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200MW汽轮发电机组灭磁方式探讨及交流励磁机灭磁方式的应用（1） |
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| 200MW汽轮发电机组灭磁方式探讨及交流励磁机灭磁方式的应用（1） |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 16:31:57  |
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发电机的灭磁装置是其灭磁系统的一个重要部份，灭磁装置的可靠性对发电机的安全运行有着重要作用，随着发电机单位容量的不断增大和保护的完善，原在小容量发电机转子回路装设大容量直流开关的灭磁方案，可靠性差，运行维护工作量大，本文在分析现有200MW发电机灭磁方式存在的问题及其改进措施的基础上，提出交流励磁机励磁系统灭磁的改造方案，并列举河南新乡火电厂200MW发电机灭磁装置改造为在交流励磁机励磁系统加装LMK开关灭磁后的测试及运行情况。
关键词 灭磁方式 灭磁开关 故障
一、概述
同步发电机的励磁系统是指供给同步发电机的励磁电流的电源及其附属设备，其主要作用是当发电机正常运行时，供给发电机维持一定电压及一定无功输出所需的励磁电流；当电力系统短路、负荷突然增、减时，对发电机进行强行励磁、减磁，以提高电力系统运行的稳定性和可靠性；当发电机内部出现短路时，对发电机进行灭磁，以避免事故扩大。
200MW汽轮发电机组上同步发电机的灭磁主要有直流励磁机励磁系统灭磁方式和交流励磁机灭磁方式两种。
二、200MW汽轮发电机组直流励磁机励磁系统的灭磁方式及其存在问题分析
当前200MW汽轮发电机组励磁系统可分为同轴直流励磁系统和半导体励磁系统，在主要采用直流励磁机作为200MW汽轮发电机励磁电源的年代，规定应在发电机转子回路内装设灭磁开关，其主要原因如下：
⑴直流励磁机残压较高，在额定转速下，即使直流励磁机励磁电流减少至零，如果发电机转子回路不断开，发电机机端电压可达额定值的20%左右。这样，如果在灭磁时不同时断开转子回路，就会存在以下两个问题：
发电机电压不能降低到故障点电弧的熄灭电压以下。
发电机内部故障时，电弧的自然熄灭电压为500V（峰值），按发电机额定电压10500V，残压为10%计算，则直流励磁机完全灭磁后的发电机停机，这将大大扩大发电机的损坏程度。
发电机保护跳闸后，需要在发电机电压为零时对各部分进行检查，如属保护误动，可以立即并网，重新向电网送电。如果发电机残压很高，则在断开发电机时需要立即停机，这也将使事故扩大，延长故障处理时间。
⑵直流励磁机故障较多，为了在直流励磁机故障时发电机能继续运行发电，采用直流励磁机的发电机均设有备用励磁机。在主直流励磁机事故切换到备用励磁机时，有时需要将转子回路断开，进行切换，或者短时无励磁运行，以便处理下游励磁机的缺陷，使其能恢复正常运行。因此，灭磁开关又称磁场开关。
⑶提高灭磁速度
早期的汽轮发电机转子阻尼比较弱，运行力率也较低，在发电机转子回路内装设灭磁开关可以提高灭磁速度，效果较好。同时，早期汽轮发电机一点接地保护不完善，并允许发电机静子一点接地后继续运行。因此，发电机山静子一点接地发展为静子两点接地故障的机会就大大增加，由于静子绕组两点接地故障引起铁心烧坏的事故相对多一些，因此认为采用快速灭磁可以限制静子两相对铁芯短路时铁芯的烧坏程度。
⑷发电机转子额定电流较小
采用直流励磁机励磁的汽轮发电机容量较小，其额定励磁电流一般为几百安培，当时直流开关制造上没有困难，运行也很可靠。
三、200MW汽轮发电机组交流励磁机励磁系统灭磁方式及其存在问题分析
60年代后期由于硅整流装置的发展，国内外大型汽轮发电机绝大部分已采用交流励磁机整流励磁系统或可控硅励磁系统。我国生产的的200MW汽轮发电机目前已几乎全部采用该励磁系统。额定转子电流都已增大到1765A，通过在转子回路内加装直流灭磁开关来灭磁，不仅价格较贵，而且由于国产大电流直流开关可靠性较差，运行维护、调试比较困难，要求也比较高，运行中经常出现开关的拒动和误动及开关触头发热等问题。灭磁开关误动作，为了提高发电机灭磁系统的可靠性，许多单位提出了改进措施，归纳起来有如下几类：
1. 采用DM2开关与非线性电阻配合。
2. 人工过零非线性电阻灭磁.
3. 与DM2开关并联熔断的非线性电阻灭磁方式。
4. 与DM2灭磁开关并联电阻的灭磁方案。
以上四种均是在保留原灭磁开关的基础上提出的，它们在解决灭磁开关容量不足方面可以起到很好的作用，但还不能解决开关的拒动和误动问题。灭磁开关误动作，直接造成发电机的失磁事故；在需要灭磁时，尤其是事故情况下需要灭磁时，灭磁开关拒动又会造成事故的扩大，这都是不允许发生的。
由于上述改进措施均未能解决灭磁开关机械缺陷所造成的开关拒动和开关误动问题，近年来，有关厂家研制了新的开关来代替灭磁开关。上海立新开关厂研制了1600/08快速磁场断路器，与非线性电阻配合，实现灭磁。90年又生产了两常开一常闭的快速磁场断路器，与线性电阻配合，实现灭磁。 沈阳低压开关厂研制了DM□—3150和DY□—3150两个系列的灭磁开关。DM系列灭磁开关为带灭弧栅的大容量灭磁开关，DY系列为不带灭弧栅，而是与非线性电阻配合，靠非线性电阻吸收能量的灭磁开关。以上生产的大容量直流开关，不但价格贵，运行维护、调试比较困难，要求也比较高。同时，是否能可靠运行也有待于积累运行经验。
200MW机组运行单位对于正在运行的灭磁开关，为了提高其可靠性，在运行方式方面也作了改进如下：
① 为了减少灭磁开关操作次数，防止断开灭磁开关时不能灭弧的事故发生，在正常停机等灭磁开关操作时，不跳灭磁开关改为将交流励磁机励磁电流降到零后，断开励磁调节器电源开关。
灭磁开关只作为事故时快速灭磁之用。
② 需要灭磁开关的动作实行灭磁时，灭磁开关延时动作，先由励磁调节器逆变0.5秒后再断开灭磁开关，以改善其工作条件，也有将灭磁开关延时动作时间增大到2～3秒的，其灭磁特性已接近自然灭磁，这样又有可能发生小电流不能进入灭弧栅而引起过电压及烧坏开关的现象。
上述两种措施，虽然能减少灭磁开关的操作，减轻其负载，使矛盾有缓和，但未能解决灭磁开关缺陷的根本问题。
5、 200MW汽轮发电机组上采用交流励磁机灭磁代替发电机磁场回路灭磁理论分析。
（1） 交流励磁机残压比较低，一般不大于5%，只有3%左右，而且发电机都采用高压氢冷，电弧熄灭电压已高于500V。
（2） 发电机不容许定子线圈一点接地情况下继续运行。因此，都有完善的定子线圈一点接地保护，一旦发生一点接地，就动作跳闸停机或发出信号。从而完全避免了从一点接地过渡到两点接地的可能性。根据事故统计材料，几年间发电机未发生过两点接地故障。当然也就未发生过因两点接地故障引起静子铁心烧坏的事故。
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