较快，但逆变过程 中会对电网带来一定的影响，尤其是在装机 容量较大的机组当中。 4.1 小论文写作的体会 本次小论文写作是我第一次写格式这 么规范的小论文，虽然写作的过程中遇到了 不少波折，但是最终总算成功的完成了任 务，并在这个过程中让自己收集资料，阅读 资料，捕捉重点，总体把握论文，总结论文 精髓的能力得到了显著的提高。 本次小论文的题目——发电机灭磁保 护，之前虽然在继电保护的课程中有一定的 了解，但是都很肤浅，仅仅知道失磁保护的 重要性，但是对于其具体如何实现并没有了 解，这次小论文的写作，通过不断的查找论 文，阅读论文，终于对发电机灭磁的方式有 了一个大体的认识，对各种灭磁方法的优缺 点和适用范围都有了一个大体的认识。尤其 是逆变灭磁的方法，逆变灭磁对系统的影响 和影响逆变灭磁时间的因素。 总之，这次小论文的写作显著的提高了 我们的综合能力，尤其是对以后的科研有着 重要的帮助，这让我们受益匪浅。 参考文献： [1] 常炳权, 吴光军. 发电机灭磁方式 技术分析[A].黑龙江电力，2006,28(1):15-19 [2] 高伟娇，张孔林，邓超平，蔡金锭. 几种发电机灭磁方式的分析比较[A].电力与
电工，2009,29(1)：14-20 [8]王兴惠.可控硅励磁系统逆变时间计 [3]郭思君，张国勇，张作琴.发电机失算及讨论，China Academic Journal 磁技术的应用和研制现状.治金动力，Electronic Publishing House,1994-2011: 2001,1:16-21 1-7 [4]方思立.汽轮发电机灭磁方式研究 [9]赵涛.浅谈改造励磁逆变二次回路防 [A].电网技术，2006,30(20)：88-90 止发电机低频过励.青海电力，2005,24(4)： [5]吴学银.水轮发电机灭磁方式分析 54-55 [A].宁夏电力，2006,1：47-50 [10]肖冬梅.发电机停机逆变灭磁失败 [6]陈艳.同步发电机的灭磁[J].电网技 的故障分析.水电站机电技术，2010,33(1)： 术，1999,13(3)：188-180 44-45 [7]潘永征.同步发电机他励可控硅励磁 [11]夏念章.大型同步发电机采用联合 逆变灭磁运行情况分析及评价[J].China灭磁方式的探讨[J].大电机技术，1988：20-24 Academic Journal Electronic Publishing House,1994-2011:31-38 Research on De-excitation Protection for Generators 作者拼音Peng Kezhu 指导老师拼音：Liu Dong Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China) Abstract:This paper summarizes the principles of De-excitation Protection for Generators,and each principles'advantages,disadvantages and applicable scope. On that basis,this paper presents some kinds of excitation system and the wiring diagrams of each's de-excitation protection.Finally,this paper analyses the inverter excitation,which is the most important nowadays,then raises some improvement scheme,and understand the reason why inverter excitation is one of the best-performed de-excitation protection. Key words:Synchronous generator,Excitation system,De-excitation protection, Inverter excitation
电工，2009,29(1):14-20 [3] 郭思君，张国勇，张作琴.发电机失 磁 技 术 的 应 用 和 研 制 现 状 . 冶 金 动 力 ， 2001,1:16-21 [4] 方思立.汽轮发电机灭磁方式研究 [A].电网技术，2006,30(20):88-90 [5] 吴学银.水轮发电机灭磁方式分析 [A].宁夏电力，2006,1:47-50 [6] 陈艳.同步发电机的灭磁[J].电网技 术，1999,13(3):188-180 [7] 潘永征.同步发电机他励可控硅励磁 逆 变灭 磁 运 行情 况 分 析及 评 价[J].China Academic Journal Electronic Publishing House,1994-2011:31-38 [8] 王兴惠.可控硅励磁系统逆变时间计 算 及 讨 论 . China Academic Journal Electronic Publishing House, 1994-2011: 1-7 [9] 赵涛.浅谈改造励磁逆变二次回路防 止发电机低频过励.青海电力，2005,24（4）： 54-55 [10] 肖冬梅.发电机停机逆变灭磁失败 的故障分析.水电站机电技术，2010,33（1）： 44-45 [11] 夏念章.大型同步发电机采用联合 灭磁方式的探讨[J].大电机技术，1988：20-24 Research on De-excitation Protection for Generators 作者拼音 Peng Kezhu 指导老师拼音：Liu Dong （ Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China） Abstract：This paper summarizes the principles of De- excitation Protection for Generators, and each principles’ advantages, disadvantages and applicable scope. On that basis, this paper presents some kinds of excitation system and the wiring diagrams of each’s de-excitation protection. Finally, this paper analyses the inverter excitation, which is the most important nowadays, then raises some improvement scheme, and understand the reason why inverter excitation is one of the best-performed de-excitation protection. Key words：Synchronous generator, Excitation system, De-excitation protection, Inverter excitation
