專利名稱：新型發(fā)電機(jī)滅磁裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于發(fā)電機(jī)的滅磁裝置。
我國目前部分大型水輪發(fā)電機(jī)的滅磁系統(tǒng)，采用滅磁開關(guān)配合ZnO非線性電阻的滅磁方案，其原理圖如

圖1所示。SCR表示勵(lì)磁整流柜，Ud是其輸出的整流電壓。FB是雙斷口滅磁開關(guān)，也可以采用單斷口滅磁開關(guān)。Rf是ZnO非線性電阻器，D是二極管。正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)B合上，勵(lì)磁電壓Uf正壓，Rf上沒有電流。滅磁時(shí)，F(xiàn)B跳閘并在其斷口建立弧電壓Uk。根據(jù)滅磁時(shí)的電壓關(guān)系Uf＝Ud-Uk，當(dāng)Uk＞Ud時(shí)Uf開始變負(fù)；只有當(dāng)Uf的負(fù)壓大于ZnO電阻的轉(zhuǎn)折電壓，轉(zhuǎn)子電流If就不再流經(jīng)SCR和FB，而直接流經(jīng)Rf，此時(shí)，開關(guān)斷弧，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)D和Rf進(jìn)行滅磁。由于ZnO非線性電阻的非線性特性非常好，滅磁時(shí)的反向Uf也就基本恒定，If就能快速衰減，轉(zhuǎn)子磁能在ZnO電阻上發(fā)熱消耗，當(dāng)If＝0時(shí)，發(fā)電機(jī)滅磁完成。
這種以FB跳閘建立弧電壓，并擊穿Rf，以此將轉(zhuǎn)子電流由FB轉(zhuǎn)移到Rf，最后由Rf來吸收子磁能的滅磁方法，在國外也得到廣泛的采用，但所用的器件和材料不同。國外一般采用的Rf是SiC非線性電阻，且FB都有一個(gè)常閉斷口，用來代替上圖中的D。正常運(yùn)行時(shí)，該常閉斷口斷開；跳閘滅磁時(shí)，該常閉斷口先閉合后，F(xiàn)B的主斷口才跳開。盡管這種FB的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，但性能好、質(zhì)量高。再加上SiC電阻的非線性較差，其設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)折電壓也低，都有利于磁場電流的轉(zhuǎn)移，二者配合非常好，運(yùn)行可靠。只是SiC電阻的穩(wěn)壓特性差，使得轉(zhuǎn)子電壓在滅磁過程中變化范圍大，滅磁時(shí)間也就較長。盡管ZnO電阻在滅磁和過電壓保護(hù)上比SiC電阻更具優(yōu)越，但是由于國產(chǎn)的FB容量小，拉弧建壓的性能不穩(wěn)定，滅弧能力較差，再加上ZnO電阻的非線性系數(shù)小，所配置的轉(zhuǎn)折電壓高，不利于磁場電流的轉(zhuǎn)移，這種配合下的滅磁方案，其運(yùn)行的可靠性就不高在勵(lì)磁裝置誤強(qiáng)勵(lì)時(shí)，還會(huì)發(fā)生磁場電流不能從FB轉(zhuǎn)移到Rf，并造成FB燒毀的嚴(yán)重事故。
本實(shí)用新型的目的是提供直接并聯(lián)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩端、具有磁場電流動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移特性、滿足任何邊界條件、滅磁快且滅磁電壓穩(wěn)定的新型發(fā)電機(jī)滅磁裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)電機(jī)滅磁裝置4，同勵(lì)磁整流柜1、滅磁開關(guān)2、轉(zhuǎn)子繞組3一起構(gòu)成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主要回路。滅磁開關(guān)FB串聯(lián)在轉(zhuǎn)子回路中，非線性電阻Rf1串聯(lián)二極管D后并聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組兩端，其特征在于設(shè)置并聯(lián)在非線性電阻Rf1兩端的輔助滅磁通道，它由輔助非線性電阻Rf2串聯(lián)線性電阻R2后，再串聯(lián)RC阻回路，該阻容回路由電容C和線性電阻R并聯(lián)組成。在二極管D兩端并聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)子正向過電壓保護(hù)非線性電阻Rf3。
本實(shí)用新型采用主滅磁非線性電阻Rf1、輔助非線性電阻Rf2和過電壓保護(hù)非線性電阻Rf3都是由ZnO非線性電阻閥片申并聯(lián)組成，在并聯(lián)閥片支路上串聯(lián)線性電阻作均流。磁場電流動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移技術(shù)，降低了對(duì)滅磁開關(guān)的滅弧性能要求，解決了滅磁開關(guān)配合ZnO非線性電阻滅磁的技術(shù)難題；充分利用ZnO電阻的非線性特性，使其在滅磁和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)上電壓穩(wěn)定，可適用任何容量的發(fā)電機(jī)組；對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行的ZnO電阻閥片采用均流或均能措施，其整體外特性由每一支路的閥片串均流電阻的特性組合而成，可根據(jù)機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行選配，統(tǒng)一考慮滅磁和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)，電路簡單可靠，動(dòng)作電壓準(zhǔn)確，容量充足。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
圖1是本實(shí)用新型的現(xiàn)有技術(shù)原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖3是圖2的部分等效電路圖。
圖4是本實(shí)用新型的滅磁特性圖。
圖中1、勵(lì)磁整流柜，2、滅磁開關(guān)，3、轉(zhuǎn)子繞組，4、滅磁裝置。
ZnO非線性電阻分為滅磁非線性電阻Rf1、輔助非線性電阻Rf2，滅磁非線性電阻Rf1又稱為主閥片，輔助非線性電阻又稱為輔閥片Rf2。主閥片Rf1串聯(lián)二極管D后再并聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組兩端，它由許多ZnO非線性電阻串并聯(lián)組成，且數(shù)量多、均流電阻小，其轉(zhuǎn)折電壓就是設(shè)計(jì)的滅磁電壓，起主要滅磁作用；輔助閥片Rf2串聯(lián)一個(gè)RC電阻電容回路后再同Rf1并聯(lián)，它由許多ZnO非線性電阻并聯(lián)組成，且數(shù)量小、均流電阻大，其轉(zhuǎn)折電壓比主閥片小，起幫助磁場電流動(dòng)態(tài)快速轉(zhuǎn)移和輔助滅磁作用。Rf3是轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)閥片，也是由許多ZnO非線性電阻串并聯(lián)組成。R是一個(gè)大功率線性電阻，C是一個(gè)高壓大電容。滅磁開關(guān)FB是一個(gè)帶有滅弧柵的雙極直流開關(guān)。其原理如圖2所示。
在圖2中，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)B合上，ZnO非線性電阻參與轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)工作，閥片Rf1、Rf2和Rf3組成轉(zhuǎn)子過電壓綜合保護(hù)，其中Rf2和Rf3組成轉(zhuǎn)子正向過電壓主保護(hù)，Rf2和RC阻容回路組成轉(zhuǎn)子反向過電壓主保護(hù)。在機(jī)組事故滅磁時(shí)，也是首先由滅磁開關(guān)FB跳閘建立弧電壓，該弧電壓減去Ud后Uf開始負(fù)壓，當(dāng)Uf的負(fù)壓大于Rf2后，If經(jīng)RC阻容回路加速擊穿Rf2，快速地向輔助閥片轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致滅磁開關(guān)FB斷弧，快速切斷SCR和轉(zhuǎn)子之間的聯(lián)系。隨著電容C的充電和電阻R的投入，滅磁電壓建立，滅磁電壓又將擊穿主閥片Rf1，大部分轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)移到主閥片上，最后由主、輔閥片共同將整個(gè)轉(zhuǎn)子磁能吸收。
本實(shí)用新型裝置的特點(diǎn)就是全部由固態(tài)元件組合而成、直接并聯(lián)在轉(zhuǎn)子繞組兩端、結(jié)構(gòu)緊湊。優(yōu)化組合各固態(tài)元件的特性，可獲得性能優(yōu)良的滅磁特性和完整的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)，發(fā)電機(jī)滅磁時(shí)，只需要跳開滅磁開關(guān)，不需要任何輔助操作，即可快速、安全的滅磁。
方案的設(shè)計(jì)原則(1)主閥片Rf1Rf1轉(zhuǎn)折電壓Uf1取Rf2的轉(zhuǎn)折電壓Uf2的三倍左右，且在轉(zhuǎn)子繞組出廠對(duì)地耐壓值的30％至40％之間。Rf1的容量Qf1取勵(lì)磁裝置空載誤強(qiáng)勵(lì)下的轉(zhuǎn)子磁能，并以此來決定閥片組的并聯(lián)數(shù)。每組閥片的均流電阻Rf1取1-2歐姆。
(2)輔助閥片Rf2Rf2的轉(zhuǎn)折電壓Uf2取一定倍數(shù)的勵(lì)磁裝置空載逆變時(shí)的Uf值，Rf2的容量Qf2取Qf1的30％左右，并以此來決定閥片的并聯(lián)數(shù)，對(duì)于閥片的均流電阻R2則在RC回路的參數(shù)計(jì)算中給出。
(3)過電壓保護(hù)閥片Rf3Rf3的轉(zhuǎn)折電壓Uf3取Uf1的值，可直接采用Rf1組件。Rf3的容量取Qf1的10％左右，可不需要均流電阻。
(4)阻容參數(shù)從新方案主輔閥片的結(jié)構(gòu)來看，二者都是由ZnO非線性電阻和線性均流電阻串聯(lián)組成?，F(xiàn)將二者分開標(biāo)出，Rf1的均流電阻等效為R1，Rf2的均流電阻同R2合并等效為R2，從而得到新方案滅磁時(shí)的等效電路圖3。
理想的ZnO非線性電阻的伏安特性是一條平行電流軸的直線，Rf1串聯(lián)R1后的整體伏安特性是一條起點(diǎn)為Uf1的直線L1，如圖4所示。在滅磁過程中，電容C的暫態(tài)作用就是短接和斷開R兩端即線性電阻的初值為零，經(jīng)過T時(shí)間充電后，才恢復(fù)原值。當(dāng)C短接R兩端時(shí)，Rf2串聯(lián)R2后的伏安特性是一條起點(diǎn)為Uf2的直線L2；當(dāng)C斷開R兩端時(shí)，Rf2串聯(lián)(R2+R)后的伏安特性是一條起點(diǎn)也為Uf2的直線L3。在C短接和斷開的過程中，整體伏安特性就是界于L2和L3之間的曲線，實(shí)際上，電流的充電過程就是滅磁初始由L2直線向L3直線的動(dòng)態(tài)過程，中間可能被L1直線攔截，即進(jìn)入主滅磁過程，最后過M點(diǎn)由L3直線結(jié)束滅磁。由L1和L2的交點(diǎn)N所對(duì)應(yīng)電流I2來確定R2、L1和L3的交點(diǎn)M所對(duì)應(yīng)的I1來計(jì)算R。I1和I2根據(jù)滅磁要求取一倍數(shù)的額定勵(lì)磁電流。電容C的容量值折中C對(duì)電阻R2和R的充放電時(shí)間參數(shù)來考慮，其額定電壓可取Uf1。
葛洲壩水力發(fā)電廠曾對(duì)ZnO非線性電阻并聯(lián)線性電阻這種滅磁接線方式進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)閥片的轉(zhuǎn)折電壓為1500V，線性電阻為5歐姆，滅磁開關(guān)是D M2-2500型。試驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。
表1 ZnO非線性電阻并聯(lián)線性電阻滅磁試驗(yàn)記錄
權(quán)利要求1.一種新型發(fā)電機(jī)滅磁裝置，其特征在于它包括主滅磁非線性電阻Rf1、輔助非線性電阻Rf2、整流二極管D、線性電阻R2和RC阻容回路；主滅磁非線性電阻Rf1串聯(lián)二極管D后并聯(lián)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩端，在主滅磁非線性電阻Rf1兩端設(shè)置與之并聯(lián)的輔助滅磁通道，它由輔助非線性電阻Rf2串聯(lián)線性電阻R2后，再串聯(lián)RC阻容回路，該阻容回路由電容C和線性電阻R并聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型發(fā)電機(jī)滅磁裝置，其特征在于在二極管D兩端并聯(lián)轉(zhuǎn)子正向過電壓保護(hù)非線性電阻Rf3，輔助滅磁通道是轉(zhuǎn)子正反向過電壓保護(hù)通道。
3，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機(jī)滅磁裝置，其特征在于主滅磁非線性電阻Rf1、輔助非線性電阻Rf2和過電壓保護(hù)非線性電阻Rf3都是由ZnO非線性電阻閥片串并聯(lián)組成，在并聯(lián)閥片支路上串聯(lián)線性電阻作均流。
專利摘要一種新型發(fā)電機(jī)滅磁裝置、并聯(lián)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩端,與勵(lì)磁整流柜、滅磁開關(guān)構(gòu)成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主回路。主滅磁非線性電阻R
文檔編號(hào)H02P3/00GK2390357SQ9923827
公開日2000年8月2日 申請日期1999年8月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者陳小明, 邵顯鈞 申請人:陳小明, 邵顯鈞