专利名称：减磁法水轮发电机电气制动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用减磁法对水轮发电机电气制动的装置，它适用于水力发电站(含抽水蓄能电站)机组停机的电气制动，也可用于需快速停机的其它机组。
背景技术：
水轮发电机组在停机过程中，进行制动可有效减少停机时间，减少机组在低于额定转速的游走时间，减少机组轴承磨损。采用机械制动容易产生制动闸和制动环的磨损以及机坑内的粉尘污染；电气制动是利用发电机机端短路的方法，以发电机损耗的形式，消耗水轮机在导叶全关和断路器断开后机组的惯性能量，使发电机很快停止。目前我国大多数水轮发电机组的制动方式是采用机械制动，只有少数发电机采用电气制动，但这些机组大多配用专用的断路器或加装了弧触头的专用隔离开关。如三峡左岸电站采用了ABB公司生产的HEC3型发电机断路器来做制动开关，这种断路器价格昂贵、体积庞大，给厂房布置带来一些困难；隔河岩电站1#和2#机组采用了ABB公司生产的大电流负荷开关，这种负荷开关动作速度高，合闸时间约为0.1s，需有专用的操作系统；天荒坪抽水蓄能电站采用了CEGELEC(现属ALSTOM公司)生产的有弧触头的快速隔离开关，这种开关在合闸瞬间速度较高，可承受合闸时剩磁电压引起的电流；但这些进口开关的费用均较高。白山水电站则采用国产的有引弧触头的隔离开关。但在白山水电站的专用隔离开关也有烧伤的痕迹。以前在官厅、凤滩和丹江口等水电站也曾采用电气制动，由于这些电站是采用电机励磁系统，开关烧伤问题更为突出。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提供减磁法水轮发电机组电气制动装置。该装置通过减少剩磁办法，达到减少合闸时电流的目的，解决了断路器或开关既要能通过大电流，又要满足正常时耐受运行电压的问题，使得使用普通隔离开关也能满足耐高压、通过大电流和合闸剩磁电流的要求。
本实用新型的目的是通过如下措施来达到的减磁法水轮发电机电气制动装置，它包括发电机定子绕组Gs、发电机转子绕组Gf、电气制动开关S、磁场励磁及保护回路、整流器Cv和变压器组成，变压器与整流器Cv连接，整流器Cv的两端与发电机转子绕组Gf的两输出端点1、2连接，其特征在于它还包括接触器C1和电阻R1，所述接触器C1和电阻R1串联，接触器C1的两端与发电机转子绕组Gf的两输出端点1、2连接。
在上述技术方案中，所述发电机转子绕组Gf与整流器Cv之间还连接有接触器C2和电阻R2，所述接触器C2和电阻R2串联。
在上述技术方案中，所述发电机转子绕组Gf的输出端点3、4连接有接触器C和整流器。
在上述技术方案中，所述发电机转子绕组Gf与整流器Cv之间还连接有接触器C或Q。
在上述技术方案中，所述发电机转子绕组Gf与整流器Cv之间还连接有接触器C或Q。
本实用新型具有如下优点①电气回路简单，使用设备少，可以用与机组配套的隔离开关实现机组电气制动，实现无电火花的合闸，解决合闸中的触头烧伤的问题。②运行维护非常简单，制动开关可使用电动隔离开关，它没有漏油、漏气的问题，动作触头的工作情况可以看得见，即使有问题也容易修理。操作回路很简单，基本上可不要维护。③体积小、费用低。
图1为本实用新型用施加逐步减少的交流电流减磁方法示意图。
图2为本实用新型一个实施例采用制动变压器去磁的结构图。
图3为另一个实施例采用制动变压器去磁的结构图。
图4为本实用新型一个实施例采用起励变压器去磁的结构图。
图5为另一个实施例采用其它变压器去磁的结构图。
图6为采用制动变压器、整流反向充电减磁的结构图。
图7为采用其它变压器、整流反向充电减磁的结构图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的实施情况发电机在停机制动时，由于发电机转子的剩磁，使用晶闸管励磁的发电机在额定转速时有1～3％的额定电压；在采用电机励磁系统时，在额定转速时有约7％的额定电压。此电压虽极低，但对于大型水轮发电机组，却有相当大的电流，对于直轴电抗标幺值近似等于1的普通大型水轮发电机组，亦有数百安培的稳态电流。对于使用低动作速度的隔离开关，将可能造成损坏。这是电气制动不能推广的原因之一。
交流水轮发电机的剩磁特性，因发电机转子采用的材料而改变。但一般都用不含镍、铬、钴的铁磁性金属材料制造，即软磁性材料制造，国产水轮发电机一般采用45#、Q235#等牌号的钢材做磁极和磁轭的材料，国外的制造厂的材料选取，也采用类似的方法。磁极和磁轭可能采用不同的材料制成，其最高的剩磁部位可能会不同，在采用晶闸管自并激系统时，其最大剩磁如用激磁电流来衡量，约为空载额定激磁电流的1～3％。对电机励磁系统，若将副励磁机到主机的励磁绕组的连线断开，其剩磁大约也是1～3％的空载额定激磁电流。
如果没有剩磁，电气制动的问题就可以简化。消除剩磁的方法很简单，一般采用施加大于剩磁体矫顽磁势的交流电流，并逐步将其衰减到零即可。如附图1所示(已作放大和局部线性化处理)的曲线束为例，对减磁过程进行说明假如有一剩磁体有图示B1的磁滞曲线，在电流降到零时，仍有磁势Mr1，如加以反向电流I到b1点，然后撤消反向电流，这时特性点将跳到B2曲线上，其剩磁为Mr2，Mr2将大大低于Mr1值，这时再加正向电流I到b2点，将使剩磁进一步减小到Mr3，即按加逐步减小的交流电流的办法，可以获得去磁的作用。
因发电机的转子电感很大，对于大型水轮发电机约为数百毫亨，甚至超过1亨利。若用50赫兹的工频电压消磁，即使只要达到额定空载激磁电流的1％，也要达到几千伏甚至上万伏，这对于额定激磁电压不到500伏的磁场绕组来说，肯定是不能接受的。
本实用新型采用反、正向施加逐次减小的直流电流的方法，即先施加反向的激磁电流，使其磁势超过最高剩磁部位的剩磁，达到并稍超过该部位剩磁的矫顽磁力，然后切除反向电流，再施加正向激磁电流，使其达到或稍超过施加反向激磁电流在该部位所遗留的剩磁的磁势。据国内、外资料，尚无采用减磁法消除机组剩磁，以达到能用普通隔离开关做制动开关，实现无电火花灭磁的例子。
现以发电机采用自并激方式、采用发电机有制动变压器(见附图2)为例，说明其动作流程当机组已接收到停机命令，且发电机已灭磁、机组转速在额定转速的60％以上、制动用磁场电流的整流器Cv已带电后，合接触器C1，发电机磁场绕组经Cv、C1、R1反向充电，在超过剩磁的矫顽磁力后，分接触器C1。
C1分断后，合接触器C2，发电机磁场绕组经Cv、C2、R2正向充电，在超过剩磁的矫顽磁力后，分接触器C2。
合电气制动开关S。
电气制动开关合好后，在制动转速时，合接触器C。
通过Cv和C令发电机转子磁场电流升高到预定值，使发电机定子电流达到或接近额定电流，此时发电机处于制动状态。在机组全停后，分断接触器C及开关S。整个制动过程结束。
其中Gs为发电机定子绕组，Gf为发电机转子绕组，S为电气制动用开关，C为施加制动用磁场电流的接触器或电气开关，Q为起励用的接触器或电气开关。在使用起励电源去磁时，相应的变压器、整流器应带电，Q在整个制动过程中不应当闭合，使用其它变压器和整流器时，相应的变压器、整流器应带电，这时应不装设触点Q，它连接的回路应永久断开。
C1为施加反向矫顽磁场电流的接触器或电气开关，R1为施加反向矫顽磁场电流的限流电阻。In为反向矫顽电流，一般小于3％的机组额定空载激磁电流。选择电阻时应使R1≤Uc/In，一般应大于In约0.5～1％的机组额定空载激磁电流，
C2为施加正向矫顽激磁电流的接触器或电气开关，R2为施加正向矫顽磁场电流的限流电阻。Ip为正向矫顽电流，一般小于1‰的机组额定空载激磁电流。选择电阻时应使R2≤Uc/Ip，一般应大于Ip约0.1～0.2‰的机组额定空载激磁电流。
在条件允许时，In、Ip最好通过现场试验确定，R1应比的计算值Uc/In稍小，R2应比Uc/Ip的计算值稍小，使之能适应机组长期运行时，因工作点变化而使反向矫顽电流变大和整流器漏抗等的影响。
Cv为制动用磁场电流的整流器，它可为二极管不可控整流器或晶闸管可控整流器；采用不可控整流器时，应设电阻R1，二极管应全开通；采用晶闸管可控整流器时，如设电阻R1，晶闸管应全开通；若不设电阻R1，则直接将输出电流整定到需要的电流值(见附图3)；在采用可控整流器时，其电阻不一定按R1≤Uc/In设定，但应使电流值稍大于In值。Cv也可用起励整流器或其它整流器(可控或不可控)，它可由起励变压器或其它变压器供电(见附图4、附图5)。
Uc为整流器的输出电压。
C1、C2、R1、R2应符合GB/T7409.3-1997的基本要求。
S、C、Cv、C1、C2的控制，由水轮发电机组的控制系统改造，使之能完成上述功能及操作。C1、C2应能按流程规定，执行接通-保持-断开操作。
采用此方法后，发电机的剩磁电压可降至几伏到十几伏，在参数选择适当时，可降至1伏以下。
在In的值较低或开关S有较强的通过瞬态电流的能力时，可不装设接触器或开关C2和电阻R2，即机组只进行反向消磁(见附图6、附图7)。另外在上述附图中的其它变压器和整流器也可用蓄电池组代替，附图中的虚线部分为本实用新型需要增加的主要设备。
由于机组运行状态要改变，必须预留可能出现的最大的反向矫顽电流和最大的正向矫顽电流，而正常时常常低于预留值。因此不可能完全消除剩磁，但经减磁后，其剩磁引起的电流极小。
对于采用电机激磁的系统，也可以采用上述办法进行减磁。但如果将副励磁机到主机的磁场绕组的连线断开发电，其剩磁大约也是1～3％的空载额定电流，而且这样做对机组的起励有好处。
本实用新型可以使用任意形式的制动开关，只要制动开关静触头的运行电压、静与动触头间断开时的绝缘距离、开关通过电流的能力能满足发电机的运行和制动要求，并有小于约10s的操作时间就可以满足要求。由于在制动状态下发电机中性点的电压为零，而且发电机是在制动开关合上之后才加磁场电流，因此用于电气制动的开关要求很低，甚至低于对电动隔离开关的要求，如果生产这种专用开关，其价格应低于普通隔离开关。
需要说明的是对于所属领域的技术人员来说，在不改变本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型作出若干的改变或变形，这同样属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.减磁法水轮发电机电气制动装置，它包括发电机定子绕组(Gs)、发电机转子绕组(Gf)、电气制动开关(S)、磁场励磁及保护回路、整流器(Cv)和变压器组成，变压器与整流器(Cv)连接，整流器(Cv)的两端与发电机转子绕组(Gf)的两输出端点(1、2)连接，其特征在于它还包括接触器(C1)和电阻(R1)，所述接触器(C1)和电阻(R1)串联，接触器(C1)的两端与发电机转子绕组(Gf)的两输出端点(1、2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种减磁法水轮发电机电气制动装置，其特征在于在所述发电机转子绕组(Gf)与整流器(Cv)之间还连接有接触器(C2)和电阻(R2)，所述接触器(C2)和电阻(R2)串联。
3.根据权利要求1或2所述的一种减磁法水轮发电机电气制动装置，其特征在于在所述发电机转子绕组(Gf)的输出端点(3、4)连接有接触器(C)和整流器。
4.根据权利要求1或2所述的一种减磁法水轮发电机电气制动装置，其特征在于在所述发电机转子绕组(Gf)与整流器(Cv)之间还连接有接触器(C)或(Q)。
5.根据权利要求3所述的一种减磁法水轮发电机电气制动装置，其特征在于在所述发电机转子绕组(Gf)与整流器(Cv)之间还连接有接触器(C)或(Q)。
专利摘要减磁法水轮发电机电气制动装置，它包括发电机定子绕组(Gs)、发电机转子绕组(Gf)、电气制动开关(S)、磁场励磁及保护回路、整流器(Cv)和变压器组成，它还包括接触器(C1)和电阻(R1)，接触器(C1)和电阻(R1)串联，接触器(C1)的两端与发电机转子绕组(Gf)的两输出端点(1、2)连接。该装置通过减少剩磁的办法，达到减少合闸时电流的目的，使得使用普通隔离开关也能满足耐高压、通过大电流和合闸剩磁电流的要求。电气回路简单，使用设备少；运行维护非常简单，体积小、费用低。
文档编号H02P3/00GK2681450SQ200420017088
公开日2005年2月23日 申请日期2004年2月5日 优先权日2004年2月5日
发明者江万宁, 江涛 申请人:江万宁