专利名称：发电机可控续流式灭磁电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对发电机励磁系统具有灭磁保护功能的可控续流式灭磁电路，属于发电机励磁回路控制技术领域。
背景技术：
当发电机内部故障或发生过电压时，为了把事故的影响减至最小，要求灭磁系统要以最快的速度把发电机转子的电磁能量转移出去，使发电机电压快速地降到零。近年来，发电机灭磁已从线性灭磁转化为非线性灭磁，目前常见的灭磁电路有以下四种1、常规非线性灭磁电路，2、交流灭磁电路，3、跨接器灭磁电路，4、可关断组件辅助灭磁电路。
一个典型的发电机非线性灭磁电路如图1所示，在发电机转子绕组Wf与电源Uac、可控硅整流桥SCR所构成的回路中，具有与转子绕组Wf两端串联的灭磁开关FMK，和与转子绕组Wf两端并联的非线性电阻Rn，图中T为变压器。其灭磁的基本原理是发电机内部事故时，继电保护启动灭磁开关FMK跳闸，灭磁开关FMK的弧电压上升，使转子电流迅速下降、造成转子感应电压的迅速上升，以致电压超过非线性电阻的击穿电压。其优点是灭磁速度快，其缺点是要求使用具有特殊弧触头的灭磁开关，这种灭磁开关制造工艺复杂，成本较高，特别是需求量很少，无法形成批量，因而产品的质量和可靠性受到影响。
交流灭磁电路如图2所示，其可控硅整流桥SCR的电源侧串联交流开关C.B，其工作原理是利用电源侧的交流开关断开时建立非线性电阻击穿所需要的电压，实现转子能量向非线性电阻转移，依靠交流侧电压来实现电流的转移。它的缺点是如果交流电压消失之后进行灭磁就会失败。图中其余标号同图1。
跨接器灭磁电路如图3所示，它用通用直流断路器D.B代替灭磁开关，用可控硅Th开通向灭磁电阻R放电来吸收转子绕组的能量(由于通用直流断路器D.B没有辅助的弧触头，不能建立足以使非线性电阻R击穿的高电压)。它解决了大容量灭磁开关制造困难、价格高的问题，但在相同的条件之下它的灭磁时间要稍长一些。图中其余标号同图1。
可关断组件辅助灭磁电路如图4所示，用可关断的可控硅组件SCRk(2001.NO.1《大电机技术》“水轮发电机的冗余灭磁保护”，许成金，中科院等离子体物理研究所)与灭磁开关FMK串联，从而解决中型机组中小励磁电流不能可靠地把能量转移到非线性电阻上以及操作机构失灵(开关速度不稳定)、造成灭磁开关烧毁或灭磁失败的问题。它的主要缺点是可控硅本身无自关断的能力，需用储能和谐振及用另一可控硅来关断，其可靠性不高；另外可控硅组件串联在励磁主回路上，发热严重，必须有良好的散热条件，同时也影响整个励磁系统的可靠性。图中其余标号同图1。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服上述灭磁电路的缺点，提供一种适用于大型机组的可靠性高、灭磁速度快的发电机可控续流式灭磁电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下一种发电机可控续流式灭磁电路，在发电机转子绕组与电源、可控硅整流桥所构成的回路中，具有与转子绕组两端并联的非线性电阻，其特征是还具有由开关元件和续流元件组成的可关断续流组件，可关断续流组件按电压反方向与非线性电阻、发电机转子绕组并联，由此构成励磁回路。
本实用新型的有益效果如下利用并联于非线性电阻和发电机转子绕组的可关断续流组件作为可控续流组件，对其进行控制来实现快速灭磁。灭磁过程是第一步把发电机励磁回路的电流从主励磁整流桥转移到可关断续流组件，第二步关断续流，也就是关断发电机励磁绕组的电流以产生过电压，击穿非线性电阻，迫使转子绕组的能量迅速向非线性电阻转移，从而实现发电机励磁系统的快速灭磁。因此，本实用新型发电机可控续流式灭磁电路克服了交流灭磁电路和跨接器灭磁电路的缺点，并且极大地提高了交流灭磁的可靠性、加快了灭磁速度，适用于对大型发电机组的灭磁保护，尤其适用于对可靠性要求极高的巨型发电机组的灭磁保护。
图1为现有技术中发电机非线性灭磁电路电原理示意图。
图2为现有技术中发电机交流灭磁电路电原理示意图。
图3为现有技术中发电机跨接器灭磁电路电原理示意图。
图4为现有技术中发电机可关断的可控硅组件辅助灭磁电路电原理示意图。
图5为本实用新型可控续流灭磁电路电原理示意图。
图6为图5中可关断续流组件实施例1电路示意图。
图7为图5中可关断续流组件实施例2电路示意图。
图8为本实用新型电路仿真验证直流侧电流、电压波形图。
图9为本实用新型电路仿真验证可关断续流组件和非线性电阻的电流波形图。
图10为本实用新型电路仿真验证整流桥交流侧电压波形图。
图11为本实用新型电路仿真验证整流桥交流侧电压波形局部放大图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但是本实用新型不限于所给出的例子。
如图5所示，本实用新型发电机可控续流式灭磁电路，在发电机转子绕组Wf与电源Uac、可控硅整流桥SCR所构成的回路中，具有与转子绕组两端并联的非线性电阻Rn，还具有由开关元件和续流元件组成的可关断续流组件KXL，可关断续流组件按电压反方向与非线性电阻Rn、发电机转子绕组Wf并联，由此构成励磁回路。图中T为变压器。
在如图6所示的实施例1中，组成可关断续流组件KXL的开关元件为通用直流断路器D.B，续流元件为续流二极管D，通用直流断路器D.B与反向电压的续流二极管D串联。该组件电路结构简单，成本低，具有较高的性能价格比。
在如图7所示的实施例2中，组成可关断续流组件KXL的开关元件为电子开关元件D3及其反向电压保护的二极管D2，续流元件为续流二极管D1，反向电压的电子开关元件D3与反向电压的续流二极管D1串联(图中器件的缓冲电路未示出)。电子开关元件D3可以是集成门极换向晶闸管IGCT或者门极关断晶闸管GTO。可关断续流组件KXL是反向并接在励磁回路中的，它在正常运行时承受反向电压，续流二极管D1是承受这个反向电压的主要器件，二极管D2是一只高速二极管，它反并联于电子开关元件D3(IGCT或GTO)上，用以防止反向的瞬变电压对开关器件的损害。该组件电路结构简单，具有较高的稳定性。
本实用新型灭磁电路经过仿真的验证。验证的设定条件为1)发电机转子的电感为1.0H，电阻为0.1Ω；
2)非线性电阻的击穿电压为3000V；3)发电机转子的初始电流为8000A；4)励磁整流桥的阳极线电压为800V，整流桥的控制角为30°；5)可关断续流组件采用例2组件，D3为IGCT，D2为高速二极管，D1为二极管。
6)仿真过程为0.03秒时整流桥阳极电压从800伏突降至3.2伏，0.05秒进行灭磁、封锁整流桥的触发脉冲，同时开通可关断续流组件，0.11秒时关断可控续流组件。
仿真验证的波形如图8、图9、图10、图11所示。灭磁过程在2.6秒时结束。
权利要求1.发电机可控续流式灭磁电路，在发电机转子绕组与电源、可控硅整流桥所构成的回路中，具有与转子绕组两端并联的非线性电阻，其特征是还具有由开关元件和续流元件组成的可关断续流组件，可关断续流组件按电压反方向与非线性电阻、发电机转子绕组并联，由此构成励磁回路。
2.根据权利要求1所述的发电机可控续流式灭磁电路，其特征是组成可关断续流组件的开关元件为通用直流断路器，续流元件为续流二极管，通用直流断路器与反向电压的续流二极管串联。
3.根据权利要求1所述的发电机可控续流式灭磁电路，其特征是组成可关断续流组件的开关元件为电子开关元件及其反向电压保护的二极管，续流元件为续流二极管，反向电压的电子开关元件与反向电压的续流二极管串联。
4.根据权利要求3所述的发电机可控续流式灭磁电路，其特征是所述的电子开关元件是集成门极换向晶闸管或者门极关断晶闸管。
专利摘要发电机可控续流式灭磁电路，在发电机转子绕组与电源、可控硅整流桥所构成的回路中，具有与转子绕组两端并联的非线性电阻，还具有由开关元件和续流元件组成的可关断续流组件，可关断续流组件按电压反方向与非线性电阻、发电机转子绕组并联，由此构成励磁回路。利用并联于非线性电阻和发电机转子绕组的可关断续流组件作为可控续流组件，对其进行控制来实现快速灭磁，克服了交流灭磁电路和跨接器灭磁电路的缺点，具有的可靠性高、灭磁速度快的特点，适用于大型发电机组的灭磁保护。
文档编号H02H7/06GK2741249SQ20042002703
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月14日 优先权日2004年5月14日
发明者曾继伦, 王彤, 刘国华 申请人:国电自动化研究院, 南京南瑞集团公司