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【摘要】旨在讨论大型发电机的灭磁原理，对设计中的误强励灭磁与设置误强励保护、对灭磁时间的要求等进行了讨论。
【关键词】大型发电机；灭磁原理；误强励灭磁；灭磁时间
前 言
大型发电机的额定励磁的电流大、电压高，某些电力系统根据电厂在电力系统中的地位，有可能会要求发电机有较高的顶值电压倍数，从而使发电机在灭磁时磁场断路器需要在很高的电压、电流下才能进行灭磁分断，这样就给大型发电机的磁场断路器产品的分断能力的试验方法，以及相应的磁场断路器设计的选择方法带来了一些新的问题。对某些容量特别大的发电机，在其误强励时，磁场断路器常常已在接近最大分断能力的情况下进行灭磁分断，且有较长的灭磁时间。因为已没有更高分断能力的磁场断路器可以选择，所以需要探讨降低磁场断路器的灭磁分断电流、电压，以及减少发电机灭磁时间的途径。
1、灭磁原理
当同步发电机发生内部故障时，虽然继电保护装置能够快速把发电机和系统解列，但是磁场电流所产生的感应电势将会继续维持故障电流，时间较长有可能会烧坏导线、绝缘，若对地的故障电流足够大，还会烧坏铁芯。因此在继电保护切断主断路器的同时，还要迅速完全的灭磁。所谓灭磁就是把转子绕组的磁场能量衰灭至零。对灭磁的要求：在转子的绝缘允许的情况下，尽可能快地把转子磁能消去，尽可能的缩短故障点电弧燃烧的时间，缩小烧蚀的面积，避免故障的扩大。
如果要使发电机转子电流迅速进行衰减，转子电流的衰减变化势必和转子两端的反电势相等。灭磁电压的方程式为：Ldi/dt=0。
可见，电感中电流的衰减率正比于其端部的反电势u，反电势u越大，灭磁时间就越短。但是，反电势u不能超过其转子绕组绝缘耐压的允许值Vmc，兼顾两者的理想灭磁方案：保持恒定的Vmc，电流保持一固定的变化率(di／dt)，按照直线规律衰减至零。
2、误强励灭磁与设置误强励保护
当发电机采用目前的保护配置方式时，初步分析表明，在发电机各种灭磁工况中，误强励灭磁是对直流磁场断路器的分断能力要求最高的灭磁工况。其之所以对直流磁场断路器的性能要求最高，同目前发电机保护的设置方式未能够对励磁系统的误强励进行有效地保护有关。在励磁系统进行误强励时，目前只能靠发电机定子的过电压保护，以及励磁变的电流保护动作跳闸进行灭磁，这些均不是针对励磁系统的误强励而设置的保护。对与励磁系统误强励，这两种保护的启动整定值过高，并且均带有时延动作，在保护启动时，转子电流已经较大，转子已经有较深度的饱和，其时间常数较小，在保护启动后至动作跳闸进行灭磁的延时期间，转子电流会有很大的增幅，使得误强励灭磁开始时的转子电流，以及发电机的端电压均高于发电机的其他灭磁工况，从而成为对直流磁场断路器的分断能力有最高要求的灭磁工况。文献[1]作为进一步研究的方案，建议考虑对发电机的继电保护方案做相应的改进。在不改变发电机目前现有的保护配置的基础上，增设发电机误强励保护，在励磁系统發生失控误强励时，可以对发电机及时进行跳闸灭磁，从而降低误强励灭磁对直流磁场断路器的分断能力的要求。
对某电厂的发电机进行计算表明，在设置误强励保护后，在空载误强励灭磁时，磁场断路器的分断能力由3000V下分断6923A降低到3000V下分断2294A，灭磁时间由3.19s降低到1.68s，显著的降低了发电机灭磁对直流磁场断路器的分断能力的要求，并且灭磁时间较短。此时将相应的误强励保护整定为：保护的定子电压的启动值按照大于机组在甩负荷时定子电压的超调量整定，而相关规程规定该超调量不得大于其额定值的15％，取1.2倍的发电机的额定电压，在检查转子电压是大于发电机在正常运行时的转子最大电压时，保护无延时动作进行灭磁；在转子电流按照1.3倍的额定转子电流进行整定，在检查机端电压为大于1.1倍的额定电压时，保护无延时动作进行跳闸灭磁。有关误强励保护的动作条件，需要考虑发电机空载与负载误强励的情况，根据具体发电机的特性进行整定，对其可作进一步的研究。
3、对灭磁时间的要求
发电机或者发—变组的变压器在事故灭磁时，从避免或者减少设备的损坏与缩小事故的影响等方面进行考虑，要求发电机需要有尽可能短的灭磁时间。下面从灭磁时间和磁场断路器的额定分断能力的关系以及变压器、发电机对灭磁时间的要求，对发电机可能取得的最小的灭磁时间以及电厂设备对灭磁时间的要求进行分。
对采用非线性或者线性电阻灭磁的发电机，只能够用增大灭磁电阻的方法减少灭磁时间，也就是提高在灭磁时的灭磁电阻上)电压，即转子两端的电压。在灭磁时，灭磁电阻上电压的最高允许值，受限于转子绝缘所允许的最高电压或者磁场断路器的额定分断能力。对于前者，我国的规程规定为不超过在出厂试验时转子对地交流耐压幅值的70％。一般情况下，尤其是对大型机组，在灭磁时灭磁电阻上电压的最高允许值通常是决定于是后者的。所以，当设计所考虑的发电机最严重灭磁工况确定之后，对型式已选定的灭磁电阻，发电机有可能取得的最小灭磁时间，将会取决于磁场断路器的额定分断能力，也就是取决于磁场断路器在分断最严重灭磁工况时所对应的最大转子电流时所允许的最高的分断电压。
结束语
对于容量特别大的发电机的磁场断路器，通常不能按照ANSI／IEEE C37.18标准进行分断能力的试验，而只能按照GB或者IEC标准进行。如何选择发电机的磁场断路器，需要作进一步的试验研究，包括对型式试验得到的分断燃弧特性，弧压在发电机灭磁时的重现性的研究，对实际发电机的灭磁燃弧过程的特性参数的研究，从而确保所选择的磁场断路器能够满足发电机灭磁分断的要求。本文对大型发电机的灭磁原理，以及设计中的误强励灭磁与设置误强励保护、对灭磁时间的要求等进行了讨论，供相关人员参考。
参考文献
[1]梁建行.发电机灭磁系统的分析与计算[M].北京:中国电力出版社,2009.
个人简介
宋亚秋，女，中级工程师，生于1982年，毕业于佳木斯大学，现就职于佳木斯电机股份有限公司产品开发部，负责电机设计.
【关键词】大型发电机；灭磁原理；误强励灭磁；灭磁时间
前 言
大型发电机的额定励磁的电流大、电压高，某些电力系统根据电厂在电力系统中的地位，有可能会要求发电机有较高的顶值电压倍数，从而使发电机在灭磁时磁场断路器需要在很高的电压、电流下才能进行灭磁分断，这样就给大型发电机的磁场断路器产品的分断能力的试验方法，以及相应的磁场断路器设计的选择方法带来了一些新的问题。对某些容量特别大的发电机，在其误强励时，磁场断路器常常已在接近最大分断能力的情况下进行灭磁分断，且有较长的灭磁时间。因为已没有更高分断能力的磁场断路器可以选择，所以需要探讨降低磁场断路器的灭磁分断电流、电压，以及减少发电机灭磁时间的途径。
1、灭磁原理
当同步发电机发生内部故障时，虽然继电保护装置能够快速把发电机和系统解列，但是磁场电流所产生的感应电势将会继续维持故障电流，时间较长有可能会烧坏导线、绝缘，若对地的故障电流足够大，还会烧坏铁芯。因此在继电保护切断主断路器的同时，还要迅速完全的灭磁。所谓灭磁就是把转子绕组的磁场能量衰灭至零。对灭磁的要求：在转子的绝缘允许的情况下，尽可能快地把转子磁能消去，尽可能的缩短故障点电弧燃烧的时间，缩小烧蚀的面积，避免故障的扩大。
如果要使发电机转子电流迅速进行衰减，转子电流的衰减变化势必和转子两端的反电势相等。灭磁电压的方程式为：Ldi/dt=0。
可见，电感中电流的衰减率正比于其端部的反电势u，反电势u越大，灭磁时间就越短。但是，反电势u不能超过其转子绕组绝缘耐压的允许值Vmc，兼顾两者的理想灭磁方案：保持恒定的Vmc，电流保持一固定的变化率(di／dt)，按照直线规律衰减至零。
2、误强励灭磁与设置误强励保护
当发电机采用目前的保护配置方式时，初步分析表明，在发电机各种灭磁工况中，误强励灭磁是对直流磁场断路器的分断能力要求最高的灭磁工况。其之所以对直流磁场断路器的性能要求最高，同目前发电机保护的设置方式未能够对励磁系统的误强励进行有效地保护有关。在励磁系统进行误强励时，目前只能靠发电机定子的过电压保护，以及励磁变的电流保护动作跳闸进行灭磁，这些均不是针对励磁系统的误强励而设置的保护。对与励磁系统误强励，这两种保护的启动整定值过高，并且均带有时延动作，在保护启动时，转子电流已经较大，转子已经有较深度的饱和，其时间常数较小，在保护启动后至动作跳闸进行灭磁的延时期间，转子电流会有很大的增幅，使得误强励灭磁开始时的转子电流，以及发电机的端电压均高于发电机的其他灭磁工况，从而成为对直流磁场断路器的分断能力有最高要求的灭磁工况。文献[1]作为进一步研究的方案，建议考虑对发电机的继电保护方案做相应的改进。在不改变发电机目前现有的保护配置的基础上，增设发电机误强励保护，在励磁系统發生失控误强励时，可以对发电机及时进行跳闸灭磁，从而降低误强励灭磁对直流磁场断路器的分断能力的要求。
对某电厂的发电机进行计算表明，在设置误强励保护后，在空载误强励灭磁时，磁场断路器的分断能力由3000V下分断6923A降低到3000V下分断2294A，灭磁时间由3.19s降低到1.68s，显著的降低了发电机灭磁对直流磁场断路器的分断能力的要求，并且灭磁时间较短。此时将相应的误强励保护整定为：保护的定子电压的启动值按照大于机组在甩负荷时定子电压的超调量整定，而相关规程规定该超调量不得大于其额定值的15％，取1.2倍的发电机的额定电压，在检查转子电压是大于发电机在正常运行时的转子最大电压时，保护无延时动作进行灭磁；在转子电流按照1.3倍的额定转子电流进行整定，在检查机端电压为大于1.1倍的额定电压时，保护无延时动作进行跳闸灭磁。有关误强励保护的动作条件，需要考虑发电机空载与负载误强励的情况，根据具体发电机的特性进行整定，对其可作进一步的研究。
3、对灭磁时间的要求
发电机或者发—变组的变压器在事故灭磁时，从避免或者减少设备的损坏与缩小事故的影响等方面进行考虑，要求发电机需要有尽可能短的灭磁时间。下面从灭磁时间和磁场断路器的额定分断能力的关系以及变压器、发电机对灭磁时间的要求，对发电机可能取得的最小的灭磁时间以及电厂设备对灭磁时间的要求进行分。
对采用非线性或者线性电阻灭磁的发电机，只能够用增大灭磁电阻的方法减少灭磁时间，也就是提高在灭磁时的灭磁电阻上)电压，即转子两端的电压。在灭磁时，灭磁电阻上电压的最高允许值，受限于转子绝缘所允许的最高电压或者磁场断路器的额定分断能力。对于前者，我国的规程规定为不超过在出厂试验时转子对地交流耐压幅值的70％。一般情况下，尤其是对大型机组，在灭磁时灭磁电阻上电压的最高允许值通常是决定于是后者的。所以，当设计所考虑的发电机最严重灭磁工况确定之后，对型式已选定的灭磁电阻，发电机有可能取得的最小灭磁时间，将会取决于磁场断路器的额定分断能力，也就是取决于磁场断路器在分断最严重灭磁工况时所对应的最大转子电流时所允许的最高的分断电压。
结束语
对于容量特别大的发电机的磁场断路器，通常不能按照ANSI／IEEE C37.18标准进行分断能力的试验，而只能按照GB或者IEC标准进行。如何选择发电机的磁场断路器，需要作进一步的试验研究，包括对型式试验得到的分断燃弧特性，弧压在发电机灭磁时的重现性的研究，对实际发电机的灭磁燃弧过程的特性参数的研究，从而确保所选择的磁场断路器能够满足发电机灭磁分断的要求。本文对大型发电机的灭磁原理，以及设计中的误强励灭磁与设置误强励保护、对灭磁时间的要求等进行了讨论，供相关人员参考。
参考文献
[1]梁建行.发电机灭磁系统的分析与计算[M].北京:中国电力出版社,2009.
个人简介
宋亚秋，女，中级工程师，生于1982年，毕业于佳木斯大学，现就职于佳木斯电机股份有限公司产品开发部，负责电机设计.