论文部分内容阅读
摘 要：灭磁系统作为发电机励磁系统的重要组成，在励磁系统退出运行的情况下担负着转移能量、吸收励磁回路能量，限制转子过电压的作用。本文对EX2100励磁系统的灭磁回路的构成、原理、作用进行了概述，并结合不同停机方式下灭磁的具体过程进行了分析。
关键词：灭磁；分析；导通
中图分类号：TM331文献标识码：A 文章编号：
1 引言
灭磁系统作为发电机励磁系统的重要组成部分，在机组正常及事故停机时，用于完成切断发电机的励磁，快速转移、吸收储存在转子中的磁场能量，同时起到限制转子过电压，保护转子的目的。近年来，随着发电机单机容量的不断增大，其额定励磁电压、励磁电流也随之升高。尤其单元制接线的广泛采用，在变压器内部发生故障时，虽然继电保护能快速动作，切断机组与电网的联系。但发电机转子由于具有巨大的惯性，转速基本保持不变，发电机内部磁场切割电枢产生的感应电势继续维持故障电流，电流持续时间越长，故障处的烧毁也就越严重。为了减小损失，在故障机组与电网断开联系的同时，确保灭磁回路正常投入，以起到尽快熄灭故障电流，保护设备的目的。为此，本文以EX2100励磁系统为例，对灭磁回路的原理及各种情况下灭磁过程进行分析。
2 EX2100励磁系统简介
EX2100为GE公司生产的静止励磁系统，用于完成将交流电源整流成可调整的直流电源，供给发电机励磁绕组建立磁场，以控制发电机交流端电压，和無功功率。EX2100由励磁调节器、功率整流单元、交流输入单元、直流输出单元、灭磁系统等几大部分组成，同时具备完善的转子接地检测、灭磁功能，并提供失磁、过电压、过励磁等保护功能。
励磁调节器采用冗余配置，配有由M1、M2和C三套调节器，其中M1、M2均具有可独立完成装置运行的调节控制功能，C套调节器主要用于监控M1和M2这两个主控制器，以决定哪一个应当是工作的主控制器。C控制器不参与整流桥的触发工作，在系统的状态超过规定界限的事件中，启动适当的保护性响应。功率整流柜采用n+1热备用的形式组成，每个整流柜均采用三相全波可控桥式整流，可控硅接受励磁装置的触发脉冲放大器板（EHPA）送来的触发脉冲，通过改变触发脉冲触发角，以获得不同高低的直流输出电压。整流桥采用了可逆桥设计，使之可以提供反向强制电压，这为机组甩负荷和灭磁时的快速响应提供了保证。
图1
3 灭磁回路简介
EX2100系统的灭磁回路由灭磁控制板（EDEX）、灭磁可控硅、非线性灭磁电阻等组成。图1为灭磁系统原理图，各符号含义介绍如下：PFB为励磁电源正极，NFB为励磁电源负极，HS为灭磁可控硅，由灭磁可控硅和非线性电阻（FDI和FDR）串联组成，与发电机励磁绕组反向并联。正常运行中，灭磁电阻承受反向电压，灭磁可控硅截止，灭磁回路没有电流通过。当机组正常停机或故障停机时，由灭磁板向灭磁可控硅提供一高频方波触发脉冲，接至灭磁可控硅的门极，当励磁电压反向后，可控硅导通条件满足，灭磁回路投入，励磁电流通过放电电阻释放掉转子中储存的磁能。
4 各种情况下灭磁过程分析
4.1机组正常停机是灭磁过程分析
正常运行的机组，当需要计划停机时，一般是通过运行人员的调整，逐渐降低发电机的输出功率，励磁系统的输出电压和电流也同步降低。当负荷降低到一定值时，汽轮机系统打闸，由热工保护动作，经发变组保护送给励磁系停机命令，励磁系统受到该指令后，按照其预定停机过程正常动作停止。
励磁装置在接收到外部输入的停止命令后，经过调节器的逻辑计算，EMIO板输出的停止命令经过EXHS板去启动HGA继电器，最终断开灭磁开关，切断励磁系统直流母线与发电机励磁绕组之间的联系。灭磁开关断开后，其常闭辅助触点返回，驱动触发脉冲信号送至两个灭磁模块的触发回路中，经过灭磁板的逻辑计算，由灭磁板送出一触发脉冲，使灭磁可控硅触发。同时，整流桥由于逆变作用，使励磁主回路电压极性发生翻转，灭磁可控硅阳极对阴极电压为正，可控硅导通，通过磁场放电设备，耗散发电机磁场储存的能量。
在灭磁回路导通后，霍尔传感器通过检测流过的灭磁可控硅的电流大小，判断灭磁回路是否已可靠导通。如果两个独立的触发控制回路都没有能够触发灭磁可控硅，当其阳极对阴极电压超过整定的过电压水平时，灭磁控制板过电压保护原件动作，可控硅将由阳极触发回路再次触发，投入灭磁电阻。
4.2 机组运行过程中由于非励磁故障而导致停机过程分析
在机组的正常运行过程中，励磁装置突然接收到外部输入的停止命令后，励磁系统也将会按照正常的停止过程，调节器书出命令驱动HGA继电器断开灭磁开关，当其常闭辅助触点返回后，经EDEX板驱动灭磁可控硅导通，投入灭磁回路。但励磁系统接收到外部输入的停止指令，励磁开关断开后，发电机转子绕组由于电感的储能作用，维持原有励磁电流的方向不变，对外输出电能。对于灭磁而言，其两端电压的极性已发生翻转，若此时可控硅阳极对阴极的电压超过整定水平，阳极触发回路有可能先于常闭辅助触点触发过程动作，使灭磁可控硅导通。
4.3 灭磁回路误导通分析
在励磁系统的正常运行过程中，由于某些原因，如灭磁开关辅助触点抖动，EXHS板上KDEP继电器触点抖动，霍尔元件误检测到电流通过，状态检测回路受到某些干扰等都有可能驱动EDEX板发出触发命令，使灭磁回路投入，励磁系统不能再正常工作，当投入时间达到一定值是，转而进入停机过程。下文对灭磁电阻误投入后励磁系统的动作过程进行分析。
图2
图2为励磁系统正常运行过程中，检测到灭磁回路导通后，由EDEX输出表征灭磁回路投入的信号在系统中的逻辑处理过程。其中DeExcite_Raw为一继电器，接受DSPX板输出信号的控制，DeExciteCond为DeExcite_Raw的常开辅助触点；是输入信号的处理模块，用以完成当输入信号的持续时间大于100ms时，向下级发出相应的控制命令，100ms延时的设置提高了系统的抗干扰能力，用以降低杂散干扰造成的装置误动的可能性；为频域积分环节，完成对输入信号进行累加功能；模块为比较环节，当左端的输入值大于0.63时，右端输出端将有信号输出；常开触点FlashHysCont表征励磁装置处于起励状态，起励过程中触点闭合；常开触点Running表征励磁系统的运行状态，灭磁开关闭合时该触点闭合；继电器DeExcitation Trip为驱动励磁系统停止运行的继电器；常开触点Reset为复位输入端，用以复位励磁系统的报警。
正常运行中的励磁系统灭磁回路误投入后，EDEX板上的霍尔元件将检测到灭磁回路中有电流流过，霍尔元件输出表征灭磁回路导通的信息，驱动EDEX板上两红色指示灯变亮，发出警示信号。同时把此信息传递给EMIO板，经过EMIO板对信号的处理，将其转换成一开关量，送至调节器的数字信号处理器（DSPX）进行软件逻辑上的，DSPX板在软件流程上驱动DeExcite_Raw继电器，使其常开触点DeExciteCond闭合，由上图软件件可知，当触点DeExciteCond闭合时间大于100ms时，DeExciteCond的输出信号将进入积分环节进行累加，否则，认为输入信号无效，不再进行后续处理。当输入信号经积分环节的累积值大于0.63时，并且FlashHysCont或Running为闭合时，则驱动继电器DeExcitation Trip动作，励磁系统将停止运行。
5 小结
本文结合EX2100励磁系统对灭磁回路在不同情况下的投入过程进行了分析，结合软件原理图，就励磁系统运行过程中灭磁电阻被触发导通后，励磁系统对相应信号的处理过程，经对软件各个环节功能的分析，表明其具有一定的抗干扰能力。
参考文献
[1] 李基成.现在同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社,2002.
[2] PRABHA KUNDUR.电力系统稳定与控制[M].北京：中国电力出版社,2002.
[3] EX2100MB励磁控制用于手册与图纸.
[4] 乔丽鹏.浅析EX2100MB励磁系统的实际应用[J].企业技术开发（下半月）,2009,28(4).
[5] 施晟，邓超平.一起EX2100励磁系统灭磁异常分析[J].电力与电工,2011,31(2).
关键词：灭磁；分析；导通
中图分类号：TM331文献标识码：A 文章编号：
1 引言
灭磁系统作为发电机励磁系统的重要组成部分，在机组正常及事故停机时，用于完成切断发电机的励磁，快速转移、吸收储存在转子中的磁场能量，同时起到限制转子过电压，保护转子的目的。近年来，随着发电机单机容量的不断增大，其额定励磁电压、励磁电流也随之升高。尤其单元制接线的广泛采用，在变压器内部发生故障时，虽然继电保护能快速动作，切断机组与电网的联系。但发电机转子由于具有巨大的惯性，转速基本保持不变，发电机内部磁场切割电枢产生的感应电势继续维持故障电流，电流持续时间越长，故障处的烧毁也就越严重。为了减小损失，在故障机组与电网断开联系的同时，确保灭磁回路正常投入，以起到尽快熄灭故障电流，保护设备的目的。为此，本文以EX2100励磁系统为例，对灭磁回路的原理及各种情况下灭磁过程进行分析。
2 EX2100励磁系统简介
EX2100为GE公司生产的静止励磁系统，用于完成将交流电源整流成可调整的直流电源，供给发电机励磁绕组建立磁场，以控制发电机交流端电压，和無功功率。EX2100由励磁调节器、功率整流单元、交流输入单元、直流输出单元、灭磁系统等几大部分组成，同时具备完善的转子接地检测、灭磁功能，并提供失磁、过电压、过励磁等保护功能。
励磁调节器采用冗余配置，配有由M1、M2和C三套调节器，其中M1、M2均具有可独立完成装置运行的调节控制功能，C套调节器主要用于监控M1和M2这两个主控制器，以决定哪一个应当是工作的主控制器。C控制器不参与整流桥的触发工作，在系统的状态超过规定界限的事件中，启动适当的保护性响应。功率整流柜采用n+1热备用的形式组成，每个整流柜均采用三相全波可控桥式整流，可控硅接受励磁装置的触发脉冲放大器板（EHPA）送来的触发脉冲，通过改变触发脉冲触发角，以获得不同高低的直流输出电压。整流桥采用了可逆桥设计，使之可以提供反向强制电压，这为机组甩负荷和灭磁时的快速响应提供了保证。
图1
3 灭磁回路简介
EX2100系统的灭磁回路由灭磁控制板（EDEX）、灭磁可控硅、非线性灭磁电阻等组成。图1为灭磁系统原理图，各符号含义介绍如下：PFB为励磁电源正极，NFB为励磁电源负极，HS为灭磁可控硅，由灭磁可控硅和非线性电阻（FDI和FDR）串联组成，与发电机励磁绕组反向并联。正常运行中，灭磁电阻承受反向电压，灭磁可控硅截止，灭磁回路没有电流通过。当机组正常停机或故障停机时，由灭磁板向灭磁可控硅提供一高频方波触发脉冲，接至灭磁可控硅的门极，当励磁电压反向后，可控硅导通条件满足，灭磁回路投入，励磁电流通过放电电阻释放掉转子中储存的磁能。
4 各种情况下灭磁过程分析
4.1机组正常停机是灭磁过程分析
正常运行的机组，当需要计划停机时，一般是通过运行人员的调整，逐渐降低发电机的输出功率，励磁系统的输出电压和电流也同步降低。当负荷降低到一定值时，汽轮机系统打闸，由热工保护动作，经发变组保护送给励磁系停机命令，励磁系统受到该指令后，按照其预定停机过程正常动作停止。
励磁装置在接收到外部输入的停止命令后，经过调节器的逻辑计算，EMIO板输出的停止命令经过EXHS板去启动HGA继电器，最终断开灭磁开关，切断励磁系统直流母线与发电机励磁绕组之间的联系。灭磁开关断开后，其常闭辅助触点返回，驱动触发脉冲信号送至两个灭磁模块的触发回路中，经过灭磁板的逻辑计算，由灭磁板送出一触发脉冲，使灭磁可控硅触发。同时，整流桥由于逆变作用，使励磁主回路电压极性发生翻转，灭磁可控硅阳极对阴极电压为正，可控硅导通，通过磁场放电设备，耗散发电机磁场储存的能量。
在灭磁回路导通后，霍尔传感器通过检测流过的灭磁可控硅的电流大小，判断灭磁回路是否已可靠导通。如果两个独立的触发控制回路都没有能够触发灭磁可控硅，当其阳极对阴极电压超过整定的过电压水平时，灭磁控制板过电压保护原件动作，可控硅将由阳极触发回路再次触发，投入灭磁电阻。
4.2 机组运行过程中由于非励磁故障而导致停机过程分析
在机组的正常运行过程中，励磁装置突然接收到外部输入的停止命令后，励磁系统也将会按照正常的停止过程，调节器书出命令驱动HGA继电器断开灭磁开关，当其常闭辅助触点返回后，经EDEX板驱动灭磁可控硅导通，投入灭磁回路。但励磁系统接收到外部输入的停止指令，励磁开关断开后，发电机转子绕组由于电感的储能作用，维持原有励磁电流的方向不变，对外输出电能。对于灭磁而言，其两端电压的极性已发生翻转，若此时可控硅阳极对阴极的电压超过整定水平，阳极触发回路有可能先于常闭辅助触点触发过程动作，使灭磁可控硅导通。
4.3 灭磁回路误导通分析
在励磁系统的正常运行过程中，由于某些原因，如灭磁开关辅助触点抖动，EXHS板上KDEP继电器触点抖动，霍尔元件误检测到电流通过，状态检测回路受到某些干扰等都有可能驱动EDEX板发出触发命令，使灭磁回路投入，励磁系统不能再正常工作，当投入时间达到一定值是，转而进入停机过程。下文对灭磁电阻误投入后励磁系统的动作过程进行分析。
图2
图2为励磁系统正常运行过程中，检测到灭磁回路导通后，由EDEX输出表征灭磁回路投入的信号在系统中的逻辑处理过程。其中DeExcite_Raw为一继电器，接受DSPX板输出信号的控制，DeExciteCond为DeExcite_Raw的常开辅助触点；是输入信号的处理模块，用以完成当输入信号的持续时间大于100ms时，向下级发出相应的控制命令，100ms延时的设置提高了系统的抗干扰能力，用以降低杂散干扰造成的装置误动的可能性；为频域积分环节，完成对输入信号进行累加功能；模块为比较环节，当左端的输入值大于0.63时，右端输出端将有信号输出；常开触点FlashHysCont表征励磁装置处于起励状态，起励过程中触点闭合；常开触点Running表征励磁系统的运行状态，灭磁开关闭合时该触点闭合；继电器DeExcitation Trip为驱动励磁系统停止运行的继电器；常开触点Reset为复位输入端，用以复位励磁系统的报警。
正常运行中的励磁系统灭磁回路误投入后，EDEX板上的霍尔元件将检测到灭磁回路中有电流流过，霍尔元件输出表征灭磁回路导通的信息，驱动EDEX板上两红色指示灯变亮，发出警示信号。同时把此信息传递给EMIO板，经过EMIO板对信号的处理，将其转换成一开关量，送至调节器的数字信号处理器（DSPX）进行软件逻辑上的，DSPX板在软件流程上驱动DeExcite_Raw继电器，使其常开触点DeExciteCond闭合，由上图软件件可知，当触点DeExciteCond闭合时间大于100ms时，DeExciteCond的输出信号将进入积分环节进行累加，否则，认为输入信号无效，不再进行后续处理。当输入信号经积分环节的累积值大于0.63时，并且FlashHysCont或Running为闭合时，则驱动继电器DeExcitation Trip动作，励磁系统将停止运行。
5 小结
本文结合EX2100励磁系统对灭磁回路在不同情况下的投入过程进行了分析，结合软件原理图，就励磁系统运行过程中灭磁电阻被触发导通后，励磁系统对相应信号的处理过程，经对软件各个环节功能的分析，表明其具有一定的抗干扰能力。
参考文献
[1] 李基成.现在同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社,2002.
[2] PRABHA KUNDUR.电力系统稳定与控制[M].北京：中国电力出版社,2002.
[3] EX2100MB励磁控制用于手册与图纸.
[4] 乔丽鹏.浅析EX2100MB励磁系统的实际应用[J].企业技术开发（下半月）,2009,28(4).
[5] 施晟，邓超平.一起EX2100励磁系统灭磁异常分析[J].电力与电工,2011,31(2).